Дисахариды

Строение крахмала и целлюлозы

Состав этих полисахаридов можно выразить общей формулой (C₆H₁₀O₅)_n. Число повторяю­щихся звеньев в макромолекуле крахмала может колебаться от нескольких сотен до нескольких тысяч. Целлюлоза же отли­чается значительно большим числом звеньев и, следова­тельно, молекулярной мас­сой, которая достигает не­скольких миллионов.

Различаются углеводы не только молекулярной мас­сой, но и структурой. Для крахмала характерны два вида структур макромолекул: линейная и развет­вленная. Линейную структуру имеют более мел­кие макромолекулы той части крахмала, которую называют амилозой, а разветвленную структуру имеют молекулы другой составной части крахма­ла — амилопектина.

В крахмале на долю амилозы приходится 10— 20 %, а на долю амилопектина — 80-90 %. Ами­лоза крахмала растворяется в горячей воде, а ами­лопектин только набухает.

Структурные звенья крахмала и целлюлозы по­строены по-разному. Если звено крахмала вклю­чает остатки α-глюкозы, то целлюлоза — остатки β-глюкозы, ориентированные в природные волок­на:

Характеристики

Гликозидная связь может быть образована между любой гидроксигруппой компонента моносахарида. Таким образом, даже если оба компонента сахара одинаковы (например, глюкоза ), разные комбинации связей (региохимия) и стереохимия ( альфа- или бета- ) приводят к дисахаридам, которые являются диастереоизомерами с разными химическими и физическими свойствами. В зависимости от моносахаридных составляющих дисахариды иногда бывают кристаллическими, иногда водорастворимыми, а иногда имеют сладкий вкус и ощущение липкости. Дисахариды могут служить функциональными группами , образуя гликозидные связи с другими органическими соединениями, образуя биозиды .

Индивидуальные доказательства

1. Запись на В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, по состоянию на 26 февраля 2013 г.
2. Иоахим Буддрус: Основы органической химии , 4-е издание, de Gruyter Verlag, Берлин, 2011 г., стр. 774-776, ISBN 978-3-11-024894-4 .
3. Зигфрид Хауптманн : Органическая химия , 2-е исправленное издание, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindindustrie, Лейпциг, 1985, стр. 649, ISBN 3-342-00280-8 .
4. Иоахим Буддрус: Основы органической химии , 4-е издание, de Gruyter Verlag, Берлин, 2011 г., стр. 775, ISBN 978-3-11-024894-4 .
5. Альберт Госсауэр: Структура и реакционная способность биомолекул . Verlag Helvetica Chimica Acta, Цюрих, 2006 г., ISBN 3-906390-29-2 , стр. 340.

Получение глюкозы

В присутствии кислот крахмал гидролизуется:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

6CH₂=O_n  →  C₆H₁₂O₆

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO₂ и Н₂О:

 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Фруктоза

Фруктоза — структурный изомер глюкозы. Это кетоноспирт (кетоза): она тоже может существовать в циклических формах (фуранозы).

Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.

Фруктоза	α-D-фруктоза	β-D-фруктоза

Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.

В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.

При гидрировании фруктозы также получается сорбит.

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

Химические свойства

• При гидролизе дисахариды расщепляются на составляющие их моносахариды за счёт разрыва гликозидных связей между ними. Данная реакция является обратной процессу образования дисахаридов из моносахаридов.
• При конденсации дисахаридов образуются молекулы полисахаридов.

По химическим свойствам дисахариды можно разделить на две группы:

1. восстанавливающие;
2. не восстанавливающие.

К первой группе относятся: лактоза, мальтоза, целлобиоза.
Ко второй: сахароза, трегалоза.

Восстанавливающие (редуцирующие) дисахариды

В данных дисахаридах один из моносахаридных остатков участвует в образовании гликозидной связи за счёт гидроксильной группы чаще всего при С-4 или С-6, реже при С-3. В дисахариде имеется свободная полуацетальная гидроксильная группа, вследствие чего сохраняется способность к раскрытию цикла. Возможностью осуществления цикло-оксо-таутометрии (кольчато-цепной) обусловлены восстановительные свойства таких дисахаридов и мутаротация их свежеприготовленных растворов.

