Prelegere Carbohidrații
Acest nume denotă substanțe larg distribuite în natură. Ele apar în organismele vegetale ca urmare a unei reacții chimice complexe care implică apă, dioxid de carbon din aer și energia solară, iar reacția are loc cu participarea boabelor de clorofilă situate în partea verde a plantelor.
Deci, carbohidrații (zaharurile) sunt una dintre cele mai importante și răspândite grupuri de compuși organici naturali. Formula generală C m H 2 n O n (mși n³3).
Într-un organism vegetal, până la 80% (greutate uscată), iar în organismele animale - până la 2% (greutate uscată) sunt carbohidrați.
În corpul animalelor și al oamenilor, carbohidrații (zaharurile) vin împreună cu diverse produse alimentare de origine vegetală, tk. zaharurile nu pot fi sintetizate în organismele de origine animală.
La plante, carbohidrații se formează în timpul fotosintezei din apă și dioxid de carbon (vezi mai sus):
Carbohidrații au o structură diferită, pot fi împărțiți în două grupe: carbohidrați simpli și complecși.
Carbohidrații simpli (monozaharide) sunt compuși care nu pot fi hidrolizați pentru a forma carbohidrați mai simpli.
Carbohidrații complecși (polizaharide) sunt compuși care pot fi hidrolizați pentru a forma carbohidrați simpli.
Monozaharide: riboză, dezoxiriboză, glucoză, fructoză. Conceptul de izomeri spațiali ai carbohidraților. Forme ciclice de monozaharide
Moleculele de monozaharide pot conține de la trei până la nouă atomi de carbon. Numele tuturor grupurilor de monozaharide, precum și numele reprezentanților individuali, se termină în -ose. În funcție de numărul de atomi de carbon dintr-o moleculă, monozaharidele se împart în tetroze, pentoze, hexoze etc. Hexozele și pentozele sunt de cea mai mare importanță.
Riboză și dezoxiriboză
Pentozele se găsesc adesea în natură. Dintre acestea, riboza si deoxiriboza prezinta un mare interes, deoarece fac parte din acizii nucleici.
Denumirea „dezoxiriboză” arată că, în comparație cu riboză, există o grupă OH mai puțin în molecula sa.
Moleculele de riboză și dezoxiriboză pot avea atât o structură liniară, cât și una ciclică:
Cei mai importanți reprezentanți ai hexozelor sunt glucozăși fructoză, pe exemplul căruia vom lua în considerare structura, nomenclatura, izomeria și proprietățile monozaharidelor.
Structura
Glucoza și fructoza sunt izomeri și au formula moleculară C 6 H 12 O 6 .
Structura monozaharidelor a fost stabilită folosind reacțiile:
1) Reducerea glucozei cu iodură de hidrogen, în urma acestei reacții se formează 2-iodohexan.
2) Glucoza reacţionează cu o soluţie de amoniac de oxid de argint, ceea ce indică prezenţa unei grupări aldehide în molecula de glucoză:
(C 5 H 11 O 5) SON + 2OH® (C 5 H 11 O 5) COONH 4 + 2Ag¯ + 3NH 3 + H 2 O
3) Glucoza este oxidată de apa cu brom la acid gluconic:
(C 5 H 11 O 6) COOH + Br 2 + H 2 O® (C 5 H 11 O 5) COOH + 2HBr
4) Când glucoza interacționează cu hidroxidul de cupru, soluția devine albastră - aceasta este o reacție calitativă pentru alcoolii polihidroxilici. Experimentele cantitative au arătat că în molecula de glucoză 5 grupări hidroxil. Astfel, glucoza este un alcool pentahidric aldehidic.
5) Prezența a 5 grupe alcoolice a fost găsită și în molecula de fructoză, dar cu oxidare viguroasă, fructoza formează doi hidroxiacizi cu doi și patru atomi de carbon. Acest comportament este tipic pentru cetone. Astfel, fructoza este un cetoalcool polihidric:
Prin urmare, monozaharidele sunt aldehide polihidrice sau cetoalcooli.
