цукри

Класифікація вуглеводів

Основний поділ цукрів включає дві підгрупи: прості цукри, також звані моносахаридами або монозами, і складні цукри (поліози). Приклади з першої групи включають тріози, тетрози, пентози та гексози. Остання група об’єднує олігосахариди, включаючи дисахариди, трисахариди і тетрасахариди, а також полісахариди. Складні цукри утворюються шляхом конденсації мінімум двох молекул простих цукрів, на які вони знову розкладаються під час гідролізу. На відміну від складних цукрів, прості цукри не гідролізуються.

Будова моносахаридів

Узагальнена формула цукрів однакова для простих і складних вуглеводів, а число атомів вуглецю в молекулах моносахаридів коливається від 3 до 10. За цим числом моносахариди класифікуються відповідно на тріози, тетрози, пентози та ін. цих груп містить альдози (які є полігідроксіальдегідами) і кетози, будучи їх аналогічними еквівалентами. Вони називаються шляхом додавання префікса альдо- або кето- до відповідної назви, яка передбачає кількість вуглецю, що міститься в молекулі, наприклад, альдотріози/кетотріози, альдопентози/кетопентози та альдохексози/кетогексози. Структура моносахаридів зазвичай містить нерозгалужений вуглецевий ланцюг. Функціональні групи, які вони містять, мають своє звичайне розташування: альдегідна група не розташована в середині молекули, а на її краю. У випадку полігідроксикетонів карбонільна група –C=O завжди розташована на вуглеці C-2. Число гідроксильних груп можна визначити за узагальненою формулою; їх кількість дорівнює числу всіх атомів кисню, присутніх у молекулі мінус один. Кожна молекула кисню може бути пов’язана максимум з однією гідроксильною групою.

Основні хімічні властивості моносахаридів

Властивості моносахаридів можна пояснити двома способами: одні з них можна описати проекційними формулами Фішера, інші — експериментально. Важливо відзначити, що монозні розчини демонструють ефект дезмотропної рівноваги, що призводить до внутрішньомолекулярної циклізації ланцюга. Це можна виразити так:

Характерні реакції моносахаридів

Це реакції, які дозволяють нам виявити прості цукри в даному препараті завдяки появі характерного кольору або іншій зміні, яку ми можемо помітити.

1. Реакція з фенілгідразином

Це реакція конденсації, яка призводить до заміщення атома кисню з карбонільної групи на радикал фенілгідразину. Еквімолярний процес цієї реакції викликає утворення моносахаридів фенілгідразонів. Група CHOH, пов’язана з другим атомом вуглецю, окислюється разом із використаним надлишком реагенту. Продуктом цієї реакції є кетонна група, яка потім утворює озазон шляхом реакції з надлишком фенілгідразину. Враховуючи легку кристалізацію продукту, реакція дозволяє ідентифікувати моносахарид. Це тому, що вони відрізняються за формою і температурою плавлення.

2. Реакції з кислотами

При нагріванні моносахаридів з n _C >4 з сильними неорганічними кислотами відбувається їх дегідратація і циклізація. Це призводить до утворення похідних фурану, наприклад, гексози утворюють гідроксиметилфуран. Такі продукти, реагуючи з фенолами, дають змогу якісно та кількісно ідентифікувати моносахариди, з якими вони створюють кольорові комбінації. Особливу категорію реакцій становить проба Моліша, яка включає реакцію моносахариду зі спиртовим розчином α-нафтолу в присутності концентрованої сірчаної кислоти . Якщо досліджуваний препарат містить цукор, то на межі шарів можна побачити кільце кольору від червоного до фіолетового.

3. Зменшення моносахаридів

Якщо молекула містить вільну альдегідну групу, вони можуть окислюватися до кислот з використанням відновних властивостей основного середовища.

4. Тест Бенедикта

Реакція охоплює моносахариди, які містять вільну альдегідну групу. У присутності гідроксиду натрію він відновлює гідроксид міді (II) до оксиду міді (I), який, у свою чергу, змінює колір розчину з синього на зелений. Цей характерний колір є результатом накладення двох кольорів: помаранчевої суспензії Cu ₂ O і синього Cu(OH) ₂ . Це надзвичайно чутливий тест, який дає результат вже при 0,1%розчині цукру. При високих концентраціях ми бачимо чіткий червоний осад.

