الصيغة الهيكلية للبنتوز. وأهمها البنتوس والسداسي. أسئلة للدراسة الذاتية
السكريات الأحادية هي كربوهيدرات بسيطة، معظمها حلو المذاق، وقابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء. اعتمادًا على عدد ذرات الكربون في الجزيء، يتم تقسيمها إلى ثلاثية، ورباعية، وبنتوسية، وسداسية، وسباعية. نظرًا لاحتواء جزيئات السكريات الأحادية على مجموعات ألدهيد أو كيتون يمكن أن تدخل في تفاعلات الاختزال، فإنها تسمى السكريات المختزلة.
تسمى السكريات الأحادية التي تحتوي على مجموعة ألدهيد عادة بالألدوز. وتشمل أهم ألدوز النبات جليسرالديهيد، إريثروز، الريبوز، الزيلوز، أرابينوز، الجلوكوز، المانوز، والجلاكتوز. تسمى السكريات الأحادية التي تحتوي على مجموعة الكيتون بالكيتوز. وتشمل هذه ثنائي هيدروكسي أسيتون، ريبولوز، زيلولوز، الفركتوز، سيدوهيبتولوز.
تحتوي جميع السكريات الأحادية، باستثناء الديوكسي أسيتون، على ذرات كربون غير متماثلة وبالتالي تشكل أيزومرات مجسمة ذات خصائص بصرية مختلفة. عندما يتم تمرير الضوء المستقطب من خلال محاليل هذه الأيزومرات الفراغية، يتم ملاحظة دوران مستوى استقطاب الضوء إلى اليمين أو اليسار بزاوية محددة بدقة.
ذرة الكربون غير المتماثلة هي تلك التي ترتبط بروابط تساهمية مع أربع مجموعات مختلفة من الذرات. يحتوي جزيء الجليسرالدهيد على ذرة كربون واحدة غير متماثلة (مميزة بعلامة النجمة)، ويحتوي الإريثروز على 2، والريبوز يحتوي على 3، والجلوكوز يحتوي على 4.
جميع السكريات الأحادية التي لها الترتيب المكاني لمجموعة الهيدروجين والهيدروكسيل عند ذرة الكربون غير المتماثلة الأبعد عن مجموعة الألدهيد أو الكيتون (الأخيرة بالترقيم) هي نفسها الموجودة في الجلسرالديهيد الدكستروروتوري، وتصنف على أنها د-عدد من وعند كتابة الصيغ البنائية، تتم الإشارة إلى مجموعة الهيدروكسيل على يمين آخر ذرة كربون غير متماثلة مرقمة (مميزة بعلامة النجمة في الصيغ أدناه). يتم تصنيف السكريات الأحادية الأخرى، التي يكون فيها الاتجاه المكاني لمجموعة الهيدروجين والهيدروكسيل عند ذرة الكربون غير المتماثلة الأخيرة هو نفس اتجاه الجلسرالديهيد الأيسر الدوراني، على أنها لام-عدد من وعند كتابة الصيغ البنائية، يشار إلى مجموعة الهيدروكسيل عند آخر ذرة كربون غير متماثلة مرقمة على اليسار.
في الكائنات الحية يتم تصنيعها في الغالب وتؤدي وظائف بيولوجية. د-أشكال السكريات الأحادية وأقل تواترا ل-نماذج.
السكريات الأحادية التي تحتوي على 5 و 6 ذرات كربون في الجزيء تشكل نصف أسيتال حلقي مستقر في محلول مائي نتيجة للتفاعل الجزيئي لمجموعة ألدهيد أو كيتون مع مجموعة هيدروكسيل، غالبًا ما توجد عند ذرة الكربون الخامسة أو السادسة. في هذه الحالة، تصبح ذرة الكربون في مجموعة الألدهيد أو الكيتون (ذرة الكربون في نصف الأسيتال) غير متماثلة، مما يؤدي إلى ظهور شكلين مجسمين مع اتجاه مكاني متعاكس لمجموعة الهيدروجين والهيدروكسيل.
