Моносахариды
Моносахариды –это простые углеводы, не подвергающиеся гидролизу. Они могут иметь 4,5,6 и т.д. атомов углерода, среди них чаще всего встречаются в природе соединения состава С5Н10О5(пентозы) и СбН12О6(гексозы). По характеру функциональных групп моносахариды могут быть альдозами или кетозами, в то же время все они являются многоатомными спиртами. Важнейшие из них: рибоза, ксилоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. В кристаллическом виде моносахариды имеют циклическое строение, они являются внутренними циклическими полуацеталями, образованными в результате внутримолекулярного взаимодействия карбонильной группы с одной из спиртовых групп. В растворах такие циклические полуацетали частично переходят в гид-роксиальдегиды или гидроксикетоны, которые способны к обратному превращению в циклические полуацетали, т.е. моносахаридам свойственна таутомерия. Таутомерное равновесие дляD-глюкозы:
гидроксил
Моносахариды существуют в виде стереоизомеров D- иL-конфигурации. Природные моносахариды имеютD-конфигурацию.
Для лучшего представления о пространственном расположении групп атомов относительно плоскости кольца моносахаридов принято пользоваться перспективными формулами Хеуорса.
HO– гидроксил полуацетальный
Физические свойства. Моносахариды – бесцветные твёрдые кристаллические вещества, легко растворяются в воде, гигроскопичны, сладкие на вкус, не летучи, адсорбируют запахи. Растворы моносахаридов оптически активны, для них характерно явление мутаротации (изменение угла вращения свежеприготовленного раствора моносахарида).
Химические свойства. Моносахариды представляют собой соединения со смешанными функциями, поэтому проявляют свойства как многоатомных спиртов, так и альдегидов или кетонов (карбонильных соединений).
1. Все моносахариды легко окисляются, проявляя при этом восстановительные свойства.
Обе реакции являются качественными на альдегидную группу –СНО. Они широко применяются для открытия моносахаридов, установления их подлинности.
2. При восстановлении моносахаридов водородом в присутствии никеля образуются многоатомные спирты (рибит, маннит, сорбит, ксилит и др.), так называемые сахарные спирты.
Эти спирты имеют сладкий вкус, используются в медицине и пищевой промышленности (ксилит, сорбит) как заменители сахара.
3. Как многоатомные спирты моносахариды растворяют голубой осадок гидроксида меди Сu(ОН)2, образуя синий раствор сахарата меди.
4. В природе широко распространены эфироподобные производные моносахаридов – гликозиды. Они близки к простым эфирам, образованным за счёт полуацетального гидроксила. В отличие от простых эфиров гликозиды гидролизуются в присутствии минеральных кислот.
Гликозиды содержатся во многих лекарственных травах в виде дубильных веществ, в овощах в виде красящих веществ.
Под влиянием биологических катализаторов (ферментов) сахара могут подвергаться брожению (расщеплению). Это сложные процессы, которые вызываются различными микроорганизмами. В зависимости от условий они могут идти в различных направлениях:
в) молочно-кислое брожение: С6Н12О6→
С6Н12О6+ 3О →+ 2Н2О
Эти процессы широко используются при производстве спирта (этанола), молочно-кислых продуктов, при квашении овощей, производстве сыров, пива и др.
Моносахариды находят широкое применение в медицине. Глюкоза используется как источник питания (мед) и в виде инъекций, в виде производных (глюконат кальция); для диабетиков применяют фруктозу, а также многоатомные спирты (сорбит, ксилит), полученные из моносахаридов. Глюкозу используют также для получения аскорбиновой кислоты (витамин С). Моносахариды широко применяют в кулинарии и кондитерском производстве (изготовление печенья, конфет, тортов, мороженого, мармеладов и др.).
Источник
3. Моносахариды и их свойства
Моносахаридами называются простые углеводы, не подвергающиеся гидролизу. К группе моносахаридов относятся соединения, у которых все атомы углерода, кроме одного, содержат группу ОН. Один из углеводов несет карбонильную функцию С=О, образуя альдегидную С = О или кетонную С = О группировки.
Если карбонильная группа является альдегидной, то соответствующий сахар относят к группе альдоз, если же она является кетонной, то сахар относят к группе кетоз. В альдозах карбонильная группа находится на конце цепи молекулы, в кетозах же она обычно образована вторым углеродным атомом.
Примерами могут служить следующие формулы:
Молекулы моносахаридов могут иметь циклическую форму за счет образования внутренних полуацеталей. При этом двойная связь карбонильной группы разрывается, водород спиртового гидроксила переходит к карбонильному кислороду, а кислород этого гидроксила соединяется с атомом углерода. Таким образом образуется кислородсодержащее кольцо, а кислород карбонильной группы образует гидроксил. Углеродный атом в полуацетальной форме (тот, который в гидроксикарбонильной форме является карбонильным углеродом) называется полуацетальным углеродным атомом, а соединенная с ним гидроксильная группа (образовавшаяся из карбонильного кислорода) – полуацетальным или гликозидным гидроксилом.
