Тема: Хімічні властивості гексози та сахарози.

План

1. Гексози: глюкоза, фруктоза, галактоза, відкриті і циклічні форми, властивості.

2. Сахароза: фізичні і хімічні властивості.

 

Література

1. Черних В.П., Грищенко В. М., Єлисєва Л.І. Органічна хімія: підручник для студентів вищих навчальних закладів I – II рівнів акредитації. К.: Либідь, 2004 – с. 197 – 206.

2. Гурецька В.Л. Органічна хімія. М.: Вища школа, 1999 – с. 192 - 196

 

Питання 1. Гексози: глюкоза, фруктоза, галактоза, відкриті і циклічні форми.

Гексози та їх будова.

В даний час встановлено, що моносахариди існують в двох ізомерних структурних формах: відкриті (атоми карбону утворюють відкритий ланцюг) і циклічний (атоми карбону замкнуті в цикл). Відкрита форма називається так же оксікарбонільною, що пов’язано з наявністю у молекулі моноз оксігрупи (-ОН) та карбонільної групи (-СООН).

Відкрита (ланцюгова) або оксікарбільна форма гексоз.

Гексози в відкритій формі мають прямий ланцюг карбонових атомів з 5 оксігрупами і 1 альдегідной групой (альдогексози або (кето гексози).

Всі вони є ізомерами:

глюкоза манноза галактоза фруктоза

 

Альдогексози – п’ятиатомні спиртоальдегіди, а кетогексози – п’ятиатомні спиртокетони.

Циклічна (полуацетальна) форма гексоз - це перехід із відкритої форми в циклічну. Назва цієї форми «напівацетальна» можна зрозуміти, якщо згадати реакцію утворення напівацеталей при взаємодії альдегіду зі спиртом.

 

R – С + НО – R¹ R - ¹

альдегід напівацеталь

При циклізації легше всього реагує із карбонільною групою гідроксилу, розчищені при 5-м або 4-м атомах карбону. У циклічній формі являється новий гідроксил біля першого атома карбону (виділений шрифтом), його назва напівацетальний або глюкозидний. В реакціях він більш активний, чим інші.

Відкрита форма глюкози циклічна

(напівацетальна)

форма глюкози

 

Якщо будуть реагувати між собою гідроксильні групи при 1-му і 4-му атомі карбону альдогексози, то відповідно утворюється п’ятичленний цикл. Аналогічно альдегідам, у циклічній формі існує кетоза.

 

відкрита циклічна фуранозна форма

форма (полуацетальна) фруктози

фруктози фруктози (фруктофураноза)

 

В кристалічному стані моносахариди знаходяться в циклічних формах, а при розчищенні частково переходять в відкриту форму.

Галактоза

Д (+) – галактоза α- Д (+) - галактопіраноза

Д - галактоза разом із глюкозою входять до складу глікозидів і полісахаридів. Залишки галактози входять до складу складних біополімерів, які виявленні в червоних вузлах людини і тварин і знаходяться також в тканинах мозку, в селезінці і еритроцитах.

Маноза порівняно мало поширена в природі в ячмені, в кірці апельсина.

Д (+) маноза β- Д (+) манопіраноза

 

Питання 2. Сахароза: фізичні і хімічні властивості.

Сахароза (тросниковий або буряковий цукор) С₁₂Н₂₂О₁₁ - самий поширений в природі дисахарид.

Сахароза міститься в плодах, фруктах, соках, кукурудзі. Молекула сахарози побудована із залишків двох різних моносахаридів - глюкози і фруктози. Утворення молекули сахарози можна представити схемою:

 

α- Д -глюкопіраноза β- Д- фруктофураноза сахароза

 

Сахароза не містить ні глікозидного, ні фруктозидного гідроксилу, тому не може окислюватись в звичайних умовах, не має відновлювальних здібностей - не дає реакції срібного дзеркала і якісної реакції з гідроксидом купруму (II). Сахароза не має таутомерних форм.