Лактоза

Лактоза (от лат. lac — молоко) C₁₂H₂₂O₁₁ — углевод группы дисахаридов, содержится в молоке и молочных продуктах. Молекула лактозы состоит из остатков молекул β- глюкозы и β-галактозы, которые соединены между собой β(1→4)-гликозидной связью. Водные растворы лактозы мутаротируют. Вступает в реакцию с фелинговой жидкостью только после кипячения в течение 15 минут и реактивом Толленса, реагирует с фенилгидразином, образуя озазон. Лактоза отличается от других дисахаридов отсутствием гигроскопичности — она не отсыревает. Это её свойство имеет большое практическое значение в фармации: если нужно приготовить с сахаром какой-либо порошок, содержащий легко гидролизующееся лекарство, то берут молочный сахар; если же взять другой сахар, то он быстро отсыреет и легко гидролизующееся лекарственное вещество быстро разложится. Значение лактозы очень велико, так как она является важным питательным веществом, особенно для растущих организмов человека и млекопитающих.

Мальтоза

Мальтоза (от лат. maltum — солод) C₁₂H₂₂O₁₁ — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы; содержится в больших количествах в проросших зёрнах (солоде) ячменя, ржи и других зерновых; обнаружен также в томатах, в пыльце и нектаре ряда растений. Мальтоза относится к восстанавливающим сахарам, восстанавливает фелингову жидкость, даёт гидразон и озазон и может быть окислена в одноосновную мальтобионовую кислоту, которая при гидролизе даёт α-D-глюкозу и D-глюконовую кислоту. Мальтоза была синтезирована действием мальтазы (энзима дрожжей) на концентрированные растворы глюкозы. Для неё характерно явление мутаротации, сильно вращает плоскость поляризации влево. Мальтоза менее сладка, чем например сахароза, однако, она более чем в 2 раза слаще лактозы.

Целлобиоза

Целлобиоза 4-(β-глюкозидо)-глюкоза — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы, соединённых β-гликозидной связью; основная структурная единица целлюлозы. Высшие животные не в состоянии усваивать целлюлозу, так как не обладают разлагающим её ферментом. Однако улитки, гусеницы и черви, содержащие ферменты целлобиазу и целлюлазу, способны расщеплять (и тем самым утилизовать) содержащие целлобиозу растительные остатки. Целлобиоза, как и лактоза, имеет 1→4 β-гликозидную связь и является восстанавливающим дисахаридом, но в отличие от лактозы при полном гидролизе даёт только β-D-глюкозу.

Невосстанавливающие (нередуцирующие) дисахариды

Невосстанавливающие дисахариды не имеют ОН-группы ни при одном аномерном центре, в результате чего, они не вступают в реакции с фелинговой жидкостью и реактивом Толленса.

Сахароза

Трегалоза

Обмен

Обмен углеводов в организме человека и высших животных складывается из нескольких процессов:

1. Гидролиз (расщепление) в желудочно-кишечном тракте полисахаридов и дисахаридов пищи до моносахаридов, с последующим всасыванием из просвета кишки в кровеносное русло.
2. Гликогеногенез (синтез) и гликогенолиз (распад) гликогена в тканях, в основном в печени.
3. Аэробный (пентозофосфатный путь окисления глюкозы или пентозный цикл) и анаэробный (без потребления кислорода) гликолиз — пути расщепления глюкозы в организме.
4. Взаимопревращение гексоз.
5. Аэробное окисление продукта гликолиза — пирувата (завершающая стадия углеводного обмена).
6. Глюконеогенез — синтез углеводов из неуглеводистого сырья (пировиноградная, молочная кислота, глицерин, аминокислоты и другие органические соединения).

Углеводы. Генетический D- ряд сахаров

«Углеводы широко распространены в природе и выполняют в живых
организмах различные важные функции. Они поставляют энергию для биологических
процессов, а также являются исходным материалом для синтеза в организме других
промежуточных или конечных метаболитов. Углеводы имеют общую формулу C_n(H₂O)_m, откуда и возникло название
этих природных соединений.

Углеводы делятся на простые сахара или моносахариды и полимеры этих
простых сахаров или полисахариды. Среди полисахаридов следует выделить группу
олигосахаридов, содержащих в молекуле от 2 до 10 моносахаридных остатков. К ним
относятся, в частности, дисахариды.

