Вуглеводи, будова, властивості, класифікація і роль у живій природі.

З хімічної точки зору це є полігідроксикарбонільні сполуки та їхні похідні із загальною формулою СnH2nOn

Вуглеводи поділяють на моносахариди, дисахариди, олігосахариди і полісахариди

Моносахариди - прості вуглеводи, вони не піддаються гідролізу, - не розщеплюються водою на більш прості вуглеводи. До моносахаридів відносяться глюкоза, фруктоза, рибоза.

Моносахариди, як альдегіди чи кетоспирти є сполуками зі змішаними функціями; природа їх ускладнена властивістю внутрішньомолекулярних взаємодій спиртових гідроксильних груп з альдегідною чи кетоновою карбонільною групою. Завдяки цьому моносахариди існують і вступають в реакцію не тільки у відкритій ланцюговій формі, але й в циклічних формах. Вуглеводний ланцюжок моносахариду, наприклад глюкози, може приймати унікальну конформацію, при цьому 1-й С-атом, несучий карбонільну групу, зближується із спиртовою групою біля 5-го С-атому; атом Н із групи ОН переміщується до карбонільного кисню, а кисень біля 5-го С-атому з’єднується з 1-м (карбонільним) С-атомом. В наслідок цього замикається шестичленне кільце. Так утворюються дві циклічні А і В-форми глюкози відрізняючись просторовим розташуванням атомів Н і групи ОН біля 1-го С-атому. У формулах циклічних форм показано, що можливий зворотній перехід атому Н з групи ОН при першому С-атомі до кисню. Кільце при цьому розкривається і утворюється ланцюгова форма.

Природна кристалічна глюкоза (виноградний цукор) представляє собою циклічну альфа-формулу. При розчиненні в воді вона переходить в ланцюгову, а через неї в бета-форму; при цьому встановлюється динамічна рівновага між усіма формами (явище таутомеризації). Бета-форма також може бути виділена в кристалічному вигляді; в водному розчині вона утворює рівноважну систему, яка має всі форми. Ланцюгова форма існує лише в розчинах, причому в дуже невеликій кількості, і в вільному вигляді не виділена.Ізомерні форми сполук, які здатні переходити один в одного називають таутомерними формами, чи таутомерами. А саме існують їх явища таутомерії. Вона дуже розповсюджена серед органічних сполук.

Дисахариди – вуглеводи, які при нагріванні з водою в присутності мінеральних кислот чи під дією ферментів піддаються гідролізу, розкладаються на дві молекули моносахаридів. Легко розчиняються у воді, добре кристалізуються, солодкі на смак. При окисленні дають альдонові кислоти, відновленні - спирти, при гідролізі - моносахариди. Як у вільному стані, так і в складі ін. молекул дуже поширені в тваринних і рослинних організмах. Найпоширеніші дисахариди: сахароза (цукор), лактоза, мальтоза. Дисахариди - цінні харчові й смакові речовини; деякі дисахариди застосовують у мікробіології та фармації.

Загальна хімічна формула дисахаридів — С12Н22О11. Молекула складається з двох залишків моносахаридів. Зв'язок може утворюватись між будь-якими гідроксильними групами моносахаридів в різних комбінаціях, також можливі два просторові ізомерні варіанти (альфа- чи бета-). Таким чином, навіть одна й та ж пара моносахаридів може давати декілька дисахаридів-ізомерів з різними фізичними та хімічними властивостями.

Олігосахариди — хімічні сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з'єднані між собою ковалентними зв'язками. Серед них найпоширеніші дисахариди, які утворені внаслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів. Наприклад буряковий (або тростинний) цукор — сахароза — складається із залишків глюкози та фруктози, а солодовий — мальтоза — лише з залишків глюкози. Дисахариди мають солодкий присмак. Вони, як і моносахариди, добре розчинні у воді.

Полісахариди – складні вуглеводи, які за хімічною структурою є полімерами, побудованими їз залишків багатьох тисяч молекул моносахаридів та їх похідних, об’єднаних за допомогою реакції поліконденсації. За особливостями хімічної будови ці сполуки поділяються на гомо полісахариди та гетеро полісахариди.

Важливі представники полісахаридів – крохмаль і целюлоза. Їх молекули побудовані з ланок –(С6Н10О5)-, є залишками шестичленних циклічних форм молекул глюкози, що втратили молекулу води, тому склад крохмалу і целюлози виражається однією формулою (С₆Н₁₀О₅). Різниця тільки в властивостях цих полісахаридів обумовлених просторовою ізомерією утворюючих їх моносахаридних молекул: крохмаль побудований із ланок α -, а целюлоза – β -форми глюкози.

Гетерополісахариди- складні вуглеводи утворені з різних за хімічною структурою мономерів- похідних гексоз, відносяться глікозамінглікани, гіалуронова кислота, кератин сульфати, хондроїтинсульфати, кератин сульфати, гепарин сульфати, гепарин.