نظرًا لأن الأشكال الدورية المكونة من ستة أعضاء من السكريات الأحادية هي مشتقات من مركب البيران الحلقي غير المتجانس، فإنها تسمى البيرانوس.تسمى الأشكال الدورية المكونة من خمسة أعضاء من السكريات الأحادية، وهي مشتقات من مركب الفوران الحلقي غير المتجانس،
فايوت فورانوز.
توجد أشكال الألدهيدات من السداسيات في المحاليل المائية في الغالب في شكل بيرانوز، لأن تركيبها المكون من ستة أعضاء أكثر استقرارًا. يوجد الفركتوز في الخلايا النباتية على شكل فورانوز. تنتج البنتوس كلا من أشكال البيرانوز والفورانوز.
.
لكتابة الأشكال الدورية للسكريات الأحادية، تُستخدم عادةً الصيغ الدورية التي اقترحها دبليو هاوورث. في هذه الصيغ، تم تصوير البنية الدورية للبيرانوز على شكل مسدس، حيث تمت الإشارة إلى الخطوط الموجودة في المقدمة بخط أكثر وضوحًا. أعلى وأسفل مستوى الشكل السداسي، تشير مقاطع الخطوط العمودية إلى موقع مجموعات الهيدروجين والهيدروكسيل والجذور الأخرى. ذرات الكربون التي تشكل بنية دائرية لم يتم كتابتها في صيغ هاوورث.
في الفضاء، يمكن أن توجد الأشكال الدورية للسكريات الأحادية في شكل عدة مطابقات. غالبًا ما ينتج هيكل البيرانوز شكلًا على شكل "كرسي" أو "قارب" للجزيء. يعتبر شكل البيرانوز على شكل كرسي أكثر استقرارًا.
غالبًا ما يتم تحقيق شكل الفورانوز للبنتوس في الفضاء على شكل مطابقتين تختلفان في موضع ذرات الكربون الثانية والثالثة:
في التفاعلات مع الأحماض، يمكن أن تشكل السكريات الأحادية، بسبب هيدروكسيل الكحول، استرات، يلعب الكثير منها دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية. استرات حمض الفوسفوريك من السكريات الأحادية المتكونة مع حمض الأرثوفوسفوريك لها أهمية بيولوجية كبيرة بشكل خاص. في جزيئات استرات حمض الفوسفوريك من السكريات الأحادية، يتم اختصار بقايا حمض الأورثوفوسفوريك كـ - (P). غالبًا ما توجد استرات الفوسفات التالية للسكريات الأحادية في التحولات الكيميائية الحيوية.
بسبب تفاعل مجموعة الهيدروكسيل مع ذرة الكربون الهيمياسيتال، فإن السكريات الأحادية قادرة على تكوين مشتقات تسمى جليكوسيدات.يمكن تمثيل الجزء غير الكربوهيدراتي من الجليكوسيد (الجليكون)، المرتبط بذرة الكربون الهيمياسيتال في السكريات الأحادية، بمركبات مختلفة (انظر فصل "الجليكوسيدات"). على سبيل المثال، عندما يتحد جلوكوز b-D مع ألدهيد الفانيلين العطري، يتكون جليكوسيد - جلوكوفانيلين.
الجلوكوفانيلين
يتراكم الكثير من الجلوكوفانيلين في ثمار الفانيليا. عندما يتم تكسير جزيئات الجلوكوفانيلين تحت تأثير الإنزيمات المائية، يتم تشكيل ألدهيد الفانيلين، وهي مادة عطرية تستخدم في صناعات المواد الغذائية والعطور.