Cu toate acestea, o serie de fapte experimentale nu pot fi explicate în cadrul unei astfel de structuri de monozaharide: 1) monozaharidele nu dau unele reacții caracteristice aldehidelor; în special, ei nu formează compuşi bisulfiţi atunci când interacţionează cu NaHS03;
2) la măsurarea activității optice a soluțiilor de glucoză proaspăt preparate, s-a dovedit că aceasta scade în timp;
3) când monozaharidele sunt încălzite cu alcool metilic în prezența HCI, precipită un precipitat cristalin de glicozidă, care este ușor hidrolizată pentru a forma o moleculă de alcool.
Toate aceste fapte au fost explicate atunci când s-a sugerat că fiecare monozaharid poate exista în mai multe forme tautomere. În soluție, pe lângă lanțurile desfășurate, există și forme ciclice care se formează în timpul interacțiunii intramoleculare dintre gruparea aldehidă și gruparea hidroxil la al cincilea atom de carbon:
Prezența unei forme ciclice explică toate anomaliile de mai sus după cum urmează:
1) formele ciclice ale monozaharidelor predomină în soluții, formele deschise sunt în cantități mici;
2) modificarea activității optice este asociată cu stabilirea unui echilibru între formele deschise și ciclice.
Formarea glicozidelor se explică prin prezența hidroxilului glicozidic sau hemiacetal, care este mai reactiv decât alți hidroxizi. Prin urmare, interacționează ușor cu alcoolii pentru a forma glicozide. Haworth a sugerat să descrie formele ciclice ale zaharurilor, astfel încât atât inelul, cât și substituenții să fie clar vizibile:
Formele ciclice de monozaharide pot conține cinci sau șase atomi în ciclu. Se numesc zaharuri cu un ciclu cu șase membri piranoze, de exemplu, glucoză - glucopiranoză; se numesc forme ciclice de zaharuri cu un ciclu cu cinci membri furanoze. Glucoza cu un ciclu cu cinci membri este glucofuranoza, iar fructoza cu un ciclu cu cinci membri este fructofuranoza.
Nomenclatura și izomeria monozaharidelor Numele monozaharidelor conțin denumirile grecești ale numărului
atomi și terminația -ose (vezi mai sus).
Prezența unei aldehide și a unei grupări cetonice este indicată prin adăugarea cuvintelor aldoză, cetoză. Glucoză - aldohexoză, fructoză - cetohexoză.
Izomeria se datorează prezenței:
1) grupare aldehidă sau cetonă;
2) un atom de carbon asimetric;
3) tautomerism (adică echilibrul între diferitele forme ale moleculei).
Obținerea monozaharidelor
1) În natură, glucoza și fructoza (împreună cu alte monozaharide) se formează ca rezultat al reacției de fotosinteză:
Pe baza acestui fapt, putem concluziona că o serie de monozaharide apar în natură sub formă liberă, de exemplu, fructoza și glucoza se găsesc în fructe, fructoza - în miere etc.
2) Hidroliza polizaharidelor. De exemplu, în producție, glucoza este cel mai adesea obținută prin hidroliza amidonului în prezența acidului sulfuric:
3) Oxidarea incompletă a alcoolilor polihidroxilici.
4) Sinteză din formaldehidă în prezența hidroxidului de calciu (propus de A. M. Butlerov în 1861):
Proprietăți fizice
Monozaharidele sunt solide care se pot cristaliza, sunt higroscopice și ușor solubile în apă. Soluțiile lor apoase au o reacție neutră la turnesol, majoritatea au gust dulce. Sunt slab solubile în alcool, insolubile în eter.
Glucoza este o substanță cristalină incoloră, cu gust dulce, foarte solubilă în apă. Se izolează dintr-o soluție apoasă sub formă de hidrat cristalin C 6 H 12 O 6 H 2 O.
Proprietăți chimice
Proprietățile chimice ale monozaharidelor se datorează prezenței diferitelor grupări funcționale în moleculele lor.
1. Oxidarea monozaharidelor:
(C 5 H 11 O 6) SON + 2OH® (C 6 H 11 O 5) COONH 4 + 2Ag¯ + 3NH 3 + H 2 O
2. Reacția hidroxizilor de alcool:
a) interacțiunea cu hidroxidul de cupru (II) pentru a forma alcoolat de cupru (II);
b) formarea eterilor;
c) formarea esterilor la interacţiunea cu acizii carboxilici - reacţia de esterificare. De exemplu, interacțiunea glucozei cu acidul acetic sau clorura acidă a acestuia:
3. Formarea de glicozide (vezi mai sus).
4. Fermentarea. Fermentarea este un proces complex în care monozaharidele sunt descompuse sub influența diferitelor microorganisme. Distingeți fermentația:
a) alcool:
Proprietățile chimice ale glucozei sunt, de asemenea, prezentate în tabel. 41.
