Előállítására szolgáló módszerek a monoszacharidok

Szénhidrátok - multifunkcionális vegyületek széles körben elterjedt növény- és állatvilágban; hajtanak végre, döntő szerepet játszik sok életfolyamatokat. Szénhidrát alkotják 80% a száraz növények tömege, és 2% száraz tömeg állati szervezetekből.

Név „szénhidrát” javasolta a magyar vegyész 1844 K. Schmidt, azon a tényen alapul, hogy ezek az anyagok a készítmény alakilag szén-vegyületet vízzel, általános képletű Cn (H2 O) n. Például, ha n = 6, megkapjuk a glükóz képletű C6 (H2 O) 6 = C6 H12 O6. Később ismertté vált, hogy nem minden szénhidrát illik ez a képlet. Azonban a neve „szénhidrát” Save.

Jelentés a szénhidrátok nagyon nagy. Ezek egyike a legfontosabb emberi táplálék, állatok és egyéb szervezetek. Szénhidrátok lehetővé teszik az összes komponenst egy élő szervezet - nukleinsavak, fehérjék, lipidek - a megfelelő működéshez. Szénhidrát megvédeni bennünket, meleg, segít mozogni és számos fontos funkciót töltenek. Nature folyamatosan teremt a szénhidrátok.

A növények közül a szénhidrátok vannak kialakítva szén-oxid a (IV) és a víz a fotoszintézis folyamata, végzett klorofill napenergiával:

Állati szervezetek nem képesek szintetizálni szénhidrátok, és kap őket a növényi eredetű élelmiszerek és használják nagyrészt energiát előállítani az élet oxidáció:

A szénhidrátok általában aszerint osztályozzuk, hogy képesek hidrolízis történik monoszacharidok. oligoszacharidok és poliszacharidok (1. ábra). Monoszacharidok nem hidrolizálja, és oligo- és poliszacharidok, amelyek képesek a hidrolízis lehet tekinteni, mint a polikondenzációs termékei monoszacharidok.

A monoszacharidok - egyszerű szénhidrátok vagy monoszacharidok. Monoszacharidokat nem lehet hidrolizálni és a több egyszerű szénhidrátok.

A kémiai összetétele a monoszacharidok fejezzük általános képlettel:

Szerint a szénatomok száma (n) a molekulában monoszacharidok (monoszacharidok) vannak osztva trióz (C 3), zok (C 4), pentóz (C 5), hexóz (C6), stb Vége -oza jelzi az anyag egy osztályába tartozó szénhidrátok.

A poliszacharidok - komplex szénhidrátok vagy polióz épített egy nagy számú monoszacharid maradékok (n).

Kémiai összetétele a poliszacharidok fejezzük általános képlettel:

Másfelől, a poliszacharidok vannak két csoportra oszthatók:

a) a szénhidrátok vagy cukrot-oligoszacharidok (a görög „oligók” - néhány) molekulák a készítményben tartalmazhat 3-20 monoszacharid maradékok. A hidrolízis oligoszacharidok képződik megfelelő számú azonos monoszacharidok. Ez a csoport magában foglalja például diszacharidok - a szacharóz, laktóz, cellobióz stb.;

b) nesaharopodobnye vagy nagy molekulatömegű poliszacharid, amelyet polikondenzációjával monoszacharidok. A poliszacharidok molekulatömege április 10 - szeptember 10 teljes hidrolízisét poliszacharidok képződéséhez vezet a megfelelő monoszacharidok. Poliszacharidok álló monoszacharid maradékok az egyik típusú, az úgynevezett gomopolisaharidami. Ha a poliszacharid kétféle monoszacharidok vagy több, ez az úgynevezett heteropoiiszacharídbói. A nagy molekulatömegű poliszacharidok (gomopolisaharidam) kapcsolódnak elsősorban keményítőt, glikogén és cellulóz.

A monoszacharidok egyenes láncú molekula szénatomszáma célszerűen 3 és 10 atomot. Az elosztott jellege és a legnagyobb érték C5 H10 O5 pentózok és hexózok, C6 H12 O6. Kémiailag monoszacharidok, többértékű alkoholt tartalmaz aldehidcsoportot (vagy hidroxialdehidekre aldegidospirty) vagy keton-csoport (hidroxi-ketonok vagy keto-alkoholok). Az előbbi nevezik - aldóz, és az utóbbi - ketózokból.

A monoszacharidok, mint a heterofunkciós vegyületekre jellemző, különböző típusú izoméria.

