Класифікація й номенклатура моносахаридов    

Одеський державний медичний університет

Кафедра медичної хімії

Методична розробка

для самостійної роботи для студентів I курсу медичного факультету ОГМУ за курсом «Біологічної й біоорганічної хімії за темою»:

«Вуглеводи.

Структура й хімічні властивості моносахаридів».

Одеса 20__

Тема практичного заняття № 7: «Вуглеводи. Структура й хімічні властивості моносахаридов».

Актуальність теми.

Матеріали теми грають дуже важливу роль при вивченні курсу біоорганічної, біологічної хімії, фармакології.

Вуглеводи входять до складу клітин і тканин всіх рослинних і тварин організмів. По масі вуглеводи становлять основну частину органічної речовини на Землі.

Вуглеводи в живій природі мають велике значення як джерело запасної енергії в метаболических процесах ( у рослинах- крохмаль, у тваринних організмах- глікоген) як структурні компоненти клітинних стінок рослин (целюлоза), бактерій (мурамин), грибів (хітин); як компоненти ряду життєво важливих речовин (нуклеиновых кислот, коферментів, вітамінів). Деякі вуглеводи і їхні похідні є лікарськими засобами.

При всіх процесах життєдіяльності здійснюються складні процеси хімічних перетворень. До складу молекули моносахаридов входять дві функціональні групи - спиртовий гідроксил- і оксо група (альдегідна або кетонная). Більшість хімічних реакцій протікає при участі цих груп. Тому знання реакцій окислювання й відновлення, утворення простих і складних ефірів є необхідним для розуміння процесів, що протікають в організмі. Реакційна здатність полуацетального гідроксилу має ряд особливостей. Умови, при яких іде процес утворення гликозидов і їхній гідроліз, є важливими для розуміння складних метаболических процесів, більш заглиблено вони будуть розглядатися в курсі біохімії.

Ціль заняття

Навчальні цілі.

Студент повинен знати

а) класифікацію моносахаридов;

б) види ізомерії (цикло - оксотаутомерию, оптичну ізомерію);

в) явище муторотации й причини його зухвалі;

г) хімічні реакції моносахаридов при участі гідроксильних груп і оксо -груп;

д) окислювально-відновні реакції, як якісні реакції на альдегідну групу;

е) умова утворення й гідролізу гликозидов, їхня роль в утворенні

ди-і полисахаридов, нуклеиновых кислот;

ж) біологічне значення сложноэфирных призводных моносахаридов і фосфорної кислоти і їх метаболические перетворення.

з) структуру аскорбінової кислоти (вітаміну З).

Студент повинен уміти

а) показати розподіл електронної щільності в молекулі й указати характер реакційних центрів у гідроксильній і оксо-групах;

б) визначати відносну конфігурацію моносахаридов- приналежність до D-D- або L-генетичного ряду;

в) пояснити хімічну основу мутаротації;

г) записати за допомогою хімічних рівнянь процес аномеризации моносахаридов;

д) довести за допомогою відповідних хімічних реакцій присутність гідроксильних груп у молекулах моносахаридов, альдегідної групи в глюкозі, кетонной у фруктозі.

Виховні цілі пов'язані з формуванням у майбутніх лікарів професійної підготовки й наукового світогляду.

Міждисциплінарна інтеграція.

Матеріали теми тісно пов'язані з курсами біоорганічної, біологічної хімії й фармакології. Знання реакційної здатності моносахаридов, як альдегидо- або кетоноспиров, а також полуацеталей, створює основу для розуміння метаболических процесів життєдіяльності людини й механізмів дії лікарських препаратів, удосконалення методів лабораторної діагностики, профілактики й лікування різних захворювань.

4. Зміст заняття

     Структурно-логічна схема   

Матеріали методичного забезпечення.

Контрольні питання

1. Класифікація вуглеводів. Ізомерія. Таутомерные форми моносахаридов. Мутаротація.

2. Хімічні реакції моносахаридов за участю карбонільної групи. Окислювально-відновні реакції як якісні реакції на виявлення альдегідної групи.

3. Утворення гликозидов, їхня роль у побудові олиго- і полисахаридов, нуклеозидов, нуклеотидов і нуклеиновых кислот.

4. Фосфорні ефіри глюкози й фруктози, їхнє значення в метаболических перетвореннях вуглеводів.

5. Аскорбінова кислота як похідне, гексоз, біологічна роль

вітаміну С.