عندما يتم تقليل مجموعات الألدهيد والكيتون من السكريات الأحادية، يتم تشكيل كحولات متعددة الهيدرات. يتم اختزال الجلسرالديهيد وثنائي هيدروكسي أسيتون لتكوين كحول ثلاثي الهيدريك - الجلسرين والريبوز والريبولوز - مع تكوين كحول خماسي الهيدريك - الريبيتول والجلوكوز والفركتوز - كحول سداسي الهيدريك - السوربيتول والمانوز - مانيتول والجلاكتوز - الدولسيتول.
الكحولات المتكونة من السكريات الأحادية لها طعم حلو. وهي منتجات استقلابية وسيطة ويمكن أن تتراكم بحرية في بعض النباتات. تم عزل السوربيتول لأول مرة من التوت الروان، ويوجد أيضًا بكثرة في ثمار وأوراق البرقوق، والخوخ، والمشمش، والكرز، والتفاح، والكمثرى.
ويوجد المانيتول بكميات كبيرة في الإفرازات المجففة على جذوع أنواع معينة من أشجار الدردار تسمى "المن". يوجد بكثرة في الفطر والطحالب والبصل والجزر والأناناس وخاصة في الأعشاب البحرية - ما يصل إلى 20٪ من الوزن الجاف. يتم إفراز الدولسيت، مثل المانيتول، على أوراق ولحاء بعض الأشجار.
عندما يتم استبدال مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات السكريات الأحادية بذرات الهيدروجين، يتم تشكيل مشتقات الديوكسي من السكريات، منها 2-ديوكسيريبوز و ل-رامنوس:
الديوكسي ريبوز هو جزء من الديوكسيريبونوكليوتيدات، والتي تُبنى منها جزيئات الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA). ل- الرامنوز هو أحد مكونات العديد من صمغ النباتات والجليكوسيدات، ويوجد بشكل حر في أوراق السماق.
في جزيئات المشتقات الأمينية للسكريات الأحادية، يتم استبدال مجموعة الهيدروكسيل بمجموعة أمينية. الأكثر شهرة في الطبيعة د- الجلوكوزامين و د– الجالاكتوزامين:
الجلوكوزامين هو جزء من بعض السكريات من الفطريات والنباتات، وهو أيضا مكون هيكلي للكيتين في الحشرات والقشريات. الجالاكتوزامين هو مكون هيكلي لبعض الجليكوليبيدات.
يمكن لمجموعات الألدهيد والكحول الأولي (-CH₂OH) من السكريات الأحادية أن تخضع للأكسدة لتكوين الأحماض الكربوكسيلية. نتيجة أكسدة السداسيات تنشأ ثلاثة أنواع من الأحماض: ألدوناسيا، ألداروفاسياو ضررإذا خضعت مجموعات الألدهيدات من السداسيات للأكسدة، فإن الأخيرة تتحول إلى أحماض ألدونيك. على سبيل المثال، يؤدي الجلوكوز إلى ظهور حمض الغلوكونيك، وهو منتج وسيط في تفاعلات دورة البنتوز والفوسفات (انظر الفصل "استقلاب الكربوهيدرات"). مع الأكسدة المتزامنة للألدهيد ومجموعات الكحول الأولية، يتم تشكيل أحماض هيدروكسي ثنائي القاعدة - أحماض الداريك. منتج أكسدة الجلوكوز هو حمض الجلوكاريك، والمانوز هو حمض الماناريك، والجلاكتوز هو حمض الجالاكتريك. أثناء التحولات البيوكيميائية للسكريات الأحادية، يمكن فقط لمجموعة الكحول الأولية أن تخضع للأكسدة، بينما تظل مجموعة الألدهيد دون تغيير، وفي هذه الحالة يحدث تخليق أحماض اليورونيك. نظرًا لأن مجموعة الألدهيد الخاصة بها لا تتأكسد، فهي قادرة على تكوين أشكال دورية.
تلعب أحماض اليورونيك دور المنتجات الوسيطة في تخليق وتحويل السكريات الأحادية وتكون بمثابة الأساس الهيكلي لعدد من السكريات - مواد البكتين والهيميسيلولوز واللثة النباتية.
