Медицинская биохимия (стр. 22 )

Вопрос 2. Приведите строение ?, L-маннофуранозы.

Ответ. Для замыкания фуранозного цикла необходимо взаимодействие альдегидной группы с гидроксогруппой ?-атома (т. е. 4-м атома) углеродной цепи, как показано на примере рибозы в главе 7.1.1 учебника. Однако в случае L-маннозы в формуле Фишера слева от углеродной цепи находится не только гидроксогруппа, определяющая принадлежность к D - или L-стереохимическому ряду (это гидроксогруппа 5-го атома углерода), но и  гидроксогруппа 4-го углеродного атома, за счёт которой происходит образование фуранозного цикла.

При этом ?-аномером будет вторая из приведённых структур, так как конфигурация аномерного углерода в ней такая же, как и у 5-го атома (определяющего отнесение к D - или L-стереохимическому ряду).

Вопрос 3. Приведите строение 1) энантиомера D-галактозы;
2) эпимера D-галактозы, отличающегося конфигурацией хирального атома углерода С3. Дайте им названия.

Ответ. Энантиомером (т. е. оптическим антиподом) D-галактозы является моносахарид, у которого конфигурации всех хиральных центров противоположны. Это L-галактоза.

Эпимером D-галактозы, отличающимся от неё конфигурацией С3, является D-гулоза.

D-галактоза                        L-галактоза                                D-гулоза

Контрольные вопросы и задачи

В каком случае число стереоизомеров не соответствует формуле 2n. Приведите примеры. Объясните. Изобразите проекции Фишера для L-глюкозы, L-сорбозы. Изобразите циклические структуры для пиранозной и фуранозной форм D-маннозы, L-гулозы. В состав нуклеиновых кислот входит D-рибоза в ?-фуранозной форме. Напишите структуру ?, D-рибофуранозы и укажите, за счёт каких функциональных групп образуется фуранозный цикл.

Занятие 20. Моносахариды: свойства, биологическое значение

Вопросы для подготовки к занятию

Реакции карбонильных групп моносахаридов. Способы удлинения углеродной цепи. Роль образования озазонов в установлении структуры моносахаридов. Реакции циклических форм. Особенности реакционной способности полуацетального гидроксила. Гликозиды.  Реакции окисления и восстановления. Образование альдоновых, гликаровых и гликуроновых кислот. Превращение под действием кислот и щелочей. Эпимеризация.

Содержание занятия

Обсуждение вопросов по теме занятия. Контроль усвоения темы. Лабораторная работа.

Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них

Вопрос 1. Какие продукты образуются при взаимодействии
?, D-глюкопиранозы с пропанолом-2 в присутствии кислотного катализатора в безводной среде? Приведите механизм реакции.

Ответ. ?, D-Глюкопираноза в растворе существует в виде смеси таутомеров (пиранозные и фуранозные формы; ?-, ?-аномеры). Из двух видов циклических форм преобладает пиранозная форма. Поскольку ?, D-глюкопираноза в растворе подвергается аномеризации, то в результате взаимодействия её с изопропиловым спиртом одновременно образуются ? - и ?-формы изопропил-D-глюкопиранозида.

       Первым этапом взаимодействия ?, D-глюкопиранозы с изопропиловым спиртом является протонирование катализатором атома кислорода полуацетальной гидроксильной группы. Образующийся оксониевый ион стабилизируется путём отщепления молекулы воды и превращения в гликозил-катион (второй этап), в котором положительный заряд более делокализован, чем в оксониевом ионе. Атом С1 в гликозил-катионе находится в sp2-гибридном состоянии, следовательно, атака этого атома нуклеофилом (молекулой спирта) равновероятна с обеих сторон плоскости его расположения (третий этап), что приводит к двум продуктам реакции: изопропил-?, D-глюкопиранозиду и изопропил-?, D-глюкопиранозиду.

?(?),D-глюкопираноза        оксониевый ион

гликозил-катион

изопропил-?, D-глюкопиранозид        изопропил-?, D-глюкопиранозид

Вопрос 2. В какой среде гидролизуется этил-?, D-глюкопиранозид? Приведите механизм реакции.

Ответ. Этил-?, D-глюкопиранозид — это гликозид, являясь ацеталем, гидролизуется в кислой среде. Гидролиз начинается с протонирования катализатором гликозидного атома кислорода с образованием оксониевого иона (первый этап). Оксониевый ион, отщепляя молекулу этилового спирта (второй этап), превращается в гликозил-катион, стабилизированный за счет делокализации положительного заряда. Гликозил-катион, имеющий атом C1 в sp2-гибридном состоянии, быстро взаимодействует с нуклеофилом (молекулой воды), что является третьим этапом. Нуклеофильная атака равновероятна с обеих сторон плоскости расположения тригонального атома C1. В результате образуются ? - и ?-аномеры D-глюкопиранозы. Реакция представляет собой реакцию, обратную реакции получения гликозидов.

