Углеводороды

План презентации
1. Общая характеристика углеводов
1.1. История появления названия и общая формула класса
1.2. Представители углеводов
1.3. Значение углеводов
1.4. Классификация углеводов
2. Моносахариды
2.1. Номенклатура моносахаридов
2.2. Классификация моносахаридов
2.3. Изомерия и строение моносахаридов
2.4. 2.4. Получение 2.4. Получение и 2.4. Получение и свойства 2.4. Получение и свойства моносахаридов
3. Дисахариды
3.1. Классификация и отдельные представители
3.2. 3.2. Строение 3.2. Строение и свойства дисахаридов
4. Полисахариды
4.1. Классификация и отдельные представители
4.2. Строение и свойства полисахаридов
5. Биологическая роль углеводов
Алехина Е.А.

Состав: С, Н, О
Общая формула:
CmH2nOn или Cm(H2O)n
В прошлом столетии углеводы рассматривали как «гидраты углерода»
Русское название «углеводы» предложено К. Шмидтом (1844)
История возникновения названия
Карл Эрнест Генрих
Шмидт
(1822-1894)
Алехина Е.А.

виноградный сахар (глюкоза),
свекловичный или тростниковый сахар (сахароза),
крахмал,
животный крахмал (гликоген),
целлюлоза и др.
Представители углеводов
Алехина Е.А.

Значение углеводов
До 90 % сухого вещества растений
Около 2 % сухого вещества животных организмов
Растения
Животные
Микроорганизмы
20-30 % микроорганизмов
Алехина Е.А.

В растениях углеводы образуются в результате процесса фотосинтеза из СО2 и воды с участием солнечной энергии и хлорофилла
Значение углеводов
6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2
Алехина Е.А.

Углеводы входят в состав нуклеиновых кислот
Значение углеводов
ДНК
РНК
Алехина Е.А.

Классификация углеводов
Простые углеводы
Олигосахариды
Полисахариды
Глюкоза
Мальтоза
Крахмал
Сложные углеводы
Моносахариды
Алехина Е.А.

Классификация углеводов
Простые
углеводы
Олигосахариды
Полисахариды
Сложные
углеводы
Моносахариды
Гликоконъюгаты
Гликопротеины
Гликолипиды
Алехина Е.А.

Простые углеводы
Моносахариды
Алехина Е.А.
сложные органические вещества, состоящие из С, Н, О, большинство из которых соответствует формуле СnН2nОn, где n > 3.

Моносахариды обычно имеют названия с суффиксом – оза.
Номенклатура моносахаридов
D-aльтроза
D-глюкоза
D-дезоксирибоза
В составе названия может присутствовать приставка дезокси-, что означает «без гидроксила», т.е в моносахариде отсутствует ОН-группа
Алехина Е.А.

(по числу атомов углерода)
Триозы
(3 атома углерода)
Тетрозы
(4 атома углерода)
Пентозы
(5 атомов углерода)
Гексозы
(6 атомов углерода)
Классификация моносахаридов
Алехина Е.А.

(по функциональным группам)
Кетоспирты
(кетозы)
Альдегидоспирты
(альдозы)
D-глюкоза
D-фруктоза
Классификация моносахаридов
Алехина Е.А.

Конфигурация - расположение заместителей (атомов или атомных групп) в пространстве вокруг стерических центров (двойных связей, циклов или элемента хиральности).
Хиральный центр - обычно атом с четырьмя различными заместителями (асимметрический).
Хиральность - способность соединений существовать в виде пары несовместимых между собой зеркальных изомеров. Если молекула не имеет ни оси, ни центра симметрии, то она хиральна.
Алехина Е.А.
Строение моносахаридов

Для обозначения пространственного строения (конфигурации) каждого из стереоизомеров углеводы по предложению М.А. Розанова разделяют на 2 ряда: L-ряд и D-ряд.
D-глицериновый
альдегид
L-глицериновый
альдегид
Строение моносахаридов
Алехина Е.А.

