Если подвергаемая
силосованию масса недостаточно уплотнена, то под влиянием проникшего воздуха
происходит маслянокислое брожение и корм становится непригоден к применению.
На практике
используется также спиртовое брожение глюкозы, например при производстве
пива.
Физические
свойства.
Глюкоза —
бесцветное кристаллическое вещество со сладким вкусом, хорошо растворимое в
воде. Из водного раствора она выделяется в виде кристаллогидрата:
C6H12O6 · H2O. По
сравнению со свекловичным сахаром она менее сладкая.
Химические свойства.
Глюкоза обладает
химическими свойствами, характерными для спиртов и альдегидов. Кроме того, она
обладает и некоторыми специфическими свойствами:
Свойства,
обусловленные наличием в молекуле гидроксильных групп альдегидной группы
1. Реагирует с карбоновыми
кислотами с образованием сложных эфиров (пять гидроксильных групп глюкозы
вступают в реакцию с кислотами).
2. Реагирует с
оксидом серебра (I) в аммиачном растворе (реакция “серебряного зеркала”):
CH2OH(CHOH) 4-COH + Ag2O®
CH2OH(CHOH) 4-CO2H + 2AgЇ
Глюкоза способна
подвергаться брожению:
а) спиртовое
брожение C6H12O6®2CH3-CH2OH+ CO2
б) молочнокислое
брожение C6H12O6® 2CH3-CHOH-COOH молочная кислота:
1. Как
многоатомный спирт реагирует с гидроксидом меди (II) c образованием алкоголята
меди (II)
2. Окисляется
гидроксидом меди (II) (с выпадением красного осадка).
Под действием
восстановителей превращается в шестиатомный спирт
в) маслянокислое
брожение C6H12O6® C3H7COOH + 2H2 + 2CO2 масляная кислота
D-глюкоза даёт
общие реакции на альдозы, она является восстанавливающим сахаром, образует ряд
производных за счёт альдегидной группы (фенилгидразон, n-бромфенилгидразон и
др.).
Озазон глюкозы
идентичен озанону маннозы, которая является эпимером глюкозы, и озазону
фруктозы. При восстановлении глюкозы образуется шестиатомный спирт сорбит; при
окислении альдегидной группы глюкозы — одноосновная D- глюконовая кислота, при дальнейшем
окислении — двухосновная D-сахарная кислота. При окислении только вторичной
спиртовой группы глюкозы (при условии защиты альдегидной группы) образуется
D-глюкуроновая кислота. Образование D-глюкуроновой кислоты из D-глюкозы может
происходить при действии ферментов оксидаз или дегидрогеназ глюкозы. При
пиролизе D-глюкозы образуются гликозаны: a -гликозан и левоглюкозан (b -глюкозан)
.
Далее рассмотрим:
1) Строение
глюкозы и фруктозы и их реакции их;
2) Общие формулы
глюкозоподобных веществ и стереохимические отношения;
3) Описание
триоз, пентоз и гексоз — глюкозы, фруктозы;
4) Синтез Э.
Фишера глюкозы, фруктозы и их оптических антиподов и i-изомеров.
Глюкоза и
фруктоза одновременно возникают из тростникового сахара при его инверсии, а
именно, например, при кипячении раствора его с слабой серной кислотой:
C11H22O11
+ Н2О = с6h12o6 + С6Н12O6.
Происходит
гидролиз: частица тростникового сахара, присоединяя частицу воды, распадается
на частицу глюкозы и частицу фруктозы. Все природные глюкозоподобные вещества
могут быть получены при гидролизе более сложных соединений, находящихся
преимущественно в растениях, например тростникового сахара, крахмала,
клетчатки, различных камедей, или гумми и т. п.; потому глюкозы называются
моносахаридами, а вещества, из которых они получаются при инверсии —
бисахаридами, трисахаридами и т. д. Глюкозы называют также сахаромонозами и
просто сахарами, а тростниковый сахар служит представителем сахаробиоз. Формулы
глюкозы и фруктозы в обычном структурном смысле таковы:
I. CH2
(OH).[СН(ОН)] 4 .СОН
II. СН 2
(ОН).[СН(ОН)] 3.СО.СН 2 (ОН).
