Уравнение реакции фруктозы с синильной кислотой

Теория по теме Углеводы. Краткие конспект по углеводам. Классификация углеводов, химические свойства углеводов, способы получения углеводов. Свойства и получение моносахаридов (глюкоза, фруктоза), олигосахаридов (сахароза и др.), полисахаридов.

Исключение составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С₅Н₁₀O₄ (на один атом кислорода меньше, чем рибоза).

Видео:Биохимия. Лекция 48. Углеводы. Превращение фруктозы и галактозы в глюкозу. Гликогенез. Гликогенолиз.Скачать

Классификация углеводов

Видео:Аэробный и анаэробный гликолиз. Реакции катаболизма глюкозы. Расчет выхода АТФ в гликолизеСкачать

По числу структурных звеньев

• Моносахариды — содержат одно структурное звено.
• Олигосахариды — содержат от 2 до 10 структурных звеньев (дисахариды, трисахариды и др.).
• Полисахариды — содержат n структурных звеньев.

Некоторые важнейшие углеводы:

Видео:25. Схема реакции и химическое уравнениеСкачать

По числу атомов углерода в молекуле

• Пентозы — содержат 5 атомов углерода.
• Гексозы — содержат 6 атомов углерода.
• И т.д.

Видео:Цианистый Калий. Самый известный ЯД и как пахнет синильная кислота.Скачать

По размеру кольца в циклической форме молекулы

• Пиранозы — образуют шестичленное кольцо.
• Фуранозы — содержат пятичленное кольцо.

Видео:Пентозофосфатный путь, метаболизм фруктозы и галактозыСкачать

Химические свойства, общие для всех углеводов

Видео:[биохимия] — ГЛИКОЛИЗСкачать

1. Горение

Все углеводы горят до углекислого газа и воды.

Видео:51. Углеводы. Глюкоза. Фруктоза (чась 2)Скачать

2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой

Концентрированная серная кислота отнимает воду от углеводов, при этом образуется углерод С («обугливание») и вода.

Видео:Патогенез катаракты при галактоземии. Метаболизм фруктозы и галактозы.Скачать

Моносахариды

Моносахариды являются структурными звеньями олигосахаридов и полисахаридов.

Важнейшие моносахариды

Название и формула	Глюкоза C6H12O6	Фруктоза C6H12O6	Рибоза C5H10O5
Структурная формула
Классификация	гексоза альдоза в циклической форме – пираноза	гексоза кетоза в циклической форме — фураноза	пентоза альдоза в циклической форме – фураноза

Видео:Обмен Галактозы и Фруктозы(Часть 10)Скачать

Глюкоза

Глюкоза – это альдегидоспирт (альдоза).

Она содержит шесть атомов углерода, одну альдегидную и пять гидроксогрупп.

Глюкоза существует в растворах не только в виде линейной, но и циклических формах (альфа и бета), которые являются пиранозными (содержат шесть звеньев):

α-глюкоза	β-глюкоза

Видео:Качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди (II)Скачать

Химические свойства глюкозы

Водный раствор глюкозы

В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя циклическими формами — α и β и линейной формой:

Качественная реакция на многоатомные спирты: реакция со свежеосажденным гидроксидом меди (II)

При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с глюкозой (и другими моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.

Реакции на карбонильную группу — CH=O

Глюкоза проявляет свойства, характерные для альдегидов.

• Реакция «серебряного зеркала»

• Реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) выпадает красно-кирпичный осадок оксида меди (I):

• Окисление бромной водой. При окислении глюкозы бромной водой образуется глюконовая кислота:

• Также глюкозу можно окислить хлором, бертолетовой солью, азотной кислотой.

• Каталитическое гидрирование. При взаимодействии глюкозы с водородом происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, образуется шестиатомный спирт – сорбит:

• Брожение глюкозы. Брожение — это биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях.

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении глюкозы образуются спирт и углекислый газ:

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении глюкозы образуется молочная кислота:

Маслянокислое брожение. При маслянокислом брожении глюкозы образуется масляная кислота (внезапно):

• Образование эфиров глюкозы (характерно для циклической формы глюкозы).

Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры.

Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила.

Например, α-D-глюкоза взаимодействует с метанолом.

При этом образуется монометиловый эфир глюкозы (α-O-метил-D-глюкозид):

В более жестких условиях (например, с CH₃-I) возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.

Моносахариды способны образовывать сложные эфиры как с минеральными, так и с карбоновыми кислотами.

Видео:Самые Опасные Вещества В МиреСкачать

Получение глюкозы

Гидролиз крахмала

В присутствии кислот крахмал гидролизуется:

Синтез из формальдегида

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

Фотосинтез

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

Видео:Синильная кислота в косточках фруктов: чем вредна, какое воздействие оказывает на организм человек.Скачать

Фруктоза

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.

Видео:Фруктоземия, галактоземияСкачать

Дисахариды

Видео:Реакции окисления, нуклеофильного присоединения альдегидов и кетонов. 11 класс.Скачать

Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С₁₂Н₂₂О₁₁

Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом:

В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы связан из-за образования кислородного мостика с фруктозой, поэтому сахароза не образует открытую (альдегидную) форму.

Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой. При этом образуются глюкоза и фруктоза:

Видео:Искусственные сахарозаменители: стройная фигура или ожирение и диабет?Скачать

Мальтоза С₁₂Н₂₂О₁₁

Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.

Видео:ОПАСНЫЕ НАСТОЙКИ ИЗ САМОГОНА ИЛИ ВОДКИ. Какие настойки опасны для здоровья #настойканасамогонеСкачать

Полисахариды

Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы.

Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C₆H₁₀O₅)_n, но совершенно различные свойства.

Это объясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы:

Видео:Классификация углеводов: моносахариды, дисахариды, полисахариды,. 10 класс.Скачать

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

• амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
• амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

Амилопектин имеет разветвленное строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

Свойства крахмала

• Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется:

• Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

• Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Видео:Биохимия легко: метаболизм фруктозы. Решаем и разбираем задачуСкачать

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.

Свойства целлюлозы

• Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.

Нитрование целлюлозы.

Так как в звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании целлюлозы избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:

Ацилирование целлюлозы.

При действии на целлюлозу уксусного ангидрида (упрощённо-уксусной кислоты) происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН.

Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.

• Гидролиз целлюлозы.

Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой среде может гидролизоваться, в результате тоже получается глюкоза. Но процесс идёт гораздо труднее.

Видео:Моносахариды. Глюкоза. 11 класс.Скачать

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОСАХАРИДОВ

В соответствии с химическим строением моносахариды могут проявлять свойства карбонильных соединений, спиртов и полуацеталей. Поскольку циклические и открытые формы моносахаридов в растворе находятся в равновесии друг с другом, то расходование одной из них в ходе реакции сдвигает таутомерное равновесие в сторону реагирующей формы. Рассматривая различные реакции моносахаридов, мы будем приводить формулу лишь той таутомерной формы, которая непосредственно участвует в данной реакции.

8.1 Реакции карбонильных форм моносахаридов

а) Окисление. Реакции окисления используют в структурных исследованиях и биохимических анализах для обнаружения моносахаридов. Монозы легко окисляются, причем в зависимости от условий окисления образуются различные продукты. Окисление альдоз без деструкции (разрушения) углеродного скелета проводят в нейтральной или кислой среде и получают различные кислоты. При использовании мягких окислителей типа бромной воды, гипохлоритов, разбавленной азотной кислоты окисляется только альдегидная группа и образуются гликоновые (альдоновые ) кислоты :

Пример окисления глюкозы :

С помощью сильного окислителя — концентрированной азотной кислоты — концевые группы альдоз (альдегидная и первичноспиртовая) одновременно окисляются в карбоксильные группы, образуя гликаровые кислоты (называемые также сахарными):

Получающаяся из Д-галактозы галактаровая (слизевая) кислота трудно растворима в воде, что используется для обнаружения галактозы методом окисления ее азотной кислотой.