Домашнее задание
Выучите формулы моносахаридов:
– альдоз D-ряда
– D-фруктозы, как представителя кетоз

Альдозы D-ряда
D-глицериновый альдегид
D-эритроза
D-треоза
D-рибоза
D-арабиноза
D-ксилоза
D-ликсоза
D-аллоза
D-альтроза
D-глюкоза
D-манноза
D-гулоза
D-идоза
D-галактоза
D-талоза
Алехина Е.А.

Виды изомерии моносахаридов
Аномерия
Диастереомерия
Энантиомерия
Эпимерия
Алехина Е.А.

Домашнее задание
Из файла формата word выпишите определения четырёх видов изомерии моносахаридов и примеры.
Для каждого вида изомерии приведите
по 2-3 своих примера. Назовите вещества.
Алехина Е.А.

Количество диастереомеров можно рассчитать по формуле:
где N - число изомеров,
n - количество асимметрических атомов углерода
Диастереомерия
Алехина Е.А.

Рацематы
Энантиомерия
(зеркальная изомерия, оптическая изомерия)
Асимметрический атом углерода
Алехина Е.А.

D-глюкоза
И
D-манноза
Эпимерия
Алехина Е.А.

А. Колли 1870 г.
Б. Толленс 1883 г.
У. Хеуорс в 1925-1930 гг.
У. Хеуорс предложил называть моносахариды с пятичленным циклом фуранозами, а с шестичленным – пиранозами.
Таутомерные превращения моносахаридов
Алехина Е.А.

Таутомерные превращения моносахаридов
Алехина Е.А.

β-D-глюкопираноза
α-D-глюкопираноза
Аномерия
Алехина Е.А.
β
α

β-D-фруктофураноза
α-D-фруктофураноза
Аномерия
Алехина Е.А.
β
α

Аномерия
β-D-рибофураноза
α-D-рибофураноза
Алехина Е.А.
β
α

Получение
моносахаридов
Алехина Е.А.

I
II
III
Синтез Бутлерова
Алехина Е.А.

Синтез Килиани-Фишера
D-рибоза
D-альтронитрил
D-аллонитрил
D-аллоновая
кислота
D-альтроновая
кислота
лактон D-аллоновой кислоты
лактон D-альтроновой кислоты
D-аллоза
D-альтроза
Алехина Е.А.
Д/з: Приведите 2 примера синтеза Килиани-Фишера. Это может быть синтез двух тетроз из триозы, двух пентоз из тетрозы или как на слайде двух гексоз из пентозы. Назовите исходную альдозу и продукты

Синтез Воля
D-галактоза
оксим D-галактозы
оксинитрил
D-ликсоза
Ас- – это СН3-С –
О
Алехина Е.А.
Д/з: Приведите 2 примера синтеза Воля. Это может быть синтез триозы из двух тетроз, тетрозы из двух пентоз или как на слайде пентозы из двух гексоз. Назовите исходную альдозу и продукты
D-ликсозу с помощью синтеза Воля можно получить не только из D-галактозы, но и из D-талозы.

Окисление многоатомных спиртов
Мягкими окислителями
Алехина Е.А.
D-сорбит
D-глюкоза
L-гулоза

Окисление многоатомных спиртов
При ферментативном окислении
Алехина Е.А.
D-сорбит
L-сорбоза

Бесцветные кристаллические вещества.
Хорошо растворимы в воде, плохо растворимы в спирте, не растворимы в эфире.
Большинство моносахаридов имеют сладкий вкус. Сладость их весьма различна.
Растворы моносахаридов обладают оптической активностью.
Физические свойства моносахаридов
Алехина Е.А.

Химические свойства
моносахаридов
Реакции, идущие по гидроксильным группам
Реакции, идущие по альдегидной группе
Окислительно-восстановительные реакции
Алехина Е.А.

Реакции, идущие
по гидроксильным
группам
Алехина Е.А.

