Тема №26 «Углеводы: моносахариды, дисахариды, полисахариды»

Оглавление

1. Классификация углеводов
2. Моносахариды. Глюкоза.
3. Строение молекулы глюкозы
4. Химические свойства глюкозы
5. Полисахариды. Крахмал и целлюлоза. 
6. Строение крахмала и целлюлозы
7. Химические свойства полисахаридов
8. Применение углеводов
9. Задания для самопроверки

Классификация углеводов

Углеводы — органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород находятся в них, как правило, в таком же соотношении, как и в молекуле воды (2 : 1).

Общая формула углево­дов —

С_n(Н₂О)_m, т. е. они как бы состоят из углерода и во­ды, отсюда и название клас­са, которое имеет историче­ские корни. Оно появилось на основе анализа первых известных углеводов. В даль­нейшем было установлено, что имеются углеводы, в мо­лекулах которых не соблюда­ется указанное соотношение (2 : 1), например дезоксирибоза — С₅Н₁₀О₄. Извест­ны также органические соединения, состав кото­рых соответствует приведенной общей формуле, но которые не принадлежат к классу углеводов. К ним относятся, например, формальдегид СН₂О и уксус­ная кислота СН₃СООН.

Однако название «углеводы» укоренилось и в настоящее время является общепризнанным для этих веществ.

www.chem-mind.com

Углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды).

Углеводы — органические соединения, чаще всего природного происхождения, состоящие только из углерода, водорода и кислорода.

Углеводы играют огромную роль в жизнедеятельности всех живых организмов.

Свое название данный класс органических соединений получил за то, что первые изученные человеком углеводы имели общую формулу вида C_x(H₂O)_y . Т.е. их условно посчитали соединениями углерода и воды. Однако позднее оказалось, что состав некоторых углеводов отклоняется от этой формулы. Например, такой углевод как дезоксирибоза имеет формулу С₅Н₁₀О₄. В то же время существуют некоторые соединения, формально соответствующие формуле C_x(H₂O)_y, однако к углеводам не относящиеся, как, например, формальдегид (СН₂О) и уксусная кислота (С₂Н₄О₂).

Тем не менее, термин «углеводы» исторически закрепился за данным классом соединений, в связи с чем повсеместно используется и в наше время.

Классификация углеводов

В зависимости от способности углеводов расщепляться при гидролизе на другие углеводы с меньшей молекулярной массой их делят на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды, олигосахариды, полисахариды).

Как легко догадаться, из простых углеводов, т.е. моносахаридов, нельзя гидролизом получить углеводы с еще меньшей молекулярной массой.

При гидролизе одной молекулы дисахарида образуются две молекулы моносахарида, а при полном гидролизе одной молекулы любого полисахарида получается множество молекул моносахаридов.

Химические свойства моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы

Самыми распространенными моносахаридами являются глюкоза и фруктоза, имеющие следующие структурные формулы:

Как можно заметить, и в молекуле глюкозы, и в молекуле фруктозы присутствует по 5 гидроксильных групп, в связи с чем их можно считать многоатомными спиртами.

В составе молекулы глюкозы имеется альдегидная группа, т.е. фактически глюкоза является многоатомным альдегидоспиртом.

В случае фруктозы можно обнаружить в ее молекуле кетонную группу, т.е. фруктоза является многоатомным кетоспиртом.

Химические свойства глюкозы и фруктозы как карбонильных соединений

Все моносахариды могут реагировать в присутствии катализаторов с водородом. При этом карбонильная группа восстанавливается до спиртовой гидроксильной. Так, в частности, гидрированием глюкозы в промышленности получают искусственный подсластитель – гексаатомный спирт сорбит:

Молекула глюкозы содержит в своем составе альдегидную группу, в связи с чем логично предположить, что ее водные растворы дают качественные реакции на альдегиды. И действительно, при нагревании водного раствора глюкозы со свежеосажденным гидроксидом меди (II) так же, как и в случае любого другого альдегида, наблюдается выпадение из раствора кирпично-красного осадка оксида меди (I). При этом альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной – образуется глюконовая кислота:

Также глюкоза вступает и в реакцию «серебряного зеркала» при действии на нее аммиачного раствора оксида серебра. Однако, в отличие от предыдущей реакции вместо глюконовой кислоты образуется ее соль – глюконат аммония, т.к. в растворе присутствует растворенный аммиак:

Фруктоза и другие моносахариды, являющиеся многоатомными кетоспиртами, в качественные реакции на альдегиды не вступают.

Химические свойства глюкозы и фруктозы как многоатомных спиртов

Поскольку моносахариды, в том числе глюкоза и фруктоза, имеют в составе молекул несколько гидроксильных групп. Все они дают качественную реакцию на многоатомные спирты. В частности, в водных растворах моносахаридов растворяется свежеосажденный гидроксид меди (II). При этом вместо голубого осадка Cu(OH)₂ образуется темно-синий раствор комплексных соединений меди.

