УГЛЕВОДЫ

УГЛЕВОДЫ, органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода, причем два последние обычно находятся в том же отношении, как в воде. Это определение, как основанное на чисто формальном признаке, конечно недостаточно и правильнее охарактеризовать У. как различной степени сложности альдегидные и кетонные производные многоатомных спиртов. Самые простые из них, монозы (см.), с 3, 4, 5, 6 или 7 атомами углерода и являются такими альдеги-доспиртами (см. Альдозы) или кетоноспиртами (см. Кетозы), более же сложные У. могут быть рассматриваемы как простые эфиры или ангидриды, образовавшиеся соединением двух или нескольких частиц моноз с выделением воды (см. Полисахариды). В 1927 г. Международной комиссией по реформе химико-биол. номенклатуры была предложена следующая номенклатура У.: глюциды (углеводы); озы (монозы); озиды: голозиды (полисахариды), гете-розиды (гликозиды). У. чрезвычайно распространены в растительном мире, являясь здесь, с одной стороны, скелетными веществами (клетчатка, гемицел-люлоза, пектин), с другой,—принимая участие в обмене веществ (крахмал, инулин, сахара). В организме животных количество различных форм углеводов значительно меньше, но и здесь они играют огромную роль при обмене веществ (гликоген, сахара), принимая участие в построении скелетных тканей только у оболочниковых (Tunicata). Организм животных не способен синтезировать У. из минеральных веществ и получает их извне или непосредственно с растительной нищей (травоядные) или через посредство травоядных животных (плотоядные). В растениях У. образуются в процессе фотосинтеза у зеленых растений и хемосинтеза у прототрофных организмов (нитрифицирующие, серные бактерии). В наст, время изучен, да и то не во всех своих частях, только фотосинтез, при к-ром углекислота и вода соединяются с молекулой аедепого пигмента хлорофила; это соединение поглощает солнечные лучи, преимущественно-красно-оранжевой части спектра, и за счет энергии последних происходит хим. перегруппировка, приводящая повидимому к образованию перекисного органического соединения. Последнее затем отщепляется от хлорофила с выделением газообразного кислорода. По теории, высказанной впервые Байером (A. Bayer, 1870), при этом образуется формальдегид; шесть молекул последнего уплотняются по типу альдоля и образуют монозу. Это может быть выражено следующими уравнениями: СОа+Н_аО= СНаО + Ог вСНгО = CeUigOe- Однако до сих пор не имеется безусловных доказательств образования формальдегида. Характер образующейся при фотосинтезе' монозы не установлен, но есть ряд данных, позволяющих думать, что таковой является фруктоза. Процесс фотосинтеза требует поглощения значительных количеств солнечной энергии (674 больших калории на образование одной грамм-молекулы) и является основным энергетическим процессом всего органического мира, так как от него прямо или косвенно зависят все жизненные явления растений и животных. Образовавшаяся при фотосинтезе фруктоза легко перегруппировывается в близкие ей по строению глюкозу и маннозу, а также путем относительно простых изменений может дать начало и целому ряду других У. (см. также Ассимиляция). Выяснению-строения У. было посвящено большое количество исследований (Е. Fischer, Kiliani, Tollens, Haworth, Irvine и др.) и в наст. время принято воззрение, что монозы могут встречаться в виде стойких и нестойких форм. Первые (пиранозы) являются производными шестичленного гетероциклического ядра пи-рана, вторые (фуранозы)—пятичленного гетероциклического ядра фурана: о о /\ /\ НС СН НС СН III J1 НС СН НС—СН Ч/ СН₂ пиран фурэн Производные фурана в естественном состоянии существуют только в связанной форма (фрукто-фураноза в тростниковом сахаре), в свободной же нестойки и быстро переходят в пиранозы. Все монозы содержат альдегидную или кетонную группу и благодаря этому, с одной стороны, легко восстанавливаются, напр. действием амальгамы натрия на водные растворы, давая начало многоатомным спиртам (арабиноза-—арабиту, ксилоза—ксилиту, глюкоза и фруктоза—сорбиту, галактоза— дульциту), к-рые часто встречаются в растениях в свободном виде. С другой стороны, они очень легко подвергаются окислению, причем для альдоз можно отличить три типа