عندما يتم تسخين السكريات الأحادية مع حمض مركز، فإنها تجفف (تنقسم جزيئات الماء)، ونتيجة لذلك يتحول البنتوز إلى فورفورال، والسداسي إلى هيدروكسي ميثيل فورفورال، والذي عند تكثيفه بالفينول، يعطي منتجات ملونة تستخدم لتحديد القياس اللوني للمركبات. السكريات.
تصنيف
يتم تصنيف السكريات الأحادية (أحادية) حسب عدد ذرات الكربون وطبيعة مجموعة الكربونيل.
بناءً على عدد ذرات الكربون نجد:
- الثلاثيات - السكريات بثلاثة ذرات الكربون,
- رباعيات - مع أربعة،
- بنتوس - مع خمسة،
– سداسيات – مع ستة، الخ.
السكريات الأحادية التي تحتوي على مجموعة ألدهيد تسمى ألدوز، ومجموعة الكيتون تسمى كيتوز. غالبًا ما يتم دمج هذه الأسماء للإشارة في نفس الوقت إلى عدد ذرات الكربون وطبيعة مجموعة الكربونيل. على سبيل المثال: الجلوكوز هو ألدوهكسوز، والفركتوز هو هكسوز كيتوني، وأبسط ألدوتريوز هو جليسرالديهيد، وأبسط كيتوتريوز هو ثنائي هيدروكسي أسيتون:
تسمية السكريات الأحادية
يتم بناء أسماء السكريات الأحادية وفقًا لتصنيفها مع النهاية "ose": ألدوبنتوز، كيتوهيكسوز، إلخ. السكريات الأحادية الأكثر شيوعًا الموجودة في الطبيعة لها أسماء تافهة، على سبيل المثال، ألدوبنتوز - الريبوز، الزيلوز، أرابينوز، ديوكسي ريبوز؛ ألدوهيكسوز - الجلوكوز والجلاكتوز. كيتوهكسوز - الفركتوز.
وفقًا لتسمية IUPAC، يُسمى أي ألدوبنتوز 2،3،4،5 - رباعي هيدروكسي بنتانال؛ ألدوهيكسوز - 2،3،4،5،6 - خماسي هيدروكسي هكسانال؛ كيتوبنتوز -1,3,4,5 - رباعي هيدروكسي بنتانون -2؛ كيتوهيكسوز (الفركتوز) - 1،3،4،5،6 - خماسي هيدروكسي هكسانون - 2، وما إلى ذلك. ومع ذلك، في كيمياء الكربوهيدرات، لا يتم استخدام تسميات الاستبدال عمليا، وعادة ما تستخدم أسماء تافهة.
بناء
لقد استغرق الكيميائيون أكثر من مائة عام لتوضيح التركيب والكيمياء المجسمة للسكريات الأحادية. نتيجة لسنوات عديدة من البحث، وجد أن السكريات الأحادية هي عبارة عن بولي هيدروكسي ألدهيد كيميائيًا أو بولي هيدروكسي كيتون. تحتوي معظم السكريات الأحادية على سلسلة خطية من ذرات الكربون.
الممثلون الأكثر أهمية ونموذجية للسكريات الأحادية هم الجلوكوز (سكر العنب) والفركتوز (سكر الفاكهة). وهي متصاوغة مع بعضها البعض ولها الصيغة الجزيئية C 6 H 12 O 6
لقد تم إثبات بنية السكريات الأحادية من خلال الأبحاث التي أجراها العديد من العلماء. تم إجراء عدد من التفاعلات لتحديد التركيب الخطي للسكريات الأحادية، ووجود مجموعات الألدهيد والكيتون، ومجموعات الهيدروكسيل.
