Углеводы, их классификация. Моносахариды. Глюкоза, ее строение, химические свойства (реакция окисления и восстановления). Роль в природе. Сахароза, ее гидролиз

Впервые глюкоза была получена в 1811 г. русским химиком Г.З.Кирхгофом при гидролизе крахмала. В конце 60-х годов прошлого столетия А.А.Колли доказал, что в молекуле глюкозы имеется пять гидроксильных групп. Шестой атом кислорода, очевидно, должен входить в состав альдегидной группы, поскольку глюкоза дает многие качественные реакции на альдегидную группу – окисляется оксидом серебра (1), присоединяет синильную кислоту (4):

Химические свойства:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8. Спиртовое брожение. Эта реакция характерна для гексоз. Она осуществляется с помощью биологических катализаторов – ферментов. При сбраживании гексозы превращаются в этиловый спирт. Для пентоз брожение не характерно.

C6H12O6 → 2CO2 + 2C2H5OH

Наличие неразветвленной цепи углеродных атомов в глюкозе вытекает из ее превращения под действием иодоводорода в 2-иодгексан с нормальной цепью углеродных атомов (2). Образование в результате ацилирования (3) и алкилирования (5) соответственно пентаацетил- и пентаметилглюкозы также доказывает существование в глюкозе пяти гидроксогрупп. В конце прошлого столетия в классических работах Э.Фишера была установлена конфигурация природной глюкозы, выражаемая следующей проекционной формулой (см. рис. 2).

Однако некоторые свойства моносахаридов не могут быть объяснены формулой альдегидоспирта. Так глюкоза вступает не во все реакции, характерные для альдегидов. Свойства глюкозы, которые не могут быть объяснены при рассмотрении альдегидной формулы глюкозы, находят свое объяснение, если придать ей циклическую формулу. Эту форму называют также окисной, или полуацетальной. Эта форма является таутомерной модификацией, находящейся в равновесии с альдегидной формой.

Рис. 2

Сущность таутомерного перехода заключается в том, что атом водорода гидроксила при пятом атоме углерода перемещается к кислороду карбонильной группы:

—→

Зная строение моносахаридов, легко понять их химические свойства (см. выше).

Глюкозу называют также виноградным сахаром, поскольку она содержится в виноградном соке. Кроме винограда глюкоза находится и в других сладких плодах и вообще в разных частях растений. Не менее распространена глюкоза и в животном мире: около 0,1% ее содержится в крови. Глюкоза разносится кровью по всему телу и служит источником энергии для организма.

При нагревании моносахаридов со спиртами в присутствии кислотных катализаторов образуются, как мы уже знаем, гликозиды. Роль спиртового компонента в этой реакции может взять на себя, в частности, и вторая молекула моносахарида. В результате такой реакции от двух молекул моносахарида отщепляется вода и образуется дисахарид:

2С6Н12О6 → С12Н22О11 + Н2О.

При гидролизе дисахаридов, они распадаются на соответствующие моносахариды. Важнейший из дисахаридов – сахароза – состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы. Сахароза очень распространена в природе. Это химическое название обычного сахара, называемого также тростниковым или свекловичным. Получают сахарозу из сахарного тростника, произрастающего в тропиках, или из сахарной свеклы (содержит 12-15% сахарозы).

Сахарную свеклу измельчают в стружку и извлекают из нее сахарозу горячей водой в специальных аппаратах, называемых диффузорами. Полученный раствор обрабатывают известью для осаждения примесей, а перешедшую частично в раствор гидроокись кальция осаждают пропусканием углекислого газа. Далее после отделения осадка раствор упаривают в вакуум-аппаратах. Так получается мелкокристаллический песок-сырец. После его дополнительной очистки получают рафинированный сахар. В зависимости от условий кристаллизации он выделяется либо в виде мелких кристаллов, либо в виде компактных «сахарных голов», которые распиливают или раскалывают на куски. Быстрорастворимый кусковой сахар получают прессованием мелко измельченного сахарного песка.