¿Qué son los monosacáridos?

Monosacáridos

Los compuestos de azúcar, también conocidos como carbohidratos, son la clase de compuestos orgánicos importantes más abundante y ampliamente distribuida en la naturaleza. Pertenecen a los carbohidratos. compuestos.

Los compuestos de carbohidratos son la principal fuente de energía requerida por todos los organismos para mantener las actividades vitales. No solo son nutrientes, sino que algunos también tienen actividades fisiológicas especiales. Por ejemplo: la heparina en el hígado. el efecto anticoagulante; el azúcar en el tipo de sangre está relacionado con la actividad inmune. Además, los componentes de los ácidos nucleicos también contienen compuestos de azúcar: ribosa y desoxirribosa. Por lo tanto, los compuestos de azúcar tienen una importancia más importante para la medicina. > Los compuestos de carbohidratos se componen de tres elementos: C, H y O. La proporción de H y O en la molécula suele ser 2:1, que es la misma que la proporción en las moléculas de agua. La fórmula general Cm (H2O) puede. por lo tanto, estos compuestos alguna vez se llamaron carbohidratos. Sin embargo, más tarde se descubrió que algunos compuestos deberían clasificarse como compuestos de azúcar según su estructura y propiedades, pero sus composiciones no se ajustan a la fórmula general de Cm (H2O). ) n, como la ramnosa (C6H12O5), la desoxirribosa (C5H10O4), etc., y algunos compuestos como el ácido acético (C2H4O2), el ácido láctico (C3H6O3), etc., aunque su composición se ajusta a la fórmula general Cm (H2O) n, su estructura y propiedades son completamente diferentes a las de los compuestos de azúcar. Por lo tanto, el nombre carbohidrato no es exacto, pero se ha utilizado durante mucho tiempo y todavía se utiliza en la actualidad.

Desde el punto de vista de la estructura química. Desde su punto de vista, los compuestos de azúcar son los polihidroxialdehídos, las polihidroxicetonas y sus condensados.

Los compuestos de carbohidratos se pueden dividir en tres categorías según su capacidad de hidrolizarse y los productos de hidrólisis.

Monosacáridos: polihidroxialdehídos. o polihidroxicetonas que no se pueden hidrolizar como glucosa, fructosa, etc.

Disacárido: Azúcar que se puede hidrolizar para producir dos moléculas de monosacárido como sacarosa, maltosa, etc.

Polisacárido: Azúcar que se puede hidrolizar para producir muchas moléculas de monosacárido como almidón, glucógeno, celulosa, etc.

Los azúcares suelen recibir nombres comunes según sus fuentes.

Sección 1 Monosacáridos

Los monosacáridos generalmente contienen polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas con 3-6 átomos de carbono. Los monosacáridos más simples son el gliceraldehído y la dihidroxiacetona.

Según el número de átomos de carbono. , los monosacáridos se pueden dividir en triosa y tetrosa, pentosa, hexosa, etc. Los monosacáridos en la naturaleza son principalmente pentosas y hexosas. Según su estructura, los monosacáridos se pueden dividir en aldosa y cetona. Los polihidroxialdehídos se denominan aldosas y polihidroxicetonas. se llaman cetosa, por ejemplo, la glucosa es aldohexosa y la fructosa es cetohexosa. El monosacárido más importante y el que está más relacionado con las personas es la glucosa.

1. La estructura del monosacárido.

La fórmula molecular de la glucosa es C6H12O6. La molécula contiene cinco grupos hidroxilo y un grupo aldehído, que es una aldohexosa. Entre ellos, C-2, C-3, C-4 y C-5 son átomos de carbono quirales diferentes. 16 (α4=16) isómeros con rotación óptica, la D-glucosa es uno de ellos. En la proyección de Fisher de la glucosa que existe en la naturaleza, los cuatro átomos de carbono quirales, excepto -OH en C-3, están a la izquierda, -OH en. otros átomos de carbono quirales están a la derecha.

La determinación de la configuración del monosacárido todavía utiliza el método D/L. Este método solo considera el carbono quiral más alejado del grupo carbonilo en la configuración, el grupo hidroxilo. el carbono quiral está en el tipo D a la derecha y en el tipo L a la izquierda. La mayoría de los monosacáridos que existen en la naturaleza son azúcares de tipo D

(2) La estructura del anillo de. Glucosa y fenómeno de mutarotación

Hay dos tipos de glucosa cristalizada. Una se cristaliza a partir de etanol, con un punto de fusión de 146°C. La [α]D de su nueva solución es de +112°. , la rotación óptica específica disminuye gradualmente y permanece sin cambios después de alcanzar +52,17°; la otra se cristaliza en piridina, con un punto de fusión de 150°C, y la [α]D de la solución recién preparada es de +18,7°. permanecerá sin cambios durante el proceso de colocación, la rotación óptica específica aumenta gradualmente y permanece sin cambios después de alcanzar +52,7 °. Cuando el azúcar está en solución, el fenómeno de que la rotación óptica específica cambie a un valor constante por sí solo se llama mutarotación. la estructura de cadena abierta de la glucosa no puede explicar este fenómeno.

