Углеводы. Общая характеристика углеводов

1.

Алехина Е.А.

2.

1. Общая характеристика углеводов
1.1. История появления названия и общая формула класса
1.2. Представители углеводов
1.3. Значение углеводов
1.4. Классификация углеводов
2. Моносахариды
2.1. Номенклатура моносахаридов
2.2. Классификация моносахаридов
2.3. Изомерия и строение моносахаридов
2.4. Получение и свойства моносахаридов
3. Дисахариды
3.1. Классификация и отдельные представители
3.2. Строение и свойства дисахаридов
4. Полисахариды
4.1. Классификация и отдельные представители
4.2. Строение и свойства полисахаридов
5. Биологическая роль углеводов
Алехина Е.А.

3.

Состав:
С, Н, О
Общая формула:
CmH2nOn или Cm(H2O)n
В прошлом столетии углеводы
рассматривали как «гидраты
углерода»
Карл Эрнест Генрих
Шмидт
(1822-1894)
Русское название «углеводы»
предложено К. Шмидтом (1844)
Алехина Е.А.

4.

виноградный
сахар (глюкоза),
свекловичный или
тростниковый
сахар (сахароза),
крахмал,
животный
крахмал
(гликоген),
целлюлоза и др.
Алехина Е.А.

5.

До 90 % сухого
вещества
растений
20-30 %
микроорганизмов
Алехина Е.А.
Около 2 % сухого
вещества животных
организмов

6.

В растениях углеводы
образуются в
результате процесса
фотосинтеза из СО2 и
воды с участием
солнечной энергии и
хлорофилла
6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2
Алехина Е.А.

7.

Углеводы входят
в состав
нуклеиновых
кислот
Алехина Е.А.

8.

CHO
H
HO
H
H
OH
H
OH
OH
CH2OH
Алехина Е.А.

9.

Алехина Е.А.

10.

H
HOHO
HO
H
CHO
H
HO
OH
H
H
OH
H
OH
CH2OH
Алехина Е.А.
H
O
OH
H
H
OH

11.

сложные органические вещества, состоящие из
С, Н, О, большинство из которых соответствует
формуле СnН2nОn, где n > 3.
CHO
HO
H
HO
H
H
H
OH
OH
CH2OH
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
Алехина Е.А.
HO
H
H
H
CHO
H
OH
OH
OH
CH2OH

12.

CHO
CHO
Моносахариды обычно
имеют названия с
суффиксом – оза.
В составе названия
может присутствовать
приставка дезокси-, что
означает «без
гидроксила», т.е в
моносахариде
отсутствует ОН-группа
Алехина Е.А.
HO
H
H
H
H
OH
OH
OH
CH2OH
H
HO
OH
H
H
OH
H
OH
CH2OH

13.

H
H
H
H
Алехина Е.А.
CHO
OH
OH
OH
OH
CH2OH

14.

CHO
H
HO
OH
H
H
H
OH
OH
CH2OH
Алехина Е.А.

15.

Конфигурация - расположение заместителей
(атомов или атомных групп) в пространстве
вокруг стерических центров (двойных связей,
циклов или элемента хиральности).
Хиральность - способность соединений
существовать в виде пары несовместимых
между собой зеркальных изомеров. Если
молекула не имеет ни оси, ни центра симметрии,
то она хиральна.
Хиральный центр - обычно атом с четырьмя
различными заместителями (асимметрический).
Алехина Е.А.

16.

Для обозначения пространственного строения (конфигурации)
каждого из стереоизомеров углеводы по предложению М.А. Розанова
разделяют на 2 ряда: L-ряд и D-ряд.
Алехина Е.А.

17.

CHO
CHO
H
H
H
OH
OH
OH
CH2OH
D-глицериновый
альдегид
CH2OH
D-треоза
D-эритроза
CHO
HO
H
H
OH
CHO
H
OH
H
H
OH
OH
H
CH2OH
D-рибоза
H
H
H
H
CHO
CHO
H
OH HO
H
OH
OH
H
OH
OH
H
OH
OH
CH2OH
CH2OH
D-аллоза
D-альтроза
OH
CH2OH
H
CHO
CHO
OH HO
H
H
HO
H
OH
H
OH
OH
H
OH
CH2OH
CH2OH
D-глюкоза
OH
CH2OH
CH2OH
D-ксилоза
D-арабиноза
H
HO
H
H
CHO
HO
H
HO
H
H
OH
CHO
H
OH
HO
H
CHO
H
H
HO
H
D-манноза
Алехина Е.А.
OH HO
OH H
D-ликсоза
CHO
H
H
OH HO
HO
H
H
OH
H HO
OH H
CH2OH
CH2OH
D-гулоза
D-идоза
CHO
CHO
OH HO
H
H
HO
H
H
HO
H
OH
H
OH
CH2OH
CH2OH
D-галактоза
D-талоза

18.

