Вуглеводи

Загальна характеристика, поширення в організмі та види вуглеводів. Класифікація і хімічні властивості моносахаридів. Будова і властивості дисахаридів й полісахаридів. Реакції окислення, відновлення, утворення простих та складних ефірів альдоз та кетоз.
Краткое сожержание материала:

План

1.Загальна характеристика, поширення в організмі, класифікація вуглеводів

2. Класифікація і хімічні властивості моносахаридів:

а. класифікація по кількості вуглецевих атомів у молекулі;

б. ізомерія моносахаридів;

в. реакції окислення, відновлення, утворення простих та складних ефірів альдоз та кетоз.

3. Будова і властивості дисахаридів:

а. сахароза;

б. мальтоза;

в. лактоза.

4. Будова та властивості полісахаридів:

а. крохмаль;

б. глікоген;

в. хондроїтинсірчана кислота;

г. гіалуронова кислота;

д. гепарин.

1.Загальна характеристика, поширення в організмі, класифікація вуглеводів

Назва «вуглеводи» була запропонована у 1844 році К. Шмідтом на тій основі, що сполуки даного класу можна розглядати як формальні гідрати вуглецю:

С * Н₂ О

6 С* 6 Н₂ О = С₆Н₁₂О₆

Органічні речовини класу вуглеводів широкорозповсюджені у природі та орга-нізмі.У рослинах вуглеводи складають до 80 % ваги сухої тканини. У організмі людини вони містяться у: печінці - 5-10 % від ваги органу; скелетних м'язах - 1-3%; м`язах серця -- 0.5%; мозку - 0.2 % та крові. Вуглеводи є основним джерелом енергії для забезпечення діяльності головного мозку та серця, поряд з ліпідами і білками покривають енерготрати організму, складають основу клітин-них та субклітинних мембран різних тканин.

По відношенню до гідролізу (розщеплення водою) вуглеводи поділяються на дві великі групи:

прості - не піддаються гідролізу з утворенням простіших вуглеводів;

складні - здатні гідролізуватися з утворенням більш простіших вуглеводів.

Дисахариди - при гідролізі утворюють дві молекули моносахаридів. Полісахариди - утворюють дуже велику кількість моносахаридів. Моносахариди та дисахариди утворюють у воді істинні розчини, полісахариди - колоїдні.

2. Класифікація і хімічні властивості моносахаридів

Хімічний склад моносахаридів описується загальною формулою С_n H_2n О_n , де n -- числа натурального ряду.

Одна з назв моносахаридів утворюється з грецького числівника, що вказує кількість вуглецевих атомів у молекулі + закінчення - оза. В залежності від кількості вуглецевих атомів у молекулі,моносахариди поділяються на:

біози : n=2; С₂ Н₄ О₂.

тріози : n =3; С₃ Н₆ О₃.

Н-С=О Н₂С-ОН

Н-С-ОН С=О

Н₂С-ОН Н₂С-ОН

гліцериновий альдегід

диоксіацетон

тетрози : n = 4 ; С₄ Н₈ О₄.

пентози : n =5; С₅ Н₁₀ О₅.

Н-С=О Н₂ С-ОН

Н-С-ОН С=О

Н-С-ОН Н-С-ОН

Н-С-ОН Н-С-ОН

Н₂ С- ОН Н₂ С-ОН

рибоза рибульоза

гексози: n = 6 ; С₆ Н₁₂ О₆.

Н-С=О Н₂С-ОН

Н-С-ОН С=О

НО-С-Н НО-С-Н

Н-С-ОН Н-С-ОН

Н-С- ОН Н-С-ОН

Н₂С-ОН Н₂С-ОН

Глюкоза фруктоза

Деякі моносахариди (глюкоза - фруктоза),(рибоза - рибульоза), маючи одна-ковий кількісний і якісний склад відрізняються будовою, а значить і властивостями.

Речовини які мають однаковий кількісний і якісний склад але різну будову властивості називаються ізомерами.

Моносахаридам характерно декілька видів ізомерії: По розміщенню карбонільної групи їх поділяють на альдози і кетози.

1. Якщо карбонільна група знаходиться біля первинного атома вуглецю, то вона трансформується у альдегідну. Відповідний моносахарид називається альдозою (гліцериновий альдегід - альдотріоза; рибоза - альдопентоза ; глюкоза - альдо-гексоза ).

2. Якщо карбонільна група знаходиться біля вторинного атома вуглецю, то вона перетворюється у кетонну, а відповідний моносахарид отримує назву кетози.

