Angliavandeniai
Angliavandeniai – gamtinės medžiagos, daugumos kurių formulė Cm(H2O)n;
m ( 3. Kai kurie angliavandeniai tarp jų ir įprastas cukrus (sacharozė) yra saldūs, todėl dar jie vadinami tiesiog cukrumis. Angliavandeniai skirstomi į į monosacharidus disacharidus ir polisacharidus. Polisacharidų grupė paprastai sudaryta iš 2-10 monosacharidų molekulių, vadinama oligosacharidais (gr. oligo – nedaug). Monosacharidais vadinami paprasčiausi angliavandeniai, jie hidrolizės reakcijos metu nesuskyla į paprastesnius angliavandenius. Polisacharidai hidrolizės metu skyla į mažiau sudėtingus arba paprasčiausius angliavandenius.
Monosacharidai klasifikuojami, remiantis dviem požymiais:
1. Anglies atomų skaičiumi anglies atomų grandinėje
2. Oksogrupės padėtimi anglies atomų grandinėje
Paprasčiausių monosacharidų struktūra:
Glicerino aldehidas
Dioksiacetonas
Pirmuoju prasideda polioksialdehidų eilė, o antruoju – polioksiketonų eilė.
Yra du veidrodiniai glicerino aldehido izomerai (jie žymimi raidėmis D ir L
), nes jo molekulėjė yra vienas asimetrinis atomas (formulėje jis pažymėtas žvaigždute).
Sudėtingesnių monosacharidų molekulėse yra ne vienas, o keletas asimetrinių atomų ir prie kiekvieno jų galimos dvi skirtingos pakaitų konfiguracijos.
Jeigu molekulėje yra n tokių atomų, tai bendras erdvinių izomerų skaičius yra 2n . Pavyzdžiui, žinoma 16 izomerinių polioksialdehidų (8 poros optinių antipodų), kurių struktūrinė formulė tokia:
Vienas iš tų šešiolikos izomerų – D gliukozė – gamtoje labai paplitęs monosacharidas.
Monosacharidų priklausymas D arba L stereocheminei eilei nustatomas, lyginant toliausiai nuo karbonilo grupės nutolosio asimetrinio anglies atomo konfigūraciją su glicerolio aldehido asimetrinio anglies atomo konfigūracija:
Priklausymas D arba L stereocheminei eilei nulemia angliavandenių biologinę svarbą, nes dauguma gamtinių monosacharidų priklauso D eilei. Į
gyvųjų organizmų, tarp jų ir žmogaus, sudėtį įeinantys monosacharidai beveik išimtinai yra D-stereocheminės eilės (D-gliukozė, D-galaktozė, D-
ribozė, D-fruktozė ir kt.). Gyvieji organizmai sugeba įsisavinti tik D-
eilės monosacharidus, o L-eolės neįsisavina. Pvz. mielių ląstelės sugeba iš
D-gliukozės gaminti alkoholį, o iš L-gliukozės alkoholis negaminamas, tačiau yra atvejų kai L-izomeras yra labiau paplitęs negu D. Pvz. L-
arabinozė augaluose labiau paplitusi negu D-arabinozė, kurios turi tik tam tikros bakterijų rūšys.
Monosacharidai – kietos ir lengvai tirpstančios vandenyje medžiagos. Jų fizikines savybes lemia didekis polinių hidroksigrupių kiekis molekulėse.
Monosacharidai sunkiai kristalizuojasi, koncentruojant jų vandeninius tirpalus, susidaro sirupai.
|Kai kurių cukrų ir |
|sacharino saldumas |
|Cukrus |Santykin|
| |is |
| |saldumas|
|Sacharozė |100 |
|Gliukozė |50 (70) |
|Fruktozė |170 |
|Laktozė |20 |
|Maltozė |30 |
|Laktozė |16 |
|Natrio |30 |
|ciklamatas | |
|Aspartamas |180 |
|Sacharinas |40 000 |
Monosacharidai ciklinėse struktūrose vaizduojami perspektyvinėmis formulėmis. Šešianariai ciklai vadinami piranoziniais, o penkianariai –
furanoziniais, atsižvelgiant į jų panašumą į heterociklinius junginius –
piraną ir furaną. Ciklų susidarymo metu karbonilo C atomas tampa asimetriniu, todėl susidaro du izomerai, kurie skiriasi H ir OH padėtimis prie C-1 atomo. Šie izomerai žymimi α ir β.
