Лекция по дисциплине ЕН.01 Химия на тему: "Олигосахариды"

Тема: «Олигосахариды»

Вопросы:

1. Классификация олигосахаридов

2. Сахароза. Строение, свойства, применение

3. Лактоза. Строение, свойства, применение

4. Мальтоза. Строение, свойства, применение

1. Классификация олигосахаридов

Олигосахариды- это углеводы, которые гидролизуются, образуя 2-10 одинаковых или разных молекул моносахаридов. По химическому строению олигосахариды являются гликозидами моносахаридов. Наибольшее значение из олигосахаридов имеют дисахариды, состоящие из двух остатков моносахаридов: всем известная сахароза (тростниковый или свекловичный сахар), лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар).

Сам термин «дисахарид» сообщает нам о двух остатках моносахаридов, связанных между собой в молекулах этих органических соединений.

Дисахариды – это углероды, которые гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов.

Молекулярная формула дисахаридов С₁₂H₂₂O₁₁.

1. Сахароза. Строение, свойства, применение

Сахароза - это резервный дисахарид, чрезвычайно широко распространена в растениях, особенно много ее в корнеплодах свеклы (от 14 до 20%), а также в стеблях сахарного тростника (от 14 до 25%), канадском клене, тапинамбуре. Сахароза является транспортным сахаром, в виде которого углерод и энергия транспортируются по растению.

В молекуле сахарозы остатки α–D–глюкопиранозы ẞ-D- фруктофуранозы связаны между собой α -1,2- гликозидной связью, образованной за счет взаимодействия двух полуацетальных гидроксилов. Поэтому сахароза – невосстанавливающий дисахарид. Она не дает реакций «медного» и «серебряного» зеркал.

Сахароза образует растворимые в воде сахараты с гидроксидами металлов (как многоатомный спирт), в частности с гидроксидом кальция. Эту реакцию используют для выделения и очистки сахарозы на сахарных заводах.

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Ca(OH)₂ → CaC₁₂H₂₀O₁₁ + 2Н₂О

С гидроксидом меди (II) при комнатной температуре образует растворимый ярко-синий сахарата меди (II):

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Cu(OH)₂ → CuC₁₂H₂₀O₁₁ + 2Н₂О

При нагревании водного раствора сахарозы в присутствии сильных кислот или под действием фермента инвертазы происходит гидролиз этого дисахарида с образованием смеси равных количеств глюкозы и фруктозы. Смесь равных количеств глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром или искусственным медом.

С₁₂Н₂₂О₁₁+H₂O → С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

Сахароза Глюкоза Фруктоза

α = +66,5° α = +52,5° α = -92°

При этом происходит изменение угла вращения – инверсия.

При нагревании сахароза плавится, а затем идет процесс карамелизации, который сопровождается потерей воды и образованием сложных соединений коричневого цвета. Реакция карамелизации осуществляется при нагреве свыше 100 °С растворов не только сахарозы, но и глюкозы и фруктозы. При этом происходят различные превращения углеводов. От молекул глюкозы и фруктозы при нагревании может отщепляться три молекулы воды, происходит дегидратация с образованием оксиметилфурфурола, дальнейшее разрушение которого приводит к разрушению углеродного скелета и образованию муравьиной и левулиновой кислот. Оксиметилфурфурол образуется при нагревании растворов углеводов низкой концентрации – 10 - 30 %, это вещество имеет коричневый цвет и специфический запах пропеченной корочки хлеба.

На первом этапе реакции карамелизации от молекулы сахарозы отщепляется две молекулы воды. Образуется карамелан, состоящий из ангидроколец, содержащих в кольце двойные связи (дигидрофуран, циклогексанолон и другие соединения), которые имеют коричневый цвет. На втором этапе отщепляется три молекулы воды и образуется карамелен, имеющий темнокоричневый цвет. На третьем этапе происходит конденсация молекул сахарозы и образуется карамелин, имеющий темнокоричневый цвет, плохо растворимый в воде. Карамелизация сахарозы осуществляется при содержании сахарозы 70 - 80 %.