Если предварительно защитить склонную к окислению альдегидную группу (например, превращением альдозы в гликозид), то становится возможным избирательное окисление первичной спиртовой группы и образуются гликуроновые (уроновые) кислоты.

Уроновые кислоты при нагревании их солей с металлами (никель, магний) подвергаются декарбоксилированию. При этом из гексуроновых кислот образуются пентозы. В организме за счет ферментативной реакции декарбоксилирования Д-глюкуроновой кислоты получается Д-ксилоза.

Приведенная реакция показывает генетическую связь пентоз с гексозами, являющимися продуктами фотосинтеза.

Пектиновые вещества плодов и ягод представляют собой продукты поликонденсации Д-галактуроновой кислоты.

Уроновые кислоты выполняют в организме важную функцию : они образуют с лекарственными веществами, их метаболитами, токсичными веществами водорастворимые гликозиды и выводят их из организма.

Кетозы не окисляются слабыми окислителями. При действии сильных окислителей происходит расщепление молекул. Так, например, при окислении фруктозы получаются винная и щавелевая кислоты :

Слабые окислители в щелочной среде (аммиачный раствор оксида серебра, соединения Сu 2+ ) превращают монозы в сложную смесь продуктов окисления и служат для качественного и количественного определения альдоз и кетоз .

Подобно обычным альдегидам, альдозы легко дают реакцию “серебряного зеркала” с аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса) :

При нагревании реактива Фелинга (смесь равных обьемов водного раствора сульфата меди и щелочного раствора натрий-калиевой соли винной кислоты) в присутствии альдозы выпадает красный осадок Сu₂О. Реакцию используют для количественного определения сахаров :

Кетозы тоже способны восстанавливать катионы металлов, так как они в щелочной среде изомеризуются в альдозы.

б) Восстановление. При восстановлении моноз образуются многоатомные спирты, называемые альдитами (глицитами). Эти кристаллические, легко растворимые в воде вещества обладают сладким вкусом и часто используются как заменители сахара (ксилит, сорбит).

Восстановление моносахаридов проводят водородом в присутствии металлических катализаторов (палладий, никель).

Шестиатомные спирты — глюцит (сорбит), дульцит и маннит — получаются при восстановлении соответственно глюкозы, галактозы и маннозы. Восстановление глюкозы в сорбит является одной из стадий промышленного синтеза аскорбиновой кислоты .

При восстановлении альдоз получается лишь один полиол , кетоз — смесь двух полиолов, например, при восстановлении Д-фруктозы борогидридом натрия NaBН₄ образуются Д- глюцит (сорбит) и Д- маннит :

в) Присоединение синильной кислоты.

Монозы присоединяют синильную кислоту, образуя нитрилы высших глюконовых кислот (Килиани, 1887) :

Этим методом можно удлинять углеродную цепь и переходить от низших моносахаридов к высшим (см. способы получения моноз).

г) Действие гидроксиламина. Реакция с гидроксиламином используется для установления строения сахаров и для перехода от высших моносахаридов к низшим :

д) Действие фенилгидразина. Одной из наиболее важных реакций, которая позволяет выделять в чистом виде отдельные монозы, а также устанавливать тождество моноз различного происхождения, является взаимодействие моноз с фенилгидразином. Сначала фенилгидразин действует на монозы так же, как на простейшие альдегиды и кетоны, т. е. с выделением воды и образованием фенилгидразона:

Затем при нагревании полученного гидразона с фенилгидразином соседняя с карбонильной группой первичная или вторичная спиртовая группа окисляется в карбонильную, причем фенилгидразин восстанавливается до анилина и аммиака. Вновь образовавшаяся карбонильная группа (для кетоз — альдегидная, а для альдоз — кетонная) вступает в реакцию с третьей молекулой фенилгидразина и получается озазон монозы :

Из альдоз и кетоз могут получиться озазоны одинакового строения. Поскольку реакция образования озазона затрагивает только углероды С₁ и С₂ моносахаридов, то, следовательно, эпимерные альдозы и изомерные им кетозы дают один и тот же озазон.