De la estructura de cadena abierta de la glucosa, se puede ver que tiene tanto un grupo aldehído como un grupo hidroxilo alcohólico, por lo que un hemiacetal cíclico sí puede explicarlo. se forma dentro de la molécula.

Al formar un anillo, la glucosa La reacción de adición entre el grupo carbonilo y el grupo hidroxilo en C-5 forma un anillo estable de seis miembros.

Aunque la molécula tiene un grupo aldehído, existen muchas diferencias en el rendimiento de la reacción con respecto a los aldehídos comunes. Por ejemplo, la adición de NaHSO3 es muy lenta. La razón es que en la solución la glucosa casi existe en una estructura hemiacetal cíclica. >

Después de la formación del anillo, el átomo de carbono carbonilo original (C-1) se convierte en un átomo de carbono quiral. Hay dos posibilidades para la disposición espacial del grupo hidroxilo hemiacetal recién formado en C-1. el grupo hidroxilo (el grupo hidroxilo en C-5) que determina la configuración del monosacárido está en el mismo lado de la cadena de carbono se llama tipo α, y los que están en lados opuestos se llaman tipo α y tipo β. Los de tipo β son diastereoisómeros. La diferencia entre ellos es la configuración en C-1, por lo que también se les llama anómeros (isómeros anoméricos). Sus puntos de fusión y rotaciones ópticas específicas son diferentes.

Cambios en la glucosa La rotación. El fenómeno es causado por el cambio en la rotación óptica específica en el proceso de formación de un sistema de equilibrio entre la estructura de cadena abierta y la estructura cíclica. En la solución, la α-D-glucosa se puede convertir en una estructura de cadena abierta y luego. de la estructura de cadena abierta a β-D-glucosa; de manera similar, la β-D-glucosa también cambia a una estructura de cadena abierta y luego a α-D-glucosa. Después de un período de tiempo, los tres isómeros alcanzan el equilibrio y se forman. un sistema de equilibrio tautomérico, su rotación óptica específica ya no cambiará

No solo las uvas tienen mutarotación, sino que también cualquier monosacárido que pueda formar una estructura de anillo producirá mutarotación

(3. ) Fórmula de Haworth y fórmula conformacional de la estructura cíclica

Aunque la fórmula de proyección de Fisher cíclica vertical mencionada anteriormente puede representar la estructura cíclica del monosacárido, no puede reflejar con precisión los componentes individuales de la molécula de monosacárido. átomos o grupos atómicos Por esta razón, Haworth propuso utilizar una fórmula en perspectiva para expresarla. Haworth reescribió la fórmula del anillo vertical en una fórmula de anillo plano porque la estructura del anillo de la glucosa está compuesta por cinco átomos de carbono y un átomo de oxígeno. El anillo compuesto de piranosa es similar al pirano en los compuestos heterocíclicos, por eso se llama piranosa. Los átomos o grupos atómicos conectados al anillo se escriben encima y debajo del anillo respectivamente para indicar la disposición de sus posiciones. Al escribir la fórmula de Hasworth, los átomos de carbono que forman el anillo a menudo se omiten y los tres enlaces C-C que miran al frente están representados por líneas gruesas y continuas.

Para la D-glucosa, la fórmula del anillo vertical está en la derecha El grupo hidroxilo del lado está debajo del plano del anillo en la fórmula de Haas; el grupo hidroxilo del lado izquierdo en la fórmula del anillo vertical está por encima del plano del anillo cuando se forma un anillo, para formar el grupo hidroxilo en C-. 5 cerca del grupo aldehído. El enlace simple C (4) -C (5) debe girarse 120°. Por lo tanto, el grupo hidroximetilo al final del azúcar tipo D está por encima del plano del anillo. en C-1 está debajo del plano del anillo, que es de tipo α. El que está encima del plano de anillo se llama tipo β.

