МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОСАХАРИДОВ

Как уже отмечалось, углеводы различной сложности образуются естественным путем в растениях в процессе фотосинтеза. Химически моносахариды получают одним из следующих методов.

1. Ферментативный или кислотный гидролиз ди- и полисахаридов:

1.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O --------------® 2C₆H₁₂O₆

дисахарид моносахариды

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O --------------® nC₆H₁₂O₆

полисахарид моносахариды

2. Неполное химическое или ферментативное окисление многоатомных спиртов.

Например, при биологическом окислении под влиянием Acetobacter xylinum Д-сорбит окисляется в L-сорбозу

H OH H H H OH H

½ ½ ½ ½ [O] ½ ½ ½

CH₂OH -- C -- C -- C -- C -- CH₂OH --------® CH₂OH -- C -- C -- C -- C -- CH₂OH

½ ½ ½ ½ -H₂O ½ ½ ½ ½½

OH H OH OH OH H OH O

ОТДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ МОНОСАХАРИДОВ

Среди многочисленных моносахаридов особенно важное значение для человека и живой природы имеют пентозы и гексозы.

ПЕНТОЗЫ

Ксилоза - имеет наибольшее значение среди пентоз. В природе распространена Д-(+)-ксилоза, так называемый древесный сахар. Ксилоза является составной частью полисахаридов - ксиланов, содержащихся в древесине, соломе, отрубях, шелухе подсолнечника и др., из которых она может быть получена кислотным гидролизом.

Кристаллическая ксилоза существует в виде a-Д-(+)- ксилопиранозы (т.пл 145^OС, [a]_Д=+93,6^O) и b-Д-(-)-ксилопиранозы (т.пл 143^OС, [a]_Д=-79,3^O) которые в водном растворе вследствие мутаротации образуют равновесную смесь a-Д- и b-Д-ксилоз с углом вращения [ a ]_Д=-18,8^O

Ксилоза легко усваивается организмами животных, ее сладость составляет 0,4 сладости сахарозы.

Рибоза - входит в состав жизненно важных природных полимеров - нуклеиновых кислот, из которых может быть получена гидролизом. Рибоза содержится также в некоторых коферментах, гликозидах и антибиотиках. b-Д-(-)-рибофураноза легко растворима в воде, имеет структуру:

Дезоксирибоза - представляет собой пентозу общей формулы C₅H₁₀O₄. Дезоксирибоза является обязательной частью молекулы ДНК, играющей важную роль в биосинтезе белков и передаче наследственной информации. Структурная формула 2-дезокси-b-Д-рибофуранозы имеет вид:

ГЕКСОЗЫ

Глюкоза - относится к важнейшим и наиболее распространеным углеводам как в свободном виде, так и в виде гликозидов (олиго- и полисахариды) и других производных. Глюкоза содержится в плодах, цветах и других частях растений, а также в животных организмах. Например, в крови человека содержится 0,08-0,11 % (20 -25г) глюкозы. Глюкоза известна под названием виноградный сахар или декстроза. Открытие глюкозы (1802 г.) связывают с именем лондонского врача У.Праута. В чистом виде гюкозу получил в 1811г. адьюнкт Петербургской Академии наук К.С.Киргоф (русский химик, академик), показавший, что при действии на крахмал разбавленной горячей серной кислоты образуется кристаллическая глюкоза. Несколько позже (1819г.) А.Браконно (французкий химик) получил чистую глюкозу действием также разбавленной кислоты на древесные стружки (гидролиз целлюлозы). В настоящее время глюкозу в промышленности получают гидролизом крахмала или клетчатки. Глюкоза - белое кристаллическое вещество, хорошо растворяется в воде, из которой кристаллизуется в виде моногидрата C₆H₁₂O_6хH₂O. Сладость глюкозы составляет 0,6 сладости сахарозы. По структуре Д-глюкоза имеет пиранозную форму, в которой практически все обьемные группы занимают экваториальное положение. Д-глюкоза существует в двух стереоизомерных формах (I) и (II). Безводная a-Д-глюкоза (I) имеет т.пл.146^OС и угол удельного вращения [a]_Д=+112^O; b-Д-глюкоза (II) - т.пл. 150^OС и [a]_Д=+19^O. В водных растворах формы (I) и (II) подвергаются мутаротации. В результате в растворе существует динамическое равновесие между формами (I) и (II) в соотношении 36:64 с углом [a]_Д=+52,7^O.

быть получена кислотным гидролизом.

(I) (II)

Д-глюкоза основной источник энергии, своего рода главное биологическое топливо, а ее главный потребитель - мозг, для которого глюкоза не менее важна, чем кислород. Человеческий мозг нуждается в 100-145 г глюкозы ежесуточно. В медицине глюкозу используют как легко усваемое питательное вещество. В пищевой промышленности глюкоза применяется как заменитель тростникового сахара.

L-глюкоза, т.пл. 142^OС, [a]=-95,5^O получена синтетически.

Фруктоза - также весьма распространенный в растительном мире моносахарид, который в свободном виде содержится в плодах, фруктах и др. Поэтому фруктозу называют фруктовым сахаром. Она является составной частью сложных углеводов (сахароза, инулин и др.) Фруктоза обладает сильным левым вращением, поэтому ее еще называют левулеза. Известен один хорошо растворимый в воде кристаллический изомер — b-Д-фруктофураноза с т.пл. 102-104^OС и с [a]_Д=-133^O.

Фруктозу получают гидролизом сахарозы или эпимеризацией Д-глюкозы при действии щелочей.

Фруктозу можно обнаружить реакцией Ф.Ф.Селиванова (1887г) нагреванием пробы с концентрированной соляной кислотой и резорцином. При этом фруктоза превращается в 5-оксиметилфурфурол, который с резорцином дает характерное вишнево-красное окрашивание (схема реакции приведена ниже).

Фруктоза в 1,5 раза слаще сахарозы и в 3 раза - глюкозы, хорошо усваивается организмом. Вкус меда обусловлен главным образом фруктозой. Следует отметить, что фруктофуранозы практически не имеют сладкого вкуса, а носителем его является b-Д-фруктопираноза.

Галактоза в природе встречается как в свободном виде, так и в составе сложных сахаров, например в составе молочного сахара (лактоза), из которого ее получают гидролизом. Обычно галактоза имеет форму правовращающего a-Д-(+)-галактопиранозида, кристаллы с т.пл. 167^OС и [a]_Д=+150,7^O. Окислением азотной кислотой галактоза превращается в слизевую кислоту (т.пл.213^OС). Эта реакция является качественным и количественным способом определения галактозы.