?, D-глюкопираноза                        ?, D-глюкопиранозид

Вопрос 3. Какой биологически важный продукт получается при окислении D-глюкозы мягкими окислителями?

Ответ. Окисление D-глюкозы мягким окислителем (бромной водой) не сопровождается деструкцией (разрушением) молекулы, происходит избирательное окисление альдегидной группы в карбоксильную, не затрагивающее гидроксильных групп. Бромная вода — мягкий окислитель (pH = 6,0). В данном случае окисляющие свойства проявляет бромноватистая кислота HOBr.

Br2 + H2O D HBr + HOBr

D-глюкоза                         D-глюконовая кислота        глюконат кальция

В медицине используется кальциевая соль глюконовой кислоты (глюконат кальция).

Контрольные вопросы и задачи

Напишите уравнение реакции образования озазона D-фруктозы. Какие ещё две монозы дают тот же озазон? Монозы представьте формулами Хеуорса. С помощью какой реакции можно доказать наличие нескольких гидроксильных групп в глюкозе? Что получается в результате взаимодействия следующих исходных соединений? Приведите механизм реакции.

Напишите уравнения реакций D-фруктозы со следующими веществами: гидроксиламином, уксусным ангидридом, метилйодидом. Все соединения назовите. Приведите механизм полного гидролиза ?, D-галактопиранозы пентаацетата. Напишите уравнение реакции получения D­-галактоновой кислоты. Какой продукт получается при окислении разбавленной азотной кислотой D-галактозы и L-галактозы? Напишите схему реакции получения D-галактуроновой кислоты. Почему моносахариды обладают восстановительными свойствами и где эти свойства находят применение?

Лабораторная работа

Опыт 1. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО НАЛИЧИЯ ГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП В D-ГЛЮКОЗЕ

В пробирку поместите 1 каплю 0,5 % раствора D-глюкозы и 6 капель 10%-го раствора гидроксида натрия. К полученной смеси добавьте 1 каплю 20% раствора сульфата меди (II). Образующийся осадок гидроксида меди (II) быстро растворяется и получается прозрачный раствор синего цвета. Полученный раствор сохраните для следующего опыта.

Опыт 2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГИДРОКСИДА МЕДИ (II) ГЛЮКОЗОЙ В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ (ПРОБА ТРОММЕРА)

К полученному в предыдущем опыте (опыт 1) синему раствору добавьте несколько капель воды до высоты слоя жидкости в пробирке 18–20 мм. Нагрейте её над пламенем горелки, держа пробирку наклонно так, чтобы нагревалась только верхняя часть раствора, а нижняя осталась для контроля (без нагревания). Нагревайте только до начала кипения, но не кипятите. При нагревании цвет верхней части раствора изменяется от синего до жёлто-красного. Эта реакция называется пробой Троммера и используется для открытия глюкозы в биологических жидкостях.

Опыт 3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГИДРОКСИДА диАММИНСЕРЕБРА ГЛЮКОЗОЙ

Для получения «серебряного зеркала» необходимо сначала подготовить пробирку (так же, как в теме 11, оп. 2). Налейте в пробирку 5 мл 10%-го раствора гидроксида натрия NaOH и осторожно кипятите в течение 1–2 мин., а затем тщательно ополосните её дистиллированной водой. В подготовленную пробирки вносят 5 капель 5%-го раствора нитрата серебра AgNO3, добавляют ? по 1 мл воды и затем прибавляют по каплям при встряхивании 10%-й водный раствор аммиака до полного его растворения выпавшего осадка. Полученный прозрачный аммиачный раствор гидроксида серебра (гидроксид диамминсеребра) является реактивом, окисляющим глюкозу (реактив Толленса).

Добавьте к полученному реактиву 1–2 капли 0,5%-го раствора глюкозы и опустите пробирку на несколько минут в водяную баню. Отметьте все изменения, происходящие в пробирке.

Занятие 21.  Дисахариды

Вопросы для подготовки к  занятию

Классификация дисахаридов на восстанавливающие и невосстанавливающие. карбонильных групп моносахаридов. Особенности строения и таутомерных превращений представителей разных групп дисахаридов. Мальтоза, лактоза, целлобиоза, сахароза, трегалоза. Медико-биологическое значение дисахаридов.

Содержание  занятия

1. Обсуждение вопросов по теме занятия.

2. Контроль усвоения темы.

3. Лабораторная работа.

Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них

Вопрос 1. Напишите механизм реакции гидролиза трегалозы. Укажите условия проведения реакции, назовите продукты.

Ответ. Гидролиз дисахаридов протекает по гликозидной связи и возможен только в кислой среде. При этом образуются смесь моносахаридов. Трегалоза — невосстанавливающий дисахарид, состоит только из остатков ?, D-глюкопиранозы, поэтому в её молекуле имеются две гликозидные связи (и они абсолютно одинаковы).