Pagrindinė angliavandenių egzistavimo forma tirpaluose, kaip netikėtai paaiškėjo, yra cikliška. Ciklinė angliavandenių forma atsiranda dėl intramolekulinės susidarymo reakcijos pusacetalis kai karbonilo grupė sąveikauja su vienu iš tos pačios molekulės hidroksilų (dažniausiai penktuoju). Taip susidaro gana stabili šešių narių ciklinė struktūra, kurios konformacijos labai panašios į cikloheksano. Kadangi šešių narių žiedai, kuriuose yra deguonies, yra labai panašūs į piranas , jie vadinami piranozės formomis arba tiesiog piranozės . Tirpaluose yra mažesnis kiekis furanozė angliavandenių formos, susidarančios karbonilo grupei reaguojant su ketvirtojo anglies atomo hidroksilu. Kai kristalinė D-gliukozė ištirpinama vandenyje, poliarizuotos šviesos plokštumos sukimosi kampo pokytis daugiau ar mažiau (priklausomai nuo katalizatorių, formuojančių pusacetalį) nuo 112 laipsnių iki tam tikros pusiausvyros vertės (apie 53,8 laipsnių). Ši vertė būdinga visų penkių tirpale esančių D-gliukozės formų (dviejų piranozės, dviejų furanozės ir linijinės) mišiniui. Linijinė forma sudaro mažiau nei 1 proc. Dėl ciklizacijos atsiranda papildomas centras asimetrija, esant anglies skaičiui 1. Šio anglies atomo konformacija dabar lemia vieną iš dviejų naujų izomerų, kurie vadinami anomerai(a- ir b-anomerai). Gliukozės formų tarpusavio konversija viena į kitą, susidarant linijinei konformacijai, vadinama mutarotacija:

Dažniausia ciklinių angliavandenių formų vaizdavimo forma yra struktūros Haworthas. Šiame paveikslėlyje D-izomerai turi CH2OH grupę su šeštuoju (arba penktuoju ribozės) anglies atomu virš lėktuvo žiedai. a-anomerai pavaizduoti kaip turintys anomerinį hidroksilą žemiau lėktuvo žiedai ir b-anomerai- virš lėktuvo žiedai.

Taip atrodo ciklinės formos fruktozė Ir ribozė(furanozė):

Visos ciklinės D-fruktozės formos:

Ribozės piranozės forma yra daug rečiau paplitusi:

Hidroksilo grupė naujajame asimetrijos centre yra pusacetalinė, o tai savo cheminėmis savybėmis ryškiai išskiria ją iš kitų molekulėje esančių hidroksilų. Todėl jis vadinamas anomeriniu (arba glikozidiniu) hidroksilu. Esant švelnioms rūgštinės katalizės sąlygoms, susidaro pilnas acetalis (glikozidas) prijungiant bet kurio alkoholio molekulę arba, paprastai kalbant, dėl sąveikos su bet kokiu alkoholio hidroksilu, įskaitant kitą anomerinį hidroksilą. Tipiški šios rūšies glikozidai yra disacharidai.
Ciklinės galaktozės ir manozės formos:

Perėjimo iš linijinių formų į ciklines taisyklės yra tokios, kad dešinėje esančios linijinės formos grupės vaizduojamos po žiedu ciklinėmis formomis, o kairėje - virš žiedo.

Svarbiausi monosacharidai

Dažniausias monosacharidas yra D-gliukozė. Jo formulę labai lengva prisiminti: tai aldoheksozė, kurios Fišerio formulėje visos hidroksilo grupės, išskyrus vieną, yra antroji iš viršaus (C-3) yra dešinėje.

D-manozė D-gliukozė D-galaktozė

Aldoheksozė, kuri skiriasi nuo D-gliukozės pirmosios hidroksilo grupės vieta (C-2), vadinama D-mannoze, o trečioji (C-4) vadinama D-galaktoze. D-fruktozė nuo D-gliukozės skiriasi tuo, kad ji yra ketozė, o ne aldozė.

