Вуглеводи. Групи

До вуглеводів відносять численну групу природних і синтетичних сполук, які є за хімічною будовою полігідроксильними речовинами, що містять альдегідну або кетонну групу.
Вуглеводи надзвичайно поширені в природі і відіграють важливу роль в організмі людини.
НАЙВАЖЛИВІШИМИ БІОЛОГІЧНИМИ ФУНКЦІЯМИ ВУГЛЕВОДІВ Є:

Енергетична (забезпечують до 70% добового енергопостачання; добова потреба в раціоні людини складає 450-500г)
структурна (входять до складу структурно – функціональних компонентів клітин);
захисна (захищають організм від механічних і хімічних пошкоджень);
інтегративна (є джерелом для синтезу в організмі людини інших важливих речовин – ліпідів і деяких амінокислот);

В залежності від числа моносахаридних одиниць, зв'язаних в молекулу, вуглеводи діляться на прості та складні.
Прості вуглеводи, або моносахариди
( монози) не здатні гідролізуватися.
Моносахариди – гетерофункціональні сполуки в молекулах яких одночасно містяться карбонільна і декілька гідроксильних груп.
Складні вуглеводи при гідролізі утворюють моносахариди.

КЛАСИФІКАЦІЯ МОНОСАХАРИДІВ
В залежності від природи карбоксильної групи поділяють на АЛЬДОЗИ (альдегідна група) І КЕТОЗИ ( кетонна група).
В залежності від довжини вуглецевого скелету(3-10 атомів) поділяють на треози(3), тетрози(4), пентози(5), гексози(6), гептози(7). В природі найбільш поширені є пентози та гексози. При класифікації враховують обидві класифікаційні ознаки, наприклад:

КЛАСИФІКАЦІЯ СКЛАДНИХ ВУГЛЕВОДІВ
Олігосахариди (дисахариди), утворюють при гідролізі від двох до десяти молекул моносахаридів.
Дисахариди в залежності від способу утворення глікозидного зв'язку, поділяють на відновні та невідновні.
Полісахариди (поліози), гідролізуються з утворенням більше десяти молекул моносахаридів.
Полісахариди поділяють: гомополісахариди (залишки одного моносахариду)
гетерополісахариди (різні моносахаридні одиниці).

СТЕРЕОІЗОМЕРІЯ ТА БУДОВА МОНОСАХАРИДІВ
Молекули моносахаридів містять декілька атомів вуглецю і тому існують у вигляді різних ізомерів. На площині стереоізомери зображають у вигляді проекційних ФОРМУЛ ФІШЕРА.
Всі ізомери моносахаридів підрозділяють на D- і L- стереохімічні ряди, належність до яких визначається за конфігурацією асиметричного атома вуглецю, максимально віддаленого від карбонільної групи ( для пентоз – С4, гексоз – С5).

ПЕРЕВАЖНА БІЛЬШІСТЬ ПРИРОДНИХ МОНОСАХАРИДІВ ВІДНОСЯТЬСЯ
ДО D- РЯДУ.

Стереоізомери різняться просторовим розташуванням замісників біля одного або кількох асиметричних вуглецевих атомів і не є дзеркальним відображенням один одного (тобто не є енантіомерами), називаються ДІАСТЕРЕОМЕРАМИ.
Діастереомери, що відрізняються конфігурацією тільки одного вуглецевого атома, називаються ЕПІМЕРАМИ.
Так, епімерами є маноза і глюкоза та глюкоза і галактоза.

Крім ланцюгових форм моносахариди можуть існувати в циклічних (напівацетальних) формах.
ПРОЦЕС ПЕРЕХОДУ АЛЬДЕГІДНОЇ ФОРМИ В ЦИКЛІЧНУ

Для циклічних форм моносахаридів прийняті ФОРМУЛИ ХЕОРСА, в яких цикли зображають у вигляді площинних багатокутників.
Шестичленний цикл утворюється при взаємодії карбонільної групи з гідроксильною при С5 альдогексоз або С6 кетогексоз і
називається він – ПІРАНОЗНИМ

При взаємодії карбоксильної групи з гідроксильною при С4 альдогексоз або С5 кетогексоз утворюється п’ятичленний цикл – ФУРАНОЗНИЙ.