Дегидратация пентоз и гексоз
гексоза
пентоза
α-оксиметилфурфурол
фурфурол
Алехина Е.А.
Реакция протекает при нагревании в кислой среде. В присутствии α-нафтола образуются окрашенные продукты (реакция Молиша) (л/р).

Домашнее задание
Напишите два уравнения реакции дегидратации пентоз и два - гексоз. Назовите исходные вещества и продукты.
Дегидратация пентоз и гексоз
Алехина Е.А.

Реакция с гидроксидом меди (II)
при нормальных условиях
комплексный
α-D-глюкопиранозат меди (II)
α-D-глюкопираноза
Алехина Е.А.
Схему реакции можно показать так, как сделано на этом слайде, а можно так, как это показано на следующем
2
Замещение водорода на атом меди можно протекать в любых
ОН-группах, но обычно показывают на примере 1 и 2-го атомов
2
2
2
1
1
1

Реакция с гидроксидом меди (II)
при нормальных условиях
D-глюкоза
комплексный D-глюкозат меди (II)
Алехина Е.А.
2

Домашнее задание
Напишите 2 уравнения реакции взаимодействия моносахаридов с гидроксидом меди (II) при нормальных условиях. Назовите исходные вещества и продукты.
Алехина Е.А.

Реакция с гидроксидом кальция
α-D-глюкопиранозат кальция
α-D-глюкопираноза
D-глюкоза
Алехина Е.А.
Д/з: Приведите 1 пример взаимодействия моносахарида в циклической форме с гидроксидом кальция. Назовите исходную альдозу и продукт реакции.

Аминирование
N-этил-α-D-глюкопиранозиламин
α-D-глюкопираноза
Алехина Е.А.
Д/з: Приведите 2 примера реакции аминирования моносахарида в циклической форме. Назовите исходное вещество и продукт реакции.

Алкилирование спиртами
α-D-глюкопираноза
Метил-
β-D-глюкопиранозид
Метил-
α-D-глюкопиранозид
Алехина Е.А.
Д/з: Приведите 2 примера реакции алкилирования метиловым спиртом моносахарида в циклической форме. Назовите исходное вещество и продукт реакции.

2,3,4,6-
тетраметил-α-D-глюкопираноза
Метил-2,3,4,6-
тетраметил- α-D-глюкопиранозид
Алкилирование солями
α-D-глюкопираноза
Алехина Е.А.
Д/з: Приведите 2 примера реакции алкилирования моносахарида
в циклической форме диметилсульфатом. Назовите исходное вещество и продукт реакции.

Ацилирование
α-D-глюко-
пираноза
β-D-глюко-
пираноза
пентаацетил-
α-D-глюкопиранозид
пентаацетил-
β-D-глюкопиранозид
Ас – это СН3-С –
О
Алехина Е.А.
Д/з: Приведите 1 пример реакции ацилирования уксусным ангидридом (Ас2О) моносахарида в циклической форме. Назовите исходное вещество и продукт реакции.

Бензоилирование
α-D-глюкопираноза
пентабензоил-
α-D-глюкопиранозид
Ph – это С6Н5С –
О
Алехина Е.А.
+ 5Н2О
+ 5NaCl
Д/з: Приведите 1 пример реакции бензоилирования бензоилхлоридом (С6Н5СОCl) моносахарида в циклической форме. Назовите исходное вещество и продукт реакции.

Реакции, идущие
по альдегидной
группе
Алехина Е.А.

Реакция с гидроксиламином
Алехина Е.А.
D-глюкоза
оксим
D-глюкозы
гидроксиламино-
N-α,D-глюкопиранозид
гидроксиламино-
N- β,D-глюкопиранозид
Д/з: Приведите 2 примера взаимодействия линейной формы моносахарида с гидроксиламином с образованием оксима, а затем гидроксиламинопиранозида. Назовите исходную альдозу и продукты реакции.

Реакция с фенилгидразином
моноза
фенилгидразон
фенилгидразон
озазон
Алехина Е.А.