De hecho, los átomos que forman el anillo de pirano no están completamente en el plano del anillo. mismo plano, pero existe en una conformación más estable en forma de silla. Por lo tanto, para reflejar su estructura de manera más razonable, ahora se expresa comúnmente mediante una fórmula conformacional

Además del -OH en C. -1, que está conectado al enlace α, la α-D-glucopiranosa tiene - en los otros tres carbonos. Tanto OH como -CH2OH están conectados al enlace e, mientras que el -OH en el C-1 de la β-D glucopiranosa. y todos los grupos atómicos más grandes (-OH, -CH2OH) están conectados al enlace E, por lo que la conformación de tipo β es más estable. Por lo tanto, cuando se alcanza el equilibrio en la solución, el tipo β representa el 64%, mientras que el α. el tipo solo representa el 36%.

2. Propiedades de los monosacáridos

(1) Propiedades físicas

Los monosacáridos son cristales incoloros, de sabor dulce e higroscópicos. Son fácilmente solubles en agua, insolubles en etanol e insolubles en éter. Los monosacáridos son ópticamente activos y sus soluciones tienen mutarotación.

(2) Existen principalmente monosacáridos. en forma de estructuras cíclicas, pero pueden reaccionar con estructuras de cadena abierta en solución. Por lo tanto, las reacciones químicas de los monosacáridos se llevan a cabo en estructura de anillo y algunas se llevan a cabo en estructura de cadena abierta.

1. Epimerización

Cuando la glucosa se trata con una solución alcalina diluida, se convertirá parcialmente en manosa y fructosa, convirtiéndose en una mezcla compleja. Este cambio se completa a través del ancestro alcohol intermedio. Las estructuras de C-3, C-4, C-5 y C-6 de la D-fructosa, la D-manosa y la D-glucosa son exactamente iguales, solo que las estructuras de C-1 y C-2 son diferentes, pero. sus estructuras son exactamente las mismas cuando sus estructuras C-1 y C-2 se transforman en forma de enol. Por lo tanto, no solo la D-glucosa, sino también la D-fructosa o la D-manosa, bajo la catálisis de una base diluida, pueden interconvertirse en. mezclas de los tres.

En átomos de carbono ópticamente activos que contienen múltiples átomos de carbono quirales.

Entre los isómeros, cuando la configuración de un solo átomo de carbono quiral es diferente, se denominan epímeros D-glucosa y D-manosa son epímeros C-2. Por lo tanto, se utiliza una reacción diluida en la que la D-glucosa se trata con álcali para obtener. una mezcla en equilibrio de D-glucosa y D-fructosa se llama epimerización.

2. Oxidación

Los monosacáridos, ya sean aldosa o cetosa, pueden reaccionar con oxidantes débiles: el reactivo de Yellen, el reactivo de Fehling y el reactivo de Benedict para generar metales u óxidos metálicos de baja valencia. Los tres reactivos anteriores son oxidantes débiles alcalinos. calentados en soluciones alcalinas para generar mezclas complejas

El hecho de que los monosacáridos se oxiden fácilmente por oxidantes alcalinos débiles indica que son reductores, por lo que se les llama azúcar reductor

Cuando. los monosacáridos se oxidan en condiciones ácidas, los productos de oxidación de los monosacáridos también son diferentes debido a las diferentes fuerzas de los oxidantes. Por ejemplo, cuando la glucosa se oxida con agua con bromo, se genera ácido glucónico cuando el oxidante fuerte oxida el ácido nítrico; , se genera ácido glucárico.

El agua con bromo tiene una capacidad oxidante débil. Oxida el grupo aldehído de la aldosa en un grupo carboxilo cuando se agrega agua con bromo a la aldosa y se calienta ligeramente, el bromo adquiere el color marrón del agua. puede desaparecer, pero la cetosa no se oxida, por lo que se puede utilizar agua con bromo para distinguir la aldosa y la cetosa.

3. Formación de glucósidos

Cuando el grupo hidroxilo hemiacetal en la estructura hemiacetal cíclica del monosacárido interactúa con otra molécula de alcohol o grupo hidroxilo, se elimina una molécula de agua para formar un acetal. Este acetal de azúcar se llama glucósido. Por ejemplo, una mezcla de α- y β-D-glucopiranosa reacciona con metanol bajo catálisis de cloruro de hidrógeno para eliminar una molécula de agua y formar una mezcla de α- y β-D-metilglucopiranósido. > Mezcla de α- y β-D-glucopiranósido β-D-metilglucopiranósido α-D-metilglucopiranósido, el glucósido se compone de partes azucaradas y no azucaradas. La parte se llama aglicona o aglicona. Después de la deshidratación, azúcar y aglicona. están conectados a través de un "puente de oxígeno". Este enlace se llama enlace glucósido. Dado que la estructura del anillo del monosacárido tiene dos configuraciones: α- y β-, se pueden generar dos glucósidos sin configuración, α- y β-. Los glucósidos naturales se encuentran principalmente en configuración β. Los nombres de los glucósidos se denominan según sus componentes e indican la configuración del enlace glucósido y el azúcar. Los nombres comunes de los glucósidos se utilizan a menudo según su origen.