Класифікація й номенклатура моносахаридов    

Сімейство D-Альдоз

Таутомерные форми D-Глюкози

Таутомерные форми D-Фруктози

Хімічні властивості

1. Реакції спиртових гідроксилів

а) Утворення хелатных комплексних з'єднань із Cu(OH)  :

б) утворення простих ефірів:

в) утворення складних ефірів:

Зі сложноэфирных похідних моносахаридов найбільше значення мають ефіри фосфорної кислоти (фосфати). У метаболических перетвореннях вуглеводів велике значення мають фосфати D-Глюкози й D-фруктози.

2. Реакція полуацетального гідроксилу

Утворення гликозидов

3. Реакція окислювання

а) Окислювання в лужному середовищі

У лужному середовищі моносахариды розщеплюються

б) окислювання в кислому й нейтральному середовищі

4. Реакція відновлення

5. Утворення озазонов

Реакція використовується для відкриття цукрів і виділення їхніх сумішей

Похідні моносахаридов

а) дезоксисахароза

б) аминосахара мають основні властивості.

Найважливіші представники:

в) аскорбінова кислота (вітамін З)- водорозчинний вітамін, утримується в цитрусових, ягодах, овочу, молоці, недолік викликає різні захворювання (наприклад, цингу)

Аскорбінова кислота має сильні відбудовні властивості. Процес здійснюється в м'яких умовах і забезпечує деякі ОВР у клітині. 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ Й ВПРАВИ

1. Напишіть структурні формули наступному з'єднанні:

1) - D-Глюкопираноза; 2)  - D-Глюкофураноза; 3) - D-D- фруктопираноза;

4) - D-Галактопираноза; 5) этил-  - D-Глюкопиранозид;

6) мітив -  - D-Глюкофуранозид;

Назвіть наведені з'єднання:

3. Дайте визначення поняттям: «вуглеводи», «моносахариды», «альдозы», «кетозы», «альдопентозы» і «кетогексозы». Приведіть приклади з'єднань і назвіть їх.

4. Напишіть схеми одержання альдогексозы з гексита й альдопентозы.

5. Скільки хиралъных центрів містять молекули глюкози й фруктози у відкритій і циклічній формах? Позначте їх. Розрахуйте, скільки просторових ізомерів можуть мати дані з'єднання.

6. Зберіть шаростержневые моделі пиранозных і фуранозных форм 

D-Глюкози. Укажіть аномерный атом вуглецю, полуацетальный (гликозидный) гідроксил, аксіальні й екваторіальні зв'язки. Яка з форм більше стійка й чому?

7. Яке явище називають мутаротацією? Приведіть схеми

цикло-оксотаутомерных перетворень наступних з'єднань:

1) D-Глюкози; 2) D-Фруктози; 3) D-Галактози; 4) D-Рибозы. Назвіть таутомерные форми.

8. Приведіть формули фуранозных і пиранозных форм D-Маннозы. Укажіть аномерный атом вуглецю. Які з'єднання називають аномерами?

9. Чому алдогексозы не взаємодіють із натрію гідросульфітом і фуксинсернистой кислотою? Напишіть схеми якісних реакцій, що доводять приналежність, D-Маннозы до альдозам.

10. Напишіть схеми реакції, за допомогою коюрых можна довести, що

D-Глюкоза є полиоксиальдегидом, D-Фруктоза - полиоксикетоном.

11. Приведіть схеми реакції, що доводять наявність у молекулі D-Глюкози й D-фруктози: 1) полуацетального гідроксилу;

2) п'яти спиртових гідроксилів; 3) альдегідної й котонной групи.

12. Напишіть схеми окислювання D-Глюкози в нейтральному, кислому й лужному середовищах. Назвіть продукти.

13. Що таке эпимеризация і які з'єднання називають эпимерами?

На прикладі D-Маннозы приведіть карбонильно-ендиольную таутомерію. Чи є D-Фруктоза й D-глюкоза эпимерами? Відповідь поясните.

14. Чому фруктоза вступає в реакцію «серебряною дзеркала»?

Що відбувається із фруктозою в аміачному середовищі і як називається таке перетворення? Приведіть схеми відповідних припинень.

15. Напишіть схеми й начопите продукш реакцій D-Глюкози з наступними реагентами:  

16. Поясните, чи можна за допомогою реакції утворення озазонов відрізнити D-Глюкозу, D-маннозу, D-Фруктозу. Напишіть відповідні схеми хімічних реакцій.