Моносахариды являются гетерофункциональными соединениями. В их молекулах
одновременно содержатся и карбонильная (альдегидная или кетонная), и несколько
гидроксильных групп, т.е. моносахариды представляют собой
полигидроксикарбонильные соединения — полигидроксиальдегиды и
полигидроксикетоны. В зависимости от этого моносахариды подразделяются на
альдозы (в моносахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится
кетогруппа). Например, глюкоза – это альдоза, а
фруктоза – это кетоза.

 (глюкоза
(альдоза))                    (фруктоза (кетоза))

В зависимости от числа атомов углерода в молекуле
моносахарид называется тетрозой, пентозой, гексозой и т.д. Если объединить
последние два типа классификации, то глюкоза – это альдогексоза, а фруктоза –
кетогексоза. Большинство встречающихся в природе моносахаридов – это пентозы и
гексозы.

Моносахариды изображаются в виде проекционных формул
Фишера, т.е. в виде проекции тетраэдрической модели атомов углерода на
плоскость чертежа. Углеродная цепь в них записывается вертикально. У альдоз
наверху помещают альдегидную группу, у кетоз – соседнюю с карбонильной
первичноспиртовую группу. Атом водорода и гидроксильную группу при
асимметрическом атоме углерода располагают на горизонтальной прямой.
Асимметрический атом углерода находится в образующемся перекрестье двух прямых
и не обозначается символом. С групп, расположенных вверху, начинают нумерацию
углеродной цепи. (Дадим определение асимметрическому атому углерода: это атом
углерода, связанный с четырьмя различными атомами или группами).

Установление абсолютной конфигурации, т.е. истинного
расположения в пространстве заместителей у асимметрического атома углерода
является весьма трудоемкой, а до некоторого времени было даже невыполнимой
задачей. Существует возможность характеризовать соединения путем сравнения их конфигураций
с конфигурациями эталонных соединений, т.е. определять относительные
конфигурации.

Относительная конфигурация моносахаридов определяется по
конфигурационному стандарту – глицериновому альдегиду, которому еще в конце
прошлого столетия произвольно были приписаны определенные конфигурации,
обозначенные как D- и L- глицериновые
альдегиды. С конфигурацией их асимметрических атомов углерода сравнивается
конфигурация наиболее удаленного от карбонильной группы асимметрического атома
углерода моносахарида. В пентозах таким атомом является четвертый атом углерода
(С₄), в гексозах – пятый (С₅), т.е.
предпоследние в цепи углеродных атомов. При совпадении конфигурации этих атомов
углерода с конфигурацией D-
глицеринового альдегида моносахарид относят к D- ряду. И, наоборот, при совпадении с конфигурацией L- глицеринового
альдегида считают, что моносахарид принадлежит к L- ряду. Символ D означает, что
гидроксильная группа при соответствующем асимметрическом атоме углерода в
проекции Фишера располагается справа от вертикальной линии, а символ L- что
гидроксильная группа расположена слева.

Вхождение

Свекла сахарная [ Beta vulgaris subsp. вульгарный ( Altissima группа)] является наиболее важным сахарным заводом в умеренных широтах .

Сахарный тростник ( Saccharum officinarum ) содержит большое количество сахарозы.

Кусковой сахар

Дисахариды в организме животных встречаются редко. Исключение являются трегалоз в гемолимфе большинство насекомых , а также лактозы в молоке от млекопитающих . Дисахариды очень распространены в растениях . Сахароза содержится во фруктах и многих фруктовых и овощных соках ; из сахарного тростника или сахарной свеклы используется как восстановленный столовый сахар . Трегалоза также содержится в дрожжах и грибах, а также в водорослях . Мальтоза не находится в свободной форме, но вырабатывается при ферментативном расщеплении крахмала , например, при пищеварении . Хорошо известным продуктом распада является инвертный сахар , который является основным компонентом меда, состоит из равных частей фруктозы и глюкозы и образуется из сахарозы (например, в цветочном нектаре).

Общие дисахариды

Две моносахаридные единицы дисахарида также могут быть соединены друг с другом в разных точках и иметь различную стереохимию в точке соединения . Это создает множество дисахаридов.