Реакции брожения глюкозы

Спиртовое брожение

При действии на глюкозу некоторых ферментов глюкоза способна превращаться в этиловый спирт и углекислый газ:

Молочнокислое брожение

Помимо спиртового типа брожения существует также и немало других. Например, молочнокислое брожение, которое протекает при скисании молока, квашении капусты и огурцов:

Особенности существования моносахаридов в водных растворах

Моносахариды существуют в водном растворе в трех формах – двух циклических (альфа- и бета-) и одной нециклической (обычной). Так, например, в растворе глюкозы существует следующее равновесие:

Как можно видеть, в циклических формах отсутствует альдегидная группа, в связи с тем что она участвует в образовании цикла. На ее основе образуется новая гидроксильная группа, которую называют ацетальным гидроксилом. Аналогичные переходы между циклическими и нециклической формами наблюдаются и для всех других моносахаридов.

Дисахариды. Химические свойства.

Общее описание дисахаридов

Дисахаридами называют углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, связанных между собой за счет конденсации двух полуацетальных гидроксилов либо же одного спиртового гидроксила и одного полуацетального. Связи, образующиеся таким образом между остатками моносахаридов, называют гликозидными. Формулу большинства дисахаридов можно записать как C₁₂H₂₂O₁₁.

Наиболее часто встречающимся дисахаридом является всем знакомый сахар, химиками называемый сахарозой. Молекула данного углевода образована циклическими остатками одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Связь между остатками дисахаридов в данном случае реализуется за счет отщепления воды от двух полуацетальных гидроксилов:

Поскольку связь между остатками моносахаридов образована при конденсации двух ацетальных гидроксилов, для молекулы сахара невозможно раскрытие ни одного из циклов, т.е. невозможен переход в карбонильную форму. В связи с этим сахароза не способна давать качественные реакции на альдегиды.

Подобного рода дисахариды, которые не дают качественные реакции на альдегиды, называют невосстанавливающими сахарами.

Тем не менее, существуют дисахариды, которые дают качественные реакции на альдегидную группу. Такая ситуация возможна, когда в молекуле дисахарида остался полуацетальный гидроксил из альдегидной группы одной из исходных молекул моносахаридов.

В частности, в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра, а также гидроксидом меди (II) подобно альдегидам вступает мальтоза. Связано это с тем, что в её водных растворах существует следующее равновесие:

Как можно видеть, в водных растворах мальтоза существует в виде двух форм – с двумя циклами в молекуле и одним циклом в молекуле и альдегидной группой. По этой причине мальтоза, в отличие от сахарозы, дает качественную реакцию на альдегиды.

Гидролиз дисахаридов

Все дисахариды способны вступать в реакцию гидролиза, катализируемую кислотами, а также различными ферментами. В ходе такой реакции из одной молекулы исходного дисахарида образуется две молекулы моносахарида, которые могут быть как одинаковыми, так и различными в зависимости от состава исходного моносахарида.

Так, например, гидролиз сахарозы приводит к образованию глюкозы и фруктозы в равных количествах:

А при гидролизе мальтозы образуется только глюкоза:

Дисахариды как многоатомные спирты

Дисахариды, являясь многоатомными спиртами, дают соответствующую качественную реакцию с гидроксидом меди (II), т.е. при добавлении их водного раствора ко свежеосажденному гидроксиду меди (II) нерастворимый в воде голубой осадок Cu(OH)₂ растворяется с образованием темно-синего раствора.

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза

Полисахариды — сложные углеводы, молекулы которых состоят из большого числа остатков моносахаридов, связанных между собой гликозидными связями.

Есть и другое определение полисахаридов:

Полисахаридами называют сложные углеводы, молекулы которых образуют при полном гидролизе большое число молекул моносахаридов.

В общем случае формула полисахаридов может быть записана как (C₆H₁₀O₅)_n.

Крахмал – вещество, представляющее собой белый аморфный порошок, не растворимый в холодной воде и частично растворимый в горячей с образованием коллоидного раствора, называемого в быту крахмальным клейстером.

Крахмал образуется из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза в зеленых частях растений под действием энергии солнечного света. В наибольших количествах крахмал содержится в картофельных клубнях, пшеничных, рисовых и кукурузных зернах. По этой причине указанные источники крахмала и являются сырьем для его получения в промышленности.

Целлюлоза – вещество, в чистом состоянии представляющее собой белый порошок, не растворимый ни в холодной, ни в горячей воде. В отличие от крахмала целлюлоза не образует клейстер. Практически из чистой целлюлозы состоит фильтровальная бумага, хлопковая вата, тополиный пух. И крахмал, и целлюлоза являются продуктами растительного происхождения. Однако, роли, которые они играют в жизни растений, различны. Целлюлоза является в основном строительным материалом, в частности, главным образом ей образованы оболочки растительных клеток. Крахмал же несет в основном запасающую, энергетическую функцию.

Химические свойства крахмала и целлюлозы

Горение

Все полисахариды, в том числе крахмал и целлюлоза, при полном сгорании в кислороде образуют углекислый газ и воду:

Образование глюкозы

При полном гидролизе как крахмала, так и целлюлозы образуется один и тот же моносахарид – глюкоза:

Качественная реакция на крахмал

При действии йода на что-либо, в чем содержится крахмал, появляется синее окрашивание. При нагревании синяя окраска исчезает, при охлаждении появляется вновь.