Озазоны представляют собой кристаллические вещества, трудно растворимые в воде, благодаря чему их легко выделить в кристаллическом виде из водных растворов моноз.

Озазоны при действии кислот гидролизуются в озоны :

При восстановлении озонов амальгамой натрия в слабокислой среде происходит избирательное восстановление альдегидной группы до первичной спиртовой группы. Этим методом можно осуществлять переход от альдоз к кетозам через озазоны и озоны.

е) Действие щелочей. В разбавленных растворах щелочей при комнатной температуре происходит изомеризация моносахаридов, т.е. получение из одного моносахарида равновесной смеси моноз, отличающихся конфигурацией первого и второго атомов углерода.

Так, водный раствор Д-глюкозы после добавления к нему известковой воды через пять суток имеет состав : Д- глюкозы — 63,5 % , Д- маннозы — 2,5 % и Д-фруктозы — 31 %. Процесс изомеризации проходит через стадию образования промежуточного продукта — ендиола, который для глюкозы, маннозы и фруктозы является общим :

Происходящие при этих превращениях изменения конфигурации у второго углеродного атома альдоз носит название эпимеризации, а альдозы, отличающиеся лишь конфигурацией второго углеродного атома, называются эпимерами.

Способностью альдоз и кетоз к взаимному переходу друг в друга в слабощелочной среде обьясняются некоторые необычные свойства фруктозы, в частности — способность к положительным реакциям с реактивом Толленса и фелинговой жидкостью.

Превращение 6-фосфата-Д-глюкопиранозы в 6-фосфат-Д-фруктозы протекает в организме под действием фермента фосфоглюкоизомеразы и является одной из стадий катаболизма глюкозы.

8.2. Реакции с участием гидроксильных групп

Гидроксильные группы имеются в открытых и циклических формах моноз, но содержание циклических форм значительно выше, поэтому реакции идут в циклических ( полуацетальных ) формах :

Гидроксилы отличаются по реакционной способности : С₁-ОН-гликозидный (наиболее реакционноспособный) ; С₆ — первичный; С₂-С₄ — вторичные.

8.2.1 Реакции с участием гликозидного гидроксила

При взаимодействии моносахаридов с гидроксилсодержащими соединениями (спиртами, фенолами и др.) в условиях кислотного катализа образуются производные только по гликозидной ОН-группе — циклические ацетали, называемые гликозидами. Cпиртовые гидроксилы моноз в этих условиях не реагируют.

В зависимости от размера оксидного цикла гликозиды делятся на пиранозиды и фуранозиды. Ацетали глюкозы называют глюкозидами, рибозы — рибозидами, фруктозы — фруктозидами и т.п. (окончание — оза монозы заменяется на — озид). Растворы гликозидов не мутаротируют.

Удобным способом получения гликозидов является пропускание газообразного хлороводорода ( катализатор ) через раствор моносахарида в спиртах, например, этаноле, метаноле и т.д. При этом соответственно получаются этил- или метилгликозиды. В названии гликозидов указываются сначала наименования введенного радикала, затем конфигурация аномерного центра и название углеводного остатка с суффиксом — озид.

Вследствие таутомерии и обратимости реакции образования гликозида в растворе в равновесии в общем случае могут находиться таутомерные формы исходного моносахарида и соответственно 4 диастереомерных гликозида (a- и b-аномеры фуранозидов и пиранозидов).

Как и все ацетали, гликозиды легко гидрализуются разбавленными кислотами, но проявляют устойчивость к гидролизу в слабощелочной среде. Более напряженные пятичленные циклы фуранозидов расщепляются гидролитическим путем быстрее пиранозидов. Гидролиз гликозидов в кислой среде приводит к соответствующим спиртам и моносахаридам и представляет собой реакцию, обратную их образованию.