D-fruktozė D-arabinozė L-arabinozė

Išskyrus heksozes didelę reikšmę Jie taip pat turi pentozes. D-arabinozė nuo D-gliukozės skiriasi tuo, kad nėra C-1. L-arabinozė, kuri yra veidrodinis D-arabinozės vaizdas, yra paplitusi gamtoje. Jis yra vyšnių klijų sudėtyje. Ksilozės formulę galima gauti iš gliukozės formulės pašalinus paskutinį anglies atomą. Formulėje D-ribozė, kuri yra dalis nukleino rūgštys, visos hidroksilo grupės yra dešinėje. Nukleino rūgščių sudėtis taip pat apima 2-deoksi-D-ribozę, kuri nuo D-ribozės skiriasi tuo, kad antrajame anglies atome nėra hidroksilo grupės.

Pvz. 2. Nubraižykite Fišerio projekcijos formules iš šių D serijos heksozių: gliukozės, manozės, galaktozės ir fruktozės.

D-ksilozė D-ribozė 2-deoksi-D-ribozė

Epimerizacija

Kai bazės veikia, pavyzdžiui, gliukozę, anglies atomo vandenilis karbonilo grupės atžvilgiu perkeliamas į šios grupės deguonį, todėl susidaro enolio forma. Tokiu atveju antrojo anglies atomo chiralumas išnyksta. Atvirkštinės transformacijos metu grįžtantis protonas gali priartėti iš bet kurios plokštumos pusės, o tai lems ir pirminės D-gliukozės, ir naujos angliavandenės D-manozės susidarymą, t.y. atsiranda izomeras su nauja hidroksilo grupės padėtimi. Be to, sukuriamas dar vienas angliavandenis su nauju karbonilo grupės išdėstymu. Ši transformacija vadinama epimerizacija.

D-gliukozės enolio forma (enediolis) D-mannozė

D-fruktozė

Du stereoizomerai, turintys kelis chiralinius centrus, bet skiriasi savo konfigūracija tik vienas iš centrų, paskambino epimerai. Vadinami du angliavandeniai, kurie skiriasi hidroksilo grupės padėtimi epimerai. Trijų angliavandenių pusiausvyros mišinys gali susidaryti apdorojant bet kurį iš šių trijų angliavandenių bazėmis.

Pvz. 3. Kurie monosacharidai vadinami epimeriniais? Parašykite epimerinės D-manozės monozių projekcijų formules.

Ciklinės monozės formos, mutarotacija

Būdingas hidroksialdehidų ir hidroksiketonų, įskaitant monozes, bruožas yra jų polinkis sudaryti ciklinius pusacetalius ir hemiketalius; Tai atsitinka ypač lengvai, jei gaunami ciklai susideda iš 5 ir 6 atomų, įskaitant deguonį.

5-hidroksipentanalis (atvira forma) (ciklinė forma)

Atviros ir ciklinės angliavandenių formos yra pusiausvyroje viena su kita, pasiekiamos dėl tautomerinės transformacijos. Šis tautomerijos tipas vadinamas žiedinės grandinės tautomerija.

Ciklo dydis nurodomas pakeičiant bendrąją priesagą monoz - Ozaįjungta - piranozė- šešių narių ciklams ir - furanozė penkių narių ciklams. Ciklų pavadinimai kilę iš atitinkamų deguonies turinčių heterociklų pavadinimų:

furano piranas

Skirtingai nuo paprastų aldehidų, aldozės nereaguoja su natrio bisulfitu ir nesuteikia raudonos spalvos su fuksino sieros rūgštimi. Tai paaiškinama tuo, kad aldozės daugiausia egzistuoja ciklinėmis formomis.