Глюкозы есть
альдегид, а фруктоза — кетон предельного, шестиатомного спирта с нормальным
углеродным ядром. Следующие превращения побудили принять эти формулы: а) глюкозы
и фруктоза присоединяют водород при действии амальгамы натрия на водные
растворы их, превращаясь в предельные шестиатомные спирты С 6 Н 14
О 6. б) глюкозы и фруктоза присоединяют цианистый водород CNH
(реакция Килиани), образуя нитрилы C7H13O6N;
эти переводятся затем в одноосновные гексаоксикислоты, которые при нагревании с
концентрированной йодисто-водородной кислотой и с красным фосфором превращаются
в гептиловые кислоты: из глюкозы получается нормальная гептиловая кислота:
СН 3.СН
2.СН 2.СH 2.СН 2.СН 2.СО
2H,
а из фруктозы —
бутилметилуксусная:
(СН 3.СН2.СН2.СН2).СН(СО2Н).СН3.
в) глюкозы и
фруктоза с фенилгидразином, а также и с гидроксиламином и анилином, вступают во
взаимодействие по одному типу, образуя фенилгидразиды, оксимы и анилиды.
Реакция с фенилгидразином выражается так:
C6H12O6
+ N2H3.С6H5 = C6H12O5(N2
H.С 6H5) + H2O.
Остаток
фенилгидразина встает на место альдегидного или кетонного кислорода; получающиеся
при этом фенилгидразиды, так называемые гидразоны глюкозы и фруктозы, изомерны,
что и показывают следующие формулы:
СН 2
(ОН).[СН(ОН)] 4.С(N 2H.C6H5)H = C12H18O5N2
СH 2
(ОН).[СН(ОН)] 3.С(N 2 H.С 6H5).СН 2(ОН)
= C 12H18O5N2.
При избытке
фенилгидразина и при нагревании происходит следующая реакция:
С 6 Н 12
О 5(N2 H .С 6 Н 5) + N2H3.С
6H5 = C6H10O4(N2
H.С 6 Н 5)2 + H2O + H2.
Из
образовавшегося в первый момент гидразона получается так называемый озазон глюкозы
или фруктозы, С 11H22O4N4, вода и
водород; последний по мере течения реакции действует на избыток фенилгидразина,
превращая его в аммиак и анилин:
N2 Н 3.С
6 Н 5 + Н 2 = NH3 + C6H3.NH2.
Озазон получается
один и тот же и из глюкозы, и из фруктозы; из этого следует, так как положение
остатка фенилгидразина в обоих гидразонах определенное, что второй остаток
фенилгидразина при образовании озазона из глюкозы соединяется со вторым
углеродом (форм. I), соседним с альдегидной группой, а при образовании из
фруктозы — с первым (форм. II), соответствующим углероду в альдегидной группе
глюкозы:
CH2(OH).[CH(OH)]3.C(N2H.C6H3).C(N2H.C6H5)H.
Озазоны играют
большую роль при изучении сахаров, для характеристики их и при выделении из
смесей, потому что они хорошо кристаллизуются, в виде желтых иголочек, и мало
растворимы; гидразоны иногда также удобны для этого. Образование озазонов, при
чем происходят еще аммиак и анилин, можно считать самой характерной реакцией
глюкозоподобных веществ; все другие реакции их, кроме способности разлагаться
на спирт и СО 2 при брожении, свойственны веществам самых
разнообразных функций; к тому же способность бродить под влиянием дрожжей
обнаруживают далеко не все моносахариды. С дымящей соляной кислотой озазон
реагирует так:
C18H22O4N4
+ 2H2 O + 2НCl = C 6H10O6 + 2HCl.N2H3.C6H5.
Получается так
называемый озон в растворе и хлористо-водородный фенилгидразин в осадке; оба
остатка фенилгидразина в озазоне заменились двумя кислородами:
СН 2
(ОН).[СН(ОН)] 3.СО.СОН;
Оцон есть
альдегидокетоноспирт. Оцоны важны при изучении сахаров тем, что при восстановлении
(цинковая пыль и серная кислота) они переходят в сахар:
C6H10O6
+ H2 = C6H12O6;
в данном случае
восстановление приводит к фруктозе. Таким образом глюкозу через оцон можно
превратить в фруктозу.
Такой же переход
можно сделать через изоглюкозамин [Вещество изомерное с глюкозамином,
получаемым из хитина (в оболочке омаров) при нагревании с крепкой соляной
кислотой; глюкозанин с фенилгидразином дает озазон глюкозы, а с азотистой
кислотой — правовращающую глюкозы, которая не однако способна бродить
(Тиманн)], получающийся при восстановлении озазона, потому что изоглюкозамин с
азотистой кислотой распадается на азот и фруктозу:
C6H1O5.NH2
+ HNO2 = C6H12O6 + N2 +
H2O.