Для гидролитического расщепления гликозидов широко применяется ферментативный гидролиз, преимущество которого заключается в его специфичности. Например, фермент a-глюкозидаза из дрожжей расщепляет только a-глюкозидную связь; b-глюкозидаза из миндаля — только b-глюкозидную связь. На этом основании ферментативный гидролиз часто применяется в целях установления конфигурации аномерного атома углерода. Гидролиз гликозидов лежит в основе гидролитического расщепления полисахаридов, осуществляемого в организме, а также используется во многих промышленных процессах .

Молекулу гликозида формально можно представить состоящей из двух частей — углеводной и агликоновой. В роли гидроксилсодержащих агликонов могут выступать и сами моносахариды. Гликозиды, образованные с ОН- содержащими агликонами, называют О-гликозидами. В свою очередь гликозиды, образованные с NH- содержащими соединениями (например, аминами), называют N-гликозидами. К ним принадлежат нуклеозиды, имеющие важное значение в химии нуклеиновых кислот.

8.2.2 Реакции с участием всех гидроксильных групп

При действии на моносахариды более сильных алкилирующих агентов, например алкилгалогенидов, наряду с гликозидным гидроксилом в реакцию вступают все спиртовые гидроксилы монозы с образованием простых эфиров. Простые эфиры не гидролизуются, а гликозидная связь легко подвергается гидролитическому расщеплению в кислой среде.

Большое практическое значение имеют триметилсилиловые эфиры моносахаридов (ТМС-эфиры). Моносахариды — нелетучие соединения, поэтому для анализа методами ГЖХ или масс — спектрометрии их необходимо перевести в летучие производные, например ТМС — эфиры, путем взаимодействия с триметилхлорсиланом (СН₃)₃SiCl.

б) Образование сложных эфиров. Моносахариды легко ацилируются ангидридами и галогенангидридами органических кислот, образуя сложные эфиры с участием всех гидроксильных групп. Например, при действии с уксусным ангидридом получаются ацетильные производные моносахаридов:

Сложные эфиры моноз гидролизуются как в кислой, так и щелочной средах.

Большое значение имеют эфиры неорганических кислот, в частности, эфиры фосфорной кислоты — фосфаты. Они содержатся во всех растительных и животных организмах и представляют собой метаболически активные формы моносахаридов. К ним прежде всего относят фосфаты Д-глюкозы и Д-фруктозы :

Фосфаты Д-рибозы и 2-дезокси-Д-рибозы служат структурными элементами нуклеиновых кислот и ряда коферментов.

8.3 Действие кислот

Действие кислот на пентозы и гексозы может быть использовано для их распознования, а именно: при нагревании пентоз с разбавленными кислотами легко происходит их дегидратация (отщепление трех молекул воды ) и образуется летучий гетероциклический альдегид — фурфурол :

Действие кислот на гексозы ведет сначала к образованию 5-гидроксиметилфурфурола, который при кипячении с разбавленными кислотами разлагается с образованием левулиновой и муравьиной кислот:

Фурфурол и 5-гидроксиметилфурфурол способны вступать в реакции конденсации с фенолами (a-нафтол, резорцин, флороглюцин) и ароматическими аминами (анилин, дефиниламин) с образованием окрашенных продуктов. Фурфурол дает красное окрашивание с анилином (качественная реакция на пентозы); 5-гидроксиметилфурфурол — красное окрашивание с резорцином (реакция Селиванова).

Некоторые цветные качественные реакции используются в количественном (колориметрическом) определении сахаров, а также хроматографии для обнаружения моносахаридов.

8.4 Брожение сахаров

Брожение — это сложный процесс расщепления моносахаридов с выделением СО₂ под действием ферментов. Брожению подвергаются сахара, у которых число атомов углерода кратно трем (гексозы).

Брожение гексоз различной конфигурации происходит с неодинаковой легкостью. Различают разные виды брожения :

Существуют и другие виды брожения.

Процессы брожения сахаров играют важную роль и широко используются в промышленности.

1. Кочетков Н.К. Химия углеводов . — М. : Химия. 1967.

2. Степаненко Б.Н. Химия и биохимия углеводов (моносахариды). – М.: Высшая школа. 1977.

