NR 2 H 2 Az ammónium-karboxilátot hevítve, vízkilépéssel amid keletkezik:
11.19.2. Egyszerűbb képviselők és elnevezésük CHO
Szacharidokat mesterséges úton bonyolult, többlépéses szintézisekkel lehet előállítani, az élő szervezetekben pedig enzimkatalizált reakciókban keletkeznek szacharidok. Egyszerű cukrok előállíthatóak összetett szacharidok (oligo- és poliszacharidok) hidrolízisével.
11.19.4. Szerkezet
A legtöbb monoszacharidban több királis szénatom is található. A térizomerek száma kiszámítható a 2n képlettel, ha n a királis szénatomok száma, ám az izomerek közül csak kevés fordul elő a természetben.
Relatív konfiguráció
Ha az oxocsoporttól legtávolabbi királis szénatom térbeli elrendeződése megegyezik D -glicerin-aldehidével, akkor D-betűvel jelöljük a konfigurációt, ha nem, akkor L-lel. Az L- és D-izomerek egymás tükörképei.
Például a glükózok konfigurációja:
D-glicerin-aldehid D-glükóz L-glicerin-aldehid L-glükóz Az élővilágban elsősorban a D-sorba tartozó szénhidrátok terjedtek el.
Gyűrűs szerkezetek kialakulása
Mint az oxovegyületek addíciós reakcióinál láttuk, oxovegyületekből alkoholokkal egyensúlyi reakcióban hidroxi-éterek keletkezhetnek:
R
Ehhez hasonló reakció végbemehet egyszerű cukrok esetén is: ebben az esetben gyűrű képződik (intramolekuláris reakció). Rendszerint öt- és hattagú gyűrűk keletkeznek, melyek egy oxigénatomot tartalmaznak.
Például a glükóz hattagú gyűrűs szerkezetének kialakulása esetén az 5. szénatom hidroxilcsoportja és a karbonilcsoport között jön létre éterkötés:
1CHO
Vizes oldatban egyensúly áll be a nyílt láncú és a gyűrűs szerkezetek között (ezt a folyamatot mutarotációnak nevezzük). A glikozidos hidroxilcsoport (zölddel jelölve) kétféle helyzetű lehet: ha ekvatoriális helyzetű -D-glükózról (kb. 63%), ha axiális helyzetű -D-glükózról (kb. 36%) beszélünk.
A nyílt láncú forma csak 1% alatti részarányban van jelen.
Más cukrok esetén is keletkezik gyűrűs forma, de például a fruktóz esetén ez öttagú. Az 5.
szénatom hidroxilcsoportjából alakul ki az éterkötés, míg az oxocsoportból a glikozidos hidroxilcsoport.
11.19.5. Fizikai tulajdonságok
A monoszacharidok fehér színű, poláris, kristályos vegyületek, édes ízűek, vízben jól, éterben rosszul oldódnak. Molekuláik közt az erős hidrogénkötések hatnak, emiatt szilárdak, a hidroxilcsoportok biztosítják a vízoldhatóságot.
11.19.6. Kémiai tulajdonságok és reaktivitás
a) Oxidáció
Enyhe oxidálószerek hatására az aldehidcsoport karboxilcsoporttá oxidálódik. Például brómosvíz hatására:
Erélyes oxidáció hatására (például salétromsavval oxidálva) a hidroximetil-csoport is oxidálódik:
CHO
CH2OH
COOH
COOH erélyes
oxidáció
A redukáló aldehidcsoportot tartalmazó aldózok adják az ezüsttükör- és Fehling-reakciókat. A ketózok is adják ezeket a próbákat, mert lúgos közegben aldózokká képesek izomerizálódni (például fruktózból glükóz lesz) és így pozitív lesz a próba.
Élő szervezetekben a cukrok szén-dioxiddá és vízzé „égnek el”:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O b) Redukció
Az aldehid- és ketoncsoport redukciójával hidroxilcsoport keletkezik. Tehát a cukrok redukciójával polihidroxivegyületek (polialkoholok) keletkeznek:
CHO
CH2OH
CH2OH
CH2OH redukció
c) Dehidratáció
Vízelvonó szerek (például töménye kénsav) hatására a cukrok elszenesednek:
C6H12O6 6 C + 6 H2O cc. H2SO4
11.19.7. Legfontosabb képviselők
Monoszacharidok
D-glükóz (szőlőcukor, burgonyacukor, C6H12O6)
11.19.7.1. animáció: A glükóz térszerkezete
Fehér, édes ízű, vízben oldódó szilárd anyag. Redukálócukor, adja az ezüsttükör- és Fehling-próbát. Édes gyümölcsben, mézben található. A vér cukorszintjét az inzulin (a hasnyálmirigy hormonja) szabályozza. A szervezet a felesleges szőlőcukrot glikogén formájában a májban és az
izomban raktározza el. Gyorsan elég a szervezetben, gyors energiatermelése miatt sportolók, vizsgázók szívesen fogyasztják.