تم إثبات البنية الخطية عن طريق اختزال الجلوكوز إلى 2-يودوهكسان تحت تأثير يوديد الهيدروجين. تم إثبات وجود مجموعة الألدهيد من خلال إضافة حمض الهيدروسيانيك إلى الجلوكوز وكذلك إلى الألدهيدات (Kiliani، 1887):
,
حيث R – C 5 H 11 O 5
بالإضافة إلى ذلك، يعطي الجلوكوز تفاعلات نوعية لمجموعة الألدهيد: "المرآة الفضية" عند تفاعله مع OH ومع سائل التلبيد. وفي كلتا الحالتين، تتأكسد مجموعة الألدهيد إلى مجموعة الكربوكسيل ويتكون حمض الغلوكونيك:
في عام 1869، أثبت أ. أ. كولي أن الجلوكوز يتفاعل مع خمسة جزيئات من أنهيدريد الخل، مكونًا خمس مجموعات إستر، وبالتالي فهو كحول خماسي الهيدريك.
عند اختزال الفركتوز باستخدام يوديد الهيدروجين، فإنه يعطي أيضًا 2-يودوهكسان، مما يثبت تركيبه الخطي.
يمكن إثبات وجود مجموعة الكربونيل من خلال التفاعلات مع حمض الهيدروسيانيك أو هيدروكلوريد الهيدروكسيلامين:
تم إثبات موقع مجموعة الكربونيل في سلسلة الكربون من خلال حقيقة أن أكسدة الفركتوز تحدث مع تمزق سلسلة الكربون وتكوين أحماض الأكساليك والطرطريك:
مثل الجلوكوز، يتفاعل الفركتوز مع خمسة جزيئات من أنهيدريد الخل ليشكل خمس مجموعات إستر، وبالتالي فهو يحتوي على خمس مجموعات هيدروكسيل.
بنتوس: الريبوز وديوكسيريبوز– هي جزء من الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA).
السداسيات:(ج6ح12س6)- الجلوكوز –المصدر الرئيسي للطاقة، بناء أغشية الخلايا، مزيل السموم.
مانوز– تكوين مخاط الجسم.
الجالاكتوز– هو جزء من سكر الحليب (اللاكتوز)، وهو جزء من الجالاكتويدات (السيريبروزيدات – جزء لا يتجزأ من الأنسجة العصبية).
الفركتوز– سكر الفاكهة (مسار تحلل الفركتوز أقصر وأكثر ملاءمة للطاقة من الجلوكوز)، (يعد استر الفركتوز الفوسفور منتجًا وسيطًا مهمًا لإنتاج الطاقة وتخليق الجلوكوز من مكونات غير كربوهيدراتية؛ يوجد الكثير من الفركتوز في السائل المنوي).
بواسطة التركيب الكيميائيالجلوكوز والجلاكتوز هما كحولات ألدهيد. الفركتوز هو كحول كيتوني. توفر الاختلافات في الهيكل خصائص مختلفة(الجلوكوز يقلل المعادن من أكاسيدها. وهذا يضمن وظيفة إزالة السموم من الجلوكوز. يتم امتصاص الفركتوز في الأمعاء أبطأ مرتين من الجلوكوز، ولكن مسار تحلل الفركتوز أقصر ومواتٍ بقوة).
لكن – س – ن
ن – س – أوه
ن – س – أوه
الجلوكوز والفركتوز
خصائص السكريات الأحادية:
1) حلو المذاق، قابل للذوبان في الماء
2) أثناء أكسدة 6 ذرات كربون في مول. تشكل السداسيات أحماض سداسية: من الجلوكوز - حمض الجلوكورونيك، من الجالاكتوز - حمض الجالاكتورونيك.
حمض الجلوكورونيك: بدون التفاعل مع حمض الجلوكورونيك، يكون إفراز الصبغات الصفراوية من الجسم ضعيفًا
أ) ينقل مواد قابلة للذوبان => يعزز إزالة المواد السامة من الجسم: هرمونات الستيرويد غير القابلة للذوبان في الماء، ومنتجات تحلل المواد الطبية؛
ب) جزء من عديدات السكاريد المخاطية (وظيفة وقائية).