3. Быков А.Ф., Афанасьев В.А., Заиков Г.Е. Углеводы.- М.: Наука. 1980

4. Березин Б.Д. Курс современной органической химии.-М.: Высшая школа. 1999.

5. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия.-М.: Медицина, 1991.

Составители : доцент А.Я. Гузиков

ст. преподаватель Л.Г. Столярова

ассистент В.Н. Емельяненко

Научный редактор профессор Г.Н. Роганов

Видео:Эта СУПЕРКИСЛОТА Растворит Все что угодно!Скачать

Реакции углеводов

1. Реакции углеводов

1.2.1. Действие реагентов Бенедикта, Феллинга и Толленса

1.2.2. Окисление альдоз бромной водой

1.2.3. Окисление азотной кислотой

1.2.4. Окисление периодной кислотой

1.3. Реакции с фенилгидразином

2. Образование простых эфиров

В живой природе широко распространены вещества, многим из которых соответствует формула С_х(Н₂О)_у. Они представляют собой, таким образом, как бы гидраты углерода, что и обусловило их название – углеводы. К углеводам относится обычный сахар – сахароза, виноградный сахар – глюкоза, фруктовый сахар – фруктоза и молочный сахар – мальтоза. Этим объясняется еще одно их общепринятое название сахара. Растения синтезируют углеводы из двуокиси углерода и воды в процессе фотосинтеза. При этом солнечная энергия переходит в химическую:

При окислении углеводов в организме энергия высвобождается и используется для жизнедеятельности:

1. Реакции углеводов

Химические свойства углеводов определяются карбонильной группой, гидроксильными группами и кольчато-цепной таутомерией. Реакции по карбонильной группе протекают с ациклическими структурами, а реакции по гидроксильным группам – с циклической формой.

При восстановлении карбонильной группы моноз тетрагидроборатом натрия или гидрированием в присутствии платины образуются многоатомные спирты:

Упр. 16. При восстановлении D-маннозы тетрагидроборатом натрия образуется D-маннит. Напишите эту реакцию.

Упр. 17. При восстановлении D-фруктозы тетрагидроборатом натрия образуется два продукта. Напишите эту реакцию и назовите образующиеся продукты.

5.

Для идентификации функциональных групп углеводов или с целью получения других соединений используются различные окислитекли. Наиболее важными из них являются (1) реагенты Бенедикта и Толленса, (2) бромная вода, (3) азотная кислота и (4) периодная кислота.

1.2.1 Действие реагентов Бенедикта, Феллинга и Толленса

Реактив Бенедикта (щелочной раствор цитрата двухвалентной меди), реактив Феллинга (тартрат меди) и реактив Толленса (аммиачная окись серебра) дают положительную реакцию (окисляют) альдозы и кетозы, несмотря на то, что они существуют в основном в циклической форме. При действии на альдозы реактивов Бенедикта и Феллинга образуется осадок кирпичного цвета. В щелочной среде кетозы превращаются сначала в альдозы, а затем окисляются.

Сахара, дающие положительную реакцию на эти реактивы, называют восстанавливающими сахарами, а не дающие – невосстанавливающими. Мальтоза, целлобиоза и лактоза дают положительную реакцию на эти реактивы, а сахароза — не дает.

Упр. 18. Как можно отличить глюкозу от метилглюкозида?

1.3.2. Окисление альдоз бромной водой

При окислении альдоз такими слабыми окислителями как бромная вода, окислению подвергается только альдегидная группа и образуются альдоновые кислоты.

альдоза альдоновая кислота

Восстанавливающие дисахариды (мальтоза целлобиоза и лактоза также окисляются бромной водой.

мальтоновая кислота

8.

1.2.3. Окисление азотной кислотой

Разбавленная азотная кислота, являющаяся более сильным окислителем, чем бромная вода, окисляет не только альдегидную группу, но и терминальную спиртовую группу в карбоксильную. Образующиеся при этом полигидроксидикарбоновые кислоты называют альдаровыми кислотами.