A glükóz a növényekben keletkezik a fotoszintézis útján:
C6H12O6 + 6 O2 CO2
6 + 6 H2O
A növényekben tovább alakul összetett szénhidrátokká, például keményítővé, cellulózzá. Az emberi és állati szervezet a felvett összetett szénhidrátokat enzimek hatására lebontja szőlőcukorrá, esetleg elégeti:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O Az alkoholos erjedés során a szőlőcukorból etil-alkohol keletkezik:
CH2 OH
C6H12O6 2 H3C + 2 CO2 D-fruktóz (gyümölcscukor, C6H12O6)
11.19.7.2. animáció: A fruktóz térszerkezete
Fehér, nagyon édes, vízben oldódó, nehezen kristályosodó szilárd anyag. A szervezetben a glükóznál gyorsabban ég el, csökkenti a pulzusszámot, növeli a vérnyomást. Előfordul gyümölcsökben, paradicsomban, mézben.
Diszacharidok
A szervezetben enzim hatására keletkeznek két monoszacharidból, víz kilépésével, éterkötés kialakulásával. Savas hidrolízis során visszaalakulnak monoszachariddokká. Fehér színű, édes ízű, szilárd halmazállapotú anyagok, víz jól oldódnak.
Szacharóz (répa- vagy nádcukor, C12H22O11)
11.19.7.3. animáció: A szacharóz térszerkezete
-D-glükózból és -D-fruktózból keletkezik vízkilépéssel, 1–2 kapcsolattal (a glükóz 1. és fruktóz 2. szénatomjáról történik a víz kilépése). Vizes oldatban egyik gyűrű sem tud felszakadni, oxocsoporttá alakulni, így a szacharóz nem redukál, nem adja az ezüsttükör- és Fehling-próbát. Csak savas főzés, hidrolízis után redukál, és adja az ezüsttükör- és Fehling-próbát, mert visszaalakul glükózzá és fruktózzá:
HO
Cukorrépából (15–18% cukortartalmú) és cukornádból vonják ki. A méz mintegy 20% vizet, 1–10%
szacharózt és 70–80% invertcukrot tartalmaz, mely 1:1 arányú elegye a glükóznak és a fruktóznak. A konzerv-, szesz- és élelmiszeripar használja.
Poliszacharidok Keményítő
Alapegysége: -D-glükóz molekulákból épül fel 1–4 kapcsolódással, ezért nincs szabad glikozidos hidroxilcsoport.
Szerkezete: spirál alakú, helikális szerkezetű. Kétféle makromolekulából áll, 20%-ban amilózból (lánc alakú, vízben oldódó keményítőmolekula) és 80%-ban amilopektinből (elágazó, vízben nehezebben oldódó keményítőmolekula) áll.
Általános képlete: (C6H10O5)n, ahol n 100-as nagyságrendű.
Előfordulása: növényekben, például búza, kukorica, burgonya, de emlősök szervében is, például a májban.
Tulajdonságai: fehér, finom szemcséjű, szagtalan, íztelen szilárd anyag. Hideg vízben nem, de meleg vízben kolloidálisan oldódik. Az amilózmolekuláknak vannak szabad hidroxilcsoportjai, amelyek nem vesznek részt a hélix összetartásában, így ezek a vízzel hidrogénkötést tudnak kialakítani.
Kimutatása: kálium-jodidos jódoldattal (Lugol-oldattal) kék színeződés ad.
Az ezüsttükörpróbát és a Fehling-reakciót csak savas hidrolízis után adja, mivel ekkor keletkeznek glükózmolekulák.
Felhasználása: szesz-, édes-, gyógyszer- és textiliparban használják.
Cellulóz
Alapegysége: -D-glükóz, 1–4 kapcsolattal, így nincs szabad glikozidos hidroxilcsoport.
Szerkezete: lánc alakú makromolekula.
Általános képlete: (C6H10O5)n, ahol n 1000.
Előfordulása: vázszénhidrát. A fa mintegy 50%-a, a gyapot 90%-a cellulóz, ám a len, a kender, a vatta és a papír is sok cellulózt tartalmaz.
Tulajdonságai: rostos, fehér szilárd anyag, vízben, éterben és híg savakban nem oldódik.
Az ezüsttükörpróbát és a Fehling-reakciót csak savas hidrolízis után adja, mivel ekkor keletkeznek glükózmolekulák.
Az ember és a magasabb rendű állatok nem tudják megemészteni, de a lovak, a szarvasmarhák igen.
Felhasználása: a textil-, a papíriparban használják, nitrálva nitrolakkot, lőgyapotot nyerhetnek belőle. Lúgos szén-diszulfidban oldva, majd kicsapva szálat (viszkózselymet), fóliát (celofánt) lehet belőle előállítani.
11.20. Heterociklusok
11.20.1. Heterociklusok: olyan gyűrűs vegyületek, ahol a gyűrűben a szénatomon kívül más atom