No hay ningún grupo hidroxilo hemiacetal en la estructura del glucósido y no se puede convertir en una estructura de aldehído de cadena abierta en solución, por lo que los glucósidos no tienen propiedades reductoras y no han cambiado el fenómeno de espín. pero en soluciones ácidas o bajo la acción de enzimas, se hidrolizan en partes azucaradas y no azucaradas.

Los glucósidos son uno de los ingredientes activos de la medicina herbaria china 1. La mayoría de ellos son incoloros e inodoros. , sólidos amargos, pero los glucósidos de flavonoides y los glucósidos de antraquinona son amarillos.

Los glucósidos contienen partes de azúcar, por lo que tienen cierta solubilidad en agua. Todos tienen actividad óptica y la mayoría de los glucósidos naturales son zurdos. /p>

4. Formación de ésteres

Las moléculas de monosacáridos contienen múltiples grupos hidroxilo, que pueden reaccionar con ácidos para formar ésteres. La glucosa en el cuerpo humano genera fosfatos de glucosa, como fosfato de 1-glucopiranosa y fosfato de 6-glucopiranosa, bajo la acción de. enzimas. - Fosfato de glucopiranosa, etc.

Los ésteres de fosfato de monosacáridos son de gran importancia en el proceso vital. Son productos intermedios de muchos metabolismos en el cuerpo humano. Reacción de formación de uzina

Cuando una molécula de monosacárido reacciona con tres moléculas de fenilhidrazina, el producto resultante se llama glúcido. Por ejemplo, la glucosa reacciona con una gran cantidad de fenilhidrazina para formar glúcido. > Ya sea un aldehído, el azúcar o la cetosa pueden producir glucósidos, y la reacción para formar glucósidos puede considerarse como una reacción única de α-hidroxialdehído o α-hidroxicetona.

Los glucósidos son cristales amarillos que son insolubles en El agua. Different Sugar tiene una forma cristalina característica y un cierto punto de fusión. El azúcar se utiliza a menudo para identificar diferentes azúcares.

La reacción de formación de azúcar solo ocurre en C-1 y C-2. de la molécula de monosacárido no intervienen otros átomos de carbono, por lo que los azúcares con la misma configuración de átomos de carbono distintos de C-1 y C-2 pueden producir el mismo azúcar. Por ejemplo: tanto la D-glucosa como la D-fructosa generan lo mismo. azúcar.

3. Monosacáridos importantes y sus derivados

Los monosacáridos que se encuentran en la naturaleza son principalmente pentosas y hexosas. Las pentosas comunes incluyen D-(-)-ribosa, D-(-). -2-desoxirribosa, D-(+)-xilosa y L-(+)-arabinosa. Todas son aldosas y existen en animales y plantas en forma de polisacáridos o glucósidos. Las hexosas comunes son D -(+)-Glucosa. D-

(+)-manosa, D-(+)-galactosa y D-(-)-fructosa, esta última es cetosa. Las hexosas existen en forma libre o combinadas en animales y plantas.

(1) D. -(-)-ribosa y D-(-)-2-desoxirribosa

La ribosa existe en levaduras y células en forma de glucósidos y es la molécula de ácidos nucleicos, algunas enzimas y vitaminas. Está compuesta de componentes completos Además de ribosa, los ácidos nucleicos también tienen 2-desoxirribosa (denominada desoxirribosa).

Los anillos de ribosa y desoxirribosa son anillos de furano, por eso se llaman furanosa.

β-D -(-)-ribofuranosa β-D-(-)-desoxirribosa furanosa El enlace β-glucósido en C-1 de la ribosa o desoxirribosa en el ácido nucleico se combina para formar ribonucleósido o desoxirribonucleósido. Los glucósidos se denominan colectivamente nucleósidos.

La ribosa o desoxirribosa de los nucleósidos se combina con el grupo hidroxilo en C-5 o C-3 con fosfato para formar un nucleótido. Los nucleótidos que contienen ribosa se denominan colectivamente ribonucleótidos, que son los componentes básicos de los nucleósidos. El ARN; los nucleótidos que contienen desoxirribosa se denominan colectivamente desoxirribonucleótidos, que son los componentes básicos del ADN.