Gliukozė paprastai gamina šešių narių pusacetalį ir todėl naudoja hidroksilo grupę, esančią C-5. Susidarius ciklinei formai, C-1 tampa stereocentru: ant jo atsirandanti pusacetalio hidroksilo grupė (ji vadinama glikozidinis) gali būti tiek kairėje, tiek dešinėje:

D-gliukopiranozė D-gliukozė -D-gliukopiranozė

(Tolleno formulė) (Fišerio formulė) (Tolleno formulė)

Ciklinės aldozės formos yra pusacetaliai. Jie susidaro dėl hidroksilo ir karbonilo grupių intramolekulinės sąveikos. Šios reakcijos metu prie C-1 atomo susidaro naujas stereocentras. Ciklinės Monosa formos yra diastereomerai. Tokio tipo diastereomerai vadinami anomerai. Pusacetalio anglies atomas vadinamas anomeriniu atomu. Anomerai yra žymimi ir -anomerai, priklausomai nuo hidroksilo grupės vietos C-1 atome. Y-anomero glikozidinis hidroksilas yra toje pačioje pusėje kaip ir priešpaskutinio anglies atomo (D eilėje dešinėje), o y-anomeras yra kitoje pusėje (D eilėje ant kairė). Visas abiejų D-gliukozės anomerų pavadinimas bus atitinkamai - arba -D-gliukopiranozė.

D-gliukopiranozės -anomero konformacinėje formulėje visos hidroksilo grupės ir -CH2OH grupė užima pusiaujo padėtį. Formulė -anomeras išsiskiria ašiniu anomerinio hidroksilo išsidėstymu. Abu anomerai

D-gliukozės kristalinėje būsenoje yra gana stabilios ir kiekvieną iš jų galima išskirti gryna forma, abi jos sukasi poliarizuotos šviesos plokštumą.

Ciklinėms formoms žymėti dabar angliavandenių chemijoje dažniau naudojamos kėdės formos formulės, panašios į tas, kurios naudojamos cikloheksanui ir jo dariniams žymėti.

T.pl. 146 o C T. pl. 150 o C

D-gliukozė -D-gliukopiranozė -D-gliukopiranozė

20 D +112 o +19 O

D-(+)-gliukozė iš vandens kristalizuojasi -D-gliukopiranozės pavidalu, o iš piridino - -D-gliukopiranozės pavidalu. Vandeniniame tirpale susidaro pusiausvyra, kurioje yra 36% -D-gliukopiranozės ir 64% -D-gliukopiranozės, o tai suteikia vidutinę 20 D = +52,5 O vertę specifiniam tirpalo sukimuisi.

Šis reiškinys vadinamas mutarotacija. Tirpalo poliarizuotos šviesos plokštumos sukimosi kampas palaipsniui kinta, kai susidaro pusiausvyra tarp izomerų. Mutarotacijos reiškinys paaiškinamas tuo, kad deciklizacijos metu stereocentras ties C-1 išnyksta (virsta į karbonilo grupę), o vėlesnė ciklizacija lemia abiejų anomerų susidarymą. Tik cukrūs, turintys laisvą glikozidinį hidroksilą, ty tie, kurie gali sudaryti žiedinės grandinės tautomeriją, patiria mutarotaciją.

Jei vienas iš anomerų bus perkeltas į tirpalą, kiekvienas iš jų pavirs pusiausvyros anomerų mišiniu, kurio savitasis optinis sukimasis yra +52,5 o, sudarytas iš 36% anomero ir 64% - anomero. Atviros formos, per kurią anomerai virsta tarpusavyje, koncentracija yra tik 0,024%.

Kartais ciklinės formos vaizduojamos nenurodant glikozidinio hidroksilo orientacijos:

D-gliukopiranozė

Kadangi D-manozė nuo D-gliukozės skiriasi tik hidroksilo grupės vieta C-2, o D-galaktozė - C-4, šių monozių konformacinės formulės lengvai išvedamos iš atitinkamų gliukozės anomerų konformacinių formulių:

D-manopiranozė -D-galaktopiranozė

Pirmenybė hidroksilo grupės ašinei padėčiai vadinama anomerinis efektas.