Pagal C atomų skaičių monosacharidai skirstomi į triozes (3 C), tetrozes (4
C), pentozes (5 C), heksozes (6 C) ir t.t.
Nesisteminiai monosacharidų pavadinimai baigiasi galūne – ozė.
Monosacharidų molekulėse yra okso- ir hidroksigrupių, todėl jie yra polihidroksialdehidai (aldozės) arba polihidroksiketonai (ketozės).
Monosacharidai turi vieną arba kelis chiralinius centrus ir yra optiškai veiklios medžiagos.
Monosacharidų erdviniai izomerai, nesantys vienas kito veidrodinis atspindys bei besiskiriantys fizikinėmis savybėmis, vadinami diastereomerais. Kiekvienas monosacharidų diastereomeras turi trivialųjį pavadinimą. Iš aldopentozių reikšmingiausi diastereomerai yra ribozė ir ksilozė, o iš heksozių organizme dažniausiai aptinkami šie diastereomerai:
gliukozė, manozė (aldoheksozės) ir fruktozė (ketoheksozė).
Monosacharidų erdviniai izomerai, esantys vienas kito veidrodinis atspindys, vadinami enantiomerais (optiniais izomerais). Enantiomerams būdingos identiškos fizikinės ir cheminės savybės, išskyrus vieną. Jie suka poliarizuotą šviesos plokštumą vienodos reikšmės, tačiau priešingo ženklo kampu.
Kiekvienas monosacharido diastereomeras (ciklinis ar neciklinis) turi du enantiomerus: dešiniojo sukimo (+) ir kairiojo sukimo (-). Enantiomerai tradiciškai skirstomi į dvi D- ir L-genetines eiles. D-eilei priskiriami tie enantiomerai, kurių paskutiniojo chiralinio centro (labiausiai nutolusio nuo oksogrupės) konfigūracija yra tokia pati, kaip ir konfigūracinio standarto D-glicerolio aldehido. L-eilės enantiomerų paskutinio asimetrinio C konfigūracija sutampa su L-glicerolio konfigūracija. Monosacharidų cheminės savybės rodo, kad monosacharidų molekulės egzistuoja ne tik atvirų, bet ir ciklinių struktūrų pavidalu.
Gamtinių disacharidų molekulės sudarytos iš dviejų vienodų arba skirtingų monosacharidų likučių, sujungtų O-glikozidiniais ryšiais.
Svarbesni gamtiniai disacharidai yra: sacharozė (cukrinių runkelių, cukranendrių cukrus), maltozė (salyklo cukrus), laktozė (pieno cukrus), celobiozė (celiuliozės dalinės hidrolizės junginys).
Disacharidai skirstomi į du tipus pagal glikozidinio ryšio susidarymo pobūdį.
• Redukuojantys disacharidai:
Redukuojantys disacharidai sudaryti sureagavus vieno monosacharido hemiacetaliniam (glikozidiniam) hidroksilui su kito monosacharido alkoholiniu hidroksilu (dažniausiai 4 arba 6 padėties). Šio tipo disacharido molekulę sudarančioje vietoje monosacharido liekanoje yra laisva glikozidinė hidroksigrupė, galinti sudaryti tautomerinę pusiausvyrą su oksogrupe.Todėl jie pasižymi aldozių savybėmis: redukuoja varį ir sidabrą iš jų kompleksinių junginių (iš čia ir kilo pavadinimas redukuojantys), lengvai oksiduojasi iki biono rūgščių, dalyvauja mutarotacijoje.