Структура и встречаемость дисахаридов

Фамилия	химическое соединение	Вхождение
Целлобиоза	Глюкоза -β- (1 → 4) -глюкоза	Целлюлоза дисахарид
Гентиобиоз	Глюкоза-β- (1 → 6) -глюкоза	Гликозиды ( амигдалин )
Изомальтоза	Глюкоза-α- (1 → 6) -глюкоза	Филиалы в гликогене и крахмале
Изомальтулоза	Глюкоза-α- (1 → 6) — фруктоза	ферментативная экстракция из сахарозы
Лактоза	Галактоза -β- (1 → 4) -глюкоза	Лактоза
Лактулоза	Галактоза-β- (1 → 4) -фруктоза	Продукт реверсии лактозы
Ламинарибиоз	Глюкоза-β- (1 → 3) -глюкоза	Продукт разложения ламинарина также образуется при варке пива.
Мальтоза	Глюкоза-α- (1 → 4) -глюкоза	Солодовый сахар или дисахарид крахмала в сахарной свекле, пчелином меде
Мальтулоза	Глюкоза-α (1 → 4) -фруктоза	Продукт реверсии мальтозы
Мелибиоз	Галактоза (1 → 6) глюкоза	в какао-бобах
Неогесперидоз	Рамноза — (1 → 2) -глюкоза	в гликозидах ( нарингин , неогесперидин )
Неотрегалез	Глюкоза (1 → 1) глюкоза	в экстракте коджи ( Aspergillus oryzae )
Нигероза	Глюкоза (1 → 3) глюкоза	в меду, пиве
Рутиноз	Рамноза (1 → 6) глюкоза	в антоцианах , гликозидах ( гесперидине )
Самбубиоз	Ксилоза-β- (1 → 2) -глюкоза	в антоцианах
Софороз	Глюкоза (1 → 2) глюкоза	в антоцианах , в бобовых
Сахароза	Глюкоза-α- (1 → 2) -фруктоза	Тростниковый или свекольный сахар
Трегалоза	Глюкоза-α, α ‘- (1 → 1) -глюкоза	в гемолимфе низших животных, спорыньи , молодых грибов

Примечания

1. ↑ Н. А. Абакумова, Н. Н. Быкова. 9. Углеводы // Органическая химия и основы биохимии. Часть 1. — Тамбов: ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. — ISBN 978-5-8265-0922-7.
2. ↑ Н. А. Тюкавкина, Ю. И. Бауков. Биоорганическая химия. — 1-е изд. — М.: Медицина, 1985. — С. 349—400. — 480 с. — (Учебная литература для студентов медицинских институтов). — 75 000 экз.
3. ↑ Романовский И.В. Ботлромеюк В.В Гидранович Л.Г. Ринейская О.Н. Биоорганическая химия / И.В. Романовский. — Минск: Новое знание, 2015. — С. 320-325. — 504 с. — ISBN 978-985-475-744-5.
4. ↑
5. ↑
6. ↑ Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия / Гидранович Л.Г.. — Учебное пособие. — Витебск: ВГМУ, 2009. — С. 198. — 406 с. — ISBN 978-985-466-326-5.
7. ↑ Романовский И.В. Ботлромеюк В.В Гидранович Л.Г. Ринейская О.Н. Биоорганическая химия / И.В. Романовский. — Минск: Новое знание, 2015. — С. 292. — 504 с. — ISBN 978-985-475-744-5.
8. ↑ А. Я. Николаев. 9. Обмен и функции углеводов // Биологическая химия. — М.: Медицинское информационное агентство, 2004. — ISBN 5-89481-219-4.

Химические свойства дисахаридов:

Основные химические реакции дисахаридов следующие:

1. реакция гидролиза дисахаридов:

При гидролизе дисахариды расщепляются на составляющие их моносахариды за счёт разрыва гликозидных связей между ними. Данная реакция является обратной процессу образования дисахаридов из моносахаридов.

Гидролиз протекает в кислой среде и (или) при нагревании.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2C₆H₁₂O₆ (to, Н+).

В результате гидролиза α-мальтозы образуются две молекулы глюкозы.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ (to, Н+).

В результате гидролиза лактозы образуются глюкоза и галактоза.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ (to, Н+).

В результате гидролиза сахарозы образуются глюкоза и фруктоза.

