Добування

Будова

Тривалий час у науці панувала думка, нібито моносахариди є сполуками з відкритим карбоновим ланцюгом, містять у своєму складі альдегідну або кетонну групу і кілька спиртових гідроксилів. Так, виявилося, що моносахариди, будучи альдегідами, не дають деяких реакцій на альдегідну групу.. Не мало пояснення і характерне для моносахаридів явище мутаротації — зміна величини оптичного обертання свіжоприготованих розчинів. На пояснення цих фактів російський хімік А. А. Коллі (1870 р.), а потім німецький Б. Толленс (1883 р.) висловили припущення про циклічну будову моносахаридів.

Як відомо, альдегіди реагують зі спиртами з утворенням напів-ацеталів:

Аналогічно моносахариди, будучи полігідроксіальдегідами або полігідроксикетонами, утворюють циклічні напівацеталі внаслідок внутрішньомолекулярної взаємодії карбонільної та просторово зближеної з нею спиртової груп. Причому, за теорією напруження циклів найбільш сприятливою є взаємодія, якщо вона приводить до утворення п’яти- або шестичленних циклів. Шестичленний цикл утворюється при взаємодії ок-согрупи з гідроксильною групою при С₅ альдогексоз або С₆ кетогексоз. Він називається піранозним (від шестичленного гетеро циклу пірану)

Цей процес можна зобразити так:

Внутрішньомолекулярне утворення напівацеталю приводить до того, що атом Карбону карбонільної групи перетворюється на асиметричний. Цей новий хіральний центр називається аномерним, а відповідні йому два нові стереоізомери — α - і β -аномерами. Гідроксильна група, утворена в процесі циклізації моносахариду при аномерному центрі, називається напівацетальною, або глікозидною.

В α -аномеру розміщення напівацетального гідроксилу таке ж саме, як і гідроксилу «кінцевого» хірального центру (асиметричного атома Карбону, що визначає належність до D- або L-ряду). Тому в проекційних формулах моносахаридів D-ряду глікозидний гідроксил в α -аномеру розміщений справа від вертикальної лінії карбонового ланцюга, а у β -аномеру — зліва.

β - D-фруктопіраноза D-фруктоза α - D-фруктопіраноза

Добування

Вуглеводи дуже поширені в природі. Вони утворюються в зелених частинах рослин з вуглекислого газу та води в процесі фотосинтезу.

Найважливішим способом здобування моносахаридів є кислотний гідроліз природних ди- і полісахаридів. Так, D-глюкозу добувають гідролізом крохмалю, суміш D-глюкози з D-фруктозою — гідролізом сахарози і т. д. Синтетичні методи застосовують звичайно для здобування малодоступних моносахаридів. У більшості випадків ці методи ґрунтуються на перетворенні моносахаридів, які легко виділяються з природних джерел (D – глюкоза, D – галактоза, D – маноза та інші), та інші моносахариди шляхом скорочення або подовження карбонового ланцюга. Альдольна конденсація формальдегіду. В 1861 році О. М. Бутлеров здійснив перший синтез цукристої речовини, коли пропустив формальдегід крізь розчин вапняного молока:

3.Фізичні властивості

Моносахариди — тверді гігроскопічні речовини, легко розчинні у воді, важко розчинні в етанолі та практично нерозчинні в діетиловому етері, бензені, діоксані. Значна частина моносахаридів — кристалічні речовини. Водні розчини моносахаридів мають, як правило, солодкий смак і нейтральну реакцію. У розчинах молекули моносахаридів сильно сольватовані, що приводить до утворення в’язких «сиропів», в яких процес кристалізації значною мірою уповільнюється.

Хімічні властивості

Будучи полігідроксикарбонільними сполуками, моносахариди виявляють хімічні властивості карбонільних сполук, багатоатомних спиртів, а також циклічних напівацеталів.

Відновлення. При відновленні моносахаридів воднем у присутності каталізатора (нікель, паладій) утворюються багатоатомні спирти.

Окиснення. Моносахариди легко окиснюються, проте, залежно від природи окисника та умов окиснення, утворюють різні продукти. У кислому та нейтральному середовищі окиснення відбувається без руйнування карбонового ланцюга молекули, а в лужному середовищі звичайно воно супроводжується розщепленням карбонового скелета.

Окиснення в кислому і нейтральному середовищі. При використанні слабких окисників, наприклад бромної води або розведеної нітратної кислоти, альдози окиснюються з утворенням одноосновних поліоксикислот, які дістали загальну назву альдонові кислоти. D-Глюкоза за цих умов дає D-глюконову кислоту, D-галактоза — D-галактонову кислоту і т. д.

Сильні окисникі, наприклад концентрована HNO₃, окиснюють у молекулі альдоз альдегідну і первинну спиртову групи з утворенням дикарбонових кислот, які дістали загальну назву альдарові, або цукрові кислоти. Так, D-глюкоза окиснюється в D-глюкарову кислоту:

При окисненні кетоз за аналогічних умов відбувається розрив карбонового ланцюга за місцем карбонільної групи з утворенням дикарбонової кислоти.

Алкілування. При взаємодії моносахаридів з галогеналканами в реакцію вступають усі гідроксильні групи, включаючи напівацетальний гідроксил. У результаті реакції утворюються глікозиди, алкіловані по всіх гідроксильних групах.

Ацилування. При взаємодії моносахаридів з ангідридами карбонових кислот легко утворюються естери по всіх гідроксильних групах. Так, при дії на глюкозу оцтовим ангідридом утворюється пентаацетилглюкоза.

Питання для самоперевірки

1.Що собою представляють моносахариди?

2. Як класифікують моносахариди?

3.Який тип ізомерії притаманний моносахаридам?

4. Який основний спосіб отримання моносахаридів?

5. Які фізичні властивості відповідають моносахаридам?

6. Які реакції характерні для моносахаридів?

Література

1. В.П. Потапов. Органічна хімія.-М.: Хімія, 1989.-448с.

2. В.І. Кириченко. Загальна хімія – К. В. школа, 2005.- 603с.

3. О.І.Буря. Органічна хімія.-Дніпропетровськ

4. В.П.Черних. Органічна хімія.Х.: Основа, 1995-496с

5. А.Т. Пилипенко, В.Я. Починок. Довідник з елементарної хімії.

Київ, «Наукова думка», 1978 -544с.