7. Дія мінеральних кислот.
Характерною властивістю пентоз є те, що при кип’ятінні з розбавленими мінеральними кислотами (H2SO4, HCl), вони втрачають три молекули води, утворюючи циклічний альдегід – фурфурол.
Гексози в цих умовах утворюють гідроксиметилфурфурол, який далі розкладається до левулинової кислоти:
Так відрізняють пентози від гексоз.
8. Реакція алкілювання.
а) при дії спиртів на моносахариди, за рахунок напівацетального гідроксилу, утворюються глікозиди і тому цей гідроксил називають глікозидним.
Глікозиди – кристалічні речовини або сиропи, поширені в природі і мають велике біологічне значення.
В природних глікозидах моносахариди зв’язані з різними складними речовинами (барвники, алкалоїди та ін.) Несахарний компонент, який приймає участь в утворенні глікозиду, називають агліконом, –ОСН3 — аглікон.
На відміну від етерів, глікозиди в кислому середовищі легко гідролізують, але як і ацеталі, вони не гідролізують за наявності лугів.
б) при дії на моносахариди йодистих алкілів можна замінити атом Гідрогену на алкільний залишок не тільки в напівацетальному гідроксилі, але і у всіх інших спиртових групах:
9. Реакція ацилювання.
При дії на моносахариди ангідридів кислот утворюються естери циклічної форми моносахаридів:
10. Утворення сахаратів.
Наявність по сусідству кількох гідроксильних груп збільшує активність їх атомів Гідрогену. Тому, у водних розчинах моносахаридів розчиняються гідроксиди лужноземельних та важких металів, утворюючи алкоголяти, які називають сахаратами.
Заміщення атома Гідрогену найімовірніше відбувається в тих гідроксильних групах, які знаходяться у цис-положенні, тобто по один бік циклу.
11. Бродіння моносахаридів.
Це складний процес розкладання моносахаридів під впливом різних мікроорганізмів або ферментів. Залежно від утвореного кінцевого продукту, бродіння поділяють на різні види. Розглянемо основні з них:
1. Спиртове бродіння:
2. Маслянокисле бродіння відбувається під дією багатьох анаеробних бактерій:
3. Молочнокисле бродіння відбувається при дії бактерій Bacillus Delbrückii:
4. Лимоннокисле бродіння відбувається при дії пліснявих грибів Aspergillus або Citromyces за наявності кисню повітря:
5. Гліцеринове бродіння:
Є також інші види бродіння моносахаридів (бутил-ацетонове і т.д.).
Не всі моносахариди піддаються бродінню однаково. Наприклад, галактоза піддається бродінню важче ніж глюкоза. Процеси бродіння відіграють дуже важливу роль як у харчовій, так і в інших галузях промисловості.
21.2.10. Окремі представники
D(+)Глюкоза, або виноградний цукор, декстроза С6Н12О6.
Глюкоза – одна з альдогексоз, яка найчастіше зустрічається в природі. У великих кількостях вона міститься в рослинах (виноградний сік) і тваринах. У крові людини завжди є від 0,08 до 0,11 % глюкози. Вона є також складовою частиною багатьох полісахаридів, з яких її і добувають.
У промисловості D-глюкозу добувають гідролізом крохмалю за наявності мінеральних кислот. Залежно від довготривалості гідролізу утворюється патока (містить 32 – 40% глюкози) або технічна глюкоза (65 – 99% глюкози). Для медичних цілей глюкозу добувають шляхом перекристалізації технічної глюкози з водних або водно-спиртових розчинів.
Відомі дві кристалічні модифікації D-глюкози. Одна з них – α-глюкоза, являє собою виноградний цукор, кристалізується з води за температури 30°С. Друга — β-глюкоза, її добувають при нагріванні концентрованого розчину протягом кількох годин за температури 110°С, а потім для виділення кристалів розбавляють спиртом. Будови α- і β-глюкоз ми розглядали раніше.
Питоме обертання розчину D-глюкози після завершення мутаротації і встановлення рівноваги між усіма таутомерними формами дорівнює +52, 5°.
D-глюкоза широко використовується як вихідна речовина при добуванні різних речовин шляхом бродіння.
У харчовій промисловості її використовують як замінник тростинного цукру (хоч вона і менш солодка).
При додаванні глюкози до цукру, вона перешкоджає його кристалізації. Це використовують у кондитерському виробництві при одержанні карамелі, помадки, мармеладу та інших солодких виробів.
