Углеводы. Изомерия углеводов

1.

Первый Санкт-Петербургский
государственный медицинский университет
им. акад. И. П. Павлова
Кафедра общей и биоорганической химии
Углеводы
Изомерия углеводов

2.

2
Общая характеристика и
классификация углеводов
—
входят в состав клеток и тканей всех
растительных и животных организмов;
— по массе составляют основную часть
органического вещества на земле (80 %
сухого вещества растений).

3.

Источник углеводов – реакция фотосинтеза
при участии хлорофилла зеленых растений
6СО2
+6Н2О
С6Н12О6
+ 6О2

4.

Углеводы
моносахариды
альдозы
глюкоза
рибоза
2-дезоксирабоза
кетоза
фруктоза
не гидролизуются
олигосахариды
полисахариды
гидролизуются в кислой среде

5.

Моносахариды

6.

Моносахариды – не подвергающиеся гидролизу
углеводы, имеющие в структуре оксо-группу и
более одной гидроксогруппы.
В природе встречаются триозы, тетрозы, пентозы,
гексозы, гептозы.
Например, триозы:
H
альдотриоза
C
O
CHOH
CH2OH
- глицериновый альдегид (2,3дигидроксипропаналь)
CH2OH
C
O
кетотриоза –
дигидроксиацетон (1,3дигидроксипропанон)
CH2OH
6

7.

7
Классификация и изомерия
моносахаридов
I. Статическая изомерия моносахаридов
• Межклассовая (альдозы и кетозы).
• Конфигурационная оптическая.

8.

Межклассовая изомерия
полигидроксиальдегиды
полигидроксикетоны
Альдозы и кетозы,
имеющие одинаковый качественный и количественный состав,
являются структурными межклассовыми изомерами.
8

9.

9
Межклассовые изомеры

10.

10
Асимметрия молекул
Все молекулы углеводов, кроме дигидроксиацетона, имеют в
структуре асимметрический атом (атомы) углерода или
хиральный центр.

11.

Пространственное изображение хиральных молекул
Зеркальное
отображение
исходной
молекулы
Исходная
молекула
Хиральная молекула не
может быть совмещена
с зеркально
отображенной
молекулой – это разные
вещества
11

12.

Проекционные формулы Фишера
• Углеродная цепь располагается
вертикально
• Главная функциональная группа
располагается вверху или ближе к
верхнему краю
• Заместители, связанные с
CH2OH
CH2OH
асимметрическими атомами углерода,
могут располагаться в двух вариантах в
зависимости от оптической
конфигурации асимметрических атомов
конкретных оптических изомеров.
D-глицериновый
альдегид
L-глицериновый
альдегид

13.

Углеводы D-ряда
Наиболее важные пентозы - альдозы
CH2
D-рибоза
2-дезокси-D-рибоза
13

14.

14
I. Конфигурационная оптическая изомерия
Оптическая активность моносахаридов
Оптическая активность — способность среды (кристаллов,
растворов, паров вещества) вызывать вращение плоскости
поляризации проходящего через неё света.
Направление распространения света
Источник света
Обычный
свет
Поляризатор
Плоскополяризованный
свет
Трубка, содержащая
оптически активное
соединение
Поворот плоскости
поляризации
Плоскополяризованный
свет

15.

Виды оптических изомеров
I. Энантиомеры (зеркальные изомеры) – полные оптические антиподы – оптические изомеры,
отличающиеся оптической конфигурацией всех асимметрических атомов углерода (хиральных
центров).
Энантиомеры имеют одинаковые физические свойства (кроме оптической активности),
химические свойства (кроме биологической активности) и одинаковые названия.
*
*
*
*
*
*
*
*
D-глюкоза
L-глюкоза
Рацемическая смесь (рацемат) —эквимолярная смесь двух энантиомеров.
Энантиомеры вращают плоскополяризованный луч света на один и тот же угол, но в разные стороны,
поэтому рацемат оптически неактивен.
15

16.

16
II. Диастереомеры содержат несколько асимметрических атомов, отличаются оптической
конфигурацией не всех асимметрических атомов углерода (хиральных центров). Они имеют
разные физические, а иногда и химические свойства, поэтому всегда разные названия.
Диастереомеры могут принадлежать к одному или к разным рядам.
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
D-глюкоза
D-гулоза
L-галактоза

17.

17
III. Эпимеры – частный случай диастереомеров – отличаются оптической конфигурацией
только одного (любого) асимметрического атома углерода.
*
*
*
*
*
*
*
*
D-глюкоза
D-галактоза

18.

Формула для расчёта числа оптических
стереоизомеров
n
N 2
N — количество стереоизомеров;
n — количество асимметрических атомов углерода (обозначены *)
N 2 2 16
n
4
18

19.

Задание 1
1. Какой атом называется асимметрическим (хиральным
центром)?
2. Как определить принадлежность к ряду? Какая молекула
является конфигурационным стандартом?
3. Напишите формулы всех оптических изомеров 2-дезокси-D-рибозы.
Как рассчитать число оптических изомеров? Какие изомеры
называются «энантиомеры»? Назовите пары энантиомеров.

20.

Задание 1. Ответы.
1. Асимметрическим называется атом в состоянии sp3гибридизации валентных орбиталей, связанный с 4-мя
различными заместителями (обозначается С*).

21.

2. Правило Розанова. Если оптическая конфигурация
асимметрического атома углерода, наиболее удалённого
от оксогруппы, совпадает с оптической конфигурацией
атома углерода в D-глицериновом альдегиде (т.е. в
проекционной формуле Фишера OH-группа расположена
справа), то моносахарид относится к D-ряду, если слева, то
к L-ряду.

22.

Конфигурационный стандарт
D-глицериновый альдегид
L-глицериновый альдегид

23.

Определение принадлежности к ряду определяется согласно
правилу Розанова
Природные моносахариды, как правило, относятся к
D-ряду
23

24.

3. Изомеры 2-дезокси-D-рибозы
N изомеров =2