2. восстанавливающие дисахариды – мальтоза, лактоза и целлобиоза – реагируют с аммиачным раствором оксида серебра:

C₁₂H₂₂O₁₁ + Ag₂O → C₁₂H₂₂O₁₂ + 2Ag (в аммиачном растворе (NH₃)).

В результате реакции образуется среди прочего чистое серебро. Если реакция проводится в сосуде с чистыми и гладкими стенками, то серебро осаждается на них в виде тонкой плёнки, образуя зеркальную поверхность. При наличии малейших загрязнений серебро выделяется в виде серого рыхлого осадка.

3. восстанавливающие дисахариды – мальтоза, лактоза и целлобиоза – могут восстанавливать гидроксид меди (II) до оксида меди (I):

C₁₂H₂₂O₁₁ + 2Cu(OH)₂ → C₁₂H₂₂O₁₂ + Cu₂O + 2H₂O.

В результате реакции образуются среди прочего оксида меди (I) и вода.

4. невосстанавливающие дисахариды не реагируют с аммиачным раствором оксида серебра и не восстанавливают гидроксид меди (II) до оксида меди (I), т.к. не содержат полуацетальные гидроксилы.

Биосинтез

В суточном рационе человека и животных преобладают углеводы. Травоядные получают крахмал, клетчатку, сахарозу. Хищники получают гликоген с мясом.

Организмы животных не способны синтезировать углеводы из неорганических веществ. Они получают их от растений с пищей и используют в качестве главного источника энергии, получаемой в процессе окисления:

Cx(H2O)y+xO2→xCO2+yH2O, ΔH<0.001{\displaystyle {\mathsf {C_{x}(H_{2}O)_{y}+xO_{2}\rightarrow xCO_{2}+yH_{2}O,\ \Delta H<0.001}}}

В зелёных листьях растений углеводы образуются в процессе фотосинтеза — уникального биологического процесса превращения в сахарá неорганических веществ — оксида углерода (IV) и воды, происходящего при участии хлорофилла за счёт солнечной энергии:

xCO2+yH2O→Cx(H2O)y+xO2{\displaystyle {\mathsf {xCO_{2}+yH_{2}O\rightarrow C_{x}(H_{2}O)_{y}+xO_{2}}}}

Терминология

Примеры

Все моносахариды являются восстанавливающими сахарами, потому что они либо имеют альдегидную группу (если они являются альдозами), либо могут таутомеризоваться в растворе с образованием альдегидной группы (если они являются кетозами). Это включает обычные моносахариды, такие как галактоза , глюкоза , глицеральдегид , фруктоза , рибоза и ксилоза .

Многие дисахариды , такие как целлобиоза , лактоза и мальтоза , также имеют восстанавливающую форму, поскольку одно из двух звеньев может иметь форму с открытой цепью с альдегидной группой. Однако сахароза и трегалоза , в которых аномерные атомы углерода двух звеньев связаны вместе, являются невосстанавливающими дисахаридами, поскольку ни одно из колец не способно к раскрытию.

Равновесие между циклической и открытой цепью формы в одном кольце мальтозы

В глюкозных полимерах , такие как крахмал и крахмало производные , такой как сироп глюкозы , мальтодекстрин и декстрина в макромолекуле начинается с восстанавливающим сахаром, свободным альдегидом. Когда крахмал частично гидролизован, цепи расщепляются, и, следовательно, он содержит больше восстанавливающих сахаров на грамм. Процент редуцирующих сахаров, присутствующих в этих производных крахмала, называется эквивалентом декстрозы (DE).

Гликоген — это сильно разветвленный полимер глюкозы, который служит основной формой хранения углеводов у животных

Это редуцирующий сахар только с одним восстанавливающим концом, независимо от того, насколько велика молекула гликогена или сколько у нее ответвлений (обратите внимание, однако, что уникальный восстанавливающий конец обычно ковалентно связан с гликогенином и поэтому не будет восстанавливать). Каждая ветвь заканчивается остатком невосстанавливающего сахара

Когда гликоген расщепляется для использования в качестве источника энергии, единицы глюкозы удаляются по одной с невосстанавливающих концов ферментами.