D(+)Маноза, С6Н12О6.
Маноза зустрічається у природі переважно у вигляді полісахаридів манонів (манани), які містяться в шкарлупі кам’яного горіха, зернах ячменю, пшениці, корінні спаржі, цикорію, морських водоростях, грибах. У вільному стані вона міститься в плодах цитрусових (шкірка апельсину).
При гідролізі полісахаридів манонів одержують D(+)-манозу. Це солодка на смак, кристалічна речовина з Тпл 132°С, добре розчинна у воді. У кристалічному стані вона знаходиться в β-D-манопіранозній формі, питоме обертання [α]20D = -17°. Відома й α-форма питоме обертання [α]20D = +30°, після мутаротації – [α]20D = +14,2°. При її окисненні спочатку утворюється D-манонова кислота, а потім D-манарова кислота, при відновленні – спирт D-маніт.
D(+)Галактоза, С6Н12О6.
У природі галактоза зустрічається у вигляді дисахаридів (молочний цукор) і деяких полісахаридів. Залишки галактози входять до складу біополімерів ганглікозидів. Вони виявлені в нервових вузлах (гангліях) людини і тварин, містяться також у тканинах мозку.
Відомі дві кристалічні модифікації галактози – α- і β-форми. Питоме обертання після мутаротації становить +80,2°.
D(-)Фруктоза, С6Н12О6 (плодовий цукор, фруктовий цукор, левулоза).
Кетогексоза, найбільш важлива з усіх кетоз. Міститься разом із D-глюкозою в багатьох солодких плодах. Суміш однакових кількостей D(-) фруктози і D(+)глюкози становить основну частину (80%) меду. Фруктоза входить до складу дисахариду цукру й полісахариду інуліну, з яких її і добувають. Кристалічна фруктоза являє собою фруктопіранозу. Питоме обертання після мутаротації – -92,4° (-93°).
Пентози С5Н10О5. У вільному стані пентози в природі не зустрічаються, вони поширені у вигляді полісахаридів, які називають пентозанами. Багато пентозанів міститься в деревині (10 – 25 %), соломі, оболонках насіння тощо. При гідролізі, під впливом мінеральних кислот, пентозани розпадаються на пентози:
D(-)Рибоза і дезокси-D-рибоза в природі зустрічаються в зв’язаному вигляді Ν-глікозидів, як складові частини нуклеїнових кислот і нуклеопротеїдів, які є основною частиною ядер живої клітини і тому мають велике фізіологічне значення. Вони містяться в деяких вітамінах і ферментах.
У водних розчинах D-рибоза і дезокси-D-рибоза існують у вигляді альдегідних і циклічних форм:
D(-)Рибоза виділена з цитоплазми дріжджів, де вона міститься у складі нуклеїнової кислоти, а D(-)2-дезоксирибоза міститься у складі тимонуклеїнової кислоти клітинних ядер. Питоме обертання водних розчинів після мутаротації D(-)рибози – [α]20D = -23,7°, а D(-)2-дезоксирибози – [α]20D = -60°.
Добувають D-рибозу епімеризацією D-арабінози.
Арабіноза С5Н10О5.
У природі зустрічається переважно L(+)арабіноза.
Вона входить до складу вишневого клею, цукрового буряка, гуміарабіку, слизів, пектинових речовин та геміцелюлоз у вигляді пентозана арабану, звідки її і добувають кислотним гідролізом – кип’ятінням з сульфатною кислотою. [α]20D = +105,5°. Тпл 160°С.
Ксилоза С5Н10О5.
Поширена в природі в деревному клеї та у вигляді пентозанових полісахаридів (ксилан). Її можна добути нагріванням з кислотами висівок, деревини, соломи, де вона міститься у вигляді пентозанів – ксиланів. Тваринними організмами ксилоза не засвоюється, цей моносахариди також і не зброджується. [α]20D = +18,8°.
Вітамін С, або аскорбінова кислота. Один із важливих вітамінів. Це кристалічна речовина з Тпл 190°С. Вона міститься в лимонах, чорній смородині, апельсинах, шипшині, у свіжій капусті. Відсутність її у їжі людини викликає захворювання на цингу (скорбут), та понижує опір організму при інфекційних захворюваннях.
Кислотні властивості аскорбінової кислоти зумовлені двома енольними гідроксильними групами. З лужними металами вона легко утворює солі.
Аскорбінова кислота – сильний відновник. Сьогодні її добувають із глюкози.