альдаровая кислота

Альдаровую кислоту, получаемую из D-глюкозы, называют D-глюкаровой кислотой.

D-глюкоза D-глюкаровая кислота

Упр. 19. Окисление D-маннозы азотной кислотой приводит к образованию маннаровой кислоты. Напишите эту реакцию.

1.2.4. Окисление периодной кислотой.

При изучении спиртов (12.3.2.2) мы видели, что периодная или метаиодная кислота окисляет гликоли с разрывом углерод-углеродной связи. Метаиодная кислота растворима в воде; ее обычно генерируют, добавляя метаперйодат калия (или натрия) к подкисленному водному раствору диола. Реакция проходит по следующему механизму:

Следует заметить, что при этом окислении вместо разорванной С¾С-связи у каждого из атомов углерода появляется связь С¾О. Если в молекуле рядом с гидроксильной группой имеется две другие гидроксильные группы, то образуется муравьиная кислота. По составу и соотношению образующихся продуктов окисления можно судить о строении исследуемого вещества. Напиример, периодатное окисление глицерина приводит к образованию двух мольэквивалентов формальдегида и одного муравьиной кислоты.

Периодатное окисление глицеринового альдегида приводит к образованию двух мольэквивалентов муравьиной кислоты и одного формальдегида, а его изомера дигидроксиацетона — двух мольэквивалентов формальдегида и одного диоксида углерода.

дигидроксиацетон

Упр. 20. Какие продукты и в каком соотношении образуются при периодатном окислении (а) 2,3-бутандиола, (б) 1,2-бутандиола, (в) 1,2,3-бутантриола, (г) D-глюкозы, (д) D-фруктозы, (е) D-рибозы, (ж) D-арабинозы, (з) 2-дезокси-D-рибозы.

Упр. 21. Какие продукты образуются при окислении глюкозы бромной водой и азотной кислотой?

1.3. Реакции с фенилгидразином

Альдегидные группы альдоз вступают в обычные реакции карбонильной группы и реагируют с гидроксиламином и фенилгидразином. Если с гидроксиламином при этом образуются оксимы, то в случае избытка фенилгидразина образуются озазоны.

Образование озазона приводит к потере одного стереоцентра, но не затрагивает остальных, поэтому D-глюкоза и D-манноза образуют один и тот же озазон:

Упр. 22. Фруктоза дает тот же фенилозазон, что и D-глюкоза и D-манноза. Напишите реакцию D-фруктозы с избытком фенилгидразина.

Озазоны представляют собой легко очищаемые кристаллизацией вещества желтого цвета. При действии соляной кислоты озазоны гидролизуются с образованием озонов. Однако в большинстве случаев используется расщепление озазонов при нагревании с бензальдегидом. Эта реакция точно также приводит к образованию озонов, но протекает с лучшими выходами, поскольку при этом одновременно связывается высвобождающийся фенилгидразин:

При взаимодействии озонов с амальгаммой натрия в слабокислых растворах протекает селективное восстановление альдегидной группы до первичной спиртовой группы. Таким методом можно осуществлять переход от альдоз через озазоны и озоны к кетозам.

2. Образование простых эфиров

При действии на алкилгликозиды алкилгалогенидов или диалкилсульфатов в щелочной среде образуются пентаалкильные производные:

Процесс называется исчерпывающим алкилированием. Метоксигруппы при С-2, С-3, С-4 и С-6 пентаметилглюкопиранозида являются обычными эфирными группами. Эти группы устойчивы в слабокислых водных растворах. В то же время метоксигруппа при С-1 отличается от других тем, что она является ацетальной (гликозидной). Поэтому при гидролизе в слабокислом растворе отщеплению подвергается лишь гликозидная группа:

Метилирование мальтозы с последующим гидролизом приводит к образованию 2,3,4,6-тетра-О-метил-D-глюкозы и 2,3,6-три-О-метил-D-глюкозы:

Упр. 23. Напишите реакции взаимодействия D-глюкозы а) с этанолом в присутствии сухого хлороводорода и (б) с диметилсульфатом. Продукт реакции