Szerkezeti izomerekre vonatkozik, I - izoméria a természet a funkciós csoport. Funkcionális izomerek aldóz és ketóz. A molekula aldózok karbonilcsoport része egy aldehidcsoportot H - C = O a molekulában ketózis - ½

készítmény ketocsoport - C = O.

½ Például, a glükóz és a fruktóz funkcionális izomerek.

Régióizomereket. Funkcionális izomerek különböznek és helyét hidroxilcsoportok, amint az kitűnik szerkezete összehasonlítása a glükóz és galaktóz. Az ilyen térbeli izomerek nevezzük diasztereomerek. Ezek különböznek a fizikai és kémiai tulajdonságait.

Optikai izomerek. A monoszacharidok jellemző optikai izomerek (optikai sztereoizoméria). A molekulák monoszacharidok is tartalmazhatnak aszimmetrikus (királis) szénatom (C *), található a sp3 -hybridization és a kapcsolódó négy különböző atom vagy csoport. Optikai, vagy tükrözött, izomerek úgynevezett enantiomerek. Az enantiomerek azonos fizikai és kémiai tulajdonságait. A több optikai sztereoizomerek kapcsolódó száma aszimmetrikus szénatomok, a képlet N = 2n.

Például, az aldohexózok karbonil formában, ahol a számos aszimmetrikus szénatomot (C *) egyenlő négy (n = 4), a több optikai izomerek 16 (N = 2 április = 16), vagy 8 pár tükör izomerek (antipódok).

Annak jelzésére, a használata számos sztereoizomer projekciós képletet által javasolt német tudós Emilem Fisherom.

Ahogy kijelöli szénhidrátok ellentétes konfigurációjú, az azonos nevű használt betűket a D és L, amely pontnál tartozó két sor, például:

Minden sztereokémiái monoszacharidok D-tartományban - bezárólag hexózok lehet ábrázolt rendszerben (2. reakcióvázlat).

Mivel monoszacharidok molekulák épülnek aszimmetrikusan, nincs nem-optikailag aktív mesoforms számukra. Így, az ismert D (+) - és L (-) - glükóz, amelyek tükörképei a másikhoz képest.

N e n t s egy s n e n t s a s

Kísérleti tény rögzített polariméterrel, forgása polarizált fényt jobbra jelöljük a jel (+); A forgatás a bal - a jel (-). Szimbólumok karakterek D (+) - és az L (-) nagyon gyakran nem esik egybe. A termékben az izomerek aránya a D- vagy L-számot a magyar javaslat vegyész AM Rozanova alakult 1906 kézhezvételét követően monoszacharidokat a megfelelő optikailag aktív gliceraldehid keresztül add-szénlánc. Glicerinaldehid-molekula van egy aszimmetrikus szénatom (C *). A sztereoizomer konfigurációja, amelyben az OH csoport a jobb oldalon az aszimmetrikus szénatom úgynevezett D- glicerinaldehid. Ennek megfelelően, a tükörkép D-gliceraldehid (antipód) elemzi L-gliceraldehid, -OH-, található a bal oldalon a aszimmetrikus szénatom (C *).

Később (1951) konfigurációja D- és L-gliceraldehid megerősítették.

Monoszacharidokat származó D-gliceraldehid a felépítmény a szénlánc egy aldehidcsoport, hogy feltételek közé tartozik a D-sorozat, függetlenül attól, hogy a forgatás előjelét a polarizált fény. Ennek megfelelően, a monoszacharidok származó L-gliceraldehid említett L-sorozat. 2. reakcióvázlat mutatja, egy aldóz D-sorozat, kialakított D-gliceraldehid. Az azonos számú aldohexózok létezik, az L-sorozat.

Minden monoszacharidok növényi eredetű D-sorozat.

Ring-lánc (ciklo-oxo) tautoméria.

A bemutatott lineáris képletek aldóz (2, reakcióvázlat) nagyrészt nem tükrözik a fizikai és kémiai tulajdonságai a monoszacharidok. Ilyen szerkezetek lehetséges megoldásokat, majd a kisebb mennyiségű (néhány ezred százalék). Így, az UV és IR-spektrumok abszorpciós sávok hiányzik monoszacharidok jellemző karbonilcsoport. A hexózok, például a glükóz, nem teszik lehetővé a reakciókat jellemző aldehidcsoport, különösen nem színtelenítjük oldatot fuksinsernoy savak nem reagálnak nátrium-hidrogén-szulfit, és mások.