При сухой перегонке целлюлозы, в частности древесины, происходит ее частичное разложение с образованием таких низкомолекулярных продуктов как метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и т.д.

Поскольку и в молекулах крахмала, и в молекулах целлюлозы имеются спиртовые гидроксильные группы, данные соединения способны вступать в реакции этерификации как с органическими, так и с неорганическими кислотами:

scienceforyou.ru

👩‍⚕️💉👨‍⚕️Моносахариды, дисахариды, полисахариды: таблица углеводов

Моносахариды и дисахариды представляют собой простые углеводы, которые имеют сладковатый вкус.

Именно по этой причине их именуют сахарами. Однако не каждый сахар имеет одинаковую сладость.

Они попадают в организм через еду, когда в меню человека присутствуют такие продукты природного происхождения, как фрукты, овощи и ягоды.

Как правило, информацию об общем содержании сахара, глюкозы, фруктозы и сахарозы содержит специальная таблица, в которой перечисляются различные продукты.

Если простые углеводы имеют сладкий вкус, то сложные углеводы, которые имеют название полисахариды, им не обладают.

Особенности глюкозы

• Глюкоза представляет собой моносахариды, из которых строятся такие жизненно важные полисахариды, как целлюлоза, гликоген и крахмал. Она содержится в ягодах, фруктах и овощах, через которые попадает в кровь.
• Моносахариды в виде глюкозы имеют особенность моментально и полностью усваиваться при попадании в пищеварительный тракт. После того, как глюкоза попадает в кровь, она начинает проникать во все ткани и внутренние органы, где происходит окислительная реакция, которая становится причиной выделения энергии.

Для мозговых клеток глюкоза является единственным источником энергии, поэтому при нехватке углеводов в организме мозг начинает страдать.

Именно от уровня глюкозы в крови зависит аппетит и пищевое поведение человека.

Если моносахариды концентрируются в большом количестве, может наблюдаться увеличение массы тела или ожирение.

Особенности фруктозы

1. Простые углеводы, представляющие фруктозу, при попадании в кишечник всасываются в два раза медленнее, чем глюкоза. При этом моносахариды имеют особенность надолго задерживаться в печени.
2. Когда происходит клеточный обмен веществ, фруктоза преобразуется в глюкозу. Между тем уровень сахара в крови резко не увеличивается, а происходит плавное и постепенное увеличение показателей. Такое поведение не требует мгновенного выброса необходимой дозы инсулина, в связи с этим нагрузка на поджелудочную железу снижается.
3. По сравнению с глюкозой, фруктоза быстро и легко превращается в жирные кислоты, что становится причиной отложения жиров. Как отмечают врачи, именно после употребления продуктов с высоким содержанием фруктозы многие диабетики набирают вес. Из-за чрезмерной концентрации в крови С-пептидов имеется риск развития инсулинорезистентности, что приводит к появлению сахарному диабету второго типа.
4. Такие моносахариды, как фруктоза, могут содержаться в свежих фруктах и ягодах. В том числе этот сахар могут содержать фруктозные полисахариды, которые содержит цикорий, топинамбур и артишок.

Иные простые углеводы

Галактозу человек получает через молочный сахар, который именуют лактозой. Чаще всего она может содержаться в йогуртах и иных ферментированных продуктах молочного происхождения. После поступления в печень галактоза преобразуется в глюкозу.

Дисахарид

ru.diabetes-education.net

Классификация углеводородов (моносахариды, дисахариды, полисахариды). Их состав и функции.

Атомы углерода могут соединяться друг с другом и образовывать прямые и разветвленные цепи, а также кольцевые структуры. Эти структуры могут выступать как основа биологических молекул.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH₂O)*n, где n — число атомов углерода в молекуле.

В молекулах углеводов отношение углерода к водороду и кислороду составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»(«карбогидрат»): компоненты представляют собой углерод («угле», «карбо») и компоненты воды (следовательно, «вод», «гидрат»).

Углеводы подразделяются на три подтипа:

• Моносахариды
• Олигосахариды (дисахариды)
• Полисахариды

Моносахариды (моно- = «один», сахаро- = «сладкий») являются простыми сахарами, наиболее распространенным из которых является глюкоза.

В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи.

Большинство моносахаридных названий заканчиваются суффиксом —оза.

Если в сахаре есть альдегидная группа (функциональная группа со структурой R-CHO), она является альдозой, и если она имеет кетоновую группу (функциональную группу со структурой RC (= O) R ‘), она является кетозой.

В зависимости от количества углеродов в сахаре они также могут быть известны как триозы (три углерода), пентозы (пять углеродов) и гексозы (шесть атомов углерода).

Триозы

Двумя простейшими моносахаридами являются дигидроксиацетон

(триоза с кетоновой группой) и глицеральдегид (триоза с альдегидной группой).

Пентозы

Два распространенных пентозных сахаров представляют собой рибозу (ribose, компонент РНК) и рибулозу (ribulose, участвует в фотосинтезе).