5. Проба Барфоеда

Реакція дозволяє визначити швидкість іонів міді та відрізнити прості цукри від відновлюючих дисахаридів. У результаті реакції з ацетатом міді цукор окислюється до карбонової кислоти з утворенням оцтової кислоти та оксиду міді (I) у вигляді червоного осаду. Дисахариди окислюються набагато повільніше, ніж моносахариди.

6. Проба Селіванова

Це метод виявлення кетогексоз в препараті. Для виникнення реакції необхідно нагріти зразок з концентрованою соляною кислотою і резорцином. Особливістю його є утворення 5-гідроксиметилфурфуролу та характерне вишневе забарвлення або наявність коричнево-червоного нальоту. Їх поява через 2 хвилини нагрівання свідчить про наявність кетогексози.

7. Тест Толленса

Це характерна реакція пентоз і гексоз, яка полягає в піддаванні препарату дії соляної кислоти . Це зумовлює наявність вишневого кольору у випадку пентоз або жовто-коричневого кольору у випадку гексоз.

8. Проба Білала

Проба Біала дозволяє виявити у зразку пентозу, яка під час реакції втрачає воду та утворює фурфурол у присутності соляної кислоти та іонів заліза (III). Фурфурол утворює характерний зелений комплекс.

Хімічна будова складних цукрів

Карбонові ланцюги цукрів можуть з’єднуватися один з одним, оскільки вони містять багато гідроксильних груп. За допомогою О-глікозидних зв’язків молекули моносахаридів утворюють між собою зв’язки ацетального або кетального типу.

дисахариди

Цукри цієї групи отримують шляхом з’єднання гідроксильних груп двох моносахаридів глікозидним зв’язком. Популярні приклади дисахаридів включають сахарозу, мальтозу, лактозу та трехалозу.

полісахариди

Ці цукри також містять глікозидні зв’язки, але на відміну від дисахаридів вони є полімерами моносахаридів. Залежно від будови вони можуть бути гомогліканами, якщо повторюється структура тільки одного виду моносахаридів, або гетерогліканами, якщо вони складаються з різних видів простих цукрів. Молекули зазвичай існують у вигляді лінійних або розгалужених ланцюгів. Найважливішими сполуками цього типу є полімери глюкози, тобто глюкани: крохмаль, целюлоза і глікоген.

Крохмаль

Цей рослинний полісахарид є дуже поширеним сховищем глюкози, будучи резервним джерелом енергії. У хімічному відношенні це суміш амілози та амілопектину в різних співвідношеннях залежно від походження. Обидва вони побудовані з одного моносахариду (α-D-глюкопіранози), але відрізняються кількістю радикалів глюкози. Амілоза – це розчинний крохмаль, який має прості та нерозгалужені ланцюги, які звиваються, утворюючи спіраль, а також 200-300 радикалів глюкози з кривою на кожних 6-8 з них. Амілопектин – це нерозчинний розгалужений крохмаль, який може містити навіть сотні тисяч радикалів глюкози. Він також утворює спіраль, але крива може опускатися кожні 24-30 радикалів глюкози.

Характерні властивості полісахаридів

1. Гідроліз

На відміну від більшості моносахаридів полісахариди піддаються реакції гідролізу. Він існує в умовах нагрівання з розведеними кислотами або в присутності ферментів. Залежно від умов реакції продуктами можуть бути полісахариди з меншими молекулами, олігосахариди та моносахариди, які входять до складу полісахариду, який пройшов реакцію.

2. Якісний аналіз крохмалю з використанням йоду

Амілоза, присутня в крохмалі, після розчинення звивається в просторі, утворюючи ліву спіраль, яка стабілізується водневими зв’язками, що утворюються між вільними гідроксильними групами моносахаридів. Після додавання йоду амілоза утворює синій комплекс, який є не результатом реакції, а скоріше ефектом захоплення молекул реагенту всередині спіралі. Колір, характерний для йоду, виникає внаслідок руху електронів уздовж ланцюжка молекул йоду та поглинання світла утвореним комплексом. Якщо його нагріти, водневі зв’язки розриваються, йод виділяється, і колір зникає. У реакції між амілопектином і йодом ми бачимо фіолетово-червоне забарвлення. Якщо до крохмалю додати йод, то колір буде фіолетово-блакитним.