Aplicarea glucozei
Glucoza este un produs nutritiv valoros. În organism, acesta suferă o transformare biochimică complexă, în timp ce se eliberează energie, care se acumulează în procesul de fotosinteză, care se desfășoară în trepte și, prin urmare, energia este eliberată lent (vezi Fig. 51).
De mare importanță sunt procesele de fermentare a glucozei. De exemplu, atunci când varză murată, castraveți, lapte acru, fermentația acidă lactică a glucozei are loc, la fel ca la însilozarea furajelor. Fermentarea alcoolică a glucozei este utilizată pe scară largă în practică, de exemplu, în producția de bere.
Fructoză
Fructoza are aceeași formulă moleculară ca și glucoza (C 6 H 12 O 6), dar nu este polioxialdehidă, ci polioxicetonă. Molecula de fructoză conține trei atomi de carbon asimetrici, iar configurația lor este aceeași cu cea a atomilor corespunzători din molecula de glucoză. Deci, fructoza este un izomer și o „rudă apropiată” a glucozei. Este foarte solubil în apă, are un gust dulce (de aproximativ 3 ori mai dulce decât glucoza).
Fructoza se găsește, de asemenea, cel mai frecvent în forme ciclice (a- sau b-), dar spre deosebire de glucoză, în forme cu cinci membri. În soluțiile apoase de fructoză are loc următorul echilibru:
Fructoza și glucoza se găsesc în cantități mari în fructele dulci, mierea de albine.
Subiectul lecției
În timpul orelor:
1. Moment organizatoric
Salutari. Mark absent. Verificați pregătirea pentru lecție. Pregătirea pentru muncă.
Salut! În lecțiile anterioare, am studiat monozaharidele - hexoze. Dar lumea monozaharidelor este foarte diversă, iar pe lângă hexoze, pentozele sunt de mare importanță.
2. Crearea motivației pentru studierea temei
Astăzi vom face cunoștință cu:
Clasificarea pentozei,
proprietăți fizice,
Caracteristicile structurale ale aldopentozei,
Rolul biologic al pentozelor în corpul uman.
3. Repetarea cunoștințelor de bază
Înainte de a trece la studiul unui subiect nou, ne amintim ce am studiat în clasele anterioare.
Să repetăm următoarele concepte: monozaharide, hexoze, aldohexoze, cetohexoze.
Elevii dau definiții conceptelor.
Monozaharidele sunt carbohidrați simpli care nu suferă hidroliză.
Hexozele sunt monozaharide care conțin 6 atomi de carbon.
Aldohexozele sunt hexoze care conțin o grupare funcțională aldehidă.
Cetohexozele sunt hexoze care conțin un grup funcțional de cetone.
Acum trebuie să răspundeți la următoarele întrebări:
Se pun întrebări.
Ce substanțe sunt clasificate drept carbohidrați?
Răspuns sugerat: glucoză, fructoză, lactoză, amidon, celuloză, maltoză, riboză.
Care este sursa carbohidraților?
Răspuns sugerat: Sursele de carbohidrați sunt plantele ale căror frunze sunt supuse fotosintezei sub acțiunea energiei solare.
Ce carbohidrați sunt clasificați ca monozaharide?
Cărei clase chimice aparține glucoza?
Răspuns sugerat: Glucoza este un alcool aldehidic.
Enumerați procesele de fermentare a glucozei cunoscute de dvs.
Răspuns sugerat: alcool, acid lactic, fermentație butirică.
Care este rolul glucozei în viața organismelor vii?
Răspuns sugerat: este o sursă de energie.
4. Învățarea de noi materiale
Moleculele de monozaharide pot conține de la trei până la zece atomi de carbon.
Băieți, să ne amintim de clasificarea monozaharidelor în funcție de numărul de atomi de carbon din moleculă.
Un elev vine la tablă și notează clasificarea monozaharidelor sub forma unei diagrame.
