§ 35. ІНШІ МОНОСАХАРИДИ. ОПТИЧНА ІЗОМЕРІЯ

Інші моносахариди. До гексоз належить і фруктоза. Вона має таку саму молекулярну формулу, що й глюкоза, а саме С₆Н₁₂О₆. Отже, глюкоза й фруктоза — структурні ізомери. У водному розчині фруктоза існує у трьох формах: α-, β- й відкритій. На відміну від глюкози фруктоза утворює не шести-, а п’ятичленний цикл, а у відкритій формі це не альдегідо-, а кетоноспирт:

Крім того, на відміну від глюкози фруктоза не дає реакції «срібного дзеркала».

Поясніть цей факт, спираючись на знання реакцій окиснення альдегідів і кетонів.

Фруктоза — найсолодша з вуглеводів, вона втричі солодша за глюкозу, дуже поширена в рослинному світі, міститься в яблуках, томатах, у меду (до 50 %). Бджолиний мед складається переважно з глюкози й фруктози.

По п’ять атомів Карбону входять до складу молекул рибози С₅Н₁₀О₅ і дезоксирибози С₅Н₁₀О4, тобто вони є пентозами. У молекулі дезоксирибози, на відміну від рибози, до другого атома Карбону замість гідроксильної групи приєднаний Гідроген (дезокси — без Оксигену). У водних розчинах цих сполук містяться незначні кількості відкритої форми, а також α- і β-форми:

Рибоза є невід’ємним складником кожного клітинного ядра та цитоплазми і входить до складу рибонуклеїнових кислот, важливих регуляторів синтезу білків у живих організмах. Дезоксирибоза міститься в дезоксирибонуклеїнових кислотах, що є універсальною скарбницею і джерелом спадкової інформації живого організму.

Оптична ізомерія. Молекулі глюкози властива не лише структурна ізомерія. Існують ще шістнадцять альдегідоспиртів складу С₆Н₁₂О₆, але різної просторової будови — так звані оптичні ізомери (мал. 121, с. 194).

Мал. 121. Оптичні ізомери

Ці сполуки мають однакові температури плавлення й кипіння, розчинність та інші фізичні й хімічні властивості, але різняться деякими оптичними характеристиками, які ми тут не розглядаємо. Звідси й назва — оптичні ізомери.

Причина збільшення числа ізомерів полягає в існуванні так званих асиметричних атомів Карбону та відповідно асиметричних молекул. Такі молекули є ніби дзеркальним відображенням одна одної. Це можливо в усіх випадках, коли атом Карбону зв’язаний із чотирма різними замісниками.

Зберемо дві однакові моделі молекули метану. Замінимо на них три однакові кульки, що зображають атоми Гідрогену, на різнобарвні кульки, що зображають атоми Флуору, Брому, Хлору. На одній із моделей поміняємо місцями будь-які дві кульки (Br і F). Просторову будову таких молекул на папері зображають за допомогою перспективних формул:

Тепер спробуємо на моделях чи на папері сумістити ці формули одна з одною. Це виявиться неможливим, оскільки формули є дзеркальним відображенням одна одної, як ліва і права руки (мал. 122, с. 194). Саме такі молекули, в яких є атоми Карбону, сполучені з чотирма різними замісниками, можуть мати більше число ізомерів і саме оптичні ізомери (їх називають антиподами).

Мал. 122. Ліва й права руки — дзеркальне відображення одна одної

Зобразимо формулу глюкози в альдегідній формі та її антипод:

У молекулі глюкози є чотири асиметричні атоми Карбону (2, 3, 4, 5), біля яких замісники можуть розміщуватися в різний спосіб. У кожному окремому випадку маємо справу з оптичним ізомером глюкози. А разом їх: 2ⁿ = 2⁴ = 16, тобто 8 пар антиподів.

Явище оптичної ізомерії дуже поширене у природі й має особливе значення для функціонування білків, нуклеїнових кислот, ферментів. Від просторової будови залежать також властивості природних і синтетичних полімерів.

Оптична ізомерія, як і геометрична (цис-, транс-ізомерія), належить до просторової (стерео) ізомерії. Просторові ізомери є предметом вивчення стереохімії — науки про зв’язки просторової будови молекул з їхніми фізичними та хімічними властивостями.

Завдання для самоконтролю

1. Наведіть приклади гексоз і пентоз.

2. Чим різняться за хімічною будовою глюкоза й фруктоза?

3. Чому фруктоза не дає реакції «срібного дзеркала»?

4. Поясніть назву вуглеводу дезоксирибоза.

5. Назвіть причину існування оптичних ізомерів.

6. Виберіть правильні твердження щодо асиметричного атома Карбону.

А перебуває в іншому стані гібридизації

Б зв’язаний із чотирма різними замісниками

В є причиною існування оптичної ізомерії

Г є причиною існування цис-, транс-ізомерії

7. Які види ізомерії вам відомі? Наведіть приклади.