Pvz. 4. Skirtingai nuo gliukozės, D-manozė yra 69% a-anomero ir 31% a-anomero. Parašykite abiejų manopiranozės anomerų formules.

5 pratimas. Heksozė, kurioje visos hidroksilo grupės Fišerio formulėje

esantis dešinėje, vadinamas D-allose. Nubraižykite atvirąsias ir ciklines D-allozės formules.

Be konformacinių angliavandenių ciklinių formų formulių, dažnai naudojamos supaprastintos ciklinės formulės pagal Haworthą. Perėjimas nuo konformacinių formulių prie Hayworth formulių yra labai paprastas: ciklas suplotas, ryšiai su pakaitų anglies atomu vaizduojami vertikaliai.

konformacinė formulė Haworth formulė

D-gliukopiranozė -D-gliukopiranozė

Hawortho formulės likusioms aldoheksozėms lengvai išvedamos iš formulės

D-gliukopiranozės. Viskas, kas Fišerio formulėje parašyta dešinėje ciklinėse formulėse, parašyta apačioje ir atvirkščiai:

D-fruktozė -D-fruktofuranozė -D-gliukopiranozė

Jei norime pakeisti ciklinę formulę pašalindami iš paveikslo plokštumos, tada visi pakaitai turėtų būti sukeisti.

D-fruktofuranozė

Pvz. 6. Pavadinkite šias monozes:

Pvz. 7. Parašykite -D-gliukopiranozės, -D-gliukopiranozės, -D-fruktofuranozės, -D-galaktopiranozės ir -D-manopiranozės konformacines formules.

Pvz. 8. Heksozė, kuri nuo gliukozės skiriasi tik aldehido grupės vieta, vadinama guloze. Parašykite šios heksozės formulę ir jos pavadinime nurodykite, kuriai serijai (D ar L) ji priklauso.

Pvz. 9. Parašykite daug žadančias Haworth formules -D-gliukopiranozės, -D-gliukopiranozės, -D-fruktofuranozės, -D-galaktopiranozės ir -D-manopiranozės.

10 pratimas. Koks reiškinys vadinamas mutarotacija? Paaiškinkite kaip pavyzdį naudodami D-manozę, pažymėdami, kad abu pusiausvyros sistemos anomerai yra piranozės formos. Kaip galima nustatyti mutarotaciją?

a) Fišerio projekcijos formulės

Kad būtų greičiau ir patogiau rašyti monozių konfigūraciją, E. Fischeris pasiūlė jas pavaizduoti projekcinėmis formulėmis. Anglies grandinė vaizduojama vertikalia linija, kurios galuose rašoma pirmoji ir paskutinė funkcinės grupės (aldehido grupė visada rašoma viršuje). Grupės H ir OH rašomos grandinės dešinėje arba kairėje, atsižvelgiant į jų erdvinę vietą molekulėje. Pavyzdžiui, gliukozė, pasak Fišerio, parašyta taip:

b) „Perspektyvios“ formulės (Haworth formulės)

Aukščiau pateiktos formulės negali pateikti išsamių geometrinių idėjų apie monosos pusacetalinę struktūrą. 1928 m. Haworthas pasiūlė „perspektyvias“ formules, kurios labiau atspindi tikrąsias medžiagų struktūras.

Deguonies atomas visada yra viršutiniame dešiniajame kampe. Kad būtų aiškiau pavaizduota žiedo plokštuma, į skaitytuvą atsukta jo dalis nurodoma pastorintomis linijomis. Anglies atomai, įtraukti į ciklą, kaip taisyklė, nerašomi, o tik sunumeruoti. Per jas brėžiamos vertikalios linijos, kurių galuose rašomi vandenilio atomai ir hidroksilo grupės pagal jų erdvinį išsidėstymą molekulėje:

Rašydami bet kurio monosacharido formulę pagal Haworthą, turėtumėte laikytis šių taisyklių:

1) visos grupės, esančios dešinėje anglies skeleto įprastose formulėse (Fišerio formulėse), Haworth formulėse užima vietą po žiedo plokštuma; ir grupės kairėje yra virš žiedo plokštumos, išskyrus vandenilio atomą, C4 furanozėse ir C5 piranozėse;

2) galinė grupė - CH 2 OH taip pat yra virš žiedo plokštumos.