Алехина Е.А.

19.

Количество диастереомеров можно
рассчитать по формуле:
где N - число изомеров,
n - количество асимметрических атомов
углерода
Алехина Е.А.

20.

(зеркальная изомерия, оптическая изомерия)
Рацематы
Асимметрический атом углерода
Алехина Е.А.

21.

CHO
CHO
H
HO
OH
H
HO
HO
H
H
OH
OH
H
H
H
H
OH
OH
CH2OH
CH2OH
Алехина Е.А.

22.

А. Колли 1870 г.
Б. Толленс 1883 г.
У. Хеуорс в 1925-1930 гг.
У. Хеуорс предложил называть
моносахариды с пятичленным циклом
фуранозами, а с шестичленным –
пиранозами.
Алехина Е.А.

23.

Алехина Е.А.

24.

β-D-глюкопираноза
α D-глюкопираноза
α-
Алехина Е.А.

25.

CH2OH
H
H
OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
H
OH
H
α D-фруктофураноза
α-
OH
CH2OH
OH
H
OH
O
H
β-D-фруктофураноза
Алехина Е.А.

26.

CH2OH
H
CH2OH
H
O
H
OH
H
H
OH
OH
H
OH
H
OH
α
α-D-рибофураноза
OH
O
H
β-D-рибофураноза
Алехина Е.А.

27.

Алехина Е.А.

28.

Алехина Е.А.

29.

D-рибоза
D-аллоновая
кислота
D-аллонитрил
D-альтроновая
кислота
D-альтронитрил
D-аллоза
D-альтроза
Алехина Е.А.
лактон D-аллоновой
кислоты
лактон D-альтроновой
кислоты

30.

D-галактоза
оксим D-галактозы
оксинитрил
D-ликсоза
Ас- – это СН3-С –
О
Алехина Е.А.

31.

Мягкими окислителями
D-сорбит
D-глюкоза
Алехина Е.А.
L-гулоза

32.

При ферментативном окислении
D-сорбит
L-сорбоза
Алехина Е.А.

33.

Бесцветные кристаллические вещества.
Хорошо растворимы в воде, плохо
растворимы в спирте, не растворимы в
эфире.
Большинство моносахаридов имеют
сладкий вкус. Сладость их весьма
различна.
Растворы моносахаридов обладают
оптической активностью.
Алехина Е.А.

34.

Алехина Е.А.

35.

Алехина Е.А.

36.

фурфурол
пентоза
α-оксиметилфурфурол
гексоза
Алехина Е.А.

37.

α-D-глюкопираноза
комплексный
α-D-глюкопиранозат меди (II)
Алехина Е.А.

38.

D-глюкоза
комплексный D-глюкозат меди (II)
Алехина Е.А.

39.

D-глюкоза
α-D-глюкопираноза
α-D-глюкопиранозат
кальция
Алехина Е.А.

40.

α-D-глюкопираноза
N-этил-α-D-глюкопиранозиламин
Алехина Е.А.

41.

α-D-глюкопираноза
Метилβ-D-глюкопиранозид
Алехина Е.А.
Метилα-D-глюкопиранозид

42.

α-D-глюкопираноза
Метил-2,3,4,6тетраметил- α-Dглюкопиранозид
Алехина Е.А.
2,3,4,6тетраметил-α-Dглюкопираноза

43.

α-D-глюкопираноза
пентаацетилα-D-глюкопиранозид
Ас – это СН3-С –
О
β-D-глюкопираноза
пентаацетилβ-D-глюкопиранозид
Алехина Е.А.

44.

+ 5Н2О
+ 5NaCl
α-D-глюкопираноза
пентабензоилα-D-глюкопиранозид
Ph – это С6Н5С –
О
Алехина Е.А.

45.

Алехина Е.А.

46.

гидроксиламиноN-α,D-глюкопиранозид
D-глюкоза
оксим
D-глюкозы
гидроксиламиноN- β,D-глюкопиранозид
Алехина Е.А.

47.

моноза
фенилгидразон
фенилгидразон
озазон
Алехина Е.А.

48.

D-глюкоза
D-фруктоза
озазон
D-манноза
Общий озазон
D-фруктозы,
D-глюкозы и
D-маннозы
Алехина Е.А.

49.

Алехина Е.А.

50.

- отличительное свойство моносахаридов,
характеризующиеся способностью вступать в
анаэробное расщепление под влиянием
микроорганизмов или выделенных из них
ферментов
Спиртовое брожение
C6H12O6
Ф: зимаза
2C2H5OН + 2СО2
Алехина Е.А.