последнего: 1) при окислении одной только альдегидной группы образуются глюконовые к-ты (глюконовая, манноновая, галактоновая, ара-боновая, ксилоновая); 2) при окислении первичной спиртовой группы и сохранении неизменной альдегидной—уроновые кислоты (глю-куроновая); 3) при окислении и альдегидной и первичной спиртовой групп—сахарные к-ты (сахарная из глюкозы, манносахарная из маннозы, слизевая из галактозы). При оки- слении фруктозы происходит разрыв углеродной цепи по месту кето-группы, и при слабом окислении получается смесь гликолевой и <$-эритроновой к-т, а при более энергичном— смесь щавелевой, виноградной, мезовинной и гликолевой к-т. Способность моноз легко окисляться используется для их количественного определения: чаще всего применяются методы, основанные на восстановлении окиси меди в закись, и метод Вильштеттера и Шуделя (Willstatter, Schudel), в к-ром альдегидная группа окисляется действием иода в щелочном растворе, что позволяет определять аль-дозы в присутствии кетоз, т. к. последние иодом не окисляются. Характерными соединениями, служащими для отделения моноз друг от друга, служат гидразоны и озазоиы (см.), т. е. соединения с одной или двумя молекулами фенилгидразина. Две молекулы моноз, соединяясь между собой с выделением одной частицы.воды, дают начало дисахаридам, (см.) или биозам, наиболее известными из которых являются сахароза, мальтоза и лактоза. Дисахариды могут образоваться или двумя одинаковыми моно-зами (две молекулы глюкозы образуют мальтозу и трегалозу при соединении по типу а-гликозида, генциобиозу и целлобиозу при соединении по типу /!-гликозида и т. д.) или же гексозы могут принадлежать к разным типам (сахароза состоит из глюко-пиранозы и фрукто-фуранозы, мелибиоза — из галактозы и глюкозы, лактоза—тоже из галактозы и глюкозы). То же наблюдается и для триса-харидов: амялотриоза состоит из трех частиц глюкозы, а раффиноза из глюкозы, фруктозы и галактозы. Как монозы, так и дисахариды и трисахариды хорошо кристаллизуются, обладают характерным оптическим вращением, встречаясь в правых, левых и неактивных видоизменениях. Характерна для них также пространственная изомерия. Так напр. глюкоза встречается в двух изомерах — а и р и дает два ряда производных: а- и Д-гли-козиды, характеризующиеся между прочим своим отношением к ферментам: а-гликозиды расщепляются ферментами типа дрожжевой мальтазы (а-гликозидазы), /5-гликозиды—ферментами типа эмульсина (/?-гликозидазы). Строение их видно из следующих формул: СН₂ОН I О Н у\---------------------V II \У ^я \ |\ он н у он \|___.....__\/ он н он а-глюкопираноза СН_аОН ! О Н у\-----------------------V ОН |\ он н у\ ОН \[___________I/ Н Н ОН 0-глюкопираноза Если принять во внимание все возможные случаи оптической изомерии, пространственной изомерии и то, что каждая моноза может встречаться в пираиозной и фуранозной формах, то легко понять, что число возможных Сахаров может быть огромно и что в наст. время известна только часть их. Монозы вступают . в гликозидную связь не только с монозами же, но и с соединениями, не обладающими свойствами последних: жирными и ароматическими спиртами, альдегидами, кетонами, флавонами, антоцианами, пурино-выми основаниями, горчичными маслами и т. д. Все эти соединения именуются гликози-дами и по отношению к ферментам ведут себя, как указано выше. Молекулы моноз, соединяясь между собой, могут дать начало не только ди-, три- и те-трасахаридам, но и веществам, несравненно более сложным, как напр. крахмал (см.), инулин (см.), гликоген (см.), гемицеллюлезы, клетчатка, пектиновые вещества, слизи, гумми, объединяемым под именем полисахаридов или полиоз. Общими признаками всех этих соединений являются их аморфность и нерастворимость в воде (исключение в последнем отношении представляет инулин). С водой крахмал и гликоген образуют коллоидальные растворы. При этом обычно наступают и б. или м. глубокие изменения в виде частичного гидролиза, расщепления сложных агрегатов на более простые. При нагревании с к-тами й при действии специфических ферментов полисахариды распадаются с образованием моноз, чаще всего глюкозы (целлюлеза, крахмал, гликоген, некоторые гемицеллюлезы), а в некоторых маннозы, галактозы, фруктозы (инулин), арабинозы, ксилозы. Иногда при гидролизе образуется сложная смесь моноз и их производных, как напр. при гидролизе пектиновых веществ, где образуется арабино-за, галактуроновая к-та и галактоза. Точных формул строения неизвестно ни для одного коллоидного полисахарида. То же самое приходится сказать и относительно их молекулярного веса. Можно лишь думать, что отдельные монозы соединены между собой внутри молекул полисахаридов попарно: за это говорит образование мальтозы при диастатическом распаде крахмала, целлобиозы при расщеплении клетчатки. Некоторые сахара синтезированы искусственно; впервые сахароподоб-ное вещество было получено Бутлеровым в 1861 г. путем конденсации формальдегида действием известковой воды; близость полученного им вещества к сахарам была установлена Э. Фишером, получившим подобное вещество действием баритовой воды на ди-бромид акролеина и назвавшим его а-акрозой. В последнее время появилось много работ, посвященных искусственному фотохимическому синтезу У., однако результаты этих работ весьма противоречивы. Пищевое значение У. чрезвычайно велико, т. к. они являются в организме одним из главных источников энергии. 1 г У. дает при сжигании около 4,1 бол. калории. Организм человека получает необходимое для него количество У. отчасти с мясной пищей (гликоген), с молоком (лактоза), главным же образом с растительной в виде крахмала, сахарозы, различных моносахаридов и т. д. Особенно велико значение крахмала, являющегося главной составной частью многих пищевых продуктов (см.). Так напр. зерна пшеницы содержат его 65%, кукурузы—65%, ржи—69%, риса—75%, сорго и ячменя—60%, овса— 53%, клубни картофеля—от 14% до 25% (от сырого веса), клубни бататов—от 10% до 20%. Второе место принадлежит сахарозе, содержание к-рой в стеблях сахарного тростника доходит до 20% от сырого веса, в стеблях сахарного сорго—до 15% и в корнях сахарной свеклы—до 20—22%. В плодах банана содержание Сахаров доходит до 23% от сырого веса, в винограде—до 22% и т. д. — Кроме самих У. материалом для их образования в организме служат белки. Углеводы же в свою очередь дают материал для синтеза жиров в организме. См. также Обмен веществ, Гликолиз, Мышцы. Вещества группы У. имеют также большое техническое и промышленное значение, напр. целлюлеза идет на производство бумаги, коллодия, искусственного шелка. Производное Сахаров—фурфурол, получающийся в виде отбросов при производстве бумаги, получил большое применение в производстве искусственных смол, бакелита и т. д. У. служат материалом для получения винного спирта, ацетона, молочной к-ты и других технически важных продуктов. Лит.: Бернгауар, Химия и биохимия Сахаров, М., 1933; Б л аго в еще иски й А., Биохимия растений, стр. 109—234, М., 1934; Гесс К., Химия целлюлозы, М., 1934; Гэворт В., Строение углеводов, М., 1934; Клейн В., Бактериологический метод анализа углеводов, Врач, дело, 1928, № 13—14; Ш о р ы г и н П., Химия углеводов, М., 1932; Handbuch der Biochemie, hrsg. v. С. Oppenhelmer, В. I—Kohlenhydrate, Jena, 1924 (лит.).

Смотрите также:

УГЛЕКИСЛОТА (угольный ангидрид, двуокись углерода, углекислый газ, С02) была известна еще в 16 в. Парацельсу и ван-Гель-монту как составная часть воздуха и как продукт, образующийся при брожении, дыхании и т. д. ...
УГЛЕКИСЛЫЕ ВАННЫ относятся к группе т. н. газовых ванн, активное терап. действие которых обусловлено преимущественно содержащейся в них в значительном количестве угольной к-той (С02). У. в. издавна применялись с успехом при заболеваниях ...
УГЛЕНИЙЛЫЕ ИСТОЧНИКИ. Углекислота может находиться в воде в свободном и полусвязанном состоянии (связанная углекислота при наличии свободной СОа переходит в полусвязанную—ион НС03).СОа является составной частью почти всех минеральных вод, т. к. ...
УГЛЕРОД, С, четырехвалентный элемент с ат. в. 12,000 (изотоп У. имеет ат. в. 13). Начинает собой IV группу элементов. Порядковый номер б, т. е. имеет 6 электронов, из к-рых 4, ...
УГОЛЬ (Carbo), продукт неполного сгорания животных или растительных тканей. В медицине применяют древесный и животный уголь. Древесный уголь (Carbo ligni) получается при накаливании древесины—чаще всего березового, липового или тополевого дерева—в отсутствии ...