Ciklinėms ketozės formoms taip pat naudojamos Hawortho formulės:

Hawortho projekcijos formulės gali sukurti klaidingą supratimą apie angliavandenių molekulių erdvinę struktūrą – tarsi piranozės ir furanozės žiedai būtų plokštieji, o taip nėra. Tiesą sakant, piranozės žiedas gali būti dviejų konfigūracijų - kėdės formos ir valties formos:

Energetiniu požiūriu kėdės forma yra stabilesnė; Būtent tai vyrauja daugumoje natūralių monosacharidų.

Tačiau Hawortho prognozės tapo plačiai paplitusios; jie yra paprastesni ir geriau rodomi Cheminės savybės monosacharidai.

2.4 Atrinkti monosacharidų atstovai

Gamtoje labiausiai paplitusios heksozės ir pentozės.

Tarp pentozė Svarbiausią vaidmenį atlieka: arabinozė, ksilozė, ribozė ir dezoksiribozė. Pentozės natūraliai susidaro daugiausia kaip polisacharidų molekulių, vadinamų pentozanais, sudedamosios dalys, taip pat augalų dervos.

L-arabinozė

L(+)-arabinozė daugiausia randama gamtoje. Jis yra monosacharido pavidalu vyšnių klijuose ir burokėliuose. L-arabinozė yra plačiai paplitusi augaluose kaip gleivių, dervų, pektinų ir hemiceliuliozių sudedamoji dalis. Arabinozė gaunama hidrolizės būdu iš vyšnių klijų arba burokėlių minkštimo. Redukuojant arabinozę, gaunamas polihidroksilis alkoholis arabitolis, o oksiduojant – arabono rūgštis.

Monosacharidai gali susidaryti atvira forma ciklai, t.y. tapti užrakintas žieduose.

Pažvelkime į tai su pavyzdžiu gliukozė.

Prisiminkime tai gliukozė yra heksaatomas aldehido alkoholis(heksozė). Jo molekulėje vienu metu yra aldehido grupė ir keli hidroksilo grupės OH(OH yra funkcinė alkoholių grupė).

Bendraujant tarpusavyje aldehidinis ir vienas iš hidroksilo grupės, priklausantis tai pačiai molekulei gliukozė, pastarosios formos ciklas, žiedas.

Vandenilio atomas iš penktojo anglies atomo hidroksilo grupės patenka į aldehido grupę ir ten susijungia su deguonimi. Naujai susidariusi hidroksilo grupė ( JIS) vadinamas glikozidinis.

Savo savybėmis jis labai skiriasi nuo alkoholio(glikozė) hidroksilo grupės monosacharidai.

Deguonies atomas iš penktojo anglies atomo hidroksilo grupės susijungia su aldehido grupės anglimi, todėl susidaro žiedas:

Alfa- Ir gliukozės beta anomerai skiriasi glikozidinės grupės padėtimi JIS molekulės anglies grandinės atžvilgiu.

Išnagrinėjome šešių narių ciklo atsiradimą. Tačiau ciklai taip pat gali būti penkių narių.

Taip atsitiks, jei aldehido grupės anglis susijungs su hidroksilo grupės deguonimi prie ketvirtojo anglies atomo, o ne penktajame, kaip aptarta aukščiau. Rezultatas bus mažesnis žiedas.

Šešių narių ciklai vadinami piranozė, penkių kadencijų – furanozė. Ciklų pavadinimai kilę iš giminingų heterociklinių junginių pavadinimų - furanas Ir pirana.