Гексозы

Три распространенных гексозы — глюкоза (glucose, источник энергии для всех клеток), галактоза (galactose, молочный сахар) и фруктоза (fructose, фруктовый сахар).

Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одну и ту же химическую формулу (C₆H₁₂O₆), они отличаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за различного расположения функциональных групп вокруг асимметричного углерода. Все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода.

Моносахариды могут существовать как в виде линейной цепи, так и в виде кольцевой молекулы. В водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах.

Структура глюкозных колец

Когда молекулы глюкозы образуют шестичленное кольцо, существует 50-процентный шанс того, что гидроксильная группа у первого углерода окажется ниже плоскости кольца.

Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (-ОН) вокруг аномерного углерода (углерод № 1, который становится асимметричным в процессе кольцеобразования, стереоцентр).

Если гидроксильная группа ниже углерода № 1 в сахаре, то говорят, что она находится в положении альфа (α), и если она находится над плоскостью, говорят, что она находится в положении бета (β).

Олигосахариды

Олигосахариды представляют собой сахара, содержащие два или три простых сахара, связанных друг с другом ковалентными связями, называемыми гликозидными.

Гликозидные связи могут быть альфа- или бета-типа.

Примеры наиболее важных дисахаридов;

1) Мальтоза (maltose) — состоит из двух молекул α-глюкозы удерживаемых вместе 1-4-гликозидной связью. Мальтозу можно найти в зернах, которые используются в производстве пива.
2) Сахароза — состоит из α — глюкозы и α — фруктозы с 1-2 — гликозидной связью между ними. Пример сахарозы — столовый сахар.
3) Лактоза (lactose) — состоит из α — глюкозы и α — галактозы. Лактоза обычно содержится в молоке.

Полисахариды

Полисахариды представляют собой моносахаридные полимеры, которые состоят от нескольких сотен до нескольких тысяч моносахаридных субъединиц, удерживаемых вместе гликозидными связями.

Некоторые полисахариды состоят из прямых цепей, а некоторые из разветвленных. Основными примерами полисахаридов являются крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин.

Крахмал

Крахмал (starch) является формой сахаров запасаемых растениями и состоит из амилозы и амилопектина которые являются полимерами глюкозы.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к номеру атома углерода в мономерах посредством которых они соединены.

Амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связи), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид (α 1-6 связи в точках ветвления).

Гликоген

Гликоген (glycogen) является формой хранения глюкозы у людей и других позвоночных животных и состоит из мономеров глюкозы.

Целлюлоза

Целлюлоза (cellulose) является основным структурным полисахаридом всех растений и является основным компонентом в клеточных стенках.

Целлюлоза — это неразвлетленный полимер β-глюкозы, который удерживается вместе 1-4 гликозидными связями.

Каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут и мономеры плотно упакованы в длинные цепочки полимера. Это придает целлюлозе ее жесткость и высокую прочность на растяжение, что так важно для растительных клеток.

Хотя связь в целлюлозе не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, способны с помощью специализированной флоры в своем желудке переваривать растительный материал, богатый клетчаткой и использовать его в качестве источника пищи.

Хитин

Целлюлозоподобный полимер существует в жестком экзоскелете насекомых, ракообразных.

Этот полимер известен как хитин (chitin), который представляет собой полисахарид содержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил-β-d-глюкозамина (модифицированного сахара).

Хитин также является основным компонентом грибковых клеточных стенок. Грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют подцарство в царстве эукариот.

Углеводы, их строение и функции.

Статьи в категории

biology.reachingfordreams.com

моносахариды, дисахариды, полисахариды. В чем отличия

Углеводы при сахарном диабете

Сахара (сахариды, углеводы) это распостраненные в природе органические соединения. Они являются производными многоатомных спиртов. По размеру и структуре молекул они делятся на две группы: простые сахара (моносахариды) и сложные (к ним относятся дисахариды и полисахариды).

По наличиню характерных функциональных групп, кроме многоатомных (гидроксиловых) групп, которые входят в состав всех сахаридов, отличают: альдозы — имеющие альдегидные группы, и кетозы — имеющие кетоновые группы.

Подробнее о различных типах углеводов читайте ниже в собранных мною статьях по этой тематике.

Содержание

• 1 Углеводы: моносахариды, дисахариды, полисахариды
• 2 Классификация углеводов
• 3 Химические свойства моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы
• 4 Химические свойства глюкозы и фруктозы как карбонильных соединений
• 5 Химические свойства глюкозы и фруктозы как многоатомных спиртов
• 6 Дисахариды. Химические свойства
• 7 Дисахариды как многоатомные спирты
• 8 Полисахариды. Крахмал и целлюлоза
• 9 Виды углеводов
• 10 Сахара
• 11 Сложные углеводы
• 12 Углеводы, моносахариды, полисахариды, мальтоза, глюкоза, фруктоза
• 13 Углеводы
• 14 Моносахариды
• 15 Полисахариды
• 16 Углеводы: виды, польза и содержание в продуктах питания
• 17 Что нужно знать об углеводах
• 18 Суточная потребность углеводов
• 19 В каких продуктах содержатся углеводы?
• 20 Дисахариды и полисахариды
• 21 Углеводы: моносахариды, дисахариды, полисахариды — химические соединения
• 22 Классификация углеводов
• 23 Смотрите видео: Дисахариды и полисахариды

Углеводы: моносахариды, дисахариды, полисахариды

Углеводы — органические соединения, чаще всего природного происхождения, состоящие только из углерода, водорода и кислорода. Углеводы играют огромную роль в жизнедеятельности всех живых организмов. Свое название данный класс органических соединений получил за то, что первые изученные человеком углеводы имели общую формулу вида Cx(h3O)y .