ПРАВИЛА ПЕРЕХОДУ ВІД ФОРМУЛ
(ПРОЕКЦІЙ) ФІШЕРА, ДО ФОРМУЛ ХЕОРСА
1. Здійснюють парну кількість переставлянь замісників біля С5 так, щоб внизу виявилась ОН – група;
2. Замісники, що знаходяться праворуч у проекціях Фішера, розташовують у формулі Хеорса під площиною циклу, а розташовані зліва – над площиною.

Таутомерія моносахаридів
Такий вид таутомерії називається
цикло – оксо – таутомерією

Хімічні властивості
Моносахариди проявляють властивості спиртів і карбонільних сполук.
I. Реакції по карбонільній групі
1. ОКИСНЕННЯ (для альдегідів)– призводить до утворення відповідних кислот.
a) реакція "срібного дзеркала":

б) реакція "мідного дзеркала":

в) реакція з концентрованою азотною кислотою:
D- глюкоза
HNO3(конц.) ?
(D- глюкарова)
кислота

2. ВІДНОВЛЕННЯ – призводить до утворення багатоатомних спиртів. Як відновник використовують водень.

II. Реакції по гідроксильних групах
1. АЛКІЛУВАННЯ (утворення простих ефірів) -

2. АЦИЛЮВАННЯ
(утворення складних ефірів).

3. Як і всі багатоатомні спирти, глюкоза з гідроксидом міді (II) дає інтенсивне синє фарбування (ЯКІСНА РЕАКЦІЯ).

III. Специфічні реакції
БРОДІННЯ - процес розщеплення молекул цукрів під впливом ферментів (ензимів):
спиртове бродіння
C6H12O6 ?2CH3–CH2OH (етиловий спирт) + 2CO2↑
б) молочнокисле бродіння
C6H12O6 ?2CH3–CH–СОOH (молочна кислота)
I
OH

Дисахариди.
ДИСАХАРИДИ – при гідролізі утворюють два однакових або різних моносахариди.
Загальна формула - С12Н22О11
Дисахариди діляться на дві групи:
ВІДНОВНІ НЕВІДНОВНІ
МАЛЬТОЗА САХАРОЗА
ЦЕЛЛОБІОЗА
ЛАКТОЗА

? До НЕВІДНОВНИХ дисахаридів відноситься САХАРОЗА Молекула сахарози побудована з а, D- глюкопіранози і β, D- фруктофуранози.
Для сахарози характерні реакції по гідроксильних групах.

ВІДНОВНІ:
1) МАЛЬТОЗА (солодовий цукор)
(МАЛЬТОЗА: α,D- глюкопіраноза + α,D- глюкопіраноза)
Мальтоза здатна вступати в реакції, характерні для альдегідів, і, зокрема, давати реакцію "срібного дзеркала", тому її називають ВІДНОВНИМ дисахаридом.

2) ЦЕЛОБІОЗА, виходить при неповному гідролізі полісахариду целюлози.
(ЦЕЛОБІОЗА: β,D- глюкопіраноза + β,D- глюкопіраноза)
Целлобіоза, як і мальтоза складається з двох залишків D- глюкопіранози.

3) ЛАКТОЗА (молочний цукор) міститься в молоці (4-5%) і одержується з молочної сироватки.
(ЛАКТОЗА: β,D- галактопіраноза + α,D- глюкопіраноза)

Полісахариди
Загальна формула полісахаридів (C6H10O5)n.
Найважливіші з полісахаридів – це КРОХМАЛЬ і ЦЕЛЮЛОЗА (клітковина). Вони побудовані із залишків ГЛЮКОЗИ.
Крохмаль
Будова молекули (розгалужений ланцюг)

Крохмаль
Хімічні властивості
Крохмаль легко піддається гідролізу
(C6H10O5)n(крохмаль) + nH2O → H2SO4,t nC6H12O6(глюкоза)
?Якісною реакцією на крохмаль є його взаємодія з йодом – спостерігається інтенсивне синє забарвлення.
? Крохмаль не вступає в реакцію "срібного дзеркала".

Целюлоза (клітковина)
Будова молекули (лінійний ланцюг)

Хімічні властивості
1. Як і крохмаль, целюлоза при кислотному гідролізі дає глюкозу.
(C6H10O5)n + nH2O –H2SO4,t → nC6H12O6
(целюлоза) (глюкоза)
Целюлоза не дає реакції "срібного дзеркала“.
2. Реакції етерифікації (утворення складних ефірів). Найбільше практичне значення мають реакції з азотною кислотою.