二糖類(C₁₂H₂₂O₁₁)(マルトース、スクロース、セロビオース、ラクトース、トレハロース)

nitourui@2x
単糖2分子が脱水縮合すると二糖が生じる. $C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ ->[脱水縮合}]} {C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O}$ 逆に,\ 二糖が希酸({H+})や特定の酵素によって加水分解すると単糖2分子が生じる. $C₁₂H₂₂O₁₁ + {H₂O ->[加水分解}][希酸\ or}\ 酵素}] C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆}マルトース(麦芽糖) 2個の${α}$-グルコースが,\ 1位と4位の{OH}基の間で脱水縮合すると生じる. 還元性あり.    加水分解酵素 マルターゼ    水あめの主成分. [-3zh] {ヘミアセタール構造{グリコシド結合 デンプンに麦芽(malt})を作用させて得られることに由来する. 分解酵素の名称は,\ 糖の語尾を-ose}(オース)から-ase}(アーゼ)に変える. α-}グルコースの構造式が書けるならば,\ マルトースの構造式は暗記せずとも書けるはずである. 一方の{OH}基がヘミアセタール構造由来であるエーテル結合を{グリコシド結合}という. マルトースのグリコシド結合は,\ より正確には\ {α-}1,4-}グリコシド結合}と呼ばれる. 脱水縮合後も,\ 右のグルコースのヘミアセタール構造がそのまま残る. つまり,\ マルトースになった後も,\ この右側の部分の構造はα形,\ 鎖式構造,\ β形の平衡状態になる. それゆえ,\ マルトース水溶液も還元性を示す. なお,\ 平衡状態になることを考慮すると,\ 右のグルコースがα形である必然性はない. よって,\ (α-}グルコース)+(β-}グルコース){->}(マルトース)\ としても間違いではない. マルトースを加水分解して生じるグルコースは,\ {α,\ 鎖式,\ βの平衡混合物}になる. よって,\ 加水分解生成物が問われた場合,\ 『α-}グルコース』ではなく『グルコース』と答える. スクロース(ショ糖)},グルコースと${β}$-フルクトース(五員環)が,\ 1位と2位の{OH}基の間で脱水縮合. 還元性なし.     加水分解酵素 インベルターゼ(スクラーゼ) スクロースの加水分解を特に転化という. 転化されて生じるグルコースとフルクトースの等量混合物を転化糖という. 転化糖の水溶液は還元性を示す. 砂糖の主成分.\ サトウキビやテンサイに多く含まれている. [-2zh] スクロース(sucrose})はサッカロースともいう.\ また,\ sucr}は砂糖(sugar})のことである. {β-}フルクトース(五員環)の2位と5位が入れ替わるよう左右に裏返してから結合させる}(下図). すると,\ {α-}1,2-}グリコシド結合}ができる(α,\ βは1位の{C}側で決まる). 脱水縮合によって双方のヘミアセタール構造が失われるため,\ {スクロースは還元性を示さない. インベルターゼは,\ 転化糖(invert sugar})に由来する.{セロビオース ,グルコースとグルコースが,\ 1位と4位の{OH}基の間で脱水縮合すると生じる. 還元性あり.     加水分解酵素 セロビアーゼ}脱水縮合 セロビオース(cellobiose})は,\ 細胞(cell}),\ 2(bi})に由来する. 植物細胞の細胞壁の主成分であるセルロース(多糖)を分解すると,\ セロビオース(二糖)が生じる. {右のグルコースの3位と5位が入れ替わるよう上下に裏返してから結合させる}(下図). すると,\ {β-}1,4-}グリコシド結合}ができる. 右のグルコースは\ β-}グルコースを描いたが,\ α-}グルコースでもよい. [-6zh] 下のように,\ {右のグルコースを表のままにして斜めにつなげる描き方}もある. どちらの表現をされても同じセロビオースであることを認識できるようにしておく必要がある. ラクトース(乳糖) ${β}$-ガラクトースとグルコースが,\ 1位と4位の{OH}基の間で脱水縮合すると生じる. 還元性あり.     加水分解酵素 ラクターゼ [-3zh] ガラクトース ラクトース(lactose})は,\ 哺乳類の乳(lact})に含まれている. {左の糖がセロビオースの\ β-}グルコースから\ β-}ガラクトースに変わった}だけである. グルコースとガラクトースの違いは4位の{C}に付加する{OH}基が下か上かの違いだけである. }]$ トレハロース 2個の${α}$-グルコースが,\ 1位と1位の{OH}基の間で脱水縮合すると生じる. 