Se pun întrebări.
Ce monozaharide din această clasificare ați studiat deja?
Răspuns sugerat: hexoze.
Care este compoziția chimică a hexozelor? Scrieți o formulă.
Răspuns sugerat: C 6H12O6.
Dați exemple de hexoze pe care le-am studiat.
Răspuns sugerat: glucoză, fructoză.
Explicația schemei.
Triozele includ acizii lactic și piruvic, care sunt implicați în procesele de fermentație și oxidare care au loc în organismele vii.
Tetrozele includ în primul rând eritroza, care este implicată activ în procesele metabolice care au loc în organism, este un mediator în primul rând în procesele de fotosinteză și îndreptează forma inelară a moleculelor de carbohidrați.
Astăzi vom studia pentozele.
Se pune o întrebare.
Care este compoziția chimică a pentozelor? Scrieți o formulă.
Răspuns sugerat: C 5H10O5.
Celulele organismelor animale și vegetale sunt compuse din pentoze - acestea sunt riboză și deoxiriboză. Ele fac parte din acizii nucleici: riboza face parte din acidul ribonucleic (ARN), deoxiriboza face parte din acidul dezoxiribonucleic (ADN)
Deci, formulați subiectul lecției.
Elevii formulează tema lecției.
Tema lecției: „Pentoze. Riboza și deoxiriboza ca reprezentanți ai aldopentozelor.
Toate pentozele, în funcție de prezența unui grup ceto sau ald, se împart în cetopentoze (ribuloză, xiluloză) și aldopentoze (riboză, arabinoză, xiloză, lixoză).
Scrieți diagrama pe tablă.
Explicația schemei.
Un izomer al ribozei - ribuloza sub formă de ester fosforic este implicat în metabolismul carbohidraților.
La plante, xiluloza este, de asemenea, implicată în metabolismul carbohidraților sub formă de ester fosforic.
Aldopentozele sunt de cel mai mare interes.
Riboza joacă un rol foarte important în organismele vii. Face parte din ARN, nucleotide, vitamine, coenzime. Esterii săi fosforici sunt implicați în metabolismul carbohidraților.
Se pune o întrebare.
Ce grupe funcționale sunt incluse în aldopentoze?
Răspuns sugerat: grupe de aldehide și alcooli.
Cum se confirmă prezența grupărilor funcționale în aldopentoze folosind reacții calitative?
Răspuns sugerat: reacție în oglindă de argint (grupa aldehidă), reacție cu hidroxid de cupru (11) proaspăt preparat (grup alcool).
Pentru a clarifica caracteristicile proprietăților și structurii ribozei și dezoxiribozei, completați tabelul folosind schița de referință pe care fiecare îl are pe birourile lor (Anexele A, B).
| P / P | semn | Riboza | Dezoxiriboză |
| Cine și când a descoperit substanța | 1905 | Phoebus Lieven, 1929 |
|
| Proprietăți fizice | Cristale incolore, usor solubile in apa si gust dulce. | Substanță cristalină incoloră, foarte solubilă în apă. |
|
| Formulă | C5H10O5 | C5H10O4 |
|
| Forma aciclică |
|
|
|
| Forma ciclică |
|
|
|
| Fiind în natură | Nu se găsește în formă liberă; Component al oligo- și polizaharidelor; Se găsește în pielea și glandele salivare ale animalelor; Face parte din ARN (acizi ribonucleici), Vitamina B 2; - component al ATP (acid adenozin trifosforic). | Nu se găsește în formă liberă. - o parte integrantă a nucleoproteinelor, care sunt bogate în carne și produse din pește; Face parte din ADN (acizi dezoxiribonucleici). |
|
| Rolul biologic | Transferul de informații și energie, precum și a unor coenzime și polizaharide bacteriene. Participă la sinteza proteinelor și transmiterea trăsăturilor ereditare. | Pentru sinteza acizilor nucleici. Este o componentă integrală a coenzimelor nucleotidice care joacă un rol important în metabolismul ființelor vii. Participă la sinteza proteinelor și transmiterea trăsăturilor ereditare. |
|
| Aplicație | Riboza este disponibilă ca supliment alimentar separat pentru sport. | Nu există informații despre aplicație. |
Explicația tabelului.