Amint azt az AA Collie (Magyar szerves vegyész), glükóz, valamint más aldohexózok, nem négy, és öt hidroxilcsoportokat. Collie felajánlott összes monoszacharid gyűrűs szerkezetet. A megjelenése az ötödik hidroxilcsoport, címmel glikozid, az eredménye az intramolekuláris közötti reakciók a karbonil-csoportot, és az egyik a hidroxil-csoportok egy monoszacharid. Ismeretes, hogy a reakció az aldehidek alkoholokkal képződéséhez vezet a hemiacetál.

Például, a kialakulását a hemiacetál formája glükóz miatt kölcsönhatása az aldehid csoport a hidroxil-szénatom az ötödik, az eredmény egy hat-tagú gyűrű - glükopiranóz (neve

heterociklusos pirán), amely öt szénatomot és egy kosloroda atom. Ha a hurok van kialakítva a hidroxil-csoportot a negyedik szénatom, az öt-tagú oxigéntartalmú származékok képződnek

heterociklusos vegyületek - furán

Így, az öt-tagú furanóz monoszacharidot nevezett (2) és a hat-tagú piranóz (1). A előfordulása ciklusos szerkezetek amelynek létezését megjósolt Collie miatt G- és d-oksitsiklotautomeriey.

Egy reálisabb képet monoszacharidok gyűrűs félacetálok használni a fejlett képleteket javasolt 1925-ben a brit szerves kémikus, Nobel-díj N. Heuorsom. A átmenet a Fischer-féle projekciós képlet ígéretes képletek Heuorsa a következőképpen kell eljárni. Minden csoport, hogy Fischer projekciós képletet, a bal oldalon a szénváz a képletben Heuorsa tetejére helyezzük, és a csoportok vannak elrendezve a Fischer projekciós képletben a jogot a szénváz a képletben Heuorsa alatt található. Így glikozidos hidroxilcsoport lehet a sík alatt a ciklus mellett a hidroxilcsoport a második szénatom (a cisz-helyzetben). Ez a szerkezet a felelős # 945; -D-glükopiranozil (Forma 1). Equiprobably, hogy közben a kialakulása egy hemiacetál lehet egy olyan szerkezet, amely a glikozidos hidroxilcsoport lehet a transz-helyzetben van a hidroxilcsoport a második szénatom, azaz fölött helyezkedik el a gyűrű síkja. Ez a szerkezet a felelős # 946; -D-glükopiranozil (2) képietű vegyület. # 945; -D és # 946; -D-jelentése anomerek (a görög ano - up). Anomerek - izomerek ezen gyűrűs formáinak szénhidrátok eltérő térbeli elrendezése a glikozidos (hemiacetál) képest a hidroxi-cikluson síkban.

Ciklikus szénhidrát ábrázolt képlet a javaslat Heuorsa, ígéretes képletek.

1 - a-D-glükopiranóz, [a] D = + 112 0

2 - b-D-glükopiranóz, [a] D = +18,7 0

Joining hidroxilcsoport, hogy egy karbonil-csoportot teszi aszimmetrikus szénatomot az atom, ezért a több optikai izomer megnő 2-szer: n = 2, = 32.

anomerek # 945; -D és # 946; -D-glükopiranóz egyaránt diasztereomerek (konfigurációs izomerek), amelyek különböznek a tulajdonságokkal, különösen, az értékek a fajlagos forgatási szög [# 945] D polarizált fény. Mindkét izomer forgatni polarizált fényt jobbra, de különböző méretűek szögek. Ezért néha glükóz dextróz (latin Dexter - jobbra).

Ha a folyamat kialakulásának a hemiacetál hidroxilcsoport részt vesz a negyedik szénatom, képződnek # 945; -D-glükofuranóz és # 946; -D-glükofuranóz.

b- D-glükofuranóz-D-glükofuranóz

Fischer-féle projekciós képlet fruktóz a következő formában:

A formáció a gyűrűs szerkezetek esetében a D-fruktóz lehet megjeleníteni a következő séma szerint:

a-D-fruktofuranozil D-fruktóz, a-D-fruktopiranóz

A fent megadott általában pedig az ígéretes képletek Heuorsa:

a-D (-) - fruktóz-D-fruktopiranóz b-D (-) - fruktóz

# 945; -D-fruktofuranozil és # 946; -D-fruktofuranozil vannak anomerek. A vizes oldatok, fruktóz elforgatja a polarizált fény, hogy a bal oldalon, ezért is nevezik levulóz.