3) قد تحتوي على مجموعة أمينية (NH 2) - تتكون السكريات الأمينية من الجلوكوز والجلوكوزامين ومن الجالاكتوز والجلاكتوزامين.
4) يتم تضمين السكريات الأحادية في عملية التمثيل الغذائي فقط في شكل نشط - في شكل استرات الفوسفور. (ز-6ف).
تشكل العديد من السكريات الأحادية سكريات قليلة السكاريد. من بين السكريات قليلة التعدد انتباه خاصتستحق السكريات الثنائية. هذه هي المركبات التي تتكون من جزيئين من السكريات الأحادية.
وأهم السكريات الثنائية.
السكر - قصب (سكر البنجر). يتكون من الفركتوز والجلوكوز. الأكثر حلاوة؛ عندما يتم تكسيره إنزيميًا في جسم النحل، يتم الحصول على العسل. نظرًا لأن مجموعة الألدهيد في السكروز مسدودة، فإن السكروز ليس له خصائص مختزلة.
اللاكتوز - سكر الحليب. يتكون من الجلوكوز والجلاكتوز. هذا هو أهم الكربوهيدرات في الحليب. عند الرضاعة الطبيعية للأطفال حديثي الولادة، فهو المصدر الرئيسي للكربوهيدرات.
المالتوز – سكر الشعير. يتكون من جزيئين من الجلوكوز. ويحدث كمنتج وسيط أثناء انهيار النشا.
أسئلة للدراسة الذاتية.
1) ماذا تسمى الكربوهيدرات؟
2) ما هي وظائف الكربوهيدرات في جسم الإنسان؟
3) كيف يتم تصنيف الكربوهيدرات؟
4) تسمية ممثلي السكريات الأحادية.
5) ما هي أهمية الألدوس والكيتوز في الجسم؟
6) ما هي أهمية البنتوسيس في الجسم؟ الممثلين الرئيسيين.
7) ما هي أهمية السداسيات في جسم الإنسان؟ الممثلين الرئيسيين.
8) أيّ الدور البيولوجيما هو الدور الذي يلعبه المانوز في الجسم؟
9) ما هو الدور الذي تلعبه أحماض الهكسورونيك في جسم الإنسان؟
10) في أي شكل يتم تضمين السكريات الأحادية في عملية التمثيل الغذائي؟
11) كيف يختلف الجلوكوز عن الفركتوز؟
12) ما هي الخصائص الرئيسية للسكريات الأحادية؟
13) كيف يتم تشكيل السكريات قليلة التعدد؟
14) اذكر أهم السكريات الثنائية.
15) لماذا لا يمتلك السكروز خصائص مختزلة؟
16) ما أهمية اللاكتوز؟
أدب V. S. Kamyshnikov ص 521 -522
§ 2. السكريات الأحادية
الايزومرية المكانية
بطريقتها الخاصة الطبيعة الكيميائيةالسكريات الأحادية هي كحولات ألدهيد أو كيتو. ابسط ممثلالسكريات الأحادية، ألدوتريوز، – جليسرالديهيد (2،3-ثنائي هيدروكسي بروبانال).
بالنظر إلى بنية الجليسرالديهيد، يمكن ملاحظة أن الصيغة المعطاة تتوافق مع اثنين من الأيزومرات التي تختلف في البنية المكانية وهي صور مرآة لبعضها البعض:
تسمى الأيزومرات التي لها نفس الصيغة الجزيئية ولكنها تختلف في ترتيب الذرات في الفضاء مكاني،أو المتصاوغات الفراغية. يتم استدعاء اثنين من المتصاوغات الفراغية المرتبطة ببعضها البعض ككائن وصورة معكوسة لا تتطابق معها متصاوغات ضوئية. ويسمى هذا النوع من الأيزومرية المكانية أيضًا بصريالأيزومرية.