Т.е. их условно посчитали соединениями углерода и воды. Однако позднее оказалось, что состав некоторых углеводов отклоняется от этой формулы. Например, такой углевод как дезоксирибоза имеет формулу С5Н10О4. В то же время существуют некоторые соединения, формально соответствующие формуле Cx(h3O)y, однако к углеводам не относящиеся, как, например, формальдегид (СН2О) и уксусная кислота (С2Н4О2).

Тем не менее, термин «углеводы» исторически закрепился за данным классом соединений, в связи с чем повсеместно используется и в наше время.

Классификация углеводов

В зависимости от способности углеводов расщепляться при гидролизе на другие углеводы с меньшей молекулярной массой их делят на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды, олигосахариды, полисахариды). Как легко догадаться, из простых углеводов, т.е. моносахаридов, нельзя гидролизом получить углевод

ru.diabetes-education.net

Разница между моносахаридами дисахаридами и полисахаридами

Основное отличие — моносахариды против дисахаридов против полисахаридов

Углеводы являются основными компонентами всех живых организмов. Все углеводы состоят из атомов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O) в различных сочетаниях. Сахар — это углеводы. Основные типы сахаров включают моносахариды и дисахариды. Полисахариды являются сложными углеводами. Основное различие между моносахаридами дисахаридами и полисахаридами заключается в том, что

Моносахариды — это мономеры сахаров, а дисахариды состоят из двух мономеров, тогда как полисахариды состоят из большого количества мономеров.

Ключевые области покрыты

1. Что такое моносахарид
      – Определение, свойства, примеры
2. Что такое дисахарид
      — определение, свойства, примеры
3. Что такое полисахарид
      — определение, свойства, примеры
4. Каковы сходства между дисахаридами моносахаридов и полисахаридами
      — Краткое описание общих черт
5. В чем разница между моносахаридами дисахаридами и полисахаридами
      — Сравнение основных различий

Ключевые термины: Альдозы, углеводы, дисахариды, клетчатка, кетозы, моносахариды, полисахариды, крахмал, сахара

Что такое моносахарид

Моносахариды — это отдельные молекулы сахара, которые служат строительными блоками дисахаридов и полисахаридов. Моносахариды — это самая простая форма углеводов. Эти моносахариды состоят из атомов C, H и O. Общая формула моносахаридов (СН₂O)_N, Буква «н» относится к числу СН₂О единиц, присутствующих в молекуле сахара.

Моносахариды находятся в форме альдегида или кетона. Это означает, что моносахариды по существу имеют карбонильную группу в своей химической структуре. Моносахариды с альдегидными группами называются альдозами, а моносахариды с кетоновыми группами — кетозами. В альдозах карбонильная группа расположена на концевом атоме углерода, тогда как в кетозах карбонильная группа расположена на втором атоме углерода.

Существуют различные типы моносахаридов, в зависимости от количества атомов углерода, присутствующих в молекуле сахара. Они классифицируются в соответствии с их изомерией и производными. Большинство моносахаридов могут иметь одинаковую молекулярную формулу, но различное расположение.

Согласно подтверждению моносахарида, есть два типа изомеров на каждый моносахарид. Это D-изомер и L-изомер. Положение группы -ОН предпоследнего углерода определяет, является ли моносахарид D-изомером или L-изомером. Самый простой способ показать атомное расположение моносахарида — проекция Фишера на молекулу. Это двумерная структура молекулы.

Рисунок 01: Проекция Фишера D-глюкозы

На изображении выше показана проекция Фишера на содержание D-глюкозы. Но настоящая структура моносахарида — это трехмерная структура. Это называется подтверждением стула и является циклической структурой. На следующем изображении показана реальная структура глюкозы.

Рисунок 02: Подтверждение стула D-глюкозы

Моносахариды растворимы в воде. Почти все моносахариды на вкус сладкие и бесцветные при растворении в воде. Простые моносахариды имеют линейную неразветвленную структуру, но ациклическая форма обычно превращается в циклическую форму из-за ее нестабильности. Все моносахариды являются восстанавливающими сахарами.

Примеры для моносахаридов

• Глицеральдегид (3 атома углерода)
• Эритроза (4 атома углерода)
• Пентоза (5 атомов углерода)
• Глюкоза (6 атомов углерода)

Что такое дисахарид

Дисахариды — это молекулы сахара, состоящие из двух моносахаридов. Поэтому каждый дисахарид состоит из двух химических колец. Связь между двумя моносахаридами называется гликозидной связью. Дисахариды также являются простыми сахарами. Дисахариды подразделяются на две группы в соответствии с их восстановительной силой.