Ciklinių formų pavadinimuose kartu su paties monosacharido pavadinimu nurodoma „pabaiga“ - piranozė arba furanozė, apibūdinantis ciklo dydį. Pavyzdžiui: alfa-D-gliukofuranozė, beta-D-gliukopiranozė ir kt.

Ciklinės monosacharidų formos yra termodinamiškai stabilesnės lyginant su atviromis formomis, todėl jos gamtoje yra plačiau paplitusios.

gliukozė

gliukozė(iš senovės graikų γλυκύς – saldus) ( C6H12O6) arba vynuogių cukrų – svarbiausias monosacharidas; balti saldaus skonio kristalai, lengvai tirpsta vandenyje.

Gliukozės vienetas yra serijos dalis disacharidai(maltozė, sacharozė ir laktozė) ir polisacharidai(celiuliozė, krakmolas).

gliukozė randama vynuogių sultyse, daugelyje vaisių, taip pat gyvūnų ir žmonių kraujyje.

Raumenų darbas daugiausia atliekamas dėl oksidacijos metu išsiskiriančios energijos gliukozė.

gliukozė yra heksahidrinis aldehido alkoholis:

gliukozė pasirodo kada hidrolizė polisacharidai ( krakmolo Ir minkštimas) veikiant fermentams ir mineralinėms rūgštims. Gamtoje gliukozė proceso metu susidaro augalai fotosintezė.

Fruktozė

Fruktozė arba vaisių cukraus С6Н12О6 – monosacharidas, gliukozės palydovas daugelyje vaisių ir uogų sulčių.

Fruktozė kaip monosacharido vienetas yra sacharozės ir laktuliozės dalis.

Fruktozė daug saldesnis už gliukozę. Mišiniai su juo dedami į medų.

Pagal struktūrą fruktozė yra heksahidrinis ketono alkoholis:

Skirtingai nuo gliukozės ir kitų aldozių, fruktozė nestabilus tiek šarminiuose, tiek rūgštiniuose tirpaluose; suyra polisacharidų arba glikozidų rūgštinės hidrolizės sąlygomis.

Galaktozė

Galaktozė - monosacharidas, vienas dažniausiai gamtoje pasitaikančių heksahidrinių alkoholių yra heksozės.

Galaktozė egzistuoja aciklinėmis ir ciklinėmis formomis.

Skiriasi nuo gliukozė erdvinis grupių išsidėstymas ties 4 anglies atomu.

Galaktozė gerai tirpsta vandenyje, blogai tirpsta alkoholyje.

Augalų audiniuose galaktozė yra rafinozės, melibiozės, stachiozės, taip pat polisacharidų – galaktanų, pektino medžiagų, saponinų, įvairių dervų ir gleivių, gumos arabiko ir kt.

Gyvūnams ir žmonėms galaktozė - komponentas laktozė (pieno cukrus), galaktogenas, grupei būdingi polisacharidai, cerebrozidai ir mukoproteinai.

Galaktozė yra įtrauktas į daugelį bakterinių polisacharidų ir gali būti fermentuojamas vadinamosiomis laktozės mielėmis. Gyvūnų ir augalų audiniuose galaktozė lengvai virsta gliukozė, kuris geriau pasisavinamas, gali virsti askorbo ir galakturono rūgštimis.

Oligosacharidai. Sacharozė.

Oligosacharidai– tai viena iš rūšių polisacharidai.

Oligosacharidai yra angliavandeniai, susidedantys iš kelių monosacharidų likučių (iš graikų ὀλίγος – nedaug).

Paprastai jų molekulėse yra iš 2 prieš 10 monosacharidų likučių ir turi palyginti mažą molekulinę masę.

Dažniausias iš oligosacharidai yra disacharidai Ir trisacharidai.

Disacharidai

Disacharidų molekulės susideda iš dviejų monosacharidų liekanų. Bendroji formulė Disacharidai dažniausiai yra C12H22O11.

