Моно, ди және полисахаридтерге тән түсті реакциялар

1.2. Көмірсулардың жіктелуі, табиғатта таралуы

 Құрамы өте күрделі болатын көптеген көмірсуларды белгілі бір жағдайларда сумен ыдыратса, яғни гидролиздесе, онда олар өзін құрайтын, аса күрделі емес қосылыстарға ыдырайды. Ал, олардың кейбіреуі су әсерінен ыдырамайды. Осыған орай көмірсуларды негізгі екі топқа немесе жікке бөлуге болады:

1. Жай көмірсулар немесе жай қанттар. Оларды моносахаридтер немесе монозалар деп атайды.
2. Күрделі көмірсулар немесе күрделі қанттар. Оларды полисахаридтер не полиозалар деп атайды.

Полисахаридтерді екі топқа бөледі: Қант тәріздес көмірсулар немесе олигосахаридтер, қант тәрізді емес, күрделі көмірсулар немесе жоғары полисахаридтер.

Олигосахаридтердің  тәтті дәмі бар. Суда еріп,ерітінділер  түзеді. Гидролиз кезінде моносахаридтердің  аз ғана молекулаларына ыдырайды. Олардың  арасында моносахаридтердің екі  молекуласынан түзілетін дисахаридтердің  маңызы жоғары. Үшсахаридтер және т.б. болуы мүмкін.

Полисахаридтердің тәтті дәмі болмайды және суда мүлдем ерімейді, немесе өте нашар еріп ісінеді де коллоидты ерітінді түзеді. Олар жоғары молекулалы қосылыстарға жатады. Олар әлсіз, ішінара гидролизденгенде олигосахаридтерге, ал толық гидролизденгенде моносахаридтердің жүздеген, мыңдаған молекулаларына ыдырайды.[2].

Олигосахаридтер. Дисахаридтерді олигосахаридтер деп те атайды. Онда моносахаридтердің екіден оңға дейінгі буындары гликозидті байланыс арқылы қосылып, дисахаридті түзеді.

Моносахаридтердің дисахаридке бірігуі екі моносахаридтің глюкозидті (жартыай ацеталды) гидроксил топтары арқылы (1 түрі), немесе біреуінің гликозидті гидроксил тобы мен екінші моносахаридтің спирттік гидроксил тобының қатысуы арқылы жүзеге асады.

2 түрдегі  тотықсызданбайтын  дисахаридке  жатады. Ол α – және β – түрде болады.

 

Экваториалды  байланыс

Β-Лактоза  (конформациялық  құрылысы),

4-( β-D - галоктопиранозидо) – D –глюкопираноза, сүт қанты)

b - 1,4 – глюкозидті байланыс         ашық түрі (оксо – түрі) 

 β-D -  галактопиранозил

1,4-( β-D - галоктопираноза)

(Хеуорс формуласымен  бейнелеу)                            β-Лактоза

Сүт  қантының  маңызды  түрі. 2  түрде бұл  тотықсызданбайтын  дисахаридтің  құрамдас  бөлігі  болып  β-D – галактопираноза және  D-глюконираноза   саналады. Лактозада, мальтоза  сияқты  α – және β – түрде кездеседі.                              Целлобиоза

4(β-D- глюкопиранозада) – D – глюкопираноза (конформациялық  құрылысы)

Β-1,4 – глюкозидті  байланыс

(циклдік   түрі)      (ашық  түрі)

β – D – глюкопираноза – 1,4 - β-D – глюконираноза

β – целобиоза

(Хеуорс  формуласымен  бейнелеу)

Целлюлозаның   бұзылуының  өнімі  және 2 түрдегі  тотықсызданбайтын  дисахаридке  жатады. Целлобиозада  D – глюкозаның   екі молекуласы  4β – глюкозидтік байланыспен қосылған.

 Полисахаридтер– биоза  және полиоза  типті  құрылған  жоғары  молекулалы  қосылыстар. Қышқыл ортада толық   гидролизденіп, монозалар  түзеді.

Бір  моноза  түзетін, ал  бұлар ең  маңызды   полисахаридтер деп  аталады. Егер моносахаридтердің екі не онан  да көп қоспасы түзілсе, бұл -гетерополисахаридтер.