Примерами могут служить следующие формулы:
Моносахариды – бесцветные твердые вещества, хорошо растворимые в воде и значительно труднее в спирте и эфире. Из насыщенных водных растворов моносахариды выделяются в виде крупных красивых кристаллов. Растворы моносахаридов оптически активны, т.е. вращают плоскость поляризованного луча вправо или влево.
Важным свойством моносахаридов является их сладкий вкус, при этом их отдельные представители неодинаковы по сладости. Так, глюкоза примерно в 2,5 раза менее сладка, чем фруктоза. Растворы моносахаридов обладают нейтральной реакцией. Все моносахариды обладают восстановительными свойствами, т.е. их растворы восстанавливают из окисных соединений меди закись меди Сu2О. На этой реакции основаны классические методы определения сахаров в пищевых продуктах.
Из моносахаридов в пищевых продуктах находят тетрозы (С4Н8О4), пентозы (С5Н10О5), гексозы (С6Н12О6). Среди них наиболее важны и чаще всего встречаются в природе пентозы и гексозы.
Пентозы (С5Н10О5) содержатся в растительных продуктах в свободном виде редко и в незначительных количествах, чаще они входят в состав более сложных углеводов, например, в состав высокомолекулярных пентозанов, которые при гидролизе переходят в сахара пентозы.
В чистом виде пентозы хлебопекарными дрожжами не сбраживается. Альдопентозы — рибоза, рабиноза, ксилоза. Кетопентозы — рибулоза.
Арабиноза входит в состав полисахарида арабана, который встречается в зерне пшеницы, свекле, плодах, овощах и др., а также входит в состав пектиновых веществ, слизей и гумми. Арабинозу получают кислотным гидролизом из свекловичного жома, получаемого при переработке сахарной свеклы.
Ксилоза в виде полисахарида ксилана содержится в соломе, древесине, отрубях, кукурузных початках и других растительных материалах, входит в состав растительных слизей. Получают ксилозу гидролизом слабыми кислотами из кукурузных початков, соломы или древесины.
Рибоза входит в состав РНК (рибонуклеиновых кислот), которые играют огромную роль в живых организмах при передаче наследственных свойств и синтезе белков, а также нуклеотидов, витаминов, ферментов и т.д.
Рибулоза в чистом виде в продуктах не найдена, в виде фосфорных эфиров рибулоза в незначительных количествах содержится в зеленых растениях, микроорганизмах и тканях животных.
Гексозы (С6Н12О6) в пищевых продуктах находятся в свободном и в связанном состоянии, они представлены главным образом глюкозой, фруктозой, галактозой, а также маннозой. Глюкоза, галактоза, манноза — альдозы, фруктоза — кетоза.
Небольшие различия в строении гексоз приводят к тому, что они с разной интенсивностью сбраживаются дрожжами, легче всего сбраживаются глюкоза и фруктоза, слабее мальтоза и с большим трудом — галактоза.
Глюкоза (виноградный сахар, декстроза) широко распространена в природе; она находится в листьях, плодах, овощах, семенах растений, меде и в небольших количествах в животных организмах Остатки глюкозы входят также в состав молекул многих более сложных соединений, — крахмала, гликогена, клетчатки, глюкоза является составной частью сахарозы и лактозы. В промышленности глюкозу получают при кислотном гидролизе крахмала. Глюкозу широко применяют в кондитерской промышленности, она служит также сырьем для получения аскорбиновой кислоты (витамин С).
Галактоза в свободном виде в природе практически не встречается. Она входит в состав олигосахаридов – лактозы (молочного сахара), рафинозы, а также высокомолекулярных полисахаридов — агар-агара, различных гумми и слизей, гемицеллюлоз, пектиновых веществ. Галактозу получают гидролизом лактозы, сбраживается она только лактозными дрожжами, при окислении образует сначала D — галактоновую, а затем слизевую кислоту.
Манноза в свободном виде найдена в незначительных количествах в некоторых плодах (например, в кожуре апельсина), в связанной форме содержится в виде полисахаридов (слизей, гемицеллюлоз) в каменистых клетках плодов, оболочке пальмового ореха, водорослях. Манноза является изомером глюкозы, отличается от нее положением группы ОН при втором атоме углерода. При восстановлении маннозы образуется спирт маннит, который находится в грибах и бурых водорослях.
Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) содержится в соке плодов и овощей, меде (до 37%) и других продуктах, часто вместе с глюкозой и сахарозой. Фруктоза входит в состав полисахарида инулина, который находится в цикории, земляной груше. Она получается путем гидролиза инулина в присутствии Н2SО4. Фруктоза обладает высокими гигроскопичными свойствами, и поэтому ее иногда применяют там, где надо поддержать продукт во влажном состоянии. Она хорошо усваивается организмом человека; сбраживается дрожжами медленнее, чем глюкоза, от других сахаров отличается большей сладостью.
Источник