Angliavandeniai

Angliavandeniai – gamtinės medžiagos, daugumos kurių formulė Cm(H2O)n;m ( 3. Kai kurie angliavandeniai tarp jų ir įprastas cukrus (sacharozė) yrasaldūs, todėl dar jie vadinami tiesiog cukrumis. Angliavandeniai skirstomiį į monosacharidus disacharidus ir polisacharidus. Polisacharidų grupėpaprastai sudaryta iš 2-10 monosacharidų molekulių, vadinamaoligosacharidais (gr. oligo – nedaug). Monosacharidais vadinamipaprasčiausi angliavandeniai, jie hidrolizės reakcijos metu nesuskyla įpaprastesnius angliavandenius. Polisacharidai hidrolizės metu skyla įmažiau 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 pažymėtasžvaigždute).Sudėtingesnių monosacharidų molekulėse yra ne vienas, o keletas asimetriniųatomų ir prie kiekvieno jų galimos dvi skirtingos pakaitų konfiguracijos.Jeigu molekulėje yra n tokių atomų, tai bendras erdvinių izomerų skaičiusyra 2n . Pavyzdžiui, žinoma 16 izomerinių polioksialdehidų (8 poros optiniųantipodų), kurių struktūrinė formulė tokia:

Vienas iš tų šešiolikos izomerų – D gliukozė – gamtoje labai paplitęsmonosacharidas. Monosacharidų priklausymas D arba L stereocheminei eilei nustatomas,lyginant toliausiai nuo karbonilo grupės nutolosio asimetrinio angliesatomo konfigūraciją su glicerolio aldehido asimetrinio anglies atomokonfigūracija: Priklausymas D arba L stereocheminei eilei nulemia angliavandeniųbiologinę svarbą, nes dauguma gamtinių monosacharidų priklauso D eilei. Įgyvųjų organizmų, tarp jų ir žmogaus, sudėtį įeinantys monosacharidaibeveik 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 išD-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 tamtikros bakterijų rūšys. Monosacharidai – kietos ir lengvai tirpstančios vandenyje medžiagos. Jųfizikines savybes lemia didekis polinių hidroksigrupių kiekis molekulėse.Monosacharidai sunkiai kristalizuojasi, koncentruojant jų vandeniniustirpalus, 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 perspektyvinėmisformulėmis. Šešianariai ciklai vadinami piranoziniais, o penkianariai –furanoziniais, atsižvelgiant į jų panašumą į heterociklinius junginius –piraną ir furaną. Ciklų susidarymo metu karbonilo C atomas tampaasimetriniu, todėl susidaro du izomerai, kurie skiriasi H ir OH padėtimisprie C-1 atomo. Šie izomerai žymimi α ir β.Pagal C atomų skaičių monosacharidai skirstomi į triozes (3 C), tetrozes (4C), pentozes (5 C), heksozes (6 C) ir t.t.Nesisteminiai monosacharidų pavadinimai baigiasi galūne – ozė.Monosacharidų molekulėse yra okso- ir hidroksigrupių, todėl jie yrapolihidroksialdehidai (aldozės) arba polihidroksiketonai (ketozės).Monosacharidai turi vieną arba kelis chiralinius centrus ir yra optiškaiveiklios medžiagos.

Monosacharidų erdviniai izomerai, nesantys vienas kito veidrodinisatspindys bei besiskiriantys fizikinėmis savybėmis, vadinamidiastereomerais. Kiekvienas monosacharidų diastereomeras turi trivialųjįpavadinimą. Iš aldopentozių reikšmingiausi diastereomerai yra ribozė irksilozė, o iš heksozių organizme dažniausiai aptinkami šie diastereomerai:gliukozė, manozė (aldoheksozės) ir fruktozė (ketoheksozė).Monosacharidų erdviniai izomerai, esantys vienas kito veidrodinisatspindys, vadinami enantiomerais (optiniais izomerais). Enantiomeramsbūdingos identiškos fizikinės ir cheminės savybės, išskyrus vieną. Jie sukapoliarizuotą šviesos plokštumą vienodos reikšmės, tačiau priešingo ženklokampu.Kiekvienas monosacharido diastereomeras (ciklinis ar neciklinis) turi duenantiomerus: dešiniojo sukimo (+) ir kairiojo sukimo (-). Enantiomeraitradiciškai skirstomi į dvi D- ir L-genetines eiles. D-eilei priskiriami

tie enantiomerai, kurių paskutiniojo chiralinio centro (labiausiainutolusio nuo oksogrupės) konfigūracija yra tokia pati, kaip irkonfigūracinio standarto D-glicerolio aldehido. L-eilės enantiomerųpaskutinio asimetrinio C konfigūracija sutampa su L-gliceroliokonfigūracija. Monosacharidų cheminės savybės rodo, kad monosacharidųmolekulės egzistuoja ne tik atvirų, bet ir ciklinių struktūrų pavidalu. Gamtinių disacharidų molekulės sudarytos iš dviejų vienodų arbaskirtingų 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 susidarymopobūdį.• Redukuojantys disacharidai: Redukuojantys disacharidai sudaryti sureagavus vieno monosacharidohemiacetaliniam (glikozidiniam) hidroksilui su kito monosacharidoalkoholiniu hidroksilu (dažniausiai 4 arba 6 padėties). Šio tipodisacharido molekulę sudarančioje vietoje monosacharido liekanoje yralaisva glikozidinė hidroksigrupė, galinti sudaryti tautomerinę pusiausvyrąsu oksogrupe.Todėl jie pasižymi aldozių savybėmis: redukuoja varį irsidabrą iš jų kompleksinių junginių (iš čia ir kilo pavadinimasredukuojantys), lengvai oksiduojasi iki biono rūgščių, dalyvaujamutarotacijoje.Gamtiniai redukuojantys disacharidai yra: maltozė, laktozė ir celobiozėKai kurie žmonės neįsisavina laktozės, kadangi jų organizme trūkstafermento laktazės.Redukuojantys disacharidai dalyvauja beveik visose reakcijose, kuriosbūdingos monosacharidams.• Neredukuojantys disacharidai: Šio tipo disacharidai sudaryti sureagavus abiejų monosacharidųglikozidinėms hidroksigrupėms. Jie neturi laisvos glikozidinėshidroksigrupės, todėl jiems nebūdinga mutarotacija, jie neredukuojaoksidatorių (iš čia kilo pavadinimas neredukuojantys). Gamtinisneredukuojantis disacharidas yra sacharozė.