17. Напишіть рівняння реакцій, що дозволяють перетворити D-Фруктозу й наступні з'єднання: 1) D-Маннозу; мітив-  - D-Глюкофуранозид;3) пентаацетил-  - D-Фруктопиранозу.

18. Приведіть схему одержання мітив-  - D-Галактопиранозида з відповідного моносахарида. До якого класу хімічних сполук і до якої групи природних речовин ставиться отримане з'єднання?

19. Дайте визначення поняттю «гликозиды». Приведіть приклади. Укажіть гликозидную зв'язок. Як називають нецукрову частину гликозида?

20. Здійсните схеми хімічних перетворень і назвіть продукти:

Тести

1. Який з моносахаридов не є ізомером глюкози - основного компонента енергетичного обміну в організмі

А. галактоза

В. манноза

С. фруктоза

D. аллоза

*Е. рибоза

2. Рибоза - найбільш важливий представник пентоз, що входять до складу нуклеиновых кислот

 А. проявляє кислотні властивості

*В. легко окисляється реактивом Фелинга

 С. проявляє основні властивості

 D. легко гидролизуется

 Е. дає реакцію дегидрирования

3. Відносна конфігурація моносахаридов (приналежність до D-D- і

 L генетичному ряду) визначається по еталоні, яким є

А. дигидроксиацетон

В. пировиноградная кислота

С. гліцерин

 *D. гліцериновий альдегід Е. глицеро - 3 - фосфат

4. Оптична ізомерія вуглеводів - моноз обумовлена

А. асиметрією кристала

В. утрудненістю обертання по  (сигма) зв'язку

С. наявністю альдегідної або кетонной групи

*D.наявністю асиметричних атомів вуглецю Е. асиметрією молекул

5. Які види таутомерії можуть мати місце в молекулах моносахаридов

 А. аллен - ацетиленова

 В. кето - енальная

*С. цикло - оксо

D. лактам - лактимная

Е. трехуглеродная

6. Скільки оптичних ізомерів буде мати D-D- дезоксирибофураноза

 А. 2

 В. 4

 С. 6

*D. 8

Е. ПРО

7. Укажіть номер атома вуглецю, у якого у фруктозі розташований полуацетальный гідроксил

 А. 1

*В. 2

С. 3

D. 4

Е. 6

8. Укажіть положення полуацетального гідроксилу в маннозе

*А. 1

В. 2

С. 3

D. 4                                            

Е. 6                                           

9. При гідролізі з'єднання ПРО - метилгликозида галактози одним із продуктів гідролізу є

А. глюкоза

В. Фруктоза

С. метоксиметан

*D.метанол

Е. нічого з перерахованого

10.Відмітною реакцією відкриття кетоз є реакція з реактивом

 А. Толленса

*В. Селиванова

 С. Бенедикта

 D. Фелинга

 Е. Сенгера

11. Визначите тип реакції

А. гідроліз глюкози

В. окислювання глюкози

 *С. молочно - кисле шумування глюкози

D. спиртове шумування

Е. відновлення глюкози

12.Продуктами окислювання

• альдегідної

• первинної спиртової

• альдегідної й первинної спиртової

груп моносахаридов є наступні кислоти

*А. гликоновые, гликуроновые й гликаровые

В. гликоновые, гликаровые й гликуроновые

С. гликаровые, гликоновые й гликуроновые

D. гликаровые, гликуроновые й гликоновые

Е. гликуроновые, гликоновые й гликаровые

13.Ксиліт і сорбіт, використовувані як замінники цукру при цукровому діабеті, одержують із D - ксилозы й D - глюкози при

*А. відновлення

В. окислюванні первинної спиртової групи

С. окислювання альдегідної групи

D. окислювання альдегідних і первинної спиртової груп

Е. нічого з перерахованого

Література

 Основна

1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Біоорганічна хімія.

Медицина, 1991-з. 528

1. Губський Ю.Г., Хмелевський Ю.В., Сударикова Л.Г., Усатенко О.К. Біоорганічна хімія.- “Вища школа”, 1997- с. 285

2. Біонеорганічна, фізколоїдна та біоорганічна хімія. Вибрані лекції. За ред. професора Л.О. Гоцуляка. Одеса, 1999. - с. 248

Додаткова:

1. Ластухін Ю.О., Воронов С.А. Органічна хімія. Львів:

Центр Європи, 2001. -.863