Материал: Павлов, Борис Алексеевич. Курс органической химии учебник для химических техникумов

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

160. Механизм спиртового брожения

3 0 3

3. Уксусный альдегид восстанавливается за счет глюкозы в этиловый спирт; одновременно происходит образование глице­ риновой кислоты:

2СН3СНО + С6Н12Ов + 2Н30 -*■ 2С2Н5ОН + 2СН2ОН—СНОН—СООН

Теперь процесс становится стационарным: глицериновая кис­ лота снова дает (через пировиноградную кислоту) уксусный аль­ дегид и СОг и т. д. Таким образом, брожение протекает, минуя первую фазу. Если же к бродящей жидкости прибавить Na2S 0 3, то исключается последняя фаза, и уксусный альдегид переходит в бисульфитное соединение, на которое энзимы дрожжей не дей­ ствуют. В этом случае главными продуктами брожения являются глицерин, уксусный альдегид и углекислый газ:

Q H xA -► СН3ОН—СНОН—СН3ОН + СНзСНО + С02

Дрожжи сбраживают D-глюкозу, D-маннозу, D-фруктозу и D-галактозу. На другие гексозы, даже на антиподы упомяну­ тых углеводов, а также на пентозы, дрожжи не действуют. В мо­ лекулах D-глюкозы, D-маннозы и D-фруктозы пространственное расположение водорода и гидроксила у третьего, четвертого и пятого атомов углерода одинаково, в то время как в молекуле D-галактозы у одного из этих углеродных атомов, а именно у четвертого атома углерода, оно иное, и D-галактоза сбраживается дрожжами труднее; некоторые же виды дрожжей на нее вовсе не действуют. По образному сравнению Фишера, энзим должен подходить к веществу, как ключ к замку.

Спиртовое брожение гексоз вызывается дрожжами. Некото­ рые другие микроорганизмы вызывают иные виды брожения.

1. Молочнокислое брожение:

СсН120 6 2СН3—СНОН—СООН

2. Маслянокислое брожение:

С6Н120„ С3Н7—СООН + 2Н2+ 2С02

3. Лимоннокислое брожение:

С6Н120 6+ 0 2 НООС—СН2—С(ОН)(СООН)—СН2—СООН + 2Н20

4. Ацетонобутиловое брожение:

QH,A CjHjOH + С,Н,ОН + СН2СОСНя + н2 + со2

Процессы брожения имеют большое значение в промышлен­ ности. Биохимические процессы, происходящие под влиянием фер­ ментов, в ряде производств используются с практической целью. В организмах высших животных непрерывно протекают процессы биохимического растепления и синтеза моносахаридов. При мы­ шечном сокращении, в результате расщепления углеводов, обра­ зуется молочная кислота, а также ряд других продуктов.

3 0 4

Гл. XI. Углеводы

 

САХАРОПОДОБНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ

161.

Свойства и строение дисахаридов. Полисахаридами на­

зываются углеводы, молекулы которых, присоединяя воду, рас­ щепляются на молекулы моносахаридов или более простых поли­ сахаридов. Они разделяются на две группы: сахароподобные по­ лисахариды и несахароподобные полисахариды. К первой группе относятся полисахариды, которые по своим свойствам прибли­ жаются к тросниковому сахару. Они большей частью хорошо кристаллизуются, растворимы в воде, обладают сладким вкусом и определенным молекулярным весом. Простейшими из них яв­ ляются дисахариды. Дисахаридами называются такие углеводы, молекула которых, присоединяя молекулу воды, расщепляется на две молекулы моносахаридов.

Примерами дисахаридов могут служить: 1) тростниковый, или свекловичный, сахар — так называемая сахароза; 2) соло­ довый сахар, или мальтоза; 3) молочный сахар, или лактоза; 4) целлобиоза. Состав всех этих дисахаридов выражается одной и той же фомулой С12Н22О11.