(Диоксіацетон - кетотріоза; рибульоза - кетопентоза; фруктоза - кетогексоза).

Циклічна ізомерія. Утворення циклічних форм моносахаридів пояснюють без-ліччю конформацій , яких набуває вуглецевий ланцюг моносахариду в розчині.

1. Якщо у молекулі альдози відбувається зближення 1-го і 5-го (у кетози 2-го і 6-го) атомів вуглецю, то взаємодія функціональних груп що знаходяться біля них, приводить до утворення шестичленного циклу який називається піранозним.

Глюкоза у даній циклічній формі носить назву глюкопіранози; рибоза - рибо-піранози ; фруктоза - фруктопіранози.

2. Якщо у молекули альдози відбувається зближення 1-го і 4-го (у кетози 2-го і 5-го) атомів вуглецю, то взаємодія функціональних груп, що знаходяться біля них, приводить до утворення п`ятичленного ( фуранозного ) циклу.

Новий гідроксил, що утворюється під час циклізації (-ОН) - більш активний ніж інші спиртові гідроксили, носить назву глікозидного.

Якщо глікозидний гідроксил розміщений у просторі праворуч від С-С ланцю-га,то моносахарид називається - аномером, а якщо ліворуч - -аномером.

У першому випадку глюкоза зоображена у вигляді аномеру, а аномер зображено на прикладі фруктози у фуранозній формі.

Основні вимоги до написання перспективних (циклічних) формул моносахаридів.

1. Піранозні кільця мають вигляд правильних шестикутників, фуранозні - правильних п`ятикутників.

2. Кисневий атом, що замикає цикл, розміщується на рисунку у верхньому правому куті для піранозних структур чи у вершині для фуранозних.

3. Атом вуглецю що сполучений з глікозидним гідроксилом розміщується праворуч від кисневого атома.

4. Групи атомів що розміщуються праворуч від С-С скелету моносахариду, записують під площиною циклу; ті що зліва - над площиною циклу.

5. Якщо останній атом вуглецю циклу зв`язаний з яким-небудь угрупуванням атомів ,то воно записується над площиною циклу.У разі його відсутності, вільні валентності вуглецю заповнюються атомами водню.

6. Атоми вуглецю,як правило, в циклі не записують.

Наприклад: взаємодія функціональних груп 1-го і 5-го атомів вуглецю у глюкози приводить до утворення піранозного циклу.

Хімічні властивості моносахаридів визначаються властивостями карбонільної групи, глікозидного та спиртових гідроксилів.

Окислення: альдози легко окислюються різними окисниками з утворенням відпо-відних кислот:

Остання, в складі похідних, входить до складу сполучних тканин організму.

Кетози окислюються з розривом вуглецевого ланцюга молекули, утворюючи суміш кислот:

Н-С-ОН CH₂-COOH + СН-СН-СН-СООН

С=О ОН ОН ОН ОН

НО-С-Н (гліколева) (триоксімасляна)

Н-С-ОН

Н-С-ОН НООС-СООН + НООС-СН-СН-СН-СО

Н-С-ОН ОН ОН ОН

Н (щавлева) (винна)

Відновлення альдоз та кетоз приводить до утворення відповідних багатоатомних спиртів.

+Н

СН₂-СН-СН-СН-СН-СНО СН₂-СН-СН-СН-СН-СН₂

ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН

(глюкоза) (сорбіт-замінник цукру для діабетиків. При вживанні не піднімає рівень глюкози у крові)

+Н

СН₂-СН-СН-СН-СНО СН₂-СН-СН-СН-СН₂

ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН

(рибоза ) (рибітол -вихідна форма для Vit B₂

Велике значення для протікання процесів метаболізму мають складні моно - і дифосфорні ефіри глюкози, фруктози, рибози та фосфорної кислоти.

Взаємодіючи із спиртами по глікозидному гідроксилу, моносахариди утворюють прості ефір- глікозиди, які володіють біологічною активністю та входять до складу багатьох лікарських препаратів.

CH₂OH CH₂OH

H H H H

H H

OH H +CH₃OH OH H +H₂O

OH OH OH O-CH₃

H OH H OH

(метил-глюкозид

При взаємодії двох молекул моносахаридів по глікозидних та спиртових гідроксилах утворюються прості ефіри - дисахариди.

-Глюкопіраноза взаємодіючи з -фруктофуранозою утворює сахарозу:

CH₂OH CH₂OH

H H H H

H H

OH H + OH H + H₂O

OH OH OH O

H OH H OH

3. Дисахариди<...