КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА

Содержание

с.

ВВЕДЕНИЕ

Углеводы являются важным классом природных органических соединений. Значение углеводов определяется той доминирующей ролью, которая отводится им в живых организмах, и сложностью выполняемых ими функций. Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле (до 80 % сухого вещества растений и около 2 % сухого вещества животных организмов составляют углеводы). В живой природе они имеют большое значение как источники энергии в метаболических процессах (в растениях - крахмал, в животных организмах - гликоген); структурные компоненты клеточных стенок растений (целлюлоза); выполняют роль субстратов и регуляторов специфических биохимических процессов, являются составными элементами жизненно важных веществ: нуклеиновых кислот, коферментов, витаминов и др.

Углеводы служат основным компонентом пищи млекопитающих, а человека обеспечивают пищей, одеждой и жилищем. Только растения способны осуществлять полный синтез углеводов путем фотосинтеза, в процессе которого вода и углекислый газ превращаются в углеводы под действием солнечного света как источника энергии. Животные организмы не способны синтезировать углеводы и получают их из растительных источников:

солнечная

энергия

углеводы

В результате фотосинтеза накапливается огромное количество гомополисахаридов - целлюлозы и крахмала. Некоторые растения накапливают углеводы в виде уникального дисахарида - сахарозы, который выделяют в настоящее время в значительных количествах (8.2 × 10⁷ Т/год). В отличии от невозобновляемых запасов органических веществ (нефть, газ, каменный уголь) запасы углеводов восполняются в живой природе ежегодно.

Учитывая тот факт, что две родственные дисциплины “Органическая химия“ и “Биологическая химия“ - имеют большое значение для фундаментальной подготовки специалистов по технологии продовольственных продуктов, преподавателями этих дисциплин осуществляется совместное издание методических пособий по химии и биохимии основных биоорганических соединений: липидов, углеводов, аминокислот и белков.

Ранее изданные (1994 г.) методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей технологии продовольственных продуктов по химии и биохимии липидов с большой пользой применяются студентами всех форм обучения на лабораторных занятиях при изучении обеих дисциплин. Настоящие методические указания открывают первый раздел “ Химия моносахаридов “ по теме “Химия и биохимия углеводов “, в котором излагаемый материал представлен с позиций химика-органика. В последующем планируется издание еще двух разделов по данной теме: “Химия олиго - и полисахаридов” и “Биохимия углеводов”. Последний раздел будет посвящен биологической роли углеводов, их участию в процессах жизнедеятельности и в построении тканей животных и растений, так как углеводы - это прежде всего компоненты живых систем.

Написание подобных методических указаний позволит преподавателям двух родственных дисциплин объединить свои усилия для более качественной подготовки инженеров- технологов пищевых предприятий, сформировать единый подход в изложении материала по этим дисциплинам, выработать единые требования в оценке знаний студентов. Кроме этого, данные методические указания, посвященные важнейшим темам органической и биологической химии, в значительной мере облегчат самостоятельную работу студентов при подготовке к лабораторным занятиям и экзаменам по обеим дисциплинам.

КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА

1.1 Классификация углеводов.

Углеводами (или сахарами) называют группу природных веществ, которые в соответствии с химической классификацией являются полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами либо продуктами их поликонденсации. Впервые термин “ углеводы “ был предложен профессором Дерптского (Тартуского) университета К.Шмидтом в 1884 году, в связи с тем, что первые из известных их представителей имели состав С_n(Н₂О)_m, т. е. их рассматривали как соединения углевода с водой. Например, глюкоза и фруктоза имеют формулу С₆Н₁₂О₆ = 6С×6Н₂О, сахароза (тростниковый сахар) - С₁₂Н₂₂О₁₁ = 12С× 11Н₂О, крахмал целлюлоза - (С₆Н₁₀О₅)_n= (6С× 5Н₂О)_n и т.д.

В настоящее время известно множество углеводов, по составу не соответствующих этой формуле. Однако термин «углеводы» сохранился, хотя не отражает ни состава, ни химической природы этого класса соединений. Втрое название углеводов - (сахара) связано с тем, что многие представители этого класса соединений обладают сладким вкусом, обычный сахар С₁₂Н₂₂О₁₁ входит в их состав.

Углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды (простые сахара) - углеводы, которые не способны гидролизоваться до более простых соединений.

Олигосахариды (низкомолекулярные сахара) - углеводы, которые при гидролизе распадаются на 2-8 моносахарида (“олигос” – по-гречески немногий).

Полисахариды (сложные сахара) - продукты конденсации моносахаридов, они способны гидролизоваться с образованием простых углеводов (от десятков до сотен тысяч молекул моносахаридов).

По химической природе простые сахара делят на а) нейтральные сахара, содержащие только карбонильную и спиртовые группы; б) аминосахара, содержащие кроме этих групп аминогруппу, которая придает этим соединениям основные свойства; в) кислые сахара, содержащие кроме карбонильной и спиртовых групп карбоксильные группы.

Моносахариды, относящиеся к нейтральным сахарам, в большинстве своем имеют состав, соответствующий общей формуле С_nН_2nО_n, т. е. число атомов углерода равно числу атомов кислорода. Однако известны такие моносахариды, у которых число атомов кислорода меньше (например, С_nН_2nО_n-1), чем число атомов углерода в молекуле, т. е. вместо гидроксильной группы в молекуле моносахарида присутствует атом водорода. Такие сахара называют дезоксисахарами.

Моносахариды (монозы) классифицируют по количеству атомов углерода и по характеру карбонильной группы.

По количеству атомов углерода различают триозы - сахара с тремя атомами углерода, тетрозы - с четырьмя, пентозы - с пятью, гексозы - с шестью и т. д. Сахара, содержащие семь и более атомов углерода, называют высшими сахарами.

Моносахариды, содержащие альдегидную группу, называют альдозами, кетонную - кетозами. Часто эти названия объединяют, чтобы одновременно показать и число углеродных атомов, и характер карбонильной группы. Например: глюкоза является альдогексозой, а фруктоза - кетогексозой, простейшей альдотриозой является глицериновый альдегид, а простейшей кетотриозой – дигидроксиацетон:

глицериновый альдегид	дигидроксиацетон

1.2 Номенклатура моносахаридов и их производных

Названия моносахаридов строят в соответствии с их классификацией с окончанием “оза”: альдопентоза, кетогексоза и т. д. Наиболее часто встречающиеся в природе моносахариды имеют тривиальные названия, например, альдопентозы - рибоза, ксилоза, арабиноза, дезоксирибоза, ликсоза; альдогексозы - глюкоза, манноза, галактоза, гулоза, иодоза; кетогексоза – фруктоза.

По номенклатуре ИЮПАК любая альдопентоза имеет название 2,3,4,5 - тетрогидроксипентаналь; альдогексоза - 2,3,4,5,6 - пентагидроксигексаналь; кетопентоза -1,3,4,5 - тетрагидроксипентанон-2; кетогексоза (фруктоза) - 1,3,4,5,6 - пентагидроксигексанон - 2 и т. д. Однако заместительная номенклатура в химии углеводов практически не употребляется и обычно пользуются тривиальными названиями.

От тривиальных названий производят названия дезоксисахаров, аминосахаров, карбоксилсодержащих сахаров. При образовании названий производных сахаров атомы углерода нумеруют, начиная с того конца, к которому ближе карбонильная группа; цифрами указывают положения заместителей; если заместитель связан не с углеродным атомом, то указывают атом, с которым заместитель связан непосредственно. Например:

При окислении альдоз в мягких условиях, например, при действии аммиачного раствора гидроксида серебра [Аg(NH₃)₂OH], образуются кислоты, содержащие карбоксильную группу в первом положении. Их называют альдоновые (гликоновые) кислоты. Окончание “оза” в названии монозы меняют на “оновая кислота”. Окисление концевой первичноспиртовой - СН₂ОН- группы переводит альдозы в уроновые кислоты. Их названия образуют, заменяя окончание “оза” на “уроновая кислота”, при нумерации отсчет ведут от альдегидной, а не от карбоксильной группы.

Кислоты, образующиеся при энергичном окислении альдоз и содержащие две карбоксильные группы в первом и последнем положениях углеродной цепи, называют альдаровыми (окончание “оза” заменяют на “аровая кислота”).