Контрольні питання

1. Які речовини називаються гексозами? 2. На які групи і по яким признакам діляться вуглеводи?

3. Охарактеризуйте властивості глюкози, фруктози, галактози.

4. Які форми гексоз Вам відомі? Охарактеризуйте їх властивості.

 

Самостійна робота №10

Тема: Дисахариди.

План

1. Цукроподібні дісахариди: сахароза, мальтоза, трегалоза, лактоза.

2. Інверсія сахарози.

3.-Принцип карамелізації, утворення меланоїдів у харчових продуктах при нагріванні.

Література

1. Черних В.П., Грищенко В. М., Єлисєва Л.І. Органічна хімія: підручник для студентів вищих навчальних закладів I – II рівнів акредитації. К.: Либідь, 2004 – с. 207 – 210.

2. Гурецька В.Л. Органічна хімія. М.: Вища школа, 1999 – с. 192 - 196

 

Питання 1. Цукроподібні полісахариди: сахароза, мальтоза, тригалоза, лактоза.

Діози представляють собою такі вуглеводи, які при гідролізі розпадаються на дві молекули моносахаридів. Загальним в їх будові є те, що всі вони представляють собою похідні циклічних форм моносахаридів.

При гідролізі дисахариди розпадаються на два однакових або різних моносахариди. Значить, дисахариди можна розглядати як продукти дегідратації двох молекул моносахаридів, перебігаючи за схемою:

моносахариди моносахариди дисахарид

Усі дисахариди ізомери, так як мають однакову молекулярну формулу. Вони оптично активні і відносяться до право обертаючих ізомерів.

Хімічні властивості дисахаридів визначаються їх будовою. В залежності від будови розрізняють не відновлювальний цукор, який не має в молекулі альдегідної групи і полуацетального гідроксиду і відновлювальний цукор, які містять одну із цих груп.

Трегалоза, або грибний цукор С₁₂Н₂₂О₁₁ знаходиться в низьких і вищих грибах, пекарських дріжджах, водоростях, лишайниках. Складається із залишків двох молекул α-Д- глюкопіранози. Трегалоза, як і сахароза, не має напівацетального гідроксилу, а тому є невідновлюючим дисахаридом.

При гідролізі трегалози утворюються молекули глюкози.

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О 2С₆Н₁₂О₆

трегалоза Д - глюкоза

Лактоза, або молочний цукор С₁₂Н₂₂О₁₁, в коров'ячому молоці міститься 4-5,5% лактози, в жіночому молоці - 5,5-8%. Молекула лактози побудована із залишків двох моносахаридів: α-Д-глюкоперанози і β- Д -галактопіранози. В молекулі лактози є напівацетальний гідроксил. Лактоза дає характерні для альдегідів реакції, окислюється і відновлюється до відновлювального цукру. Під дією ферменту емульсину відбувається гідроліз лактози і вона розщеплюється на молекули глюкози і галактози.

лактоза глюкоза галактоза

Лактоза - кристалічна речовина, погано розчинна в воді, менш солодка, чим сахароза, не гігроскопічна. Лактоза - важлива харчова речовина, особливо для молодих організмів: широко застосовується в дієтичному харчуванні, в виробництві ліків.

Мальтоза, або солодовий цукор С₁₂Н₂₂О₁₁. Мальтоза утворюється в організмі тварин під впливом ферментів, а також при деяких технологічних процесах в бродильній промисловості (винокурні, пивоварні). Вона менш солодка, ніж сахароза (на 35-40%).

Мальтоза представляє собою глюкозид глюкози: залишки двох циклічних форм 2-Д-глюкози зв'язані між собою кисневим містком.

У молекулі мальтози є напівацетальний гідроксил, тому мальтоза, як і лактоза, має таутомерії форми, проявляє властивості, характерні для альдегідної групи (легко окислюється), відноситься до відновлювальних цукрів. При гідролізі мальтоза під дією ферменту мальтози розпадається на молекули глюкози:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О 2С₆Н₁₂О₆

мальтоза глюкоза

Питання 2. Інверсія сахарози.

