Главная >> Химия 10 класс. Габриелян. Углубленный уровень

Глава 5. Углеводы

§ 23. Моносахариды. Гексозы. Глюкоза. Фруктоза

Строение и оптическая изомерия моносахаридов

Простейшим моносахаридом является глицериновый альдегид, имеющий формулу НОСН₂—СНОН—СНО. Центральный углеродный атом глицеринового альдегида связан с четырьмя различными заместителями и, следовательно, является асимметрическим центром. Как вы помните, для таких веществ возможно существование двух оптических изомеров. Как же их изобразить на плоскости? Это удобно делать с помощью проекционных формул Фишера. Углеродную цепочку моносахарида мысленно располагают вдоль листа бумаги альдегидной (карбонильной) группой вверх и проецируют на плоскость листа. Получают плоское изображение объёмной молекулы, для удобства приняв валентные углы равными 90°. Для различных оптических изомеров гидроксильные группы при асимметрическом центре будут располагаться по разные стороны углеродной цепи. Углеродная цепочка нумеруется, начиная с верхнего атома. Проекционные формулы Фишера двух оптических изомеров глицеринового альдегида выглядят следующим образом:

Изомер, у которого гидроксильная группа на проекции расположена справа от основной цепи, называют D-глицериновым альдегидом (от лат. dexter — правый), а если гидроксильная группа расположена слева — L-глицериновым альдегидом (от лат. laevus — левый).

Кроме глицеринового альдегида, других Сахаров триоз нет. Далее в ряду углеводов следуют тетрозы. У них появляется ещё один фрагмент Н—С—ОН и новый асимметрический центр. Формулы Фишера наглядно показывают взаимное расположение атомов водорода и гидроксильных групп при таких центрах. По положению заместителей при наиболее удалённом от карбонильной группы асимметрическом углероде все моносахариды относят к D- или L-ряду (в соответствии с конфигурацией D- и -L-глицеринового альдегида). Изменение конфигурации у любого иного асимметрического центра соответствует уже другому углеводу. Следует отметить, что в природе обнаружены моносахариды только D-ряда. Проекционные формулы некоторых из них представлены ниже.

В соответствии с классификацией, рассмотренной в предыдущем параграфе, эритроза является тетрозой. Рибоза и дезоксирибоза — пентозы, глюкоза, фруктоза и манноза — гексозы. Фруктоза представляет собой кетозу. Остальные изображённые углеводы относят к альдозам.

Если при написании уравнения реакции не требуется детальной расшифровки структуры углевода, его формулу изображают в упрощённом виде.

Физические свойства и нахождение в природе

Глюкоза и фруктоза — твёрдые бесцветные кристаллические вещества. Глюкоза содержится в соке винограда (отсюда название «виноградный сахар») вместе с фруктозой, которая содержится в некоторых фруктах и плодах (отсюда название «фруктовый сахар») и составляет значительную часть мёда. В крови человека и животных постоянно содержится около 0,1% глюкозы. Нормальное содержание глюкозы в крови натощак составляет 3,3—5,5 ммоль/л. Бо́льшая её часть (около 70%) подвергается в тканях медленному окислению с выделением энергии и образованием конечных продуктов — углекислого газа и воды (процесс гликолиза):

Энергия, выделяемая при гликолизе, в значительной степени обеспечивает потребность живых организмов в энергии.

Содержание глюкозы в крови, превышающее 11,1 моль/л, свидетельствует о нарушении углеводного обмена и развитии опасного заболевания — сахарного диабета.

Строение молекулы глюкозы

О строении молекулы глюкозы можно судить на основании опытных данных. Глюкоза реагирует с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры, содержащие от 1 до 5 остатков кислоты. Если раствор глюкозы прилить к свежеполученному гидроксиду меди (II), то осадок растворяется и образуется ярко-синий раствор соединения меди, т. е. происходит качественная реакция на многоатомные спирты. Следовательно, глюкоза — многоатомный спирт. Если же подогреть полученный раствор, то вновь выпадет осадок, но уже красноватого цвета, т. е. произойдёт качественная реакция на альдегиды. Аналогично если раствор глюкозы нагреть с аммиачным раствором оксида серебра, то произойдёт реакция «серебряного зеркала». Следовательно, глюкоза — одновременно многоатомный спирт и альдегид — альдегидоспирт.

Попробуем вывести структурную формулу глюкозы. Всего в молекуле глюкозы шесть атомов углерода. Один атом входит в состав альдегидной группы: . Остальные пять атомов связываются с пятью гидроксигруппами.

Распределим атомы водорода в молекуле с учётом того, что углерод четырёхвалентен:

Продолжение >>>