還元性なし.     加水分解酵素 トレハラーゼ 右の\ {α-}グルコースの1位と4位が入れ替わるように表のまま180°回転してから結合させる.} すると,\ {α-}1,1-}グリコシド結合}ができる. 脱水縮合によって双方のヘミアセタール構造が失われるため,\ {トレハロースは還元性を示さない. [-6zh] {二糖類の性質 還元性 多くの二糖類が示すが,\ スクロースとトレハロースなどは示さない.     → フェーリング液を還元し,\ 酸化銅(I)({Cu₂O})の赤褐色沈殿が生じる.     → アンモニア性硝酸銀水溶液中の{Ag+}を還元し,\ {Ag}が生じる(銀鏡反応). 複数のヒドロキシ基をもつため,\ 水によく溶ける. 無色結晶で甘みがある.\ スクロース,\ マルトース,\ ラクトースの混合物を希硫酸で完全に加水分解したとこ ろ,\ $グルコース:フルクトース:ガラクトース$の割合は,\ $10:2:3$となった.\ 混合 物中のラクトースの割合(\%)を求めよ. スクロースとマルトースの混合物の水溶液を作り,\ 3等分した.\ そのうちの1つに フェーリング液を反応させたところ,\ 2.145gの沈殿を生じた.\ 次に2つめの水溶液 を希塩酸で完全に加水分解してフェーリング液を反応させたところ,\ 14.30gの沈殿 を生じた.\ 3つめの水溶液に酵素インベルターゼを作用させた.\ 酵素反応が完全に終 了した後,\ フェーリング液を反応させたときにできる沈殿の量(g)を求めよ. ${Cu₂O}=143$                           [星薬大] スクロースが$x$個,\ マルトースが$y$個,\ ラクトースが$z$個含まれているとする. { }$ 混合溶液中のスクロースの物質量を$x$mol,\ マルトースの物質量を$y$molとする. { }マルトースの物質量は $y}={2.145g{143g/mol=0.015}$mol} { }希塩酸による加水分解より $2x+2y}={14.30g{143g/mol=0.1}$mol} { }よって,\ スクロースの物質量}は $x=0.035}$\ mol} { }酵素反応終了後の沈殿の物質量は $2x+y}=0.0352+0.015=0.085}$mol} 沈殿の質量は $143g/mol}0.085mol=12.155{12.16}$\ スクロースx個が加水分解すると,\ グルコースx個とフルクトースx個が生じる. 同様に,\ マルトースy個からはグルコース2y個が生じる. また,\ ラクトースz個からはガラクトースとグルコースがz個ずつ生じる. それぞれの合計が10:2:3となるように立式すると,\ 後は数学の比例式の問題である. 一般に,\ x:y:z=a:b:cは\ { xa= yb= zc}\ と書き換えることができる. この分数の等式は=kとおき,\ {x=ak,\ y=bk,\ z=ck}として扱うのが基本である. 本問では,\ x+2y+z=10k,\ x=2k,\ z=3k\ となり,\ y=52kも導かれる. 後は\ {(ラクトース)}{(全体)}100を計算して,\ 混合物中のラクトースの割合(\%)が求められる. フェーリング反応では,\ {アルデヒド1mol}から{Cu₂O}が1mol}生じる}(暗記).  {R-CHO + 2Cu²+ + 5OH- -> R-COO^- + Cu₂O + 3H₂O} よって,\ {フェーリング反応で生じた{Cu₂O}の質量から糖の定量が可能である.} {スクロースは還元性を示さない}から,\ {フェーリング液と反応するのはマルトースのみ}である. よって,\ {Cu₂O}\ 2.145\text g\ (=0.015mol})はマルトースの物質量と等しい. 希塩酸({H+})を作用させると,\ {スクロースとマルトースはいずれも加水分解する}. 加水分解により,\ スクロースxmol}は,\ グルコースxmol}とフルクトースxmol}になる. また,\ マルトースymol}は,\ グルコース2ymol}になる. ここで,\ グルコースとフルクトースはいずれも還元性を示す. よって,\ {Cu₂O}\ 14.30g}\ (=0.1mol})は,\ 単糖の合計\ 2x+2y\ mol}と等しい. 最後,\ {酵素インベルターゼを用いて分解するのはスクロースのみ}である. よって,\ スクロースxmol}が分解してグルコースxmol}とフルクトースxmol}が生じる. これらとマルトースymol}の合計が{Cu₂O}の物質量と等しい.
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