Линейная форма углеводов содержит в своем составе альдегидную группу (альдозы) или кетогруппу (кетозы) и гидроксильные группы. Значит углеводы будут проявлять одновременно свойства альдегидов или кетонов и многоатомных спиртов.
Заметим, что влияние двух функциональных групп друг на друга изменяет характерные свойства более простых классов. Например, глюкоза не присоединяет гидросульфит натрия NaHSO3 как это делают альдегиды и кетоны.
При взаимодействии углеводов с водородом на металлических или оксидных катализаторах образуются многоатомные спирты, в которых гидроксильные группы находятся при всех атомах углерода (Г.14.24):
Сорбит применяется в качестве заменителя сахара (по вкусу он даже слаще глюкозы и сахарозы).
При взаимодействии альдегидной группы углеводов с окислителями, например, перманганатом калия KMnO4, азотной кислотой HNO3 или бромной водой Br2, происходит ее окисление до карбоксильной –COOH (Г.14.25):
Реакция с азотной кислотой приводит не только к окислению альдегидной группы, но еще и крайнего фрагмента –СН2–ОН до карбоксильной группы. Полученную кислоту называют «сахарная» из-за исходного вещества или глюкаровая (Г.14.26):
Аналогично альдегидам. Взаимодействие альдегидной группы углеводов класса альдозы с аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса). В результате реакции образуется осадок серебра на стенках сосуда и аммониевая соль (!) образующейся кислоты (Г.14.27):
Глюкоза реагирует аналогично. Кетозы не взаимодействуют с реактивом Толленса.
Аналогично многоатомным спиртам. Углеводы можно отнести к классу многоатомных спиртов, а значит они будут давать темно-синее окрашивание при взаимодействии со свежеосажденным гидроксидом меди (II) (Г.14.28):
Важное условие для прохождения реакции: гидроксильные группы, участвующие во взаимодействии, должны «смотреть в одну сторону» относительно углеродного скелета линейного моносахарида.
Под действием ферментов глюкоза может подвергаться трем видам брожения — спиртовое, молочнокислое и маслянокислое (Г.14.29):
Глюкоза и фруктоза — изомеры, имеют формулу С6Н12О6, но относятся к разным подклассам углеводов. Глюкоза является альдегидоспиртом, т. е. проявляет свойства альдегидов и многоатомных спиртов, а фруктоза — кетоноспирт, для нее не характерны реакции как для альдегидов.
Как отличить друг от друга глюкозу и фруктозу? По реакции «серебряное зеркало» или с гидроксидом меди (II) при нагревании, глюкоза с ними реагирует как типичный альдегид (14.30):
В циклической форме у углеводов отсутствует кето- и альдегидная группы, есть только большое количество гидроксильных групп –ОН. Циклические формы углеводов будут проявлять свойства характерные для спиртов.
В циклической форме гликозидный гидроксил проявляет самую большую активность, а значит все реакции будут в первую очередь проходить именно по нему.
При добавлении метанола CH3OH или этанола C2H5OH в кислой среде образуется простой эфир. Реакция протекает по гликозидному гидроксилу (Г.14.31):
Реакция является равновесной, т. к. в данных условиях возможен и гидролиз получившегося простого эфира. Даже при избыточном добавлении спирта (без изменения внешних условий) реакция проходит только по одному гликозидному гидроксилу.
Избыточное алкилирование циклических форм моносахаридов проводят действием метилиодида. Реакция проходит по каждой гидроксильной группе, а не только по гликозидной (Г.14.32):
Заметьте, что продукт реакции относится к классу простых эфиров.
Ангидриды являются хорошими ацилирующими агентами. Атом водорода в гидроксильных группах моносахаридов замещается на фрагмент –С(О)–R (Г.14.33):
Заметьте, что продукт реакции относится к классу сложных эфиров.
Дисахариды состоят из двух остатков моносахаридов и делятся на два класса по способности взаимодействия с реактивом Толленса: восстанавливающие и невосстанавливающие.
Полисахариды имеют более сложное строение и состоят из большого количества остатков моносахаридов. Большинство полисахаридов неоднородны, например, крахмал состоит из двух фракций: амилоза (от греч. «крахмал») и амилопектин (от греч. «студнеобразный»). Амилоза растворима в воде и ее содержание по массе в крахмале примерно 20 %. Остальная часть массы приходится на амилопектин, который является нерастворимым веществом, он может только набухать в воде и образовывать «клейстерный студнеобразный» раствор.
Важнейшее свойство молекул, построенных минимум из двух остатков моносахаридов. При взаимодействии с водой в кислой среде олигосахариды и полисахариды распадаются на составляющие их моносахариды (Е.14.34):
Мальтоза и лактоза являются восстанавливающими дисахаридами, а значит при взаимодействии с аммиачным раствором оксида серебра (реактивом Толленса) будет наблюдаться выпадение серебра на стенках сосуда (14.35).
Сахароза не относится к восстанавливающим (не сохраняется гликозидный гидроксил в структуре) дисахаридам и в данное взаимодействие не вступает.
Качественная реакция. При обнаружении крахмала в лабораторных или промышленных смесях, а также в продуктах питания, например, в клубнях картофеля или рисе, необходимо добавить небольшое количество иода и наблюдать фиолетовое окрашивание (Е.14.36).
Окрашивания возникает из-за наличия канала в спирали амилозы диаметром примерно 0,5 нм, в котором располагаются молекулы иода I2. Такое комплексное соединение и проявляет сине-фиолетовое окрашивание.
Целлюлоза или клетчатка — еще один известный представитель полисахаридов, так же, как и крахмал, состоящая из остатков глюкозы, только уже ее β-формы. Каждое элементарное звено целлюлозы имеет три гидроксильные –ОН группы, по которым можно провести реакцию образования сложного эфира (Г.14.37):
При взаимодействии целлюлозы с нитрующей смесью (концентрированные азотная HNO3 и серная H2SO4 кислоты) реакция проходит по гидроксильным группам и в зависимости от условий можно получить мононитрат, динитрат или тринитрат целлюлозы (Г.14.38):
При взаимодействии целлюлозы с ангидридами карбоновых кислот реакция также проходит по трем гидроксильным группам с образованием сложного эфира (Г.14.39):
Ацетат целлюлозы используется в текстильной промышленности для получения искусственных волокон.
При взаимодействии целлюлозы с сероуглеродом CS2 в щелочной среде образуются соединения, называемые ксантогенатами (Г.14.40):
Ксантогенат целлюлозы является важным веществом для получения вискозы, из которой в дальнейшем получают целлофановые пакеты.
Вопрос по теме:
Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми реагирует фруктоза.
