• спиртовых гидроксигрупп,
• полуацетального гидроксила.
Поскольку в растворах моносахаридов существует равновесие различных изомерных форм, каждая из которых в зависимости от условий может реагировать, уравнения реакций записывают то в открытой (альдегидной или кетонной) форме, то в циклической (полуацетальной). Известно, что для равновесных процессов соблюдается правило:
Реакции карбонильной группы
Практическое значение имеют реакции окисления и восстановления моносахаридов с участием группы С=О. Наиболее легко окисляется альдегидная группа -СН=О (см. Реакции окисления альдегидов и кетонов). Это свойство широко применяется в аналитических целях. В реакциях окисления моносахариды выступают в качестве восстановителей и поэтому относятся к восстанавливающим углеводам.
1. Окисление моносахаридов при взаимодействии с аммиачным раствором оксида серебра (качественная реакция "серебряного зеркала"):





но и для количественного анализа, например, содержания глюкозы в биологических жидкостях.
В разбавленных растворах щелочей при комнатной температуре происходит изомеризация моносахаридов, то есть превращение одного моносахарида в другой, например, фруктозы в глюкозу и наоборот:

Поэтому фруктоза способна вступать в реакцию "серебряного зеркала" и окисляться под действием Сu(OH)2.
Различить кетозы и альдозы можно по реакции с бромной водой в нейтральной среде, характерной только для альдоз.
3. Окисление альдоз бромной водой в нейтральной среде:



В кетозах кетонная группа C=O восстанавливается до вторичноспиртовой группы –*CH(OH)– с асимметрическим атомом *C. В результате образуются два пространственно изомерных спирта. При восстановлении фруктозы

Реакции спиртовых гидроксильных групп
Моносахариды вступают во все реакции, характерные для многоатомных спиртов (образование алкоголятов, простых и сложных эфиров, взаимодействие с окислителями и др.).
1. Образование комплексных соединений синего цвета со свежеосажденным гидроксидом меди(II) в присутствии щелочи:


Источник: Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов. |
Прильём к раствору глюкозы несколько капель раствора сульфата меди (II) и раствор щелочи. Осадка гидроксида меди не образуется. Раствор окрашивается в ярко-синий цвет. В данном случае глюкоза растворяет гидроксид меди (II) и ведет себя как многоатомный спирт, образуя комплексное соединение.
Нагреем раствор. В этих условиях реакция с гидроксидом меди (II) демонстрирует восстановительные свойства глюкозы. Цвет раствора начинает изменяться. Сначала образуется желтый осадок неустойчивого гидроксида меди (I) СuОН, который превращается в красно-коричневый осадок оксида меди (I) Cu2O. Глюкоза при этом окисляется до глюконовой кислоты.

Оборудование: штатив для пробирок, пробирки, горелка, зажим для пробирок.
Техника безопасности. Соблюдать правила работы с растворами щелочей.
2. Образование сложных эфиров. Под действием уксусного ангидрида (CH3CO)2O атомы водорода во всех ОН-группах в молекуле глюкозы замещаются на группы -СОСН3 (ацетил):

Важное значение имеют сложные эфиры фосфорной кислоты – фосфаты сахаров.Фосфаты моносахаридов содержатся во всех растительных и животных организмах. Они участвуют в биохимических процессах метаболизма углеводов, играют важную роль в процессе фотосинтеза. Фосфаты D-рибозы и 2-дезокси-D-рибозы

3. Образование простых эфиров при взаимодействии гидроксильных групп моносахаридов с галогеналканами в присутствии щелочи:

способна при гидролизе в кислой среде замещаться на ОН-группу.



Реакции полуацетального гидроксила
Атом углерода в полуацетале, связанный с двумя электроотрицательными атомами кислорода, характеризуется пониженной электронной плотностью (Cδ+) и легко подвергается атаке нуклеофильным реагентомНуклеофильный реагент, или нуклео-фил (Nu:) — это частица (анион или молекула), имеющая неподеленную пару электронов на внешнем электронном уровне и способная передать эти электро-ны на образование ковалентной связи с другим атомом (кроме водорода) по донорно-акцепторному механизму. Nu: c отщеплением ОН-группы.

1. Замещение полуацетального гидроксила на группу OR (R=алкил, арил) в реакции с ROH приводит к образованию ацеталей.Ацетали – соединения, в которых атом углерода связан
с двумя алкоксильными (-OR) группами R–CH(OR)2.



3. Замещение полуацетального гидроксила в одной молекуле моносахарида на остаток другого моносахарида – конденсация моносахаридов с образованием олиго- и полисахаридов. Пример: образование дисахарида

• Характерным свойством всех гликозидов, в том числе олиго- и полисахаридов, является их способность к гидролизу в кислой среде и устойчивость в слабощелочной среде. Гидролиз гликозидов — реакция, обратная их образованию.
Реакции брожения
Характерным свойством моносахаридов является их брожение — биохимический процесс анаэробного расщепления, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. Брожению подвергаются в основном гексозы (D-глюкоза, D-фруктоза, D-манноза и D-галактоза) в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками.
В зависимости от природы действующего фермента и образующихся продуктов различают реакции следующих видов:
а) спиртовое брожение |
C6H12O6 ![]() ![]() |
б) молочно-кислое брожение | C6H12O6 ![]() ![]() |
в) масляно-кислое брожение | C6H12O6 ![]() ![]() |
г) лимонно-кислое брожение | C6H12O6 + O2 ![]() ![]() ![]() |
д) ацетон-бутанольное брожение | 2C6H12O6 ![]() ![]() ![]() |