(2) D -(+)-glucosa

D-(+)-glucosa se distribuye ampliamente en la naturaleza, especialmente en las uvas, por eso se llama glucosa. La glucosa también existe en la sangre humana (389-555 µmol/l) se llama azúcar en sangre. La orina de los pacientes diabéticos contiene glucosa y el contenido de azúcar varía según la gravedad. de la enfermedad La glucosa es la unidad componente de muchos azúcares como la sacarosa, maltosa, lactosa, almidón, glucógeno, celulosa, etc.

La glucosa es un cristal incoloro o un polvo cristalino blanco con un punto de fusión de 146. °C. Es fácilmente soluble en agua y difícil de disolver en alcohol y tiene un sabor dulce. La glucosa natural tiene dextrosa, por eso también se llama dextrosa.

En el hígado, la glucosa se oxida a ácido glucurónico. bajo la acción de enzimas, es decir, el grupo hidroximetilo en el extremo de la glucosa se oxida para formar un grupo carboxilo.

El ácido glucurónico puede interactuar con sustancias tóxicas en el hígado, como el alcohol, el fenol, etc. se combinan en compuestos no tóxicos y se excretan en la orina, lo que puede lograr la desintoxicación.

(3) D-(+)-galactosa

La galactosa y la glucosa se combinan. en lactosa, que está presente en la leche de los mamíferos. Algunos cerebrósidos de estructura compleja del cerebro también contienen galactosa.

La galactosa es una aldohexosa, un diastereómero de la glucosa. La configuración en C-4 es exactamente opuesta, por lo que son epímeros de C-4. La galactosa también tiene una estructura cíclica, y hay dos α y β en esta configuración.

α. -D-galactopiranosa β-D-galactopiranosa

La galactosa es un cristal incoloro con un punto de fusión de 165-166 °C. La galactosa es reducible y tiene mutarotación. La rotación óptica específica en equilibrio es de +83,3. °.

La galactosa en el cuerpo humano es el hidrolizado de la lactosa en los alimentos. La galactosa puede transformarse bajo la catálisis de enzimas en glucosa.

Algunos derivados de la galactosa se encuentran ampliamente distribuidos. el reino vegetal. Por ejemplo, el ácido galacturónico es el componente principal del moco vegetal; el componente principal de Gelidium 9 (también llamado agar) se deriva de la galactosa. Polímero alto de sustancias.

(4) D-( -)-fructosa

La D-fructosa existe en frutas y miel en estado libre y es una unidad componente de la sacarosa. También hay una cantidad considerable de fructosa en la próstata y el semen de los animales.

La fructosa es un cristal incoloro, fácilmente soluble en agua, con un punto de fusión de 105 ° C. La D-fructosa es levulosa y también tiene un fenómeno de mutagénesis. La rotación óptica específica en equilibrio es de -92 °. El sistema de equilibrio es una mezcla de fructosa de cadena abierta y cíclica.

β-D-(-)-Fructopiranosa β-D-(- )-Fructofuranosa

Cuando la fructosa está en el En estado libre, existe principalmente en forma de anillo de pirano: cuando está en estado combinado, existe principalmente en forma de anillo de furano.

La fructosa también puede formar ésteres de ácido fosfórico, hay fructosa-6- fosfato en el cuerpo (representado por F-6-) y fructosa-1,6-bisfosfato (F-1,6-di).

Éster de fructosa fosfato in vivo metabolismo del azúcar Es un producto intermedio importante y juega un papel importante en el metabolismo del azúcar. Bajo la catálisis de la enzima, F-1,6-di puede generar gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato.

A través de esta reacción, el cuerpo transforma el azúcar hexosa en. azúcar triosa, que es azúcar

Un paso intermedio en el proceso metabólico. Esta reacción es similar a la reacción inversa de la reacción de condensación aldólica.

(5) Aminoazúcares

El aminoazúcar natural es C- en el. Molécula de aldohexosa. Derivados en los que el grupo hidroxilo del 2 está sustituido por grupos amino.

β-D-glucosamina β-D-galactosamina

Los aminoazúcares suelen existir en estado combinado en mucinas y azúcares en las proteínas, pero la galactosamina libre es tóxica para el hígado.

Suplemento:

Los polisacáridos se pueden hidrolizar en monosacáridos

Los monosacáridos no se pueden hidrolizar en otros Clase de azúcares, si la separas se convierte en una molécula compuesta por C.H.O