• Восстанавливающий сахар — может действовать как восстановитель
• Невосстанавливающий сахар — не может действовать как восстановитель

Рисунок 03: Структура дисахарида

Следовательно, некоторые дисахариды восстанавливают сахара, а некоторые нет. Все дисахариды растворимы в воде и бесцветны при растворении в воде. Некоторые дисахариды являются сладкими на вкус, а некоторые нет.

Примеры дисахаридов и их свойства

дисахарид	Мономеры	Снижение силы	Вкус
Сахароза	Глюкоза и фруктоза	Невосстанавливающих	Милая
лактоза	Глюкоза и Галактоза	Снижение	Милая
мальтоза	Две глюкозы	Снижение	Милая

Что такое полисахарид

Полисахарид представляет собой углевод, состоящий из ряда моносахаридов, связанных через гликозидные связи. Полисахариды представляют собой цепочки моносахаридов. Поэтому каждый полисахарид состоит из ряда химических колец. Образование полисахарида происходит посредством конденсационной полимеризации, поскольку молекула воды образуется на каждую гликозидную связь.

Рис

ru.strephonsays.com

Лекция 14. Углеводы, моносахариды, полисахариды : Farmf

Углеводы, моносахариды, полисахариды. Углеводы широко распространены в животном и растительном мире, они играют исключительную роль во многих жизненных процессах. Углеводы составляют 80% сухой массы растений и 2% от сухой массы животных организмов.

Название углеводы этим природным веществам предложено в 1844 году К.Шмидтом, т.к. элементный состав известных тгда углеводов мог быть выражен как С_n(Н₂О)_m в настоящее время понятие углеводы стало гораздо шире.

Классификация углеводов.

Углеводы обычно подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды (монозы) – вещества не способные подвергаться гидролизу.
Олигосахариды – вещества, образованные из нескольких остатков молекул моносахаридов (от 2-х до 8-10). Простейшими из них являются дисахариды.
Полисахариды являются высокомолекулярными соединениями, макромолекулы которых образованы из многих молекул моносахаридов.

Моносахариды классифицируются по числу углеродных атомов в молекуле и присутствию альдегидной или кетонной группы:
Тетрозы
Пентозы
Гексозы
Моносахариды: альдозы, кетозы

По строению моносахариды являются полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами:

Моносахариды получают из полисахаридов путем гидролиза последних. Например, при гидролизе свекловичного или тростникового сахара получаются глюкоза и фруктоза:

Монозы хорошо растворимы вводе, большинство из них имеет сладкий вкус; растворы нейтральной реакцию При нагревании они окрашиваются в бурый цвет и обугливаются. Все природные моносахариды обладают оптической активностью.

Биологическое значение имеют главным образом сахара с 5 и 6 атомами углерода в молекуле (пентозы и гексозы). По своему строению они делятся на две большие группы: альдегидоспирты (альдозы) и кетоноспирты (кетозы):

В настоящее время считается установленным, что в растворе сахаров находятся как молекулы, строение которых приведено выше (цепная или открытая форма), так и молекулы, имеющие циклическое строение (циклическая полуацетальная форма):

Впервые циклическую форму для моноз предложил русский ученый А.А.Колли (1840-1916). Он выполнил также ряд других исследований по химии углеводов, имеющих большое значение.

Циклические формы углеводов можно рассматривать как производные двух типов циклических соединений: пирана (шестичленное кольцо) или фурана (пятичленное кольцо):

В фармации используют из моноз в основном глюкозу как лекарственное средство, фруктозу как заменитель сахара для больных сахарным диабетом; используются диозы: сахароза, лактоза, находят применение некоторые олигосахариды, напритмер в качестве инфузионных растворов, полисахариды – целлюлоза, крахмалы различного происхождения. В настоящее время широко применяются в качестве лекарственных средств производные углеводов: глюкозамин и его полимерное соединение хондроитин.

Glucosum-глюкоза.

Получение глюкозы. В свободном состоянии глюкоза находится в виноградном соке, в плодах и других органах различных растений. Основным источником получения глюкозы в промышленности является крахмал ( и реже – целлюлоза), которые гидролизуются в присутствии минеральных кислот:

Химическая структура. Глюкоза относится к альдозам, а по числу атомов углерода к гексозам:

Важная структурная особенность моносахаридов – это свойственная им изомерия. Глюкоза содержит несколько асимметричных атомов углерода, а именно – четыре, и следовательно для нее характерная пространственная изомерия (стереоизомерия).

При наличии в молекуле n асимметрических центров в общем случае число пространственных изомеров выражается формулой 2ⁿ.

2⁴ = 16. Следовательно для глюкозы возможны 16 стереоизомеров, 8 пар антипод (энатиомеров).

Для обозначения пространственного строения каждого из стереоизомеров углеводы (как и другие оптически активные вещества) по предложению М.А.Розанова разделяют на два ряда: D-ряд и L-ряд. Простейшими представителями этих радов являются оптические антиподы глицеринового альдегида:

D-глицериновым альдегидом назвали правовращающий стереоизомер, который имеет у асимметричного атома углерода группу ОН справа при написании цепи альдегидной группой кверху. L-изомер имеет в этом случае группу ОН слева. Это типичный пример оптических изомеров.

