[БЕЗ_ЗВУКА]
[БЕЗ_ЗВУКА] На
прошлой лекции мы познакомились с углеводами.
В этой лекции давайте продолжим рассматривать этот класс соединений и
поговорим немножко о химических свойствах.
Как вы уже знаете, углеводы — это бифункциональные соединения,
которые одновременно содержат карбонильную функцию (то есть являются либо альдегидом,
либо кетоном) и несколько гидроксигрупп,
то есть углевод можно считать многоатомным спиртом.
Соответственно, химические свойства: есть сумма химических свойств,
характерных для альдегидов и для многоатомных спиртов.
Ну, и, конечно же, есть некоторые особенности этого поведения,
которые постараемся рассмотреть в настоящей лекции.
Итак, когда у нас есть спирт и альдегид (это мы с вами рассматривали в лекциях,
посвященных многоатомным спиртам и карбонильным соединениям),
спирты с альдегидами в определенных условиях способны взаимодействовать,
в результате получаются полуацетали либо ацетали.
Углеводы не являются исключением, поскольку у нас есть молекула,
одновременно содержащая подходящие нам функциональные группы.
Соответственно, при определенных условиях молекула может сворачиваться в цикл,
то есть образовывать внутримолекулярный ацеталь, либо,
соответственно, кеталь, и этот процесс может быть обратимым.
Природа позаботилась о том,
чтобы комфортным было образование пяти- либо шестичленных циклов, поскольку
в этом случае угловое напряжение между связями является минимальным, и атомы
находятся в своих комфортных состояниях, соответствующих их гибридизации.
Возможность углевода существовать либо в виде линейной молекулы с карбонильной
группой, либо в виде цикла носит название кольчато-цепной таутомерии.
Например, глюкоза, как один из ярчайших представителей класса углеводов,
в водном растворе в виде линейной молекулы практически не присутствует: доля
процента глюкозы представляет из себя линейную молекулу.
Большая часть...
можно сказать даже «все»...
Вся глюкоза присутствует в виде двух циклических форм,
являющихся альфа- и бета-изомерами, или, как их иногда еще называют,
аномерами, по одному углеродному атому (у нас гидроксильная группа может
располагаться в двух разных позициях,
поскольку реакция образования полуацеталя не является селективной).
Но, тем не менее, это равновесие не мешает глюкозе реагировать как
альдегид в некоторых реакциях.
Например, углеводы (опять же,
давайте рассмотрим все на D-глюкозе) можно восстанавливать.
Хорошим восстановителем для альдегидов является борогидрид натрия.
В результате карбонильная группа восстанавливается в спиртовую,
и из глюкозы мы получаем сорбит — вещество,
которое нашло достаточно широкое применение среди людей, больных диабетом.
Сорбит обладает сладким вкусом, но при этом его можно употреблять в пищу людям,
у которых есть нарушения с углеводным обменом.
Если мы возьмем, например, ксилозу как другого представителя альдоз,
то в результате восстановления (также борогидридом натрия) мы
получим другой полиспирт, который носит название «ксилит»,
который также является компонентом во многих пищевых продуктах
как заменитель обычных углеводов, заменитель сахара.
Углеводы можно окислять, причем спектр окислителей достаточно широк.
Если, опять же, глюкозу окислять азотной кислотой,
то произойдет окисление как карбонильной группы,
так и крайней гидроксильной группы — мы получим глюкаровую кислоту,
представитель полигидроксидикарбоновой кислоты.
Если вовлекать глюкозу в реакции с более мягкими окислителями
(рассмотренные ранее реакция серебряного зеркала и взаимодействие с
гидроксидом меди (II)), то происходит окисление только карбонильной группы,
и мы получаем глюконовую кислоту.
Кстати, это превращение является качественной реакцией
на углеводы, поскольку при взаимодействии с гидроксидом
меди (II) сначала образуется синий раствор, поскольку диол,
содержащий две гидроксильные группы у соседних атомов,
способен образовывать хелат (хелатный комплекс с медью (II) +),
а далее проиходит окисление глюкозы карбонильной группы до карбоксильной,
при этом происходит образование кирпично-красного осадка оксида меди (I).
Также из лекции о диолах мы помним о том,
что вицинальные диолы могут быть окислены с помощью периодат-анионов,
либо иодной кислотой: так называемое иодное расщепление, приводящее к разрыву
связи углерод-углерод и образованию двух карбонильных соединений.
В случае с углеводами эту реакцию можно использовать для установления
числа углеродных атомов в нашем углеводе, поскольку у нас образуется
формальдегид и муравьиная кислота, и по их соотношению можно судить
о количестве карбонильных атомов и атомов с гидроксильной группой.
Углеводы находят применение в различных областях, то есть это не только
пищевая промышленность, но и синтез различных соединений.
Например, промышленно значимый способ получения этилового
спирта — это спиртовое брожение глюкозы.
Ну, этот процесс, в общем-то, еще и в быту используется для получения различных
алкогольсодержащих напитков, известных с древнейших времен.
Из различных углеводов с помощью ферментов либо с помощью
микроорганизмов получаются различные карбоновые и дикарбоновые кислоты.
Так в промышленности, например, получают янтарную кислоту, молочную кислоту,
яблочную кислоту.
Ну, и список этих соединений весьма и весьма длинный.
Далее, многие углеводы входят в состав клеевых композиций,
особенно это относится к олиго- и полисахаридам.
Ну, а высшие углеводы, например, целлюлоза,
являются основой для получения бумаги.
При взаимодействии целлюлозы с сероуглеродом в щелочной среде получается
вискоза, которая далее превращается в вискозное волокно.
Ацилирование глюкозы с помощью уксусного ангидрида приводит к полиацетильному
производному, которое известно в качестве искусственного шелка, то есть волокна,
получаемые из этого полимера, очень похожи на натуральный шелк.
Нитрование же целлюлозы приводит нас к полинитро-полимерам, которые находят
применение в качестве взрывчатых веществ либо веществ, которые быстро сгорают.
При взаимодействии с дымящей азотной кислотой либо смеси
азотной кислоты с серной образуется, например, пироксилин — вещество,
которое используется в пороховых смесях в качестве бездымного пороха.
Ну, а на следующей лекции мы познакомимся с гетероциклами.
