МОНОСАХАРИДЫ

Все углеводы состоят из углерода и элементов воды, т. е. из гидратированного углерода. Этот факт отражен в названии "углеводы". Важнейшим представителем этого класса соединений является глюкоза . Формулу глюкозы можно записать иначе: . В таком виде она иллюстрирует наличие в составе молекулы глюкозы шести атомов углерода и шести "молекул" воды. Глюкоза является составной частью многих более сложных углеводов. Строение глюкозы таково:

Изображенные выше формулы носят название проекционных формул Фишера. Это старый и не самый удобный способ изображения Сахаров, ещедовольно часто используемый в химической литературе. Первая (самая левая) из трех формул показывает открытую, а не циклическую формулу глюкозы. Однако в водном растворе глюкозы равновесная концентрация открытой формы не превышает 1 %. В основном глюкоза существует в циклических а- и -формах.

Циклические формы сахаров гораздо удобнее изображать с помощью формул Хеуорса. Заместители, направленные вправо в формулах Фишера, в формулах Хеуорса изображают направленными вниз:

Конформации циклических форм глюкозы очень похожи на кресловидную конформацию циклогексана. В -изомере все группы, по объему большие, чем атом водорода, находятся в экваториальном положении:

В молекуле глюкозы имеется пять асимметрических центров, поэтому глюкоза оптически активна (см. гл. 4). Первый углеродный атом в циклических формах называется аномерными а формы называются аномерами (аномеры — один из типов стереоизомеров).

Стереохимия моносахаридов обозначается буквами или в зависимости от конфигурации "опорного" асимметрического атома углерода, максимально удаленного от карбонильной группы В молекуле глюкозы это пятый углеродный атом. Если гидроксильная группа при этом атоме направлена в формуле Фишера вправо, то стереоизомер называют -изомером, а если влево — -изомером.

Все природные сахара принадлежат к -ряду, хотя знак вращения плоскости плоскополяризованного света может быть любым, поскольку оптическое вращение зависит от конфигурации всех хиральных центров в молекуле.

Напомним, что величину и знак оптического вращения практически невозможно предсказать, исходя из молекулярной структуры. Их можно определить только экспериментально.

Глюкоза является моносахаридом, представляя собой мономерное звено более сложных полисахаридов. Другие важные моносахариды показаны ниже:

(кликните для просмотра скана)

Обратите внимание, что все моносахариды являются альдегидами или кетонами В соответствии с этим их называют альдозами или кетозами Кроме того, в обобщенном названии содержится указание на число углеродных атомов. Сахара, молекулы которых включают шесть атомов углерода, называют альдогексозами или кетогексозами, а сахара с пятью углеродными атомами в молекуле — альдо- или кетопентозами. Рибоза например, является альдопентозой, а фруктоза — кетогексозой. Для обозначения конкретных форм Сахаров используются полусистематические названия, например, -форму глюкозы называют -(+)-глюкопиранозой. Отдельные части этого названия несут следующую смысловую нагрузку:

а - гидроксильная группа при аномерном углеродном атоме направлена в формуле Хеуорса вниз;

D - конфигурация опорного атома углерода такая же, как в D-глицериновом альдегиде;

(+) - вещество вращает плоскость поляризации плоскополяризованного света по часовой стрелке;

глюко — форма глюкозы;

пиран — молекула представляет собой шестичленный циклический эфир, сам пиран имеет следующее строение:

оза - окончание, свидетельствующее о принадлежности вещества к классу Сахаров.

Полные названия показанных выше циклических форм некоторых Сахаров приведены ниже:

Фуран — это пятичленный ароматический гетероцикл:

Открытые формы всех этих Сахаров представляют собой альдегиды или кетоны, а циклические — полуацетали или полукетали, образованные карбонильной группой и гидроксильной группой при опорном углеродном атоме. Это пятый углеродный атом в глюкозе, четвертый в рибозе и т. д. О простых полуацеталях и полукеталях мы уже говорили в гл. 8.

Моносахариды представляют собой полигидроксиальдегиды или кетоны, которые существуют в открытой и двух циклических формах. Все они оптически активны. Стереохимия моносахаридов определяется их названием (глюкоза, манноза и т. д.) и буквенными обозначениями или которые характеризуют конфигурацию опорного атома углерода. Для изображения молекул моносахаридов используют формулы Фишера и Хеуорса.