Przeanalizuj poniższą tabelę, zwracając uwagę na podobieństwa i różnice między glukozą a fruktozą.

Budowa cząsteczek

Cząsteczki sacharydów, będących ciałami stałymi w temperaturze pokojowej, ulegają cyklizacji, a forma łańcuchowa, która występuje w roztworze, ulega zamknięciu.

R6Y1RBvYx0IRu

Na ilustracji przedstawiono wzory strukturalne alfa‑D-glukopiranozy i beta‑D-glukopiranozy. Wzory różnią się jedynie położeniem grupy hydroksylowej i atomu wodoru przy jednym z atomów węgla cyklicznej formy glukozy. Izomer $\text{ a‑D }$ jest wtedy, gdy grupa hydroksylowa znajduje się pod pod płaszczyzną pierścienia, odwrotnie do grupy ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ . Izomer $\beta -D$ występuje gdy grupa hydroksylowa znajduje się nad płaszczyzną pierścienia, po tej samej jego stronie co ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ .

W wyniku zamknięcia łańcucha, mogą powstać dwie odmiany cukru: αalfa‑D-glukopiranoza oraz βbeta‑D-glukopiranoza. Różnią się położeniem grupy hydroksylowej względem wolnej pary elektronowej atomu tlenu pierścienia. Litera D przy nazwie cukru oznacza, że grupa hydroksylowa przy piątym atomie węgla we wzorze Fishera znajduje się po prawej stronie.

RFofY7urbplEe

Na ilustracji przedstawiono wzory strukturalne alfa‑D-fruktopiranozy i beta‑D-fruktopiranozy. Wzory różnią się jedynie położeniem grupy hydroksylowej i atomu wodoru przy jednym z atomów węgla cyklicznej formy glukozy. Izomer $\text{ a‑D }$ jest wtedy, gdy grupa hydroksylowa znajduje się pod pod płaszczyzną pierścienia, odwrotnie do grupy ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ . Izomer $\beta -D$ występuje gdy grupa hydroksylowa znajduje się nad płaszczyzną pierścienia, po tej samej jego stronie co ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ .

Przedstawione powyżej wzory αalfa‑D-glukopiranozy i αalfa‑D-glukopiranozy są względem siebie epimeramiepimeryzacjaepimerami. Epimery są to diastereoizomerydiastereoizomerdiastereoizomery, które różnią się tylko jednym asymetrycznym atomem węgla.

Tautomeria keto‑enolowa

W środowisku zasadowym fruktoza, podobnie jak glukoza, ulega utlenieniu przy użyciu odczynnika Tollensa, Trommera i Benedicta do kwasu karboksylowego.  Cząsteczka fruktozy ulega tautomerii keto‑enolowej, stając się glukozą, dzięki czemu daje pozytywny wynik próby na cukry redukujące.

W środowisku zasadowym jon wodorotlenkowy (${\mathrm{OH}}^{-}$) jest akceptorem protonu przyłączonego do atomu węgla C‑2. Proton ten przenoszony jest na atom tlenu grupy aldehydowej ($-\mathrm{CHO}$), dzięki temu tworzy się grupa hydroksylowa ($-\mathrm{OH}$). W wyniku tego przeniesienia między atomem węgla C‑1 a atomem węgla C‑2 powstaje wiązanie podwójne ($\mathrm{C}=\mathrm{C}$). W ten sposób otrzymujemy związek zwany enodiolem (en – wiązanie podwójne; di – dwa; ol – alkohol). W środowisku zasadowym zachodzi odszczepienie protonu od grupy hydroksylowej przyłączonej do atomu węgla C‑2, a następnie przeniesienie wiązania podwójnego do wiązania między atomem węgla C‑2 a atomem tlenu. Podczas tego przekształcenia otrzymujemy grupę ketonową ($\mathrm{C}=\mathrm{O}$). Wszystkie przedstawione na rysunku wzory związku występują w równowadze termodynamicznej.

Fruktoza i glukoza ulegają reakcjom z odczynnikami:

• Tollensa – odczynnik zawierający jony diaminasrebra(I) ${\left[\mathrm{Ag}{\left({\mathrm{NH}}_3\right)}_2\right]}^{+}$; reakcję tę przeprowadza się w środowisku zasadowym; w wyniku pozytywnej próby, na ściankach naczynia wytrąca się charakterystyczne „lustro srebrowe”;

RkHzZ7CM3CLWl

Zdjęcie przedstawia probówkę, na której ściankach jest metaliczne srebro.

• Trommera – próbę tę przeprowadza się podczas ogrzewania ze świeżo wytrąconym wodorotlenkiem miedzi(II);

• Benedicta – odczynnik ten jest związkiem kompleksowym jonów miedzi(II) z cytrynianem sodu oraz węglanem sodu;

• Fehlinga – to kompleks jonów miedzi(II) z winianem sodowo‑potasowym w środowisku $\text{NaOH}$.

Reakcje powyższych trzech prób można zapisać następująco:

W odróżnianiu glukozy od fruktozy najlepiej przydaje się wykorzystanie utleniania wodą bromową z dodatkiem wodorowęglanu sodu. Zastosowanie podczas reakcji wodorowęglanu sodu jest niezbędne, ponieważ zakwasza on środowisko, dzięki czemu nie zachodzi enolizacja fruktozy, a co za tym idzie, fruktoza nie zmienia swojej postaci w glukozę. Rozróżnienie glukozy od fruktozy jest możliwe, ponieważ tylko grupa aldehydowa glukozy ulega utlenieniu, za sprawą czego powstaje kwas glukonowy. Podczas reakcji roztwór z barwy brunatnej staje się bezbarwny, a dodatkowo wydziela się bezbarwny gaz.