Caracteristicile ribozei și dezoxiribozei.
Compoziția dezoxiribozei nu corespunde cu formula C n (H20) m , care era considerată formula generală a tuturor carbohidraților.
Deoxiriboza diferă de riboză prin absența unei grupări hidroxil (grupare hidroxi) în moleculă, care este înlocuită cu un atom de hidrogen. De aici și denumirea substanței (dezoxiriboză).
Formulele structurale indică exact ce atom de carbon al dezoxiribozei nu are o grupare hidroxil.
Ca și glucoza, moleculele de pentoză există nu numai sub formă de aldehidă, ci și sub formă ciclică. Închiderea inelului în ele poate fi reprezentată într-un mod similar. Singura diferență este că gruparea carbonil interacționează cu hidroxilul nu al celui de-al cincilea, ci al celui de-al patrulea atom de carbon și, ca urmare a rearanjarii atomilor, nu se formează un ciclu cu șase membri, ci cu cinci membri.
5. Consolidarea cunoștințelor
Elevii susțin un test. Anexa A
Elevii fac schimb de caiete și își compară răspunsurile cu cele corecte, care sunt scrise pe tablă. Se evaluează reciproc.
Testează răspunsuri.
1) B,
2) C, D,
3) A, D,
4) A,
5) A.
6. Rezumând lecția
În această lecție, ați revizuit subiectul „Pentoze. Riboza și deoxiriboza ca reprezentanți ai aldopentozelor". Pe parcursul lecției, ați putut să vă aprofundați cunoștințele despre carbohidrați, ați învățat despre caracteristicile structurale ale ribozei și dezoxiribozei, precum și despre rolul lor biologic în corpul uman.
Evaluarea muncii elevilor. Notare.
7. Tema pentru acasă
Explicația temelor pentru acasă.
Întocmește un raport pe tema „Compoziția acizilor nucleici ARN și ADN”.
ANEXA A
RIBOZA
Riboza este o monozaharidă din grupa pentozei; cristale incolore, usor solubile in apa si cu gust dulce. Deschis în 1905. Formula sa este 5H1005.
Monozaharidele cu cinci atomi de carbon și cinci atomi de oxigen nu se găsesc în natură sub formă liberă, ci sunt constituenți importanți ai oligo- și polizaharidelor conținute, de exemplu, în lemn.
Sub formă de compuși proteici, riboza se găsește în pielea și glandele salivare ale animalelor.
Este baza acidului ribonucleic (ARN), precum și ingredientul principal folosit de organism pentru a crea molecula de ATP.
Riboza este o parte esențială a vitaminei B 2 și nucleotide.
Rolul biologic
Riboza face parte din acizii ribonucleici (ARN), nucleozide, mono- și dinucleotide care transportă informații și energie în celule, precum și unele coenzime și polizaharide bacteriene.
Aplicație
Utilizarea suplimentară a ribozei ajută în mod semnificativ la refacerea rezervelor de energie în mușchii inimii și mușchii scheletici pierdute în timpul antrenamentului epuizant, în timpul muncii fizice grele sau în condiții ischemice când aportul de oxigen la țesuturi este redus. Un efect atât de puternic al ribozei se datorează faptului că țesutului le lipsesc enzimele necesare pentru sinteza sa rapidă atunci când este nevoie de ea. Reumplerea rezervelor de energie încetinește atunci când sunt consumate cantități mari de ATP. Ca urmare, rezervele de ATP și alți compuși necesari înlocuirii acestuia sunt reduse. Toate acestea explică de ce sportivii se simt obosiți câteva zile după un antrenament intens.
Mai recent, riboza a fost comercializată ca supliment sportiv de sine stătător, care poate fi prezentat sub formă de pulbere sau lichidă. În ciuda tuturor beneficiilor acestei substanțe, se recomandă administrarea ribozei în combinație cu alte suplimente sportive, deoarece le poate spori semnificativ efectul. Cea mai reușită combinație cu riboză este creatina.
ANEXA B
DEOXIRIBOZA
Deoxiriboza este o pentoză monozaharidă care conține o grupare hidroxil mai puțin decât riboza. Este o substanță cristalină incoloră, foarte solubilă în apă. Formula chimică a fost descoperită în 1929 de Phoebus Lieven. Formula sa este 5H1004.