Konformációs izomereket. A monoszacharidok hemiacetál szerkezet jellemző konformációs (esztergálás) izoméria miatt egy másik térbeli elrendezésére az atomok szén-, hidrogén-, és hidroxilcsoportok. Konformációk (konformer) hemiacetál monoszacharid képviseli sztereoizomer szerkezetét, mozgathatóak egyensúlyi képes átalakítás egy másik megfordítással kifejezve ívelt és körül forgó # 963; -kötéseken.

Aldopiranoz ciklusok egy sorban, mint a ciklohexán-gyűrű nem lapos, és formájában vannak több (nyolc) konformerek, amelyek között a termodinamikailag legstabilabb szék konformációt. # 945; -D és # 946; -D-glükopiranóz vannak kreslovidnye ábrázolt szerkezetek konformációs képletek 3, illetve 4.

összehasonlítva # 945; -D-glükopiranóz (3) # 946; -D-glükopiranóz (4) termodinamikailag stabilabb, és mennyiségileg dominál oldatban egyensúlyi elegyben. A glükopiranóz (4) az összes hidroxilcsoportok találhatók ekvatoriális (konformáció UUUUU) közöttük konformációs taszítóerők minimalizáljuk. Míg a létezését bizonyos fokú konformerek (3) sztérikusan miatt, kedvezőtlenebb a helyét glikozidos hidroxilcsoport axiális helyzetben (aeeee konformáció). az # 945; Dglükopiranozil tartja úgynevezett anomer hatás # 916; 2, amely annak a következménye, a dipólus-dipólus közötti taszítás geterokislorodom ciklus és a glikozidos hidroxilcsoport, kénytelen elfoglalni axiális helyzetben (a).

A kristályos állapotban monoszacharidok léteznek kizárólag formájában gyűrűs félacetálok. Amikor feloldjuk vízben vagy kémiai hatás jelentkezik tautomerizációt, ami nyitott formákat képződnek (karbonil struktúra) elhaladó piranóz vagy furanóz formában monoszacharidok.

Térbeli szerkezetének változásait feloldása után az úgynevezett mutarotál monoszacharid. Proceedings mutarotációja tudja nyomon követni a változást az optikai aktivitás, a fajlagos forgatási értéke szög monoszacharid oldatot (3. reakcióvázlat). A 3. reakcióvázlaton a glükóz tautomer. mutarotál gyorsul adalékokat az oldathoz kis mennyiségű ammóniát. Így, a forgatás szöge egy frissen készített # 945; -D-glükopiranóz egyenlő 112,2 0. fokozatosan csökken, elérve értékek egyenlő 52,7 0.

Hasonlóképpen, a fajlagos elfordulási szög frissen készített oldatát # 946; -D-glükopiranóz, egyenlő 18,7 0. idővel növekszik, elérve értékek egyenlő 52,7 0. Mindkét esetben mutarotál # 945; -D és # 946; -D-glükopiranóz, ill. Ennek eredményeként az egyensúlyi elegyben van állítva egy következő összetételű oldatban: # 945; -D-glükopiranóz (36,2%), és a termodinamikailag stabilabb # 946; -D-glükopiranóz (63,8%).

A tautomer a glükóz.

2 - a-D-glükopiranóz - 36,2%

3 - b-D-glükopiranóz - 63,3%

Beszerzésének módszerei monoszacharidok.

Amint azt a fentiekben megjegyeztük, a szénhidrátok különböző összetettségű képződnek növényekben természetes fotoszintézis során. Monoszacharidokat kémiailag előállított egyike az alábbi módszerek.

1.Fermentativny savas hidrolízissel vagy di- és poliszacharidok:

2.Nepolnoe kémiai vagy enzimes oxidációjával többértékű alkoholok. Például, a biológiai oxidáció hatása alatt Acetobacter xylinum D-szorbit oxidáljuk L-szorbóz:

3.Kondensatsiey aldehidek és ketonok a gyengén lúgos közegben. Elvileg ez a módon az egyszerű aldehid - formaldehid - aldolizációs reakciót kaphat monoszacharid és tőlük - di- és poliszacharid. Ez a tisztán kémiai szintézissel a szénhidrátok módszert először a történelem kémia hajtjuk AI Butlerov 1861. Reakció formaldehid (formalin) meszes vízzel Butlerof kapott édesítőszer, amit az úgynevezett metilenitan.

Ezután azt találták, hogy metilenitan keveréke különböző monoszacharidok.

4.Metodom ciánhidrin-szintézist a monoszacharidok alacsonyabb monoszacharidok nyerhető egy hosszabb szén-szén lánc.