Gamtiniai redukuojantys disacharidai yra: maltozė, laktozė ir celobiozė
Kai kurie žmonės neįsisavina laktozės, kadangi jų organizme trūksta fermento laktazės.
Redukuojantys disacharidai dalyvauja beveik visose reakcijose, kurios būdingos monosacharidams.
• Neredukuojantys disacharidai:
Šio tipo disacharidai sudaryti sureagavus abiejų monosacharidų glikozidinėms hidroksigrupėms. Jie neturi laisvos glikozidinės hidroksigrupės, todėl jiems nebūdinga mutarotacija, jie neredukuoja oksidatorių (iš čia kilo pavadinimas neredukuojantys). Gamtinis neredukuojantis disacharidas yra sacharozė.
Polisacharidai (poliglikozidai) yra gamtinės stambiamolekulės medžiagos, susidariusios iš daugelio glikozidiniais ryšiais susijungusių monosacharido likučių.
Polisacharidų molekulės būna linijinės arba šakotos, susidariusios iš vienodų arba skirtingų monosacharidų. Pirmosios grupės polisacharidai vadinami homopolisacharidais, o antrosios – heteropolisacharidai.
• Homopolisacharidai:
Svarbiausi homopolisacharidai yra krakmolas, glikogenas, celiuliozė ir chitinas.
Krakmolas yra augalų rezervinis homopolisacharidas. Krakmolas sudarytas iš dviejų homopolisacharidų: amilozės (10-20%) ir amilopektino (80-90%).
Amilozės makromolekulės yra linijinės struktūros, beveik nešakotos.
Jose D-gliukopiranoziniai likučiai (200-1000) susijungę 1,4-glikozidiniu ryšiu.
• Heteropolisacharidai:
Jų yra jungiamajame audinyje (odoje, kremzlėse, sausgyslėse, sąnarių skystyje, kauluose).
Gliukozė
Gliukozė (C6H12O6) yra balta saldi kristalinė medžiaga, gerai tirpsatnti vandenyje. Jos molekules jungia daug vandenilinių jungčių, todėl kaitinama gliukozė nevirsta dujomis, o skyla. Gliukozė turi alkoholiams ir aldehidams būdingų ir specifinių savybių. Gliukozė – vertingas maisto produktas. Vykstant sudėtingiems biocheminiams kitimams, organizme išsiskiria fotosintezės metu sukaupta energija. Gliukozei oksiduojantis ta energija išsiskiria ir yra suvartojama gyvybiniuose procesuose:
C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O
• Naudojimas:
Gliukozė naudojama kaip orgamizmą stiprinanti, gydomoji priemonė, nes organimas ją lengvai pasisavina. Ji naudojama konditerijoje.
Jos yra daugelyje vaisių ir uogų. Gliukozė taip pat gaminasi ir organizme, skylant disacharidams ir krakmolui. Sis angliavandenis į kraują patenka tiesiai iš virškinimo organų ir maitina smegenis, širdį, raumenis.
• Cheminės savybės :
Gliukozė turi alkoholiams ir aldehidams būdingų ir specifinių savybių. Gliukozė rodo „sidabro veidrodžio“ funkciją, taigi joje yra aldehidinė grupė. Redukuojant ją vandeniu ant platinos (20 oC
temperatūroje) susidaro šešiahidroksilis alkoholis C6H14O6. Tai reiškia, kad gliukozė turi šešių anglies atomų skeletą ir penkias hidroksilo grupes prie skirtingų anglies atomų.
Sacharozė
Sacharozė (C12H22O11) yra discharidas sudarytas iš α-D-gliukozės ir β-D-
fruktozės, sujungtos 1,2-glikozidiniu ryšiu:
[pic]
Sacharozei būdinga polihidroksilių alkoholių reakcija, tuo tarpu ,,
Sidabrinio veidrodžio“ reakcija su sacharoze nevyksta. Taigi jos molekulėje yra hidroksilo grupių, bet nėra aldehido grupės. Esant mineralinių rūgščių sacharozė hidrolizuojasi – susidaro gliukozė ir fruktozė. Taip sacharozės molekulė susideda iš susijungusių gliukozės ir fruktozės molekulių fragmentų.