În formă liberă, pentozele nu se găsesc în produsele alimentare și pătrund în corpul uman ca parte a nucleoproteinelor, care sunt bogate în produse din carne și pește.
Face parte din scheletul carbohidrat-fosfat al moleculelor de ADN (acizi dezoxiribonucleici).
Rolul biologic
Deoxiriboza este utilizată pentru sinteza acizilor nucleici. Este o componentă integrală a coenzimelor nucleotidice care joacă un rol important în metabolismul ființelor vii. Participă la sinteza proteinelor și transmiterea trăsăturilor ereditare.
Aplicație
Poate fi folosit ca aditiv alimentar. Nu există încă îndrumări practice în literatura științifică despre cum să utilizați acest supliment - adică cum să îl utilizați, în ce cantități, la ce oră și la ce rezultate ar trebui așteptate.
ANEXA B
Test cu subiecte
„Pentoze. Riboza și deoxiriboza ca reprezentanți ai aldopentozelor.
1) O monozaharidă este:
2) Care dintre compuși este cetoza?
5) Câte grupări hidroxil sunt în dezoxiriboză?
| A) 3, B) 4, | ÎN 1, D) 2. |
Criteriu de evaluare.
True 5 tasks - scor „5”;
True 4 tasks - scor „4”;
Adevărate 3 sarcini - scor „3”;
Adevărate 2 sarcini - scor „2”.
Format din 5 atomi de carbon (pentoză), care se formează din riboză atunci când pierde un atom de oxigen. Formula chimică empirică pentru deoxiriboză este C 5 H 10 O 4 , iar din cauza pierderii unui atom de oxigen, nu este de acord cu formula generală pentru monozaharide (CH 2 O) n , unde n este un număr întreg.
Proprietati fizice si chimice
Formula dezoxiribozei într-o formă liniară poate fi reprezentată după cum urmează: H-(C=O)-(CH2)-(CHOH)3-H. Cu toate acestea, există și sub forma unui inel închis de atomi de carbon.
Deoxiriboza este un solid incolor care este inodor și foarte solubil în apă. Greutatea sa moleculară este de 134,13 g/mol, punctul de topire 91 °C. Se obține din riboză-5-fosfat datorită acțiunii enzimelor adecvate în timpul reacției chimice de reducere.
Diferența dintre riboză și dezoxiriboză
După cum sa menționat deja și așa cum indică și numele, deoxiriboza este un compus chimic a cărui compoziție atomică diferă de cea a ribozei doar cu un atom de oxigen. După cum se arată în figura de mai jos, deoxiriboza nu are o grupare OH hidroxil pe al doilea atom de carbon.
Deoxiriboza face parte din lanț, în timp ce riboza face parte din acid).
Este interesant de observat că monozaharidele arabinoza și riboza sunt stereoizomeri, adică diferă în aranjarea spațială față de planul inelului grupării OH din apropierea celui de-al doilea atom de carbon. Deoxiarabinoza și deoxiriboza sunt același compus, dar se folosește al doilea nume, deoarece această moleculă este obținută din riboză.
Dezoxiriboză și informații genetice
Deoarece deoxiriboza face parte din lanțul ADN, ea joacă un rol important - o sursă de informații genetice, constă din nucleotide, care includ deoxiriboza. Moleculele de dezoxiriboză leagă o nucleotidă la alta din lanțul ADN prin grupări fosfat.
S-a stabilit că absența grupării hidroxil OH în deoxiriboză conferă flexibilitatea mecanică a întregului lanț de ADN în comparație cu ARN, care, la rândul său, permite moleculei de ADN să formeze un lanț dublu și să fie într-o formă compactă în interiorul nucleul celular.
În plus, datorită flexibilității legăturilor dintre nucleotide formate din molecule de dezoxiriboză și grupări fosfat, lanțul ADN este mult mai lung decât ARN-ul. Acest fapt face posibilă codificarea informațiilor genetice cu densitate mare.
§ 2. MONOZAHARIDE
Izomerie spațială
Prin natura lor chimică, monozaharidele sunt aldehide sau cetoalcooli. Cel mai simplu reprezentant al monozaharidelor, aldotriaza, este gliceraldehida (2,3-dihidroxipropanal).