Сахароза (тросниковий або буряковий цукор) С₁₂Н₂₂О₁₁ - самий поширений в природі дисахарид.

Сахароза міститься в плодах, фруктах, соках, кукурудзі. Молекула сахарози побудована із залишків двох різних моносахаридів - глюкози і фруктози. Утворення молекули сахарози можна представити схемою:

Інверсія, або гідроліз сахарози. При гідролізі під дією ферментів або в кислому середовищі сахароза розщеплюється на моносахариди - глюкозу і фруктозу.

сахароза глюкоза фруктоза

Інверсний цукор (кут обертання -39,5°).

Гідроліз сахарози називають інверсією, а отримана суміш рівних кількостей фруктози і глюкози - інверсним цукром (штучний мед).

Інверсний цукор значно солодший за сахарозу, краще засвоюється організмом людини, затримує кристалізацію сахарози, що дуже цінно в кондитерському виробництві, при варкі варення, приготуванні помадки. Інверсія відбувається при варкі кислих ягід, фруктів, запіканні кислих яблук.

При зберіганні продуктів, що містять інверсний цукор, слід суворо дотримуватись правил збереження, так як вій має велику гігроскопічність, що може призводити до надмірного зволоження продуктів.

В промисловості використовується мальтоза патока.

Хімізм зміни дисахаридів при нагріванні.

Карамелізація цукру - складний процес, пов'язаний із рядом хімічних змін і перетворення цукру, що відбуваються при його нагріванні.

Хімізм карамелізації ще недостатньо вивчений. Він проходить поступово через ряд проміжних реакцій. Спочатку молекули цукру обезвожуються, потім ці зневоднені залишки молекул з'єднуються одна з одною (вступає в реакції полімеризації і поліконденсації) із утворенням більш складних сполук. В подальшому цей процес повторюється знову.

Умови карамелізації не однакові для різного цукру. Сахароза починає карамелізуватися при 160°С, мальтоза - при дуже тривалому нагріванні. Карамелізація лактози відбувається при отриманні пряженого молока. Продукти карамелізації на відміну від цукру - забарвлені речовини. В залежності від умов процесу (температури, тривалості нагрівання) утворюються різні продукти, відрізняються по властивостям, смаку і кольору. При карамелізації цукру утворюється кармелан і кармелен.

Кармелан С₂₄Н₃₆О₁₈ - порошок жовтого кольору із специфічним приємним ароматом і смаком.

Кармелен С₃₆Н₅₀О₂₅ - порошок коричневого кольору, гіркий на смак.

Продукти карамелізації сахарози, відомі в практиці кулінарії під назвою "жженка", використовується для підфарбування деяких страв, наприклад соусів на коричневому бульйоні.

Меланоїдоутворення - взаємодія відновлюючих цукрів з речовинами білкового характеру, з утворенням темнозабарвлених продуктів - мелоноїдів. Процес утворення меленоїдів - складний, повністю ще не вивчений.

Меланоїдоутворення проходить легко при нагріванні цукрів з амінокислотами до 100°С і вище. Воно спостерігається при тепловій обробці продуктів, як тваринного, так і рослинного походження. Меланоїди утворюються в кірочках на поверхні продуктів при їх обжарці, запіканні, придають забарвлення пряженому молоку, бульйонам, визначають темне забарвлення перевареного варення і фруктово-ягідних пюре

Контрольні питання

1. Яка загальна формула дисахаридів?

2. Які вуглеводи можна віднести до дисахаридів?

3. Чому дисахариди відносять до полісахаридів?

4. Які речовини утворюються при гідролізі мальтози, лактози, трегалози, сахарози?

5. Які зміни відбуваються з дисахаридами при високій температурі?

6. Де використовуються процеси карамелізації дисахаридів?

7. У виробництві яких харчових продуктів процес карамелізації небажаний?

 

 

Самостійна робота №12