г) Способность глюкозы
и фруктозы восстановляться в спирты и образовать нитрилы и гидразоны
объясняется присутствием в них альдегидного [Только неспособность окрашивать
фуксиносернистую кислоту говорит за отсутствие в глюкозы альдегидной группы; но
пока вообще неизвестно, как к этому реагенту относятся другие оксиальдегиды]
или кетонного кислорода; при образовании озазонов имеет значение уже спиртовая
группа; спиртовая натура глюкозы сказывается в их способности соединяться с
основаниями, давать щелочные и щелочноземельные алкоголяты. Присутствие пяти
спиртовых группировок дает им возможность образовать пятизамещенные эфиры с
кислотами:
С6Н12О6
+ 5R(ОН) = С6Н7R5О6 + 5Н2О,
где R означает
кислотный радикал.
д) Способность
восстановлять Фелингову жидкость, т. е. окись меди в щелочном растворе,
объясняется одновременным присутствием спиртовой и кетонной или альдегидной
группировок. Таким образом структурные формулы глюкозы и фруктозы можно считать
доказанными. В природе существуют и получены синтетически еще многие вещества,
обладающие свойствами глюкозы. Структурные формулы, им отвечающие, следующие:
А. СН 2
(ОН).[СН(ОН) n.СНО,
В. СН 2
(ОН).[СН(ОН)] n—1.СО.СН 2 (ОН).
При n = 4 формула
А превращается в формулу глюкозы, а В — в формулу фруктозы. Величина n получила
в настоящее время значение 1, 2 и т. д. до 7 включительно. А выражает строение
альдоз, а В — кетоз; эти названия произошли от слов альдегид, кетон. При n = 1
в частице заключается три атома углерода, при n = 2 — четыре и т. д.; общие
названия образующихся таким образом групп соединений следующие: триозы,
тетрозы, пентозы, гексозы (сюда относится глюкозы и фруктоза), гептозы, октозы
и нонозы.
Гексозы глюкозы
(виноградный сахар или декстроза) в природе очень распространена. Она
находится, частью в свободном виде, частью в соединении с другими
моносахаридами, а также в виде глюкозидов, в меде, во многих плодах, в соке
некоторых растений и корней, в зернах, клубнях и, наконец, в моче диабетиков,
из которой кристаллизуется, в соединении с хлористым натрием, в виде (С6Н12О6)2.NaCl.H2O.
Обыкновенно получают глюкозу из крахмала или тростникового сахара, удобно также
пользоваться молочным сахаром. 25% раствор тростникового сахара нагревают до 50
— 55° с 2 — 3% прессованных дрожжей часа 2 — 3; происходит инверсия. При
сгущении в пустоте из раствора получается кристаллическая масса; ее промывают
разбавленным спиртом, уд. в. 0,830, и остаток растворяют в том же спирте; из
раствора кристаллизуется затем глюкозу, которую нужно еще раз
перекристаллизовать из метилового спирта. Водный спирт, промывавший глюкозу,
содержит фруктозу, которая и может быть выделена из него (см. ниже). Если
инверсия произведена при помощи кипячения с серной кислотой (что хуже, чем с
дрожжами), то нужно прежде всего удалить эту баритом, а затем поступать так же,
как выше. Удобно инвертировать также спиртовым раствором хлористого водорода
при 45 — 50°. При фабричном приготовлении пользуются крахмалом, который при
полной инверсии дает только одну глюкозу; так как полной инверсии при кипячении
со слабой серной кислотой достигнуть здесь нельзя, то такая глюкозам не
представляет собой чистого продукта. Из молочного сахара при инверсии
получается глюкоза с галактозой (см. ниже); выпаренный раствор дает
кристаллическую смесь, из которой глюкоза извлекается, метиловым спиртом. Глюкоза
кристаллизуется из крепкого спирта и из водного раствора при 30° — 35° (при
специальном производстве в виде кристаллической пыли или призмочек состава C6H12O6;
температура плавления 146°; при обыкновенной температуре из водного раствора
кристаллизуется гидрат C6H12O6 + H2O,
температура плавления около 80°. Сладкий вкус глюкоза — слабее, чем тростникового
сахара. Водный раствор вращает п. п. вправо [ α ]D = + 52,6°.
