МОНОСАХАРИ́ДЫ

Моносахариды. Рис. 2. Кетозы D-ряда.

Моносахариды. Рис. 1. Альдозы D-ряда.

МОНОСАХАРИ́ДЫ, уг­ле­во­ды, пред­став­ляю­щие со­бой по­ли­гид­ро­кси­аль­де­ги­ды (аль­до­зы) и по­ли­гид­ро­кси­ке­то­ны (ке­то­зы) об­щей фор­му­лы $\ce{C_{\it n} H_{2{\it n}}O_{\it n}}\, (n=3-9)$, . Ос­но­ву М. со­став­ля­ет не­раз­ветв­лён­ная це­поч­ка уг­ле­род­ных ато­мов, со­еди­нён­ных ме­ж­ду со­бой оди­нар­ны­ми свя­зя­ми. Один из ато­мов уг­ле­ро­да свя­зан двой­ной свя­зью с ки­сло­ро­дом ($\ce{C═O}$, кар­бо­ниль­ная груп­па); ко всем ос­таль­ным ато­мам уг­ле­ро­да при­сое­ди­не­ны гид­ро­ксиль­ные груп­пы ($\ce{OH}$). У аль­доз кар­бо­ниль­ная груп­па рас­по­ло­же­на в на­ча­ле це­пи ($\ce{C_1}$), у ке­тоз – в лю­бом дру­гом по­ло­же­нии. М. – бес­цвет­ные кри­стал­лич. ве­ще­ст­ва, лег­ко рас­тво­ри­мые в во­де и не­рас­тво­ри­мые в не­по­ляр­ных ор­га­нич. рас­тво­ри­те­лях. Ис­хо­дя из ко­ли­че­ст­ва ато­мов уг­ле­ро­да в це­пи сре­ди М. раз­ли­ча­ют трио­зы, тет­ро­зы, пен­то­зы, гек­со­зы, геп­то­зы, ок­то­зы и но­но­зы. На ри­сун­ках 1 и 2 при­ве­де­ны ли­ней­ные струк­тур­ные фор­му­лы не­ко­то­рых М. и да­ны об­ще­при­ня­тые три­ви­аль­ные на­зва­ния для ка­ж­до­го со­еди­не­ния.

Для М. ха­рак­тер­на сте­рео­изо­ме­рия. Все М. (кро­ме ди­гид­рок­си­аце­то­на) име­ют один или неск. асим­мет­рич­ных, или хи­раль­ных, ато­мов уг­ле­ро­да и, сле­до­ва­тель­но, мо­гут встре­чать­ся в ви­де оп­ти­че­ски ак­тив­ных изо­ме­ров – энан­тио­ме­ров. Про­стей­шая аль­до­за – гли­це­ри­но­вый аль­де­гид – со­дер­жит толь­ко один асим­мет­рич­ный центр и та­ким об­ра­зом мо­жет су­ще­ст­во­вать в ви­де двух энан­тио­ме­ров. Для М., имею­щих два и бо­лее хи­раль­ных це­нт­ров, ха­рак­тер­но так­же на­ли­чие диа­сте­рио­ме­ров, напр. аль­до­гек­со­зы име­ют 4 асим­мет­рич­ных цен­тра (мо­гут су­ще­ст­во­вать в ви­де 16 разл. сте­рео­изо­ме­ров). Обо­зна­че­ния «D» и «L» ука­зы­ва­ют на кон­фи­гу­ра­цию асим­мет­рич­но­го ато­ма уг­ле­ро­да, мак­си­маль­но уда­лён­но­го от ато­ма уг­ле­ро­да кар­бо­ниль­ной груп­пы (см. Изо­ме­рия). Два М., раз­ли­чаю­щих­ся по кон­фи­гу­ра­ции во­круг толь­ко од­но­го ато­ма уг­ле­ро­да, пред­став­ля­ют со­бой эпи­ме­ры по от­но­ше­нию друг к дру­гу (напр., D-глю­ко­за и D-ман­но­за, D-глю­ко­за и D-га­лак­то­за). М., ске­лет ко­то­рых со­сто­ит из 5 и бо­лее ато­мов уг­ле­ро­да, в рас­тво­рах су­ще­ст­ву­ют в ви­де ус­той­чи­вых цик­лич. струк­тур; при этом кар­бо­ниль­ная груп­па об­ра­зу­ет ко­ва­лент­ную связь с од­ной из гид­ро­ксиль­ных групп, свя­зан­ных с ато­мом уг­ле­ро­да осн. це­пи (об­ра­зу­ет­ся по­лу­аце­таль). Та­кие цик­лич. фор­мы гек­соз из-за их сход­ст­ва с цик­лич. со­еди­не­ни­ем пи­ра­ном по­лу­чи­ли назв. пи­ра­ноз. Т. к. при этом пер­вый (аль­де­ги­доб­ра­зую­щий) атом уг­ле­ро­да ста­но­вит­ся асим­мет­рич­ным, М. мо­жет су­ще­ст­во­вать в ви­де двух энан­ти­оме­ров, для обо­зна­че­ния ко­то­рых ис­поль­зу­ют сим­во­лы «$α$» и «$β$». В ито­ге чис­ло асим­мет­рич­ных цен­тров в мо­ле­ку­ле D-глю­ко­зы, напр., ока­зы­ва­ет­ся на один боль­ше по срав­не­нию с тем чис­лом, ко­то­рое пре­ду­смат­ри­ва­ет ли­ней­ная фор­му­ла. Изо­мер­ные фор­мы М., от­ли­чаю­щие­ся кон­фи­гу­ра­ци­ей по­лу­аце­таль­но­го уг­ле­род­но­го ато­ма (та­кие как $α$-D-глю­ко­за и $β$-D-глю­ко­за), на­зы­ва­ют­ся ано­ме­ра­ми. Гек­со­зы су­ще­ст­ву­ют так­же в ви­де ме­нее ус­той­чи­вых цик­лич. со­еди­не­ний с пя­ти­член­ны­ми коль­ца­ми. Из-за сход­ст­ва та­ких ко­лец с цик­лич. со­еди­не­ни­ем фу­ра­ном их на­зы­ва­ют фу­ра­но­за­ми.