Polisacharidai (poliglikozidai) yra gamtinės stambiamolekulėsmedžiagos, susidariusios iš daugelio glikozidiniais ryšiais susijungusiųmonosacharido likučių.Polisacharidų molekulės būna linijinės arba šakotos, susidariusios išvienodų arba skirtingų monosacharidų. Pirmosios grupės polisacharidaivadinami homopolisacharidais, o antrosios – heteropolisacharidai.• Homopolisacharidai: Svarbiausi homopolisacharidai yra krakmolas, glikogenas, celiuliozė ir

chitinas.Krakmolas yra augalų rezervinis homopolisacharidas. Krakmolas sudarytas išdviejų homopolisacharidų: amilozės (10-20%) ir amilopektino (80-90%).Amilozės makromolekulės yra linijinės struktūros, beveik nešakotos.Jose D-gliukopiranoziniai likučiai (200-1000) susijungę 1,4-glikozidiniuryšiu.• Heteropolisacharidai: Jų yra jungiamajame audinyje (odoje, kremzlėse, sausgyslėse, sąnariųskystyje, kauluose).

Gliukozė

Gliukozė (C6H12O6) yra balta saldi kristalinė medžiaga, geraitirpsatnti vandenyje. Jos molekules jungia daug vandenilinių jungčių, todėlkaitinama gliukozė nevirsta dujomis, o skyla. Gliukozė turi alkoholiams iraldehidams būdingų ir specifinių savybių. Gliukozė – vertingas maistoproduktas. Vykstant sudėtingiems biocheminiams kitimams, organizmeišsiskiria fotosintezės metu sukaupta energija. Gliukozei oksiduojantis taenergija išsiskiria ir yra suvartojama gyvybiniuose procesuose:

C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O

• Naudojimas: Gliukozė naudojama kaip orgamizmą stiprinanti, gydomoji priemonė, nesorganimas 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 patenkatiesiai iš virškinimo organų ir maitina smegenis, širdį, raumenis.• Cheminės savybės : Gliukozė turi alkoholiams ir aldehidams būdingų ir specifiniųsavybių. Gliukozė rodo „sidabro veidrodžio“ funkciją, taigi joje yraaldehidinė grupė. Redukuojant ją vandeniu ant platinos (20 oCtemperatūroje) susidaro šešiahidroksilis alkoholis C6H14O6. Tai reiškia,kad gliukozė turi šešių anglies atomų skeletą ir penkias hidroksilo grupesprie 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 molekulėjeyra hidroksilo grupių, bet nėra aldehido grupės. Esant mineralinių rūgščiųsacharozė hidrolizuojasi – susidaro gliukozė ir fruktozė. Taip sacharozėsmolekulė 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 augalųvaisiuose ir lapuose.• Gavimas: Sacharozė daugiausia gaunama iš cukrinių runkelių ir cukranendrių. Jąišgaunant nevyksta cheminių kitimų, nes jos ten jau yra, ir ji tikišskiriama 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 skoniokristalai, gerai tirpūs vandenyje. • Cheminės savybės: Svarbiausia sacharozės reakcija – hidrolizė,veikiant mineralinėms rūgštims aukštesnėje temperatūroje.

Krakmolas Krakmolas (C6H10O5)n yra augalų rezervinis polisacharidas. Sintetintikrakmolą gali beveik visos augalų ląstelės, tačiau skirtingais kiekiais irnevienodu intensyvumu. Krakmolas yra gamtinis polimeras, kurio molekulėsyra sudarytos iš atskirų grandžių. Hidrolizuojant krakmolą susidaro tikgliukozė, taigi šios grandys yra gliukozės fragmentai.

[pic]

Mokslininkai nustatė, kad krakmolo makromolekulės susideda iš α gliukozėsciklinių fragmentų.Krakmolas susideda ne tik iš linijinių, bet ir iš šakotos struktūrosmolekulių.• Gavimas: Krakmolas paprastai gaunamas iš bulvių. Jos susmulkinamos,perplaunamos vandeniu ir perpumpuojamos į dideles talpyklas, kuriosenusistovi. Gautas krakmolas dar kartą perplaunamas vandeniu, paliekamasnusistoti 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 kleisterisįdėjus jodo pamėlynuoja. Šildant kleisterį, ši spalva išnyksta, oatšaldžius vėl pasirodo. Ši savybė taikoma nustatant kramolą maistoproduktuose.

Naudota literatūra :1. http://mokslo.centras.lt2. Lietuvos Tarybinė enciklopedija3.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

CH2

CH*

CH2

OHHIH