Характеристика моносахаридів. Їх фізичні та хімічні властивості (явище таутомерії, мутаротації). Оксикарбонільні та циклічні форми. Представники.

Моносахариди або монози — найпростіші вуглеводи, вони не піддаються гідролізу. Це безбарвні кристалічні сполуки, добре розчинні у воді, але не розчинні у неполярних розчинниках, переважно солодкі на смак. Типова будова молекули моносахариду така: нерозгалужений карбоновий скелет, що містить від 3-ох до 9-ти атомів, до одного із яких подвійним зв'язком приєднаний атом оксигену, формуючи карбонільну групу, до решти атоми оксигену приєднані одинарними зв'язками, формуючи гідроксильні групи. Якщо карбонільна група розташована на кінці молекули — сполука є альдозою, а якщо посередині — кетозою. Найпростіші моносахариди — це тріози (містять три атоми карбону): гліцеральдегід (альдотріоза) і дигідроксиацетон (кетотріоза). Прості цукри із 4-ма атомами карбону називаються тетрозами, з 5-ма — пентозами, 6-ма — гексозами, 7-ма — гептозами і так далі. Найпоширеніші у природі гексози, до цієї групи належить глюкоза (альдогексоза) і фруктоза (кетогексоза). Моносахариди являють собою сполуки зі змішаними функціями. Так, як в розчинах вони існують в декількох таутомерних формах, зв'язаних між собою в рівновагу, в залежності від умов і природи діючого реагенту в реакцію можуть вступати або оксикарбонільна форма, або циклічні напівацетальні форми. При цьому рівновага буде безперервно посуватися в бік утворення той форми, яка вступає до взаємодії.

1) Окислення. В реакції окислення моносахариди вступають в оксикарбінільній формі, по альдегідній групі. Використовують м'які окислювачі, тому що під дією сильних окислювачів утворюються більш складні продукти. Наприклад, при окисленні Д-глюкози бромною водою, утворюється Д-глюконова кислота. Окислювач НОBr (кислота), яка утворюється в водному розчині брому:

Д-глюкоза Д-глюконова кислота

Якісними реакціями на моносахариди є реакції окислення аміачним розчином оксиду срібла та рідиною Фелінга. При цьому утворюється осад металевого срібла в першому випадку або цегляного – червоний осад Cu₂O у другому випадку:

2) Відновлення. При відновленні D-глюкози воднем при наявності kat (Ni) утворюється шестиатомний спирт – Д-сорбіт:

Д-глюкоза Д-сорбіт

Цю реакцію також дає і фруктоза. Сорбіт використовують, як замінник сахарози в харчуванні людей, хворих на цукровий діабет.

3) Утворення простих ефірів. Завдяки присутності в молекулах моносахаридів декількох гідроксильних груп, моносахариди проявляють властивості багатоатомних спиртів. Найбільше значення мають реакції етерифікації (утворення складних ефірів).

Серед гідроксильних груп моносахаридів найбільш активний в реакціях напівацетальний гідроксил, висока рухомість атома водню в цьому гідроксилі обумовлена здібністю перетворення напівацетальних форм у оксикарбонільні.

При взаємодії моносахаридів зі спиртами утворюються неповні прості ефіри – глікозиди. В цій реакції приймає участь лише напівацетальний гідроксил, який називають глікозидним гідроксилом. Інші спиртові гідроксильні групи в цих умовах ці спиртами не взаємодіють:

α -Д-глюкопіраноза метил-α -Д-глюкопіраноза

Глюкозиди широко розповсюджені в природі і мають велике біологічне значення. В природних глікозидах моносахариди часто з'єднані з різноманітними не сахарними складними речовинами (барвники, алкалоїди). Не сахарний компонент, з'єднаний з глікозидом називають агліконом.

При дії на моносахариди йодистих алкілів можна замістити алкільними радикалами водень не тільки напівацетальної, але й всіх інших гідроксильних груп. При цьому утворюються повні прості ефіри моносахаридів:

α -Д-глюкопіраноза пентаметил-α -Д-глюкопіраноза

4) Утворення складних ефірів. При дії на глюкозу оцтового ангідриду утворюються її пентаацетальні похідні – повні складні ефіри.

α -Д-глюкопіраноза пентаацетил-α -Д-глюкопіраноза

В природі зустрічаються і мають велике значення неповні складні ефіри ортофосфорної кислоти і моносахаридів. Фосфати Д-глюкози і Д-фруктози утворюються як проміжні продукти при спиртовому бродінні. Фосфати беруть участь в утворенні нуклеїнових кислот.

6-фосфат-α -Д-глюкопіранози

5) Бродіння моносахаридів. Бродінням називають розщеплення цукрі під впливом біологічних каталізаторів – ферментів. Процеси бродіння відбуваються складними шляхами через ряд проміжних продуктів. Існують різні види бродіння, основні з них:

а) спиртове бродіння:

С₆Н₁₂О₆→ 2СН₃-СН₂-ОН+2СО₂↑

б) маслянокисле:

С₆Н₁₂О₆→ СН₂-СН₂-СН₂СООН+2Н₂+2СО₂↑

в) молочнокисле:

ОН

С₆Н₁₂О₆→ 2СН₃-СН-СООН

г) лимоннокисле:

ОН

С₆Н₁₂О₆+3О→ НООС-СН₂-С-СН₂-СООН+2Н₂О

СООН