Дисахариды

Дисахариды (биозы) при гидролизе образуют два одинаковых
или разных моносахарида. Для установления строения дисахаридов необходимо
знать: из каких моносахаридов он построен, какова конфигурация аномерных
центров у этих моносахаридов (a- или b-),
каковы размеры цикла (фураноза или пираноза) и с участием каких гидроксилов
связаны две молекулы моносахарида.

Дисахариды подразделяются на две группы:
восстанавливающие и невосстанавливающие.

К восстанавливающим дисахаридам относится, в часности,
мальтоза (солодовый сахар), содержащаяся в солоде, т.е. проросших, а затем
высушенных и измельченных зернах хлебных злаков.

(мальтоза)

Мальтоза составлена из двух остатков D- глюкопиранозы,
которые связаны (1–4) -гликозидной связью, т.е. в образовании простой эфирной
связи участвуют гликозидный гидроксил одной молекулы и спиртовой гидроксил при
четвертом атоме углерода другой молекулы моносахарида. Аномерный атом углерода
(С₁), участвующий в образовании этой связи, имеет a-
конфигурацию, а аномерный атом со свободным гликозидным гидроксилом (обозначен
красным цветом) может иметь как a- (a- мальтоза), так
и b-
конфигурацию (b- мальтоза).

Мальтоза представляет собой белые кристаллы, хорошо
растворимые в воде, сладкие на вкус, однако значительно меньше, чем у сахара
(сахарозы).

Как видно, в мальтозе имеется свободный гликозидный
гидроксил, вследствие чего сохраняется способность к раскрытию цикла и переходу
в альдегидную форму. В связи с этим, мальтоза способна вступать в реакции,
характерные для альдегидов, и, в частности, давать реакцию «серебряного
зеркала», поэтому ее называют восстанавливающим дисахаридом. Кроме того,
мальтоза вступает во многие реакции, характерные для моносахаридов, например,
образует простые и сложные эфиры (см. химические свойства моносахаридов).

	СH3I –––– NaOH
мальтоза		Октаметилмальтоза

К невосстанавливающим дисахаридам относится сахароза
(свекловичный или тростниковый сахар). Она содержится в сахарном тростнике, сахарной
свекле (до 28% от сухого вещества), соках растений и
плодах. Молекула сахарозы построена из a, D- глюкопиранозы
и b, D-
фруктофуранозы.

(сахароза)

В противоположность мальтозе гликозидная связь (1–2) между моносахаридами
образуется за счет гликозидных гидроксилов обеих молекул, то есть свободный
гликозидный гидроксил отсутствует. Вследствие этого отсутствует
восстанавливающая способность сахарозы, она не дает реакции «серебряного
зеркала», поэтому ее относят к невосстанавливающим дисахаридам.

Сахароза – белое кристаллическое вещество, сладкое на вкус, хорошо
растворимое в воде.

Для сахарозы характерны реакции по гидроксильным группам. Как и все
дисахариды, сахароза при кислотном или ферментативном гидролизе превращается в
моносахариды, из которых она составлена.

Целлюлоза (клетчатка)

Целлюлоза – наиболее распространенный растительный
полисахарид. Она обладает большой механической прочностью и исполняет роль
опорного материала растений. Древесина содержит 50-70% целлюлозы, хлопок
представляет собой почти чистую целлюлозу.

Как и у крахмала, структурной единицей целлюлозы
является D-
глюкопираноза, звенья которой связаны (1-4) -гликозидными связями. Однако, от
крахмала целлюлоза отличается b- конфигурацией гликозидных связей
между циклами и строго линейным строением.

Целлюлоза состоит из нитевидных молекул, которые
водородными связями гидроксильных групп внутри цепи, а также между соседними
цепями собраны в пучки. Именно такая упаковка цепей обеспечивает высокую
механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую
инертность, что делает целлюлозу идеальным материалом для построения клеточных
стенок.

b- Гликозидная связь не разрушается пищеварительными ферментами человека,
поэтому целлюлоза не может служить ему пищей, хотя в определенном количестве
является необходимым для нормального питания балластным веществом. В желудках
жвачных животных имеются ферменты, расщепляющие целлюлозу, поэтому такие
животные используют клетчатку в качестве компонента пищи.

