Моносахариды. Строение, классификация, номенклатура. Оптическая изомерия. Физико-химические свойства отдельных представителей

Физические свойства моносахаридов: Моносахариды – твердые кристаллические вещества, обычно бесцветные, некоторые обладают сладким вкусом. Гигроскопичны, хорошо растворяются в воде, образуя растворы и сиропы. Альдозы и кетозы также хорошо растворимы в диметилформамиде, диметилсульфоксиде и в некоторых других полярных апротонных растворителях, хуже – в спирте, не-растворимы в неполярных растворителях (эфир, гексан, четыреххлористый углерод и т.д.). Водные растворы моносахаридов имеют нейтральную реакцию на лакмус.

Природные моносахариды с углеродной цепью, содержащей более девяти атомов углерода, не обнаружены.

D-Глюкоза образует кристаллы с tпл = 146 °С у α-глюкопиранозы и 148–150 °С – у β-глюкопиранозы. При нагревании в пиридине α-форма (удельное вращение +112,2°) превращается в β-форму (удельное вращение +17,5°). Поэтому из водных и спиртоводных растворов кристаллизуется α-D-глюкопираноза, а из растворов в пиридине – β-D-глюкопираноза. D-Галактоза кристаллизуется в виде моногидрата. Безводные кристаллы плавятся при 164 °С; удельное вращение (конечное значение) +81°. D-Манноза. Маннопираноза плавится при 132 °С, а ее α- и β-формы имеют разное значение угла вращения (+30 и –17° соответственно); конечный угол вращения, устанавливающийся в результате мутаротации, равен +14,5°.D-Фруктоза в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 раза – тростникового сахара. Безводная фруктоза плавится при 102–104 °С. Значение удельного угла вращения в равновесном (после достижения постоянного значения при мутаротации) состоянии равно –92°, благодаря чему фруктозу называют левулозой.

Химические свойства моносахаридов. Альдозы и кетозы – полифункциональные соединения, их химические свойства обусловлены наличием и взаимным расположением гидроксильных и карбонильных групп.

В моносахаридах прочность углерод–углеродной связи уменьшается в связи с большим содержанием электроотрицательных групп, и они оказываются неустойчивыми к действию щелочей и окислителей.

Гидроксильные группы в молекулах моносахаридов обладают более сильными кислотными свойствами, чем в спиртах. Это связано с влиянием заместителей (гидроксильные и карбонильные группы), обладающих отрицательным индуктивным эффектом, а также способностью гидроксилов стабилизировать соответствующие анионы за счет образования внутримолекулярных водородных связей. Этим объясняется способность моносахаридов образовывать алкоголяты не только со щелочными металлами, но и с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов. Качественные реакции альдоз и кетоз: 1. Обработка реактивом Фелинга. Реактив представляет собой смесь сульфата меди и тартрата калия-натрия в щелочном растворе. При обработке этим раствором альдоз и кетоз, способных к эпимеризации, осаждается оксид или гидроксид меди (I); цвет осадка от желтого до красного.2. Реакция серебряного зеркала. Альдозы и кетозы при обработке реактивом Толленса осаждают металлическое серебро. В случае кетоз это объясняется тем, что они в присутствии оснований способны к изомеризации (эпимеризации), в результате которой генерируется альдегидная форма. Реактив Толленса готовят, смешивая растворы едкого натра и нитрата серебра, в результате чего выпадает осадок оксида серебра. стереоИзомерия моносахаридов. Для моносахаридов характерны несколько видов изомерии.1. Межклассовая изомерия. Альдозы и кетозы являются межклассовыми изомерами2. Оптическая изомерия. Наличие нескольких асимметрических атомов углерода обусловливает существование большого числа оптических изомеров у моносахаридов. Моносахариды изображаются в виде проекционных формул Фишера, т.е. в виде проекции тетраэдрической модели атомов углерода на плоскость рисунка. Углеродная цепь в них записывается вертикально. У альдоз наверху помещают альдегидную группу, у кетоз – соседнюю с карбонильной первичноспиртовую группу. Нумерацию начинают с верхнего атома углерода. Атом водорода и гидроксильную группу при асимметрическом атоме углерода располагают на горизонтальной прямой. Асимметрический атом углерода находится в образующемся перекрестье двух прямых и не обозначается символом.