Свежеприготовленный раствор проявляет оптическую деятельность почти вдвое
сильнее; это — явление биротации; нагревание раствора или продолжительное стояние
его при обыкновенной температуре уничтожает биротацию; если раствор приготовлен
из расплавленной и охлажденной затем до обыкновенной температуры глюкоза,
биротации не замечается. При нагревании до 170°, глюкоза, теряя воду, переходит
в так называемый глюкозан,
С6Н12О6
— Н2О = С6Н10О5,
аморфное
вещество, которое в водном растворе снова переходит в глюкозу. Глюконовая
кислота (2 при n = 4), лактон которой C6H10O6
плавится при 130° — 135° и вращает п. п. вправо [ α ]D = + 68,2; в виде
лактонокислоты плавится при 130° — 132° а вращает вправо, [ α ]D = 225°;
сахарная кислота (3); при редукции глюкозы получается шестиатомный спирт сорбит
(Meunier), стереоизомер маннита; сорбит при окислении дает снова глюкозу
(Vincent и Delachanal). Гидразон глюкозы, бесцветные иглы, плавится при 144° —
145°; озазон, желтые иглы, плавятся при 204° — 205°.
Фруктоза
(левулоза) встречается в меде и во многих плодах; образуется при окислении
маннита хамелеоном или воздухом в присутствии платиновой черни вместе с
маннозой (Горуп Безанец, который назвал полученную смесь маннитозой). Для
получения чистой фруктозы обыкновенно пользуются инулином, который при
кипячении с слабой серной кислотой, и даже просто водного раствора, целиком
переходит в фруктозу. При испарении водного раствора в пустоте над серной
кислотой получается сироп, который, после промывания абсолютным спиртом,
превращается в кристаллическую массу; фруктоза плавится при 95° и начинает
разлагаться при 100°. Из спиртового раствора, получающегося при обработке
инвертированного тростникового сахара на глюкозу, фруктоза может быть выделена
посредством порошка гашеной извести, с которой она образует труднорастворимое
соединение С6Н12О6.Са(ОН)2;
последнее, после промывки, разлагают щавелевой кислотой или углекислотой.
Фруктоза слаще глюкозу, бродит труднее ее, восстановляет Фелингову жидкость
слабее; вращает п. п. влево; величина вращения сильно меняется с температурой:
[ α ]D (0°) = — 108,5°, [ α ]D (20°) = — 95,7°; этим пользуются для
определения количества фруктозы в смесях с другими сахарами, потому что
последние не обнаруживают такой изменчивости от температуры. Фруктоза,
вращающая влево, получается из d-глюкозы. и d -маннита и при восстановлении
дает d- маннит вместе с d -сорбитом; она принадлежит к группе d -соединений, а
потому Э. Фишер называет ее d -фруктозой, что противоречит направлению ее
оптической деятельности; фруктозу можно считать производным сахаром от d- глюкозы,
а также от d- маннозы, а все производные необходимо обозначать значком
исходного сахара; оптическая деятельность и других производных альдоз нередко
обратна по направлению с оптическою деятельностью исходной альдозы; это имеет
место при озазонах, анилидах и пр. Быть может, удобно было бы считать альдозы
вообще основными сахарами, а кетозы производными. Фруктоза, как выше показано,
есть кетоза; другая встречающаяся в природе кетоза — сорбиноза.
Сорбиноза
(Шейблер, раньше называлась сорбином) получается из ягод рябины (Sorbus); она
обладает очень сладким вкусом, хорошо кристаллизуется в виде ромбических плотных
кристаллов состава С6Н12О6 + 1/2Н2О;
вращает п. п. влево, [ α ]D = — 43,4°; по всем реакциям это одна из
глюкоз, но не бродит. Ее должно считать стереоизомером d -фруктозы. При
восстановлении дает сорбит, который при окислении дает Г. Озазон плавится при
164°.
В последние
десятилетия в качестве заменителей сахара широко используются крахмальные
сиропы и патоки.
Путем
ферментативного гидролиза крахмал в крахмалосодержащем сырье (картофель,
кукуруза, пшеница, сорго, ячмень, рис и т.д.) постадийно превращается вначале в
глюкозу, а затем в смесь глюкозы и фруктозы. Процесс может быть прекращен на
разных стадиях и поэтому можно получать глюкозно-фруктозные сиропы (ГФС) с
различным соотношением глюкозы и фруктозы. При содержании в сиропе 42 %
фруктозы - получается обычный ГФС, при повышении содержания фруктозы до 55-60 %
- обогащенный, или ОГФС (сироп 2-го поколения), высокофруктозный сироп 3-го
поколения содержит 90-95 % фруктозы.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|