§ 2. MONOSACHARIDAI

Erdvinė izomerija

Pagal savo cheminę prigimtį monosacharidai yra aldehido arba keto alkoholiai. Paprasčiausias monosacharidų atstovas aldotriozė yra gliceraldehidas (2,3-dihidroksipropanalis).

Atsižvelgiant į gliceraldehido struktūrą, galima pastebėti, kad pateikta formulė atitinka du izomerus, kurie skiriasi erdvine struktūra ir yra vienas kito veidrodiniai atvaizdai:

Vadinami izomerai, kurių molekulinės formulės vienodos, bet skiriasi atomų išsidėstymu erdvėje erdvinis, arba stereoizomerai. Vadinami du stereoizomerai, susiję vienas su kitu kaip objektas ir veidrodinis vaizdas, kuris nesutampa su juo enantiomerai. Šis erdvinės izomerijos tipas taip pat vadinamas optinis izomerija.

Enantiomerų buvimas gliceraldehide atsiranda dėl jų buvimo jo molekulėje chiralinis anglies atomo, t.y. atomas, prijungtas prie keturių skirtingų pakaitų. Jei molekulėje yra daugiau nei vienas chiralinis centras, optinių izomerų skaičius bus nustatytas pagal formulę 2 n, kur n yra chiralinių centrų skaičius. Šiuo atveju vadinami stereoizomerai, kurie nėra enantiomerai diastereomerai.

Norėdami pavaizduoti optinius izomerus plokštumoje, naudokite Fišerio projekcijos. Statant Fišerio projekcijas reikia atsižvelgti į tai, kad ant horizontalios linijos gulintys atomai ar atomų grupės turi būti nukreipti į stebėtoją, t.y. išeiti iš popieriaus plokštumos. Atomai ar atomų grupės, esantys ant vertikalios linijos ir, kaip taisyklė, sudarančios pagrindinę grandinę, yra nukreiptos nuo stebėtojo, t.y. peržengti popieriaus plokštumą. Kalbant apie gliceraldehido izomerus, kuriuos mes svarstome, Fišerio projekcijų konstravimas vyks taip:

Gliceraldehidas yra priimtas kaip optinių izomerų žymėjimo standartas. Norėdami tai padaryti, vienas iš jo izomerų buvo pažymėtas raide D, o antrasis - raide L.

Pentozės ir heksozės

Kaip minėta pirmiau, aldopentozė ir aldoheksozė yra labiausiai paplitusios gamtoje. Atsižvelgiant į jų struktūrą, galime daryti išvadą, kad aldopentozės turi 3 chiralinius centrus (pažymėtus žvaigždutėmis), todėl susideda iš 8 (2 3) optinių izomerų. Aldoheksozės turi 4 chiralinius centrus ir 16 izomerų:

Lyginant pastarųjų struktūrą iš angliavandenių chiralinio centro karbonilo grupės su D- ir L-gliceraldehidų struktūra, visi monosacharidai skirstomi į dvi grupes: D ir L serijas. Svarbiausios aldopentozės atstovės yra D-ribozė, D-dezoksiribozė, D-ksilozė, L-arabinozė, aldoheksozės – D-gliukozė ir D-galaktozė, o ketoheksozės – D-fruktozė. Žemiau pateikiamos įvardintų monosacharidų ir jų natūralių šaltinių Fischerio projekcijos.

Monosacharidai egzistuoja ne tik atvirų (linijinių) formų, kurios pateiktos aukščiau, bet ir ciklų pavidalu. Šios dvi formos (linijinė ir ciklinė) gali spontaniškai transformuotis viena į kitą vandeniniai tirpalai. Dinaminė pusiausvyra tarp struktūrinių izomerų vadinama tautomerija. Ciklinės monosacharidų formos susidaro dėl vienos iš hidroksilo grupių intramolekulinio pridėjimo prie karbonilo grupės. Stabiliausi yra penkių ir šešių narių ciklai. Todėl, kai susidaro ciklinės angliavandenių formos, furanozė(penkių narių) ir piranozė(šešių narių) ciklai. Panagrinėkime ciklinių formų susidarymą naudodamiesi gliukozės ir ribozės pavyzdžiais.