• Paplitimas gamtoje :
Sacharozės yra cukriniuose runkeliuose (16-20%) ir cukranendrėse (14-
26%). Nedideliais kiekiais jos kartu su gliukoze yra daugelio augalų vaisiuose ir lapuose.
• Gavimas:
Sacharozė daugiausia gaunama iš cukrinių runkelių ir cukranendrių. Ją išgaunant nevyksta cheminių kitimų, nes jos ten jau yra, ir ji tik išskiriama iš šių produktų kuo grynesnė.
1. Cukriniai runkeliai susmulkinami ir sacharozė išskiriama vandeniu.
2. Tirpalas veikiamas kalkių pienu.
3. Tirpalas veikiamas anglies dioksidu.
4. Tirpalas išgarinamas vakuuminiuose apratuose ir centrifūguojamas.
5. Cukrus gryninamas papildomai.
• Fizikinės savybės: Gryna sacharozė – bespalviai saldaus skonio kristalai, gerai tirpūs vandenyje.
• Cheminės savybės: Svarbiausia sacharozės reakcija – hidrolizė, veikiant mineralinėms rūgštims aukštesnėje temperatūroje.
Krakmolas
Krakmolas (C6H10O5)n yra augalų rezervinis polisacharidas. Sintetinti krakmolą gali beveik visos augalų ląstelės, tačiau skirtingais kiekiais ir nevienodu intensyvumu. Krakmolas yra gamtinis polimeras, kurio molekulės yra sudarytos iš atskirų grandžių. Hidrolizuojant krakmolą susidaro tik gliukozė, taigi šios grandys yra gliukozės fragmentai.
[pic]
Mokslininkai nustatė, kad krakmolo makromolekulės susideda iš α gliukozės ciklinių fragmentų.
Krakmolas susideda ne tik iš linijinių, bet ir iš šakotos struktūros molekulių.
• Gavimas:
Krakmolas paprastai gaunamas iš bulvių. Jos susmulkinamos, perplaunamos vandeniu ir perpumpuojamos į dideles talpyklas, kuriose nusistovi. Gautas krakmolas dar kartą perplaunamas vandeniu, paliekamas nusistoti ir džiovinamas šilto oro srove.
• Fizikinės savybės:
Krakmolas – balti šaltame vandenyje netirpsantys vandenyje milteliai.
Karštame vandenyje jis išbrinksta ir susidaro kleisteris.
• Cheminės savybės:
Krakmolo reakcija – sąveika su jodu. Atšaldytas krakmolo kleisteris įdėjus jodo pamėlynuoja. Šildant kleisterį, ši spalva išnyksta, o atšaldžius vėl pasirodo. Ši savybė taikoma nustatant kramolą maisto produktuose.
Naudota literatūra :
1. http://mokslo.centras.lt
2. Lietuvos Tarybinė enciklopedija
3.Rimantas Vaitkus (X klasės chemijos vadovėlis)
Leidykla Kaunas ,,Šviesa” 1995
4. G. Rudzytis ir F. Feldmanas (Organinė chemija XI klasei)
CH2
CH*
OHHIൈ伍ൈ䌍൏䠍䡏ൃ伍䡃ല伍ൈ䌍㉈䡃പ䌍⩈䡃പ䌍⩈䡃ല䌍൏䠍䡏䥈ൈ伍䡈䡉䡏䥈ൈ伍䡈
䡉䡏䥈ൈ
H
OH
C
O
H
OH
C
O
CH2
OH
CH2
CH*
CH*
CH*
CH*
CH2
C
O
H
OHHIH
OHHIH
OHHIH
OHHIH
OHHIH