Предлагаемый методический материал является раздаточными дидактическими карточками с подборкой тематических заданий для быстрой проведения знаний школьников по определенной теме из школьного курса химии. Также материалы заданий могут быть использования для индивидуальных заданий на уроках химии, для повторения, обобщения или закрепления знаний, навыков решения задач разных типов, в качестве тренировочных тематических заданий при отработке заданий из ОГЭ или ЕГЭ.
Зябкина О.А., учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ
Карточка – помощник «Циклические формы моносахаридов»
Известно, что альдегиды и кетоны реагируют со спиртами, образуя
полуацетали и кетали. Циклические полуацетали образуются особенно легко.
Для этого необходимыми условиями являются: 1) гидроксил и карбонильная
группа должны быть частями одной молекулы; 2) при их взаимодействии
может образоваться пяти или шестичленное кольцо.
Например, 4гидроксипентаналь образует пятичленный циклический
полуацеталь. При этом создается новый стереоцентр при углероде С1 (все
четыре заместителя при С1 разные):
Подобным образом 5гидроксигексаналь формирует шестичленный
циклический полуацеталь, в котором также генерируется новый стереоцентр
при С1:
Гидроксильная и карбонильная группы содержатся в одной молекуле
моносахаридов, поэтому моносахариды существуют почти исключительно в
форме циклических полуацеталей.
Циклические проекции Фишера. Размер полуацетального кольца
моносахарида сравнивают с гетероциклическими молекулами – пираном и
фураном:
Шестичленные полуацетальные кольца обозначают словом «пиран», а
пятичленные – «фуран».
При кристаллизации из этанола Dглюкоза дает
Dглюкопиранозу, tпл =Dглюкопиранозу, tпл = 150 °С, [
]D = +112,2°. Кристаллизация из
]D = +18,7°. Эти
изомеры – шестичленные циклические полуацетали – образуются при
146 °С, удельное оптическое вращение [
водного этанола дает
и
реакции гидроксила ОН при углероде С5 с карбонильной группой в
положении 1. Новый стереоцентр, возникающий при получении полуацеталя,
называют аномерным углеродом. Образующиеся таким образом
диастереомеры* имеют специальное название – аномеры. Конфигурация
аномерного углерода обозначается приставкой
группа находится с той же стороны фишеровской проекции, что и ОНгруппа
при стереоцентре с высшим номером. При противоположной ориентации этих
гидроксилов конфигурация аномерного углерода –
, когда его гидроксильная
.
Циклические проекции Фишера
и
аномеров Dглюкопиранозы
По данным метода ЯМР 13С Dглюкозы в водном растворе, существуют:
пираноза (38,8%),
пираноза (60,9%),
фураноза (0,14%),
фураноза (0,15%), гидрат
открытой линейной формы (0,0045%).
Приводим
формами фруктозы –
фруктофуранозы и
и
фруктофуранозы.
формы глюкофуранозы в сравнении с циклическимиПроекции Фишера
и
фуранозных форм
Dглюкозы и Dфруктозы
В альдозах замыкание цикла возможно за счет 1го (альдегидного) углерода и
гидроксила при 4м (или 5м) атоме С, а в кетозах – за счет 2го
(карбонильного) углерода и гидроксила в 5м или 6м положении цепи.
Формулы Хеуорса. Альтернативный способ изображения циклических
структур моносахаридов известен как проекции Хеуорса и назван так в честь
английского химика Уолтера Хеуорса (нобелевский лауреат, 1937 г.). В
формулах Хеуорса пяти и шестичленные циклические полуацетали
представляют в виде плоских пяти или шестиугольников, расположенных как
бы перпендикулярно плоскости листа бумаги. Группы, присоединенные к
углеродам кольца, располагают над или под плоскостью кольца и параллельно
плоскости листа бумаги. В формулах Хеуорса аномерный углерод обычно
записывают справа, а полуацетальный кислород – сзади него. Проекции
Хеуорса
пиранозных форм Dглюкозы показаны ниже.
и
Проекции Хеуорса
глюкопиранозы
и
форм D