Гомополисахаридтерге  крахмал (амилоза, амилопектин), гликоген, целлюлоза (клетчатка), инулин  жатады.

Гетерополисахаридтерге – гемицеллюлоза деп аталатындар,  микроағзалардың  көптеген  полисахаридтері т.б. жатады.

Полисахаридтер  түзу  сызықты – поликонденсацияланған,  мысалы  целлюлоза  және крахмал  сияқты  тармақталған болады.

Полисахаридтердің  жай  және   күрделі  эфирлері:

Целлюлозаның  ацетаттары,  нитраттары,  ксантогенаттары,  метил- карбоксиметил – және  диэтиламиноэтилцеллюлоза.

 Целлюлоза ацетаттары (сірке қышқыл эфирлері).

Целлюлозаның  моно -, ди –  және  триацетаттары  алынуы мүмкін. Целлюлозаның  диацетатының  қолданыс  аумағы  кеңірек.

Целлюлоза  нитраттары (азотқышқылды эфирлері).

 Жағдайға  байланысты бір, екі немесе  үш гидроксил топ орынбасуы  мүмкін. Сондықтан өнімдері клетчатканың  моно -, ди -, тринитраттары деп аталады.  Моно – және динитроклетчатка қоспасы коллодий мақсаты не коллоксилин делінеді. Медицинада колданылады.

Клетчатка үшнитраты –  жарылғыш зат.

Клетчатка ксантогенаттары. Ксантогенаттар деп ксантоген қышқылының тұздары мен эфирлерін айтады. Ксантоген қышқылы:

                         R – O – C – SH

                    ||

                    S

Ксантогенаттарды  былай алады: целлюлозаны сілтімен өңдейді. Целлюлозаның (клетчатканың) әртүрлі гидроксилді топтарындағықышқылдың  дәрежесі, күші әртүрлі, атап айтқанда, глюкоза қалдығын қосатын оттекке жақын орналасқан С – 2 көміртек атомындағы гидроксильдің қышқылдығы күштілеу болғандықтан, ондағы сутек натриймен алмасады.

Сосын осы целлюлозаның натрийлі туындысына күкіртті көміртегіні  қосса, ксантогенат түзіледі.

целлюлоза ксантогенаты   Метилцеллюлоза целлюлоза ксантогенатына диазокетонды қосқанда алынады:

Карбоксиметилцеллюлоза алу үшін алкалилцеллюлозаға хлорсірке қышқылымен әсер етеді.

 

Ионит (катионит) ретінде  қолданылады. Карбоксилде сутек  басқа катиондармен алмасқан.

Иониттер – заттарды таза алу үшін иондарды байланыстыру тәсілін қолданатын заттар.

Алкалицеллюлоза 2 – хлортриэтиламинді  әсер ету арқылы диэтиламинэтилцеллюлоза  алынады.

Аниониттер – байланыстырушы және алмасушы аниондарды, яғни негіздік топтарды өз құрамында сақтайды.

 Гомополисахаридтер.Маңызды полисахаридтерге крахмал, гликоген және целлюлоза жатады. Олардың барлығы D – глюкоза қалдықтарынан құралған және өсімдіктер мен жануарлар ағзаларында қоректену көмірсуларының қосымша қоры немесе жасушалық ұлпалардың діңгегін құру үшін қажетті көмірсулар болып табылады.

Крахмал өсімдіктің тамыры мен түйіндерінде, тұқымында кішкене түйіршік түрінде жинақталады. Дәнді дақылдар мен картопта оның мөлшері көп болғандықтан маңызды тағам өніміне жатады. Крахмал жеке зат емес. Ыстық су арқылы оны екі құрамдас бөлігіне – амилозаға (-20%) және амилопектинге (-80%) жіктеуге болады.[3].

Амилоза суық суда ерімейді, ол 1,4 – жағдайлармен тармақталған тізбек беріп, қосылған a - D – глюкопиранозаның кескіндерінен құралған. Бұл кескіндер макромолекулада спираль сияқты бұралған, спиральдың бір орамына глюкозаның шамамен 6 молекуласы енеді. Мұндай спиральдың ішінде түзілген бос қуысқа, айталық иод молекуласы сыйып кетеді. Оған сәйкес қосылыс (йодкрахмал) көк түске боялған.