Принято следующее условие: вещества, которые можно получить из D-глицеринового альдегида путем надстройки углеродной цепи со стороны альдегидной группы, относятся к D-ряду. Аналогичное положение применимо и к L-ряду.

Для углеводов характерно равновесное состояние между линейной и циклической структурой, причем в олигосахаридах они находятся в исключительно циклической форме:

Гидроксильная группа пятого атома углерода пространственно сближается с альдегидной группой с учетом величины валентного угла, это приводит к образованию внутреннего циклического полуацеталя. Циклизация приводит к образованию устойчивого шестичленного кольца, которое называется пиранозным.

Полуацетальный гидроксил, в свою очередь, обуславливает возможность:
1. Образовывать полные ацетали с другими сахарами и соединениями, содержащими NН₂– и ОН-.
2. Образовывать полимерные структуры.

При образовании циклического полуацеталя углеродный атом карбонильной группы превращается в асимметрический. У этого вновь образованного асимметрического атома углерода атом водорода и гидроксильная группа могут располагаться двояким образом: Н-слева, ОН-справа и, наоборот, Н-справа, ОН-слева. Такие изомеры, отличающиеся расположением полуацетального гидроксила, называются аномерами. Чтобы различить аномеры, применяют условные обозначения: α- и β-; α-Аномер имеет полуацетальный гидроксил с той же стороны, где расположена группа ОН, указывающая принадлежность моносахарида к D- или L-ряду; β-аномер – наоборот.

Фармакопейным препаратом глюкозы является α- D-глюкоза:

Кристаллизационная вода глюкозы составляет 10% ее молярной массы.

Свойства. Белый мелкокристаллический порошок без запаха, сладкого вкуса. Легко растворим в воде, трудно в спирте, практически нерастворим в эфире.

Подлинность.

1. Органолептическое определение (сладкий вкус).

2. Взаимодействие с реактивом Феллинга( образование осадка закиси меди), Несслера( образование осадка ртути), реакция серебряного зеркала.

3. При нагревании с тимолом и  концентрированной серной кислотой образуется темно-красное окрашивание. За счет дегидратации сахара образуется соответствующее фурфурольное производное, реагирующее с тимолом с образованием ауринового красителя:

4. При нагревании с резорцином и разбавленной соляной кислотой образуется розовое окрашивание.

5. Образование азазонов с фенилгидразином (кристаллический осадок желтого цвета):

Чистота. Глюкоза имеет удельное вращение, является правовращающей в ФС допускается интервал удельного вращения, указывается растворитель, концентрация раствора). Прозрачность, цветность, кислотность, общедопустимые хлориды, сульфаты, кальций. Недопустимые примеси: барий, декстран.

Определение величины удельного вращения [α]_D²⁰. Присутствие нескольких асимметрических центров в молекуле глюкозы обуславливает оптическую активность с сильно выраженным вращением плоскости поляризованного света. Измерив угол, на который происходит вращение поляризованного света можно рассчитать удельное вращение. В свежеприготовленных растворах глюкозы происходит явление так называемой муторотации, которое представляет собой изменение величины вращения, достигающее через определенное время постоянной величины. Муторотацию можно объяснить тем, что при растворении глюкозы, которая в кристаллическом состоянии находится в одной циклической форме, образуется ее альдегидная форма, через которую получаются аномерные циклические формы глюкозы: α- и β- формы, отличающиеся расположением заместителей у первого углеродного атома, в связи с чем они имеют различные величины вращения. Удельное вращение – это константа оптически активного вещества. Удельное вращение определяют расчетным путем как угол поворота плоскости поляризованного монохроматического света на пути длиной 1 дм в среде, содержащей оптически активное вещество, при условном приведении концентрации этого вещества к значению, равному 1г/мл.

Величину удельного вращения рассчитывают:
[α] =  (α·100) / (l·c) (для растворов веществ)

Явление муторотации можно ускорить добавлением к раствору глюкозы аммиака.

Количественное определение. Количественное определение действующей фармакопейной статьей не предусматривается. В инъекционных формах используют рефрактометрию. Среди нефармакопейных методов, используемых для количественного определения глюкозы следует отметить:

1. Йодометрический метод способом обратного титрования, т.е. титрование избытка йода после окисления. Метод Вильштеттера. В щелочной или карбонатной среде с избыткой йода окисляется до кислоты (глюконовой). Йод оттитровывают тиосульфатом натрия.

2. Йодометрический после окисления реактивов Несслера.

3. Перманганатометрический (Метод Бертрана). Способ прямым титрованием. Метод основан на избирательном окислении альдегидной группы реактивом Феллинга с последующим прибавлением к раствору соли трехвалентного железа, которое в свою очередь оттитровывается раствором перманганата калия.

Фактор эквивалентности =1/2.

4. Рефрактометричексий метод. Исходя из коэффициента преломления раствора глюкозы.

5. Поляриметрический метод.