يرجع وجود المقابلات الضوئية في الجليسرالديهيد إلى وجودها في جزيئه غير متناظرذرة الكربون، أي. الذرة مرتبطة بأربعة بدائل مختلفة. إذا كان هناك أكثر من مركز حلزوني واحد في الجزيء، فسيتم تحديد عدد الأيزومرات الضوئية بالصيغة 2 n، حيث n هو عدد المراكز اللولبية. في هذه الحالة، تسمى المتصاوغات الفراغية التي ليست متصاوغات متبلورة diastereomers.
لتصوير الأيزومرات الضوئية على مستوى، استخدم توقعات فيشر. عند بناء إسقاطات فيشر، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الذرات أو مجموعات الذرات الواقعة على خط أفقي يجب أن تكون موجهة نحو الراصد، أي. اخرج من مستوى الورقة. الذرات أو مجموعات الذرات الموجودة على خط عمودي، والتي تشكل عادة السلسلة الرئيسية، يتم توجيهها بعيدًا عن المراقب، أي. تجاوز مستوى الورقة. بالنسبة لأيزومرات الجليسرالديهيد التي ندرسها، سيتم تنفيذ توقعات فيشر على النحو التالي:
يتم قبول الجلسرالديهيد كمعيار لتعيين الأيزومرات الضوئية. للقيام بذلك، تم تحديد أحد أيزومراته بالحرف D، والثاني بالحرف L.
البنتوس والسداسي
كما ذكر أعلاه، فإن الألدوبنتوز والألدوهيكسوز هما الأكثر شيوعًا في الطبيعة. بالنظر إلى بنيتها، يمكننا أن نتوصل إلى استنتاج مفاده أن الألدوبنتوز لها 3 مراكز كيرالية (يشار إليها بالنجمة)، وبالتالي تتكون من 8 (2 3) أيزومرات بصرية. تحتوي الألدوهكسوسات على 4 مراكز حلزونية و16 أيزومرًا:
بمقارنة هيكل الأخير من مجموعة الكربونيل للمركز اللولبي للكربوهيدرات مع هيكل D- و L-glyceraldehydes، تنقسم جميع السكريات الأحادية إلى مجموعتين: سلسلة D و L. أهم ممثلي الألدوبنتوز هم D-ribose و D-deoxyribose و D-xylose و L-arabinose و aldohexoses - D-glucose و D-galactose و ketohexoses - D- الفركتوز. وترد أدناه توقعات فيشر للسكريات الأحادية المذكورة ومصادرها الطبيعية.
لا توجد السكريات الأحادية فقط في شكل أشكال مفتوحة (خطية) مذكورة أعلاه، ولكن أيضًا في شكل دورات. وهذان الشكلان (الخطي والدوري) قادران على التحول تلقائيًا إلى بعضهما البعض في المحاليل المائية. توازن ديناميكيبين الايزومرات الهيكلية يسمى توتوميريسم. يحدث تكوين الأشكال الدورية من السكريات الأحادية نتيجة لإضافة إحدى مجموعات الهيدروكسيل إلى مجموعة الكربونيل داخل الجزيئات. الأكثر استقرارًا هي الدورات المكونة من خمسة وستة أعضاء. لذلك، عندما تتشكل أشكال حلقية من الكربوهيدرات، فورانوز(خمسة أعضاء) و البيرانوزدورات (ستة أعضاء). دعونا نفكر في تكوين الأشكال الدورية باستخدام أمثلة الجلوكوز والريبوز.
عندما يتم تدويره، يشكل الجلوكوز في الغالب دورة بيرانوز. تتكون دورة البيرانوز من 5 ذرات كربون وذرة أكسجين واحدة. وعندما تتشكل تشارك في عملية الإضافة مجموعة الهيدروكسيل من ذرة الكربون الخامسة (C5).