51.

Уксуснокислое брожение
C6H12O6
C2H5OН
Ф: алкогольоксидаза
СН3СООН + Н2О
«винный
уксус»
Алехина Е.А.

52.

Молочнокислое брожение
1.Ферментативное брожение (Lactobacillus clebruckii)
C6H12O6
Ф.
2CH3-С-СООН
2СН3-СН-СООН
О
ОН
2.Ферментативное брожение (Bacterium lactis aerogenes)
C6H12O6
Ф.
CН3СН(OН)СООН + СН3СООН + С2Н5ОН + СО2…
Алехина Е.А.

53.

Лимоннокислое брожение
СООН
C6H12O6
Ф.
НООС-CH2-С-СН2-СООН
ОН
Маслянокислое брожение
C6H12O6
Ф.
С3Н7СООН + CO2 + Н2
Алехина Е.А.

54.

_
Br2/H2O
Реактив
Толленса
Реактив
Фелинга
Реактив
Троммера
Алехина Е.А.
HNO3
IO4
(CH3COO)4Pb

55.

D-глюконовая
кислота
D-глюкоза
Алехина Е.А.

56.

D-глюкоза
D-глюкосахарная
кислота
D-глюконовая
кислота
Можно осуществлять окисление моносахаридов с сохранением
альдегидной группы до уроновых кислот
α-D-глюкопираноза
метил- α-D-глюкопиранозид
D-глюкуроновая к-та
Алехина Е.А.
метил- α-D-глюкоуронид

57.

Расщепление углеводов осуществляется при
действии перйодат иона или тетраацетата свинца
1)
2)
Алехина Е.А.

58.

D-глюкоза
D-фруктоза
D-сорбит
D-фруктоза
D-маннит
D-манноза
Алехина Е.А.

59.

D-маннит
D-сорбит
Алехина Е.А.

60.

1. Na/Hg в H2SO4 разб.
2. NaBH4 в H2O
3. H2/Ni, Pt, Pd
Алехина Е.А.

61.

Алехина Е.А.

62.

сложные сахароподобные
углеводы, состоящие из
нескольких (2-10) остатков
моносахаридов
Алехина Е.А.

63.

сложные углеводы, состоящие
из двух остатков молекул
моносахаридов
Алехина Е.А.

64.

Мальтоза
Сахароза
Целлобиоза
Трегалоза
Лактоза
Алехина Е.А.

65.

Кристаллические вещества.
Имеют сладкий вкус.
Хорошо растворимы в воде,
образуют истинные растворы.
Алехина Е.А.

66.

Алехина Е.А.

67.

Алехина Е.А.

68.

C12H22O11 + H2O = C6H12O6 + C6H12O6
Сахароза
Глюкоза
Фруктоза
Гидролиз сахарозы называется инверсией
Алехина Е.А.

69.

Характе
ристики
Мутаротация
Инверсия
Опреде- Установление
равновесия
между
ление
или
ферментативный
таутомерного Кислотный
олигосахаридов
до
ациклическими гидролиз
альдозой или кетозой, находящимися в моносахаридов
фуранозной и пиранозной формах
Процесс
Физический процесс
Сущност
ь
Установление
равновесия
между Превращение одного
разными формами существования другие соединения
одного вещества
Оптич.
актив-ть
Изменяется угол вращения плоскости Изменяется угол и направление
вращения плоскости поляризованного
поляризованного луча света
луча света
П
Р
И
М
Е
Р
Физико-химический процесс
+ 112,2º → + 52,7º ← + 18,7º
+ 66,5º →
α,D- Смесь таутомеров
β,Dглюко- (α,D – 36 %,
глюкопираноза β,D – 64 %) пираноза
сахароза
«+»
+ 52,2º
вещества
в
– 92º
глюкоза фруктоза
→
«–»

70.

Аналогичны химическим свойствам
моносахаридов
Алехина Е.А.

71.

Мальтоза
или
α-D- глюкопиранозил-(1,4)α-D-глюкопираноза
α-D- глюкопиранозил-(1,4)-α-DN-этилглюкопиранозиламин
Алехина Е.А.

72.

Мальтоза
или
α-D- глюкопиранозил-(1,4)α-D-глюкопираноза
α-D- глюкопиранозил-(1,4)-α-Dацилглюкопиранозил
Ас2О – это СН3С –
О
Алехина Е.А.

73.

Мальтоза
или
α-D- глюкопиранозил-(1,4)α-D-глюкопираноза
α-D- глюкопиранозил-(1,4)-α-Dметилглюкопиранозил
Алехина Е.А.

74.

Алехина Е.А.