с =(α·100) /  ([α]_D²⁰·l)

Применение. Глюкозу используют как источник легко усваиваемых организмов углеводов. Используют в виде растворов для внутривенного введения: 5%; 10%; 20%; и 40%. В форме таблеток 0,5 г и 1,0 г., а также в сочетании с витаминами и другими веществами.
Хранение. В хорошо укупоренной таре в сухом месте.

Стабилизация растворов глюкозы.

Инъекционные растворы глюкозы широко применяются и их часто готовят в аптеках. При выборе стабилизатора для раствора глюкозы необходимо учитывать полифункциональный характер этого вещества. Глюкоза неустойчива в щелочной среде, под влиянием кислорода образуются оксикислоты: гликолевая, левулиновая, муравьиная и оксиметилфурфурол. Для предотвращения этого процесса растворы глюкозы стабилизируют 0,1 моль/л раствором НС1 до рН 3,0-4,0. Доказано, что при рН 3,0 происходит минимальное образование 5-оксиметилфурфурола, обладающего нефрогепатотоксическим действием. Глюкоза неустойчива и в кислой среде – образуется D-глюконовая кислота и ее лактоны, в результате их окисления, особенно в процессе стерилизации, образуется 5-окситметилфур-фурол, вызывая пожелтение раствора.

Растворы глюкозы в ГЛФ по ГФ Х1 стабилизируются добавлением 0,2 г NaCl на 1 л раствора и 0,1 моль/л раствором НСl до рН 3,0-4,0.

В настоящее время считают, что NaCl в сочетании с НСl создают буферную систему стабилизирующую глюкозу в нейтральных и кислых средах. В условиях аптеки стабилизатор готовят по следующей прописи:

NaCl – 5,2 г.
Кислоты соляной разведенной 4,4 мл
Воды для инъекций до 1 л.

При изготовлении растворов глюкозы, независимо от ее концентрации, добавляют 5% этого стабилизатора.

Олигосахариды. Saccharum-сахар.

Получение сахара из сахарной свеклы или сахарного тростника. Является дисахаридом, состоит из двух моносахаридов: D-(+)-глюкозы и D-(-)-фруктозы:

α-D-глюкопиранозидо-β-D-фруктофуранозид.

Описание. Белые твердые куски мелкокристаллического строения, без запаха, сладкого вкуса. Очень легко растворим в воде.

Относится к невосстанавливающим сахарам, т.к. отсутствует полуацетальная гидроксигруппа, не дает реакции с раствором Феллинга и способны только к реакциям образования простых и сложных эфиров. Препарат легко гидролизуется в присутствии даже слабых кислот.

Подлинность. Препарат смешивают с раствором Со(NО₃)₂ и раствором NаОН, появившееся фиолетовое окрашивание. С резорцином и разбавленной соляной кислотой – красное окрашивание.
Удельное вращение от +66,5 до + 66,8º (10 водный раствор). Метод количественного определения – поляриметрический.

Применение. В качестве наполнителя в таблетках и порошках, на ее основе готовят сиропы, используемые как лекарственные формы, так и для коррекции ГЛФ.

Лактоза. Saccharum lactis.

4-(β-D-галактопиранозидо)- D-глюкопираноза.

Описание. Белые кристаллы или белый кристалличексий порошок, без запаха, сладкого вкуса. Легко растворим в воде, почти нерастворим в эфире и хлороформе.

Подлинность.
1. С реактивом Феллинга желтый осадок, переходящий в буровато-красный.
2. С резорцином и соляной кислотой при повышенной температуре – желтое окрашивание.
3. Удельное вращение от +52 до +53,2 (5% водный раствор).

Количественное определение.
1. Йодометрический;
2. Поляриметрический.

Применяется в качестве наполнителя в ГЛФ.

Полисахариды.Amilum-крахмал.

Получают крахмал из зерновых культур и картофеля. Он представляет собой смесь полисахаридов с общей формулой (С₆Н₁₀О₅)_х. Молекула крахмала включает остатки α-D-глюкопиранозы, отличающиеся друг от друга степенью полимеризации и характером связей. Полисахариды, входящие в состав крахмала, можно разделить на две фракции: амилозу и амилопектин. Амилоза имеет в основном линейное ст роение с мольной массой 30000-160000. Молекула ее построена из α-D-глюкопиранозных звеньев, но соединенных в положении 1→4:

Амилопектин – полисахарид разветвленного строения. Связи в положении 1-4 и 1-6. Мольная масса от 100000 до 1000000.

Производные углеводов. Глюкозамин. Представляет собой аминопроизводное глюкозы. Природным источником служит панцирь краба, креветки и другие хитинсодержащие препараты. Получают кислым гидролизом олигосахарида – хитозана:

2-амино-2-дезокси-β-D-глюкопираноза.

Применяют как противовоспалительное средство и структурный фрагмент хрящевой ткани для ее репарации. Входит в состав многих лекарственных форм и применяется самостоятельно в виде гидрохлорида.

Хондроитин. Олигоаминосахарид, представляющий собой фрагменты хрящевой ткани. Используется в качестве лекарственного средства в виде таблеток и мазей.

farmf.ru