وبدلاً من مجموعة الكاربونيل تظهر مجموعة الهيدروكسيل والتي تسمى جليكوسيديكومشتقات المجموعة الجليكوسيدية من الكربوهيدرات – جليكوسيدات. ميزة مكانية أخرى للأشكال الدورية هي تكوين مركز حلزوني جديد (ذرة C 1). تنشأ اثنين من الايزومرات الضوئية، والتي تسمى الشذوذات. يتم تحديد الشذوذ الذي توجد فيه مجموعة الجليكوسيدية بنفس طريقة مجموعة الهيدروكسيل، والتي تحدد علاقة السكاريد الأحادي بالسلسلة D أو L، بالحرف، والشذوذ الآخر بالحرف. غالبًا ما يتم تصوير بنية السكريات الأحادية في شكل دوري في شكل صيغ هاوورث. هذه الصورة تسمح لك أن ترى الترتيب المتبادلذرات الهيدروجين ومجموعات الهيدروكسيل نسبة إلى مستوى الحلقة.
وهكذا يوجد الجلوكوز في المحلول على هيئة ثلاثة أشكال تكون في حالة توازن متحرك، النسبة بينهما تقريبية: 0.025% - شكل خطي، 36% - - و64% - - شكل.
يشكل الريبوز بشكل رئيسي حلقات فورانوز خماسية الأعضاء.
الخواص الكيميائية
يتم تحديد الخواص الكيميائية للسكريات الأحادية من خلال وجود مجموعة الكربونيل وهيدروكسيل الكحول في جزيئاتها. دعونا نلقي نظرة على بعض تفاعلات السكريات الأحادية باستخدام الجلوكوز كمثال.
مثل الكحول متعدد الهيدرات، الجليكول، محلول الجلوكوز يذيب راسب هيدروكسيد النحاس (II) لتكوين مركب معقد.
مجموعة الألدهيد عند الاختزال تشكل الكحولات. عندما ينخفض مستوى الجلوكوز، يتكون كحول سداسي الماء السوربيتول:
السوربيتول له طعم حلو ويستخدم كبديل للسكر. كما يُستخدم الزيليتول، وهو أحد منتجات اختزال الزيلوز، لنفس الغرض.
في تفاعلات الأكسدة، اعتمادًا على طبيعة العامل المؤكسد، يمكن تكوين أحماض أحادية القاعدة (ألدونيك) أو أحماض ثنائية القاعدة (جلوكاريك).
معظم السكريات الأحادية تقلل السكريات. وتتميز بما يلي: رد فعل "المرآة الفضية".
والتفاعل مع سائل فهلنج (اختزال Cu(OH)2 الأزرق إلى CuOH الأصفر ثم البرتقالي Cu2O).
زادت المجموعة الجليكوسيدية من الأشكال الدورية للسكريات الأحادية من تفاعلها. وبالتالي، عند التفاعل مع الكحول، يتم تشكيل الإيثرات - جليكوسيدات. نظرًا لأن الجليكوسيدات تفتقر إلى الهيدروكسيل الجليكوسيدي، فهي غير قادرة على التوتومرية، أي. تشكيل شكل خطي يحتوي على مجموعة ألدهيد. لا تتفاعل الجليكوسيدات مع محلول الأمونيا من أكسيد الفضة وسائل فهلنج. ومع ذلك، في البيئة الحمضية، يتم تحلل الجليكوسيدات بسهولة لتكوين المركبات الأصلية:
تحت تأثير أنظمة الإنزيمات للكائنات الحية الدقيقة، يمكن تحويل السكريات الأحادية إلى أنواع أخرى مختلفة مركبات العضوية. تسمى ردود الفعل هذه التخمير. ومن المعروف على نطاق واسع أن التخمر الكحولي للجلوكوز يؤدي إلى تكوين الكحول الإيثيلي. ومن المعروف أيضا أنواع أخرى من التخمير، على سبيل المثال، حمض اللبنيك، حمض البيوتريك، حامض الستريك، الجلسرين.