Домашнее задание
На примере двух любых альдоз покажите схему взаимодействия с 2-мя молекулами фенилгидрозина с образованием на первой стадии фенилгидразона, а на второй озазона. Назовите исходное вещество и продукты.
Алехина Е.А.

Общий озазон
D-фруктозы,
D-глюкозы и
D-маннозы
Алехина Е.А.
D-глюкоза
D-фруктоза
D-манноза
озазон

Реакции
брожения
Алехина Е.А.

- отличительное свойство моносахаридов, характеризующиеся способностью вступать в анаэробное расщепление под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов
Брожение гексоз
Спиртовое брожение
C6H12O6 2C2H5OН + 2СО2
Ф: зимаза
Алехина Е.А.

Брожение гексоз
Уксуснокислое брожение
C6H12O6 C2H5OН СН3СООН + Н2О
Ф: алкоголь-оксидаза
«винный уксус»
Алехина Е.А.

Брожение гексоз
Молочнокислое брожение
Ферментативное брожение (Lactobacillus clebruckii)
2.Ферментативное брожение (Bacterium lactis aerogenes)
C6H12O6 2CH3-С-СООН 2СН3-СН-СООН О ОН
C6H12O6 CН3СН(OН)СООН + СН3СООН + С2Н5ОН + СО2…
Ф.
Ф.
Алехина Е.А.

Брожение гексоз
Лимоннокислое брожение
Маслянокислое брожение
C6H12O6 С3Н7СООН + CO2 + Н2
СООН
C6H12O6 НООС-CH2-С-СН2-СООН ОН
Ф.
Ф.
Алехина Е.А.

Окислительно-
восстановительные
реакции
Алехина Е.А.

Домашнее задание
Напишите по 2 примера следующих окислительно-восстановительных реакций:
Окисление мягкими окислителями (одно уравнение реакции окисления реактивом Толленса и одно – реактивом Троммера);
Окисление HNO3 до а) сахарной кислоты и б) до уроновой кислоты;
Восстановление моносахарида до многоатомного спирта.
Назовите исходные вещества и продукты.
Алехина Е.А.

Мягкие окислители
Сильные окислители
Br2/H2O
Реактив
Толленса
Ag(NH3)2OH
Реактив
Фелинга
HNO3
_
IO4
(CH3COO)4Pb
Окислители моносахаридов
Реактив
Троммера
Cu(OH)2, t
Алехина Е.А.

Окисление моноз мягкими окислителями
D-глюконовая
кислота
D-глюкоза
Алехина Е.А.

Можно осуществлять окисление моносахаридов с сохранением альдегидной группы до уроновых кислот
Окисление моноз сильными окислителями
α-D-глюкопираноза
D-глюкуроновая к-та
метил- α-D-глюкопиранозид
метил- α-D-глюкоуронид
D-глюкоза
D-глюкосахарная кислота
D-глюконовая кислота
Алехина Е.А.

Расщепление углеводов осуществляется при действии перйодат иона или тетраацетата свинца
Окисление моноз сильными окислителями
Алехина Е.А.
1)
2)

D-глюкоза
D-маннит
D-фруктоза
D-фруктоза
D-манноза
D-сорбит
Восстановление моносахаридов
Алехина Е.А.

Восстановление моносахаридов
Алехина Е.А.
D-маннит
D-сорбит
Сорбит часто применяется как заменитель сахара в диетических продуктах. В естественном виде встречается в косточковых плодах, водорослях, высших растениях.
Маннит и его производные применяют для получения поверхностно-активных веществ, олиф, смол, лаков, взрывчатых веществ, в парфюмерии, а также в пищевой промышленности, как подсластитель и пищевая добавка Е421, препятствующая образованию комков в молочных и других продуктах.

Восстановители
моносахаридов
Na/Hg в H2SO4 разб.
NaBH4 в H2O
H2/Ni, Pt, Pd
Алехина Е.А.