Амилопектин суық суда ериді және иод қатысында күлгіннен қызыл – күлгін түске дейін боялады. Бұл полисахаридке тармақталған құрылыс тән: a - D – глюкопиранозидті бөлік 1,4 – және 1,6 жағдаймен де байланысқан. Ондағы тармақталу 18 – 27 моносахаридтің 18 – 27 буынынан кейін туындайды.

Крахмал диастаза ферментінің  әсерінен ыдырап, мальтоза түзеді. Белгілі  бір жағдайларда желімдеуші зат  ретінде қолданылатын, декстрин деп  аталып, глюкозаның 6 – 8 қалдығынан құралған, сақиналы олигосахаридтерді алуға  болады.

Гликоген бұлшық ет ұлпасы мен бауырда кездеседі. Ол да қосымша қор ретінде полисахаридтерге жатады.

Оның химиялық құрылымы крахмалға ұқсас болғанымен, амилопектинге  қарағанда тармақталу глюкозаның әрбір 8 – 16 қалдығынан кейін қайталанады.

Целлюлоза өсімдік жасушаларының қабырғаларын қалайтын негізгі материал және ол тоқыма, целлюлоза – қағаз өнеркәсібіндегі басты шикізат. Мақта, кейбір сияқты талшық таза целлюлозадан тұрады. Ол ағашта 40 – 50% шамасында болады.

 

 

      1.3. Көмірсулардың маңызды қосылыстарының алыну жолдары.  Моносахаридтер бос күйінде және ангидридтер (полисахаридтер) түрінде табиғатта кең тараған. Мысалы, глюкоза бос күйінде көп мөлшерде жүзімде және т.б. жемістерде кездеседі; фруктоза глюзамен бірге балдың құрамында болады. Моносахаридтер әр – түрлі гликозидтер түрінде жиі кездеседі.

1. Қантты заттарды (моносахаридтерді) ең алғаш А.М.Бутлеров формальдегидтен синтездеп алған.
2. Қышқылдардың немесе энзимдердің қатысуында Ди және полисахаридтерді гидролиздеу арқылы моносахаридтер алады:

                                       а) С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О    2 С₆Н₁₂О₆

  ә) (С₆Н₁₀О₅)_n + n H₂O 

  n С₆Н₁₂О₆

3. Көп атомды спирттерді  әдетте  тотықтырғыштармен  немесе энзимдердің әсерімен тотықтыру арқылы моносахаридтер алады. Бұл жағдайда  заттардың қоспасы түзіледі.  Мысалы, алты атомды спирт Д – сорбитті тотықтырғанда, Д – глюкозамен мен қатар L – гулоза түзіледі: біріншісі спирттегі жоғары  СН₂ОН опшаның, ал екіншісі төменгі СН₂ОН топшаның тотығуынан түзіледі:

Д – сорбит   Д – глюкоза  L – гулоза

     Крахмалды гидролиздеу немесе декстриндер алу. Крахмалды қышқылдармен немесе ферменттермен гидролиздеу түрлі аралық өнімдер – декстриндерге ыдырайтындығы және оларды иодпен реакцияластыра отырып, анықтауға болатындығы белгілі. Эрленмейер қолбасын немесе үлкен пробирка алып, 10мл 1% крахмал, 10мл 10 % H₂SO₄ қосып, су ваннасында не спиртовка жалынында қыздырады. Қайнай бастағаннан 2-3мин. өткен соң, одан 2мл алып сәл ғана суытып, иод немесе Люголь реактивін қосса, сұйықтық көк түске боялады, бұл ерітіндісінде амилодекстриндердің барлығын көрсетеді. Колбадағы барлық крахмал ерітіндісін қайнатуды одан әрі 3-4 минут жалғастырып тағы татпа алып, иод қосса, сұйықтық қызыл түске боялады. Бұл эритродекстриндердің түзілгеніне дәлел. Тағы да осы процесті әрі қарай жүргізсек, шие қызыл түс ахродекстриндерді, одан әрі қайталасақ, сары түсті, яғни тамызылған иодтың түсіндей мальтодекстриндерді анықтаймыз. Ең соңында моносахарид-глюкоза пайда болады, 1-2мл гидролизатты NaOH ерітіндісімен нейтралдап,  оның үстіне Фелинг реактивін қосып қыздырамыз. Гидролиз процесі толық аяқталса, онда беретін реакция оң болады. Егер гидролиз толық аяқталмаса, реакция теріс болады.[4].

