Углеводы

Углеводы, важнейший класс распространенных в природе органич. соединений, имеющих первостепенное значение в пром-сти, физиологии человека и биологич. процессах (смотрите Клетчатка, Крахмал, Декстрины, Глюкоза).

Название У. сложилось исторически вследствие того, что известные ранее представители класса по данным элементарного анализа содержали Н и О в пропорции, соответствующей формуле воды, то есть являлись как бы гидратами угля: CeH₁₂O₆=6C+6H₂O;C₁2H₂₂0i₁=12C+HH₂O. В настоящее время известно много У., не отвечающих этому условию.

Химически У. представляют собой первичные продукты окисления многозначных ов. Простейшие, неспособные к гидролитич. расщеплению У. называются м о н о з а м и, или моносахаридами (смотрите); по химии, свойствам они либо альдегидоы, т. н. альдозы, либо ке-тоноы—к етозы. Вместо принятых ранее для альдоз и кетоз ф-л СН₂ОН(СНОН)_пСНО и СН₂ОН · (СНОН)_п_, · СО СН₂ОН современная органическая химия приписывает им структуру циклич. окисей, в которых атом кислорода соединяет два атома углерода, находящихся по отношению друг к другу в гамма- или дельта-положении. В растворах существует равновесие между всеми тремя формами, например для глюкозы: СН₂0Н-СН-(СН0Н)з-СН0Нй СН₂ОН-(СНОН)₄СНО Ά

А СН₂ОН-СНОНСН-(СНОН)₂-СНОН

i n I

В зависимости от числа атомов углерода в молекуле монозы подразделяются на биозы, триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы и т. д. В природе встречаются лишь пентозы и гексозы; названия биоза и триоза однако более употребительны для обозначения сложных У.—полисахаридов (смотрите), которые дают при гидролитич. расщеплении 2 (дисахариды) и 3 (трисахариды) молекулы моноз.

Для простейших углеводов характерны следующие реакции. 1) Окисление, которое ведет к получению сперва одноосновных, а затем (через альдегидо- или кетокислоты) двухоснов ных кислот, например для альдоз:

СН₂ОН(СНОН)_пСНО ->· СН₂ОН(СНОН)„СООН ->

-> СНО(СНОН)_ПСООН -> СООН(СНОН)_ПСООН.

2) Восстановление аммиачного серебра и фелин-говой жидкости: последняя реакция применяется для количественного определения У., например сахара в моче. Продуктами восстановления являются многозначные ы (тетриты, пенти-ты, гекситы, гептиты):

СН₂ОЩСНОН)_пСНО -> СН₂ОН(СНОН)_пСН₂ОН и

CH₂OH(CHOH)n_iCO-CII₂OH^ CH₂OH(CHOH)_nCTI₂OTI~

3) С гидроксидамином У. дают оксимы, например для кетоз:

CH₂OH(CHOH)„_iC0-CH₂OH+NH₂OH==СН₂ОН(СНОН)„_₁—С-СН₂ОН+Н₂6 !|

2ST-0H

4) С фенилгидразином У. дают сперва гидразэ-ны, например для альдоз:

GH₂OH(CHOH)_nCHO-t-NH₂-NHCeH_s==Н₂0+.СН₂0Н(СН0Н)_пСН :Ν·ΝΗΟ_βΗ₅;

затем при действии второй молекулы фенил-гидразина получаются труднорастворимые оза-зоны:

N-NHCeHs

CH₂OH*(CHOH)_n_i—С—СН

N—NHC_eHs

Эта реакция служит для получения моноз в чич стом виде и для их идентификации; кроме того с помощью озазонов альдозы можно превращать в кетозы. 5) Простейшие У. присоединяют синильную к-ту; путем омыления получающихся нитрилов и дальнейшего восстановления можно синтезировать монозы с большим количеством атомов углерода, например

СН₂ОН(СНОН)_аСНО -> СН₂ОН(СНОН)„-СН -*

он

-* CH₂OH(CHOH)n+iCOOH -> CH₂OH(CHOH)_n+iCHO 6) Длительное нагревание У. с щелочами ведет к побурению и осмолению; слабые щелочи, особенно Са(ОН)₂, образуют солеобразные, разлагаемые С0₂ сахараты. Эта реакция применяется при технологич. процессе получения сахара _ из свеклы. 7) С веществами типа фенолов или ’ ов в присутствии НС1 образуются часто эфиры — гмокозиды (смотрите). 8) Действие к-т на. простейшие У. различно в зависимости от числа атомов углерода: в случае пентоз получается фурфур°^л(смотрите), в случае же гексоз образуются муравьиная и левудиновая к-ты. 9) Гидроксильные группы простейших и сложных У. могул· быть этерифицированычастично или полностью. Простейшие У.—кристаллич. вещества или сиропообразные жидкости, растворимые в воде, труднее в е и еще меньше в эфире и бензоле. Сладким вкусом (в различной степени) обладают не только гексозы, но и большинство других моноз, а также нек-рые сложные У., как тростниковый и молочный сахара. Молекула большинства У. содержит один или несколько асимметрич. атомов углерода (смотрите Асимметрический углерод), следствием чего является существование многочисленных стереоизомеров (смотрите Стереохимия). В природе находятся обычно У. в виде лишь одного из двух оптич. антиподов. Для многих У. характерно явление му-таротации (смотрите). Типичной особенностью мно-

гих У. является способность к брожению под влиянием энзимов, вырабатываемых микроорганизмами. На этом свойстве У. основано технич. получение не только этилового а, но и других продуктов, имеющих крупное технич. -значение: бутилового а, масляной и молочной к-т; введением чистых культур определенных микроорганизмов в растворы У. вызывают преобладание желаемого типа брожения над остальными. Полисахариды сбраживаются лишь после их гидролитич. расщепления (инверсии), происходящего либо при добавлении минеральных к-т либо под действием природных катализаторов—энзимов (смотрите), специфич. но своему действию для каждого полисахарида.