75.

Алехина Е.А.

76.

Мальтоза
Целлобиоза
Лактоза
Алехина Е.А.

77.

Окисление
реактивом Толленса
реактивом Фелинга
Реактивом Троммера
Мальтоза
Мальтоза
Мальтобионовая кислота
Алехина Е.А.

78.

- сложные
высокомолекулярные углеводы,
состоящие более чем из 10
остатков моносахаридов
Алехина Е.А.

79.

Алехина Е.А.

80.

Аморфная структура.
Отсутствие сладкого вкуса.
Плохо или вообще не
растворимы в воде, образуют
коллоидные растворы.
Алехина Е.А.

81.

Связь 1- 4 и 1-6
Связь 1- 4
Алехина Е.А.

82.

Показатели
Фракции крахмала
амилоза
амилопектин
Связь
α -1,4-гликозидная
α -1,4-гликозидная;
α -1,6-гликозидная
Строение
линейное
разветвленное
Степень
полимеризации
До 2,46x103
Более 1,23x105
Молекулярная
масса, а.е.м.
От 104 до 40х104
Более 20х106
Окраска с
йодом
Темно-синий
раствор
Темно-фиолетовый
раствор
Формула
Алехина Е.А.

83.

«Животный крахмал»
Образуется в печени и мышцах животных и
играет большую роль в обмене углеводов.
По строению похож на амилопектин.
Алехина Е.А.

84.

Главная составная часть растений
Алехина Е.А.

85.

Содержится во многих видах соединительной ткани,
суставной жидкости, некоторых микроорганизмах.
Помогает сохранить влагу в глубоких слоях кожи
Алехина Е.А.

86.

Гепарин содержится в печени, мышцах, легких.
Гепарин относится к препаратам, препятствующим
свертываемости крови. Выпускается гепарин в виде жидкости
для инъекций и форм для наружного использования.
Алехина Е.А.

87.

Алехина Е.А.

88.

Алехина Е.А.

89.

[C6H10O5]n + nH2O = nC6H12O6
Крахмал
Глюкоза
n
Алехина Е.А.
n

90.

Гидролиз полисахаридов протекает ступенчато
Стадии гидролиза крахмала:
Крахмал
Растворимый
крахмал
Декстрины
Алехина Е.А.
Мальтоза
Глюкоза

91.

Алехина Е.А.

92.

Фрагмент молекулы
динитрата целлюлозы
(коллоксилина)
Фрагмент
молекулы целлюлозы
Пироксилин (тринитрат целлюлозы) – взрывчатое вещество.
6[C6H7O2(ONO2)3]n
t
6СО2 + 6СО + 4Н2О + 3N2 + 3Н2
Коллоксилин не является взрывчатым веществом
Алехина Е.А.

93.

Фрагмент молекулы целлюлозы
Ацетатное волокно идет
на изготовление атласа,
тафты, парчи и др.
Фрагмент молекулы
триацетата целлюлозы
Ас – это СН3С –
О
Алехина Е.А.

94.

Крахмал и гликоген образуют окрашенные
комплексы с йодом.
Линейная фракция крахмала (амилоза) образует с
йодом комплексы темно-синего цвета, а фракция
амилопектина, имеющего разветвленное строение
дает комплексы темно-фиолетового цвета.
цвета
Окраска с йодом растворов гликогена зависит от
вида животного и других условий. Она может
меняться от темно-красной до красно-бурой.
красно-бурой
Алехина Е.А.

95.

Функции углеводов;
Суточная потребность;
Источники углеводов.
Алехина Е.А.

96.

энергетическая
строительная
жирообменная
Алехина Е.А.

97.

Минимальное количество углеводов в
суточном рационе не должно быть ниже 50-60 г.
Оптимально потребление углеводов в
количестве 50-65 % суточной энергетической
ценности рациона.
Для взрослых людей – 6-8 г на 1 кг массы
тела в зависимости от пола и характера
интенсивности труда.
Алехина Е.А.

98.

Алехина Е.А.

99.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ким А.М. Органическая химия. – Новосибирск: Сиб. унив. издво, 2004. – 842 с.
Органическая химия / Под ред. Н.А. Тюкавкиной. – М.: Дрофа,
2003. – 560 с.
Перекалин В.В. и др. Органическая химия. – М.: Просвещение,
– М., 1982. – 560 с.
Степаненко Б.Н. Курс органической химии. В 2-х т. – М.:
Высшая школа, 1981.
Травень В.Ф. Органическая химия. В 2-х т. – М.: ИКЦ
«Академкнига», 2005.
Шабаров Ю.С. Органическая химия. В 2-х т. – М.: Химия, 1996.
Алехина Е.А.