Несмотря на нерастворимость целлюлозы в воде и обычных
органических растворителях, она растворима в реактиве Швейцера (раствор
гидроксида меди в аммиаке), а также в концентрированном растворе хлористого
цинка и в концентрированной серной кислоте.

Как и крахмал, целлюлоза при кислотном гидролизе дает
глюкозу.

Целлюлоза – многоатомный спирт, на элементную ячейку
полимера приходятся три гидроксильных группы. В связи с этим, для целлюлозы
характерны реакции этерификации (образование сложных эфиров). Наибольшее
практическое значение имеют реакции с азотной кислотой и уксусным ангидридом.

целлюлоза

+ 3n HNO3

H2SO4 ––––

тринитрат целлюлозы

+ 3nH2О

Полностью
этерифицированная клетчатка известна под названием пироксилин, который после
соответствующей обработки превращается в бездымный порох. В зависимости от
условий нитрования можно получить динитрат целлюлозы, который в технике
называется коллоксилином. Он так же используется при изготовлении пороха и
твердых ракетных топлив. Кроме того, на основе коллоксилина изготавливают
целлулоид.

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в
присутствии уксусной и серной кислот образуется триацетилцеллюлоза.

+ 3n

триацетилцеллюлоза

+ 3n СH3СOOН

Триацетилцеллюлоза (или ацетилцеллюлоза) является ценным продуктом для
изготовления негорючей кинопленки и ацетатного шелка. Для этого ацетилцеллюлозу
растворяют в смеси дихлорметана и этанола и этот раствор продавливают через
фильеры в поток теплого воздуха. Растворитель испаряется и струйки раствора
превращаются в тончайшие нити ацетатного шелка.

Целлюлоза не дает реакции «серебряного зеркала».

Говоря о применении целлюлозы, нельзя не сказать о том, что большое
количество целлюлозы расходуется для изготовления различной бумаги. Бумага –
это тонкий слой волокон клетчатки, проклеенный и спрессованный на специальной
бумагоделательной машине.

Из приведенного выше уже видно, что использование
целлюлозы человеком столь широко и разнообразно, что применению продуктов
химической переработки целлюлозы можно посвятить самостоятельный раздел.

Лактоза — молочный сахар

Характеристика

Несколько качественных тестов используются для определения присутствия редуцирующих сахаров. В двух из них используются растворы ионов меди (II) : реактив Бенедикта (Cu 2+ в водном цитрате натрия) и раствор Фелинга (Cu 2+ в водном тартрате натрия). Восстановительный сахар восстанавливает ионы меди (II) в этих испытательных растворах до меди (I), которая затем образует осадок оксида меди (I) кирпично-красного цвета . Восстановительные сахара также можно обнаружить при добавлении реагента Толлена , который состоит из ионов серебра (Ag + ) в водном растворе аммиака. Когда реагент Толлена добавляется к альдегиду, он осаждает металлическое серебро, часто образуя серебряное зеркало на чистой стеклянной посуде.

3,5-динитросалициловая кислота — еще один тестовый реагент, позволяющий проводить количественное определение. Он реагирует с редуцирующим сахаром с образованием 3-амино-5-нитросалициловой кислоты , которую можно измерить спектрофотометрией, чтобы определить количество присутствующего редуцирующего сахара.

Некоторые сахара, такие как сахароза, не вступают в реакцию ни с одним из тестовых растворов восстанавливающего сахара. Однако невосстанавливающий сахар можно с помощью разбавленной соляной кислоты . После гидролиза и нейтрализации кислоты продукт может быть редуцирующим сахаром, который нормально реагирует с исследуемыми растворами.

Все углеводы превращаются в альдегиды и положительно реагируют на тест Молиша . Но тест на моносахариды проходит быстрее.

III. Специфические реакции

Кроме приведенных выше, глюкоза характеризуется и
некоторыми специфическими свойствами — процессами брожения. Брожением
называется расщепление молекул сахаров под воздействием ферментов (энзимов).
Брожению подвергаются сахара с числом углеродных атомов, кратным трем.
Существует много видов брожения, среди которых наиболее известны следующие:

a)спиртовое
брожение

C₆H₁₂O₆2CH₃–CH₂OH(этиловыйспирт) + 2CO₂­

b)молочнокислое
брожение

C6H12O62CH3–

CH–СОOH(молочная кислота)IOH

c)маслянокислое брожение

C₆H₁₂O₆ CH₃–CH₂–СН₂–СОOH(маслянаякислота) + 2Н₂­ + 2CO₂­

Упомянутые виды брожения, вызываемые микроорганизмами, имеют широкое
практическое значение. Например, спиртовое – для
получения этилового спирта, в виноделии, пивоварении и т.д., а молочнокислое –
для получения молочной кислоты и кисломолочных продуктов.