Сахароза гидролизуется на D-глюкозу и D-фруктозу:

С12Н22О11 "Т Н20

C6H12Oe -j- свн 12о 6

сахароза

D-глюкоза D-фруктоза

Мальтоза и целлобиоза при гидролизе дают только молекулы D-глюкозы:

С12М22О11 "С Н20 ► 2С6Н120 6

мальтоза £>-глюкоза

Молочный сахар, гидролизуясь, переходит в D-глюкозу и D-галактозу:

Q2H22O11 420

*■ с,нгА

-р с,н12о6

молочный

£>-глюкоза

О-галактоза

сахар

 

 

Гидролиз дисахаридов происходит под влиянием кислот или энзимов. Действие последних носит избирательный характер. Инвертаза — один из энзимов дрожжей— гидролизует сахарозу, но не действует на молочный сахар; наоборот, эмульсин расщеп­ ляет молочный сахар, но не действует на сахарозу. Гидролиз дисахаридов является обратимой реакцией:

CnHjjOn + Н20 Д : СвН ,А + С6Н120 6

Тот энзим, который в присутствии избытка воды расщепляет дан­ ный дисахарид, в концентрированном растворе вызывает его об­ разование: мальтоза расщепляется мальтазой дрожжей на глюко­ зу; при действии же мальтазы на концентрированный раствор

161. Свойства и строение дисахаридов

305

глюкозы удалось получить мальтозу. Целлобиоза, при действии эмульсина, дает глюкозу, но при действии того же эмульсина на концентрированные растворы глюкозы происходит образование целлобиозы. Сахарозу синтетически получить до сих пор не уда­ лось.

Одни из дисахаридов восстанавливают фелингову жидкость, образуют фенилгидразоны и озазоны; следовательно, в их моле­ кулах имеется карбонил или группировка, легко переходящая в карбонил. В других дисахаридах нет этой группировки, и они не дают указанных выше реакций. К дисахаридам первого типа от­ носится мальтоза, молочный сахар и целлобиоза. Из дисахари­ дов второго типа наибольшее значение имеет сахароза.

Сахароза. Молекула сахарозы расщепляется при гидролизе на молекулу D-глюкозы и молекулу D-фруктозы. Следовательно, в молекуле сахарозы остатки молекул D-глюкозы и D-фруктозы соединены при помощи атома кислорода, а формулу сахарозы надо выводить из формул глюкозы и фруктозы отнятием элемен­ тов воды от гидроксильных групп. Поскольку сахароза не обна­ руживает ни свойств кетозы, ни свойств альдозы, не восстанав­ ливает фелингову жидкость, не дает ни фенилгидразона, ни озазона, то следует считать, что в ее молекуле нет ни карбонила, ни группировки, легко переходящей в карбонил. Следовательно, от­ щепление элементов воды происходит от двух глюкозидных гидроксилов (образование глюкозид-глюкозидной связи), что объясняет отсутствие в молекуле сахарозы активных функци­ ональных групп:

НСО-Н

СН2ОН

нс-

-Оч СН2ОН

|\

С:ОН

неон

\

 

неон

 

 

 

 

I

■+ НОСН

|

I

НОСН

I + Н,0

носн

носн

I '

I

О

I о

I

о

неон

неон

 

неон

неон

 

I

I

 

I

НС-

 

НС-----

НС__

 

НС-----

 

СН2ОН

СН2ОН

I

СН2ОН

СН2ОН

сахароза

 

люкоза

фруктоза

 

 

Мальтоза и молочный сахар. Мальтоза при гидролизе расщеп­ ляется на две молекулы D-глюкозы. Следовательно, в ней два остатка D -глюкозы соединены при помощи атома кислорода. Мальтоза окисляется, присоединяя один атом кислорода, в одно­ основную кислоту; с фенилгидразином она образует фенилгидразон. Следовательно, в ее молекуле есть одна альдегидная группа или группировка, легко переходящая в альдегидную группу. По­ этому отщепление элементов воды должно произойти в первой

20—1779

306

Гл. XI. Углеводы

молекуле глюкозы от глюкозидного, а во второй молекуле — от неглкжозидного гидроксила. Доказано, что этим гидроксилом является гидроксил при четвертом атоме углерода (возникнове­ ние глюкозидо-глюкозной связи):

нсо:И';

неон

 

нс-

 

неон

 

\" " ‘

 

 

 

 

 

 

неон

 

неон

 

нсон

о

неон

 

I

 

I

 

носн

\

I

 

носн

о

носн

0

\

носн

 

I

I.....