                            1.4. Көмірсудың биологиялық маңызы

     Көмірсулар- құрамы  көміртек, су және оттектен тұратын, суда еритін, ағзаның ең негізгі қуат көзі. Ағзаның қалыпты дамуы күнделікті қабылдаған тамақтың мөлшеріне ғана емес, сонымен қатар негізгі қоректік заттардың ара қатынасына да байланысты. Біздің ағзамыз үшін тамақтың құрамының 58%-ы көмірсу, 30%-ы майлар, және 12%-ы белок болуы қажет. Көмірсу ыдырағанда глюкоза және басқа қанттар түзіледі. Біз күн сайын жеген тамағымыз арқылы 500 грамм көмірсу қабылдаймыз. Көмірсулар өсімдік тектес қоректе - ұн тағамдарының, картоптың, көкөністің және кондитер тағамдарының құрамында көп болады. Егер қабылдаған тамағымыздың құрамында көмірсу-дың мөлшері, ағзаға қажетті мөлшерден үнемі арта берсе, онда бұл заттар біздің денемізде майға айналады. Соның салдарынан теріасты клеткасында май қабаттары жиналады да, адам семіре бастайды. Денедегі артық май, адамның дене пішінін бұзып қана қоймай, ол денсаулыққа да зиянды болады.

     Көмірсулар - тамақтағы маңызды энергиялық компоненттер. Химиялық құрамы жөнінен оларды әдетте қант пен полисахаридтерге бөледі. Қарапайым қанттарға моносахаридтерді (глюкоза, фруктоза, ксилоза, арабиноза), дисахаридтертерді (сахароза, мальтоза және лактоза), трисахарид (рафиноза), тетрасахаридті (стахиоза) жатқызады. Полисахаридтерге гемицеллюлоза, крахмал, инулин, гликоген, целлюлоза, пектин заттары, камеди, декстрандар мен декстриндер жатқызылады. Олар белгілі бір моносахаридтердің әр түрлі тізбегінен тұрады.

     Адам организміне  сіңімділігі тұрғысынан көмірсуларды  шартты түрде екі топқа - адамның  ас қорыту жолында сіңірілетін және сіңірілмейтін көмірсулар деп бөледі. Сіңірілетін көмірсуларға глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, галактоза, лактоза мен рафиноза, инулин, крахмал және крахмалдың аралық гидролизінің өнімдері ретінде декстриндер жатқызылады.Сіңірілмейтін көмірсуларға гемицеллюлоза, целлюлоза, пектин заттары, камеди, декстрандар жатады. Сіңірілмейтін көмірсуларға әдетте фитин қышқылын және көмірсулық емес, хош иісті табиғи полимер- лигнинді де жатқызады. Целлюлозалар, гемицеллюлозалар, пектин мен лигнин өсімдіктерінің клеткалық қабырғаларының негізін құрайды.

     Көмірсулардың  сіңірілуі адамның асқазан –  ішек жолында белгілі бір ферменттердің  болуына байланысты. Бәрінен оңай сіңірілетіні – фруктоза, глюкоза, сахароза, сондай-ақ мальтоза мен лактоза. Крахмалдар мен декстриндер біршама баяу сіңіріледі, өйткені олар алдымен қарапайым қанттарға дейін ыдырауы тиіс.

     Крахмалдың ыдырауы  құрамында крахмал ыдырататын  амилаз ферменті бар сілекейдің  әрекетімен ауызда басталады. Алайда амилаздың негізгі мөлшері ұйқы безінің сөлінде болады. Сондықтан крахмал негізінен алғанда ауызда емес, ішекте глюкозаға дейін ыдырайды.