Наиболее распространенными в природе У. сиз пентоз являются l-арабиноза (смотрите), к с и-л о з а, получаемая из отрубей или соломы, р и б о з а, участвующая в образовании нуклеиновых к-т белка, р а м н о з а, находящаяся в виде глюкозида в нек-рых ягодах, и ф у к о з а— из водорослей. Из гексоз наиболее распространены альдозы: d-τ л ю к о з a, d-г алактоза и d-ж а н н о з а и кетозы: d-φρ у к т о з а (леву-лоза), содержащаяся во многих сладких фруктах, и с о р б о з а—из сока рябины. Из хитина ракообразных при гидролизе получается г л го-коз ами н CH₂OH-(CHOH)₃-CH(NH₂)-CHO— представитель класса аминогл юкоз, рассматриваемый как азотсодержащий У.

Значительная часть моноз получена в настоящее время синтетически. Особый интерес представляет синтез d- и 1-фруктозы и d-акрозы конденсацией формальдегида

6СН₂0=СН₂ОН(СНОН)<,СО-СН₂ОН;

d-акроза м. б. далее превращена в d-глюкозу. Важнейший биологич. процесс ассимиляции углерода растениями под влиянием солнечной энергии при посредстве хлорофилла является также синтезом У.—крахмала из углекислоты и воды:

6CO2^-t^-5H2O⁼C/6Hi0O5^-J"^C)2·

В связи с доказанным образованием формальдегида из углекислоты под влиянием ультрафиолетовых лучей дальнейшие успехи химии У. могут иметь в перспективе получение искусственных продуктов питания из С0₂ и Н₂0. Из природных дисахаридов помимо молочного сахара, мальтозы и сахарозы наиболее важны целлобиоз а—продукт гидролиза клетчатки—и генциабиоза, получаемая при гидролизе глюкозида амигдалина; обе дают при расщеплении 2 молекулы d-глюкозы. Синтетически дисахариды получаются нагреванием в высоком вакууме двух моноз при 145—160°. Важнейшие естественные трисахариды: раффино-за, мелитриоза, госсипоза С₁₈Н₃₂0₁₆-5Н₂0 из сахарной свеклы, дающие при полном гидролизе но одной молекуле d-фруктозы, d-галактозы и d-глюкозы, далее мелецитоза в манне и генцианоза в Gentiana lutea; обе последние при полном гидролизе дают две молекулы глюкозы и одну молекулу фруктозы. В манне содержится также маннеотетроза, при гидролизе дающая одну молекулу глюкозы, одну молекулу фруктозы и две молекулы галактозы. Из полисахаридов сложной структуры наиболее распространены в природе кроме клетчатки, крахмала, декстрина инулин, гликоген в печени и крови животных, переходящий после смерти в d-глюкозу, и лихенин, получаемый из исландского мха и других растений, окрашиваемый иодом в грязносиний цвет.

Сложные У. встречаются в природе также в виде камедей (смотрите), слизей растительных и пектиновых веществ (смотрите).

У. являются важнейшей составной частью пищи человека и многих животных. Взрослый человек потребляет ежесуточно в зависимости от условий труда 400—700 г У.; при тяжелой физич. работе потребность в У. возрастает. У. усваиваются животным организмом на 95— 99%. 1 г У. соответствует в среднем 3,7—4,4 Cal. Среднее содержание У. в важнейших продуктах питания (в %):

Пшеничная мука. 73—75 Ржаная мука. 73—75 Ячменная мука. 68—69

Крупа.76—77

Толокно.67—68

Маисовая мука. 71—72

Картоф. крахмал 80—81 Молоко коровье. 4,5—5

Сыр. 2—3

Яйца.0,5—0,7

Картофель. 20—21

Овощи. 2—15

почти не содержит У. Содержание У. в крови человека в среднем 0,1%, в моче—лишь в случае патологич. процессов.

Лит.: Ш о р ы г и н П., Химия углеводов и ее применения в промышленности, М.—Л., 1926; Ч и ч и б а-б и н А., Основные начала органической химии, вып. 1, М.—Л., 1932; Lippmann E., Die Cbemie der Zucker-arten, 3 Aufl., Brschw., 1904; Fischer E., TJnter-suchungen liber Kohlenhydrate u. Fermente, B., 1909; Armstrong E., Die einfachen Zuckerarten u. ihre Gliikoside, B., 1913; Abderhalden E., Lehrbuch d. physiologischen Chemie, 3 Aufl., В. 1, 1914; P r i n g s-h e i m H., Die Polysaccharide, B., 1931. А. Зорохович.