Сахароза — тростниковый сахар

Сахар, который присутствует в нашем ежедневном рационе питания как в чистом виде, так и в составе различных блюд, это и есть сахароза. Она состоит из остатков молекулы глюкозы и фруктозы.

В природе сахароза встречается в разнообразных плодах: фруктах, ягодах, овощах, а также в сахарном тростнике, откуда его и начали добывать впервые. Процесс расщепления сахарозы начинается в ротовой полости и заканчивается в кишечнике. Под воздействием альфа-глюкозидазы тростниковый сахар расщепляется до глюкозы и фруктозы, которые быстро всасываются в кровь.

Полезные свойства

Польза от сахарозы очевидна. Как очень распространенный в природе дисахарид сахароза служит источником энергии для организма. Насыщая кровь глюкозой и фруктозой, тростниковый сахар:

• обеспечивает нормальную жизнедеятельность головного мозга — основного потребителя энергии;
• является источником энергии для мышечного сокращения;
• повышает работоспособность организма;
• стимулирует синтез серотонина, благодаря чему повышает настроение, являясь антидепрессивным фактором;
• участвует в формировании стратегических (и не только) запасов жира;
• принимает активное участие в углеводном обмене;
• поддерживает детоксикационную функцию печени.

Полезные функции сахарозы проявляются только при ее употреблении в ограниченном количестве. Оптимальным считается употребление 30-50 г тростникового сахара в блюдах, напитках или чистом виде.

Вред при злоупотреблении

Превышение суточной нормы потребления чревато проявлением вредных свойств сахарозы:

• эндокринными нарушениями (сахарным диабетом, ожирением);
• разрушением зубной эмали и патологиями со стороны опорно-двигательного аппарата в результате нарушения минерального обмена;
• дряблостью кожи, ломкостью ногтей и волос;
• ухудшением состояния кожи (сыпью, образованием прыщей);
• угнетением иммунитета (эффективный иммунодепрессант);
• подавлением активности ферментов;
• повышением кислотности желудочного сока;
• нарушением работы почек;
• гиперхолестеринемией и триглицеридемией;
• ускорением возрастных изменений.

Поскольку в процессе всасывания продуктов расщепления сахарозы (глюкозы, фруктозы) принимают активное участие витамины группы В, чрезмерное употребление сладких продуктов чревато дефицитом этих витаминов. Длительная нехватка витаминов группы В опасна стойкими нарушениями работы сердца и сосудов, патологиями нервно-психической деятельности.

У детей увлечение сладостями приводит к повышению их активности вплоть до развития синдрома гиперактивности, неврозов, раздражительности.

Лучшие материалы месяца

• Коронавирусы: SARS-CoV-2 (COVID-19)
• Антибиотики для профилактики и лечения COVID-19: на сколько эффективны
• Самые распространенные «офисные» болезни
• Убивает ли водка коронавирус
• Как остаться живым на наших дорогах?

Пространственная изомерия

Слева D-глицеральдегид, справа L-глицеральдегид.

Изомерия (от др.-греч. ἴσος — равный, и μέρος — доля, часть) — существование химических соединений (изомеров), одинаковых по составу и молекулярной массе, различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам.

Стереоизомерия моносахаридов: изомер глицеральдегида, у которого при проецировании модели на плоскость ОН-группа у асимметричного атома углерода расположена с правой стороны, принято считать D-глицеральдегидом, а зеркальное отражение — L-глицеральдегидом. Все изомеры моносахаридов делятся на D- и L- формы по сходству расположения ОН-группы у последнего асимметричного атома углерода возле СН₂ОН-группы (кетозы содержат на один асимметричный атом углерода меньше, чем альдозы с тем же числом атомов углерода). Природные гексозы — глюкоза, фруктоза, манноза и галактоза — по стереохимической конфигурациям относят к соединениям D-ряда.