Având în vedere structura gliceraldehidei, se poate observa că formula de mai sus corespunde la doi izomeri care diferă în structura spațială și sunt o imagine în oglindă unul a celuilalt:
Se numesc izomerii care au aceeași formulă moleculară, dar diferă în aranjarea atomilor în spațiu spațial, sau stereoizomerii. Doi stereoizomeri care se raportează unul la altul ca obiect și o imagine în oglindă care nu coincide cu ea se numesc enantiomeri. Acest tip de izomerie spațială se mai numește optic izomerie.
Existența enantiomerilor în gliceraldehidă se datorează prezenței în molecula acesteia chiral atom de carbon, adică un atom legat de patru substituenți diferiți. Dacă există mai mult de un centru chiral în moleculă, atunci numărul de izomeri optici va fi determinat prin formula 2 n , unde n este numărul de centre chirali. Se numesc stereoizomerii care nu sunt enantiomeri diastereomeri.
Pentru imaginea izomerilor optici pe un plan, utilizați proiecții Fisher. La construirea proiecțiilor Fischer, trebuie să se țină cont de faptul că atomii sau grupurile de atomi care se află pe o linie orizontală trebuie îndreptate către observator, adică. ieși din planul hârtiei. Atomii sau grupurile de atomi situate pe o linie verticală și constituind, de regulă, lanțul principal, sunt îndreptate departe de observator, adică. depășește suprafața hârtiei. Pentru izomerii gliceraldehidei luați în considerare de noi, construcția proiecțiilor Fischer va proceda după cum urmează:
Gliceraldehida este acceptată ca standard pentru desemnarea izomerilor optici. Pentru a face acest lucru, unul dintre izomerii săi a fost desemnat cu litera D, iar al doilea - cu litera L.
Pentoze și hexoze
După cum am menționat mai sus, cele mai comune în natură sunt aldopentozele și aldohexozele. Având în vedere structura lor, putem concluziona că aldopentozele au 3 centri chirali (indicați prin asteriscuri) și, prin urmare, sunt formate din 8 (2 3) izomeri optici. Aldohexozele au 4 centri chirali și 16 izomeri:
Comparând structura ultimului carbohidrat din grupa carbonil a centrului chiral cu structura D- și L-gliceraldehidei, toate monozaharidele sunt împărțite în două grupe: seria D și L. Cei mai importanți reprezentanți ai aldopentozelor sunt D-riboza, D-deoxiriboza, D-xiloza, L-arabinoza, aldohexoza - D-glucoza și D-galactoza și cetohexoza - D-fructoza. Proiecțiile Fischer ale monozaharidelor numite și sursele lor naturale sunt prezentate mai jos.
Monozaharidele există nu numai sub formă de forme deschise (liniare), care sunt date mai sus, ci și sub formă de cicluri. Aceste două forme (liniară și ciclică) sunt capabile de transformare spontană una în alta în soluții apoase. Echilibrul dinamic între izomerii structurali se numește tautomerie. Formarea formelor ciclice de monozaharide are loc ca urmare a reacției de adăugare intramoleculară a uneia dintre grupările hidroxil la gruparea carbonil. Cele mai stabile sunt ciclurile cu cinci și șase membri. Prin urmare, în timpul formării formelor ciclice de carbohidrați, furanoza(cu cinci membri) și piranoza cicluri (cu șase membri). Luați în considerare formarea formelor ciclice pe exemplele de glucoză și riboză.
Glucoza în timpul ciclizării formează un ciclu predominant de piranoză. Inelul de piranoză este format din 5 atomi de carbon și 1 atom de oxigen. Când se formează, gruparea hidroxil a celui de-al cincilea atom de carbon (C5) participă la adăugare.
Gruparea carbonil este înlocuită cu o grupare hidroxil numită glicozidicși derivați ai grupului glicozidic al carbohidraților - glicozide. O altă caracteristică spațială a formelor ciclice este formarea unui nou centru chiral (atomul C 1). Există doi izomeri optici numiți anomeri. Anomerul, în care gruparea glicozidică este situată în același mod ca gruparea hidroxil, care determină raportul dintre monozaharide și seria D sau L, este notat cu litera , celălalt anomer cu litera . Structura monozaharidelor în formă ciclică este adesea descrisă sub forma formulelor lui Haworth. O astfel de imagine permite să vedem aranjamentul reciproc al atomilor de hidrogen și al grupărilor hidroxil în raport cu planul inelului.