! 0

 

 

неон

 

нсюн

 

неон

\

\

о + Н.О

I

 

I ....

 

1

 

 

нс —

нс—

 

нс—

 

нс

 

СН2ОИ

СН2ОН

СИ2ОН

 

НСг

 

 

 

 

 

 

 

СН„ОН

Присутствие глюкозидного гидроксила приводит к тому, что молекула мальтозы может реагировать в альдегидной форме:

НС-

С(

\

"\>

неон \

 

о

 

неон

I

О

 

I

\

 

носн

 

\

носн

I

 

 

\

неон

 

 

 

I

 

 

 

нс

нс—

 

 

 

I

сн2он

 

 

 

неон

 

 

 

I

 

 

 

 

СН2ОН

Строение молочного сахара аналогично строению мальтозы, отличается лишь тем, что роль молекулы глюкозы в нем играет молекула Д-галактозы:

НС|-\

 

 

 

к ,

неон4\

О

о

 

неон

I

\

 

носн

носн

 

\

I

 

 

\

носн

 

 

 

I

 

 

 

\

нс—

 

 

 

НС

сн,он

 

 

 

неон

 

 

 

 

сн2он

молочный сахар (альдегидная форма)

162.

Сахароза

307

Доказательством того, что

альдегидная

группа сохранилась

у остатка глюкозы, а не у остатка галактозы, является то, что при осторожном окислении молочного сахара образуется лакто­ бионовая кислота

ПС--------- -------- ;

 

СООН

| \

1

 

1

1 \

о

 

неон

неон \

\

\

1

I

О

носн

носн

 

\

1

1

 

 

\ |

поен

 

 

НС

1

 

 

неон

н с --------

 

I

 

 

I

сн2он

 

 

сн.ры

которая при гидролизе расщепляется на молекулу D-галактозы и молекулу D-глюконовой кислоты

СН2(ОН)—СН(ОН)—СН(ОН)—СН(ОН)—СН(ОН)—СООН

т. е. той кислоты, которая получается при окислении D-глюкозы. В молекулах молочного сахара и мальтозы тот остаток моле­

кулы глюкозы, в котором сохранилась группировка, переходя­ щая в альдегидную группу, может находиться в форме или остатка a-D-глюкозы или остатка p-D-глюкозы. Поэтому молоч­ ный сахар и мальтоза могут существовать в виде а- и р-форм, легко переходящих одна в другую, и их растворы обладают спо­ собностью к мутаротации. Что же касается первого остатка мо­ носахарида, то он входит в состав молекулы дисахарида в одной определенной форме. Так, в молекуле мальтозы первым остат­ ком является остаток a-D-глюкозы.

Целлобиоза. Строение целлобиозы отличается от строения мальтозы тем, что в молекуле целлобиозы первым остатком яв­ ляется остаток p-D-глюкозы, в то время как в молекуле мальтозы первым остатком служит остаток a-D-глюкозы. Это доказывается

следующим.

Мальтоза

и целлобиоза являются производными

D-глюкозы,

в молекуле

которой водород глюкозидного гидро­

ксила замещен остатком второй молекулы глюкозы; таким об­ разом, они построены по типу глюкозидов. Глюкозиды а-ряда расщепляются мальтозой, глюкозиды р-ряда — эмульсином. На целлобиозу мальтоза не действует, эмульсин же ее гидролизует. Это позволяет отнести целлобиозу к р-ряду.

162. Сахароза. Сахароза, называемая также тростниковым или свекловичным сахаром, — это обычный сахар. Она чрезвычайно распространена в растительном мире. Она имеет большое зна­ чение в жизни человека, являясь весьма важным питательным и

20*

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/124701