Схема превращения сахарозы при нагревании:

70-80 %

САХАРОЗА → КАРАМЕЛАН → КАРАМЕЛЕН → КАРАМЕЛИН

Сахароза широко применяется в пищевой промышленности, кулинарии: конфеты, шоколад, варенье, пастила, пирожные, торты и многое другое, что так любят сладкоежки, но что может привести к тяжелым нарушениям углеводного и жирового обмена, способствовать развитию сахарного диабета. Кроме того, сахароза является одним из патогенных факторов кариеса зубов.

1. Лактоза. Строение, свойства, применение

Формула С₁₂Н₂₂О₁₁

В молекуле лактозы остатки ẞ-D- галактопиранозы и α–D–глюкопиранозы связаны между собой ẞ -1,4- гликозидной связью, образованной за счет взаимодействия полуацетального гидроксила галактозы и спиртового гидроксила глюгозы. Поэтому лактоза – восстанавливающий дисахарид, так как содержит полуацетальный гидроксил.

При гидролизе лактоза распадается на глюкозу и галактозу.

С₁₂Н₂₂О₁₁+H₂O → С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

Лактоза Галактоза Глюкоза

Лактоза - молочный сахар, резервный дисахарид. Содержится в молоке (4-5%) и ее получают в сыроваренной промышленности из молочной сыворотки после отделения творога. Сбраживается лишь особыми лактозными дрожжами, содержащимися в кефире и кумысе.

Именно этот углевод придает молоку сладкий вкус. Значение лактозы очень велико, т.к. она является важным питательным веществом, особенно для растущих организмов человека и млекопитающих животных.

В отличие от сахарозы, лактоза является восстанавливающим дисахаридом. Она реагирует с аммиачным раствором оксида серебра и реактивом Фелинга, при нагревании окисляясь в лактобионовую кислоту.

Реакции окисления лактозы:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Ag₂O → С₁₂Н₂₂О₁₂ + 2Ag

лактобионовая кислота

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 2Cu(OH)₂ → С₁₂Н₂₂О₁₂ + Cu₂O + 2H₂O

Кислотный или ферментативный гидролиз лактозы приводит к получению D –галактозы и D-глюкозы.

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂O → С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

Лактоза, как и все углеводы, проявляет свойства многоатомных спиртов

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Cu(OH)₂ → CuC₁₂H₂₀O₁₁ + 2Н₂О

Лактонат меди (II)

Применяют лактозу при производстве продуктов детского питания, диабетических продуктов, для получения золотисто-коричневой корочки хлебобулочных изделий, при изготовлении жареного хрустящего картофеля и глазури. Лактозу используют при производстве заменителей молока, при производстве мороженого и лекарственных препаратов.

1. Мальтоза. Строение, свойства, применение

Формула С₁₂Н₂₂О₁₁

В молекуле мальтозы остатки двух молекул α–D–глюкопиранозы связаны между собой α -1,4- гликозидной связью, образованной за счет взаимодействия полуацетального гидроксила одной и спиртового гидроксила другой молекулы глюгозы. Поэтому мальтоза – восстанавливающий дисахарид, так как содержит полуацетальный гидроксил.

При гидролизе распадается на две молекулы глюкозы.

Образуется в животном организме при расщеплении крахмала и гликогена ферментами амилазы, находится в проросших зернах (солод, ячмень и др.), отсюда и название - от латинского названия солода - maltum. Второе название - солодовый сахар.

Наличие в молекуле мальтозы гликозидного гидроксила определяет ее восстановительные свойства подобно лактозе. При окислении реактивом Толленса мальтоза превращается в монокарбоновую мальтобионовую кислоту.

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 2Cu(OH)₂ → С₁₂Н₂₂О₁₂ + Cu₂O + 2H₂O

мальтобионовая кислота

Глюкозу мальтоза дает при кислотном или ферментативном гидролизе.

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂O → 2 С₆Н₁₂О₆

Как многоатомный спирт мальтоза образует простые и сложные эфиры, а также растворимые в воде комплексы с гидроксидами металлов.

Применяется мальтоза в пищевой промышленности: при изготовлении продуктов детского питания, питательных сред в микробиологии, при производстве пива.

Мальтоза, сахароза и лактоза гидролизуются на две молекулы гексоз, поэтому являются дисахаридами. Имеют один и тот же состав, значит являются изомерами. Широко распространены в природе и активно применяются человеком.