Astfel, într-o soluție, glucoza există sub formă de trei forme care se află în echilibru mobil, raportul dintre care este de aproximativ: 0,025% - formă liniară, 36% - - și 64% - formă.
Riboza formează în principal inele de furanoză cu cinci membri.
Proprietăți chimice
Proprietățile chimice ale monozaharidelor sunt determinate de prezența unei grupări carbonil și a hidroxililor alcoolici în moleculele lor. Luați în considerare câteva reacții ale monozaharidelor folosind exemplul glucozei.
Ca un alcool polihidroxilic, glicol, soluție de glucoză dizolvă precipitatul de hidroxid de cupru (II) pentru a forma un compus complex.
Gruparea aldehidă formează alcooli la reducere. Când glucoza este redusă, se formează un alcool hexahidric sorbitol:
Sorbitolul are un gust dulce și este folosit ca înlocuitor al zahărului. Xilitolul, un produs de reducere a xilozei, este, de asemenea, utilizat în același scop.
În reacțiile de oxidare, în funcție de natura agentului de oxidare, se pot forma acizi monobazici (aldonic) sau dibazici (glucaric).
Majoritatea monozaharidelor sunt zaharuri reducătoare. Se caracterizează prin: reacția „oglinzii de argint”
și interacțiunea cu lichidul Fehling (reducerea Cu(OH)2 albastru la CuOH galben și apoi Cu 2O portocaliu).
Grupul glicozidic al formelor ciclice de monozaharide are o reactivitate crescută. Deci, atunci când interacționează cu alcooli, se formează eteri - glicozide. Deoarece glicozidele nu au un hidroxil glicozidic, ele nu sunt capabile de tautomerie, adică formarea unei forme liniare care conține o grupare aldehidă. Glicozidele nu reacţionează cu soluţia de amoniac de oxid de argint şi lichidul Fehling. Cu toate acestea, într-un mediu acid, glicozidele sunt ușor hidrolizate pentru a forma compușii de pornire:
Sub acțiunea sistemelor enzimatice ale microorganismelor, monozaharidele pot fi transformate în diverși alți compuși organici. Astfel de reacții se numesc fermentație. Fermentarea alcoolică a glucozei este larg cunoscută, în urma căreia se formează alcool etilic. Sunt cunoscute și alte tipuri de fermentație, de exemplu, acid lactic, butiric, citrat, glicerina.
β,D - riboză β,D - dezoxiriboză
Nucleozide. Dintr-o nucleotidă, acidul fosforic poate fi scindat și se poate obține o nucleozidă constând dintr-o bază purinică sau pirimidină și o pentoză. După structura lor chimică, nucleozidele sunt glicozide ale β-D-ribozei sau dezoxiribozei. Se formează o legătură N-glicozidică între atomul C 1 anomer din carbohidrat și atomul de azot al bazei nucleice: pentru bazele pirimidinice, acesta este N 1 și pentru bazele purinice, N 9 . În acest caz, se formează întotdeauna o legătură β-glicozidică.
În funcție de natura reziduului de carbohidrați (pentoză), există ribonucleozideși dezoxiribonucleozide.
Compoziția acizilor dezoxiribonucleici (ADN) include următoarele nucleozide:
Deoxiguanozină Timidină (Timidildeoxirribozidă)
Deoxicitidină Deoxiadenozină
Compoziția acizilor ribonucleici (ARN) include nucleozide, care sunt N-glicozide ale D-ribozei. Formulele lor structurale sunt prezentate mai jos:
Citidina Uridina
Adenozină Guanozină
Numele nucleozidelor sunt derivate din denumirea trivială a bazei azotate heterociclice corespunzătoare, cu sufixele -idinaîn pirimidine şi -osinîn nucleozide purinice. Pentru nucleozidele care conțin deoxiriboză, se adaugă mai întâi cuvântul „deoxi-”. O excepție de la această regulă este făcută pentru nucleozidele de timină.
Nucleozidele sunt adesea prescurtate cu un index cu o literă, dar există și un sistem de index cu trei litere.