Кро­ме кар­бо­ниль­ной и гид­ро­ксиль­ных групп, в мо­ле­ку­лу М. мо­гут вхо­дить вме­сто од­ной или не­сколь­ких гид­ро­ксиль­ных групп ато­мы во­до­ро­да, ами­но­груп­па ($\ce{NH_2}$, ами­но­са­ха­ра), ти­оль­ная груп­па ($\ce{SH}$, тио­са­ха­ра), кар­бок­силь­ная груп­па ($\ce{COOH}$) и др. М. мо­гут об­ла­дать раз­ветв­лён­ным ске­ле­том (с ме­тиль­ной, гид­ро­кси­ме­тиль­ной или аль­де­гид­ной груп­пой в ка­че­ст­ве от­ветв­ле­ний), двой­ной уг­ле­род-уг­ле­род­ной свя­зью и т. д. Сре­ди наи­бо­лее важ­ных про­из­вод­ных М. – уро­но­вые ки­сло­ты, ами­но­са­ха­ра, де­зок­си­са­ха­ра, сиа­ло­вые ки­сло­ты.

В при­ро­де в сво­бод­ном ви­де в зна­чит. ко­ли­че­ст­вах ши­ро­ко встре­ча­ют­ся толь­ко глю­ко­за и фрук­то­за. Ос­таль­ные вхо­дят в со­став оли­го- и по­ли­са­ха­ри­дов, сме­шан­ных био­по­ли­ме­ров (гли­ко­про­теи­нов, гли­ко­ли­пи­дов, нук­леи­но­вых ки­слот и др.). М. и их про­из­вод­ные ак­тив­но уча­ст­ву­ют в ме­та­бо­лиз­ме жи­вой клет­ки. С их пре­вра­ще­ния­ми свя­за­ны обес­пе­чение клет­ки энер­ги­ей, де­ток­си­ка­ция и вы­ве­де­ние ядо­ви­тых ве­ществ, био­син­тез ами­но­кис­лот, слож­ных био­по­ли­ме­ров и др. важ­ных для жиз­не­дея­тель­но­сти со­еди­не­ний.

М. ис­поль­зу­ют гл. обр. в пи­ще­вой и мед. пром-сти. В пром. мас­шта­бах М. по­лу­ча­ют ки­слот­ным гид­ро­ли­зом по­ли­са­ха­ри­дов: напр., D-глю­ко­зу – из крах­ма­ла, D-кси­ло­зу – из от­хо­дов пе­ре­ра­бот­ки с.-х. рас­те­ний и дре­ве­си­ны. Смесь глю­ко­зы с фрук­то­зой по­лу­ча­ют гид­ро­ли­зом са­ха­ро­зы. D-Сор­бит и кси­лит вос­ста­нав­ли­ва­ют из D-глю­ко­зы и D-кси­ло­зы; D-сор­бит слу­жит ис­ход­ным со­еди­не­ни­ем в син­те­зе ас­кор­би­но­вой ки­сло­ты и на­ря­ду с кси­ли­том ис­поль­зу­ет­ся как об­ла­даю­щий слад­ким вку­сом за­ме­ни­тель са­ха­ро­зы.