Ciklizuota gliukozė sudaro daugiausia piranozės žiedą. Piranozės ciklas susideda iš 5 anglies atomų ir 1 deguonies atomo. Jam susidarius, prisijungime dalyvauja penktojo (C5) anglies atomo hidroksilo grupė.

Vietoj karbonilo grupės atsiranda hidroksilo grupė, kuri vadinama glikozidinis ir angliavandenių glikozidinės grupės dariniai – glikozidai. Kitas ciklinių formų erdvinis bruožas yra naujo chiralinio centro (C 1 atomo) susidarymas. Atsiranda du optiniai izomerai, kurie vadinami anomerai. Anomeras, kuriame glikozidinė grupė yra taip pat, kaip ir hidroksilo grupė, kuri lemia monosacharido ryšį su D arba L serija, žymimas raide, kitas anomeras – raide. Ciklinės formos monosacharidų struktūra dažnai vaizduojama Hawortho formulių pavidalu. Šis vaizdas leidžia pamatyti tarpusavio susitarimas vandenilio atomai ir hidroksilo grupės žiedo plokštumos atžvilgiu.

Taigi, tirpale gliukozė egzistuoja trijų formų, kurios yra judrioje pusiausvyroje, pavidalu, kurių santykis yra maždaug: 0,025% - linijinė forma, 36% - - ir 64% - - forma.

Ribozė daugiausia sudaro penkių narių furanozės žiedus.

Cheminės savybės

Monosacharidų chemines savybes lemia karbonilo grupės ir alkoholio hidroksilų buvimas jų molekulėse. Pažvelkime į kai kurias monosacharidų reakcijas, kaip pavyzdį naudodami gliukozę.

Kaip ir polihidroksinis alkoholis, glikolis, gliukozės tirpalas ištirpina vario (II) hidroksido nuosėdas, sudarydamas sudėtingą junginį.

Aldehido grupė redukuojant sudaro alkoholius. Sumažėjus gliukozei, susidaro šešiahidroksinis alkoholis sorbitolis:

Sorbitolis yra saldaus skonio ir naudojamas kaip cukraus pakaitalas. Tam pačiam tikslui taip pat naudojamas ksilitolis, ksilozės redukcijos produktas.

Oksidacijos reakcijose, priklausomai nuo oksiduojančio agento pobūdžio, gali susidaryti vienabazinė (aldono) arba dvibazinė (gliukaro) rūgštys.

Dauguma monosacharidų yra redukuojantys cukrūs. Jiems būdinga: „sidabrinio veidrodžio“ reakcija

ir sąveika su Felingo skysčiu (mėlynojo Cu(OH) 2 redukcija iki geltonos spalvos CuOH, o vėliau oranžinės spalvos Cu 2 O).

Glikozidinė monosacharidų ciklinių formų grupė turi padidintą reaktyvumą. Taigi, sąveikaujant su alkoholiais, susidaro eteriai – glikozidai. Kadangi glikozidams trūksta glikozidinio hidroksilo, jie nepajėgūs tautomerijai, t.y. linijinės formos, turinčios aldehido grupę, susidarymas. Glikozidai nereaguoja su sidabro oksido amoniako tirpalu ir Fehlingo skysčiu. Tačiau rūgštinėje aplinkoje glikozidai lengvai hidrolizuojasi, sudarydami pirminius junginius:

Veikiant mikroorganizmų fermentų sistemoms, monosacharidai gali virsti įvairiais kitais organiniais junginiais. Tokios reakcijos vadinamos fermentacija. Gliukozės alkoholinė fermentacija yra plačiai žinoma, todėl susidaro etilo alkoholis. Taip pat žinomos ir kitos fermentacijos rūšys, pavyzdžiui, pieno rūgštis, sviesto rūgštis, citrinų rūgštis, glicerinas.