Решение: Реакции D-галактозы с H2, C2H5OH и Br2

Задача 3. Для D-галактозы (в открытой или циклической формах) напишите уравнения реакций с: а) \(H_2\), \(Ni\); б) \(C_2H_5OH\), \(H^+\); в) \(Br_2(H_2O)\). Решение: D-галактоза является альдогексозой. Для написания уравнений реакций будем использовать открытую форму D-галактозы, так как реакции обычно протекают по функциональным группам, которые более доступны в открытой форме. Структурная формула открытой формы D-галактозы: \[ \begin{array}{c} \text{CHO} \\ \text{|} \\ \text{HO-C-H} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{CH}_2\text{OH} \end{array} \] а) Реакция с \(H_2\), \(Ni\) (гидрирование): Эта реакция представляет собой восстановление альдегидной группы до первичной спиртовой группы. В результате образуется соответствующий многоатомный спирт – галактит (или дульцит). \[ \begin{array}{c} \text{CHO} \\ \text{|} \\ \text{HO-C-H} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{CH}_2\text{OH} \end{array} \quad + \quad H_2 \quad \xrightarrow{Ni} \quad \begin{array}{c} \text{CH}_2\text{OH} \\ \text{|} \\ \text{HO-C-H} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{CH}_2\text{OH} \end{array} \] Название продукта: Галактит (или Дульцит) б) Реакция с \(C_2H_5OH\), \(H^+\) (образование гликозида): Эта реакция представляет собой образование ацеталя (в случае моносахаридов – гликозида) при взаимодействии циклической формы моносахарида со спиртом в присутствии кислотного катализатора. D-галактоза существует преимущественно в циклической форме (пиранозной или фуранозной). Рассмотрим образование этил-D-галактопиранозида. Сначала покажем циклическую форму D-галактозы (например, \(\alpha\)-D-галактопиранозу): \[ \begin{array}{c} \text{HOCH}_2 \\ \text{|} \\ \text{O} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{HO-C} \quad \text{C-OH} \\ \text{|} \quad \text{|} \\ \text{H-C} \quad \text{C-H} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{H-C} \quad \text{C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H} \end{array} \] (Это упрощенное изображение, для школьника можно использовать более простую циклическую форму, где связи показаны более явно) Уравнение реакции с этанолом: \[ \text{D-галактоза (циклическая форма)} \quad + \quad C_2H_5OH \quad \xrightarrow{H^+} \quad \text{Этил-D-галактозид} \quad + \quad H_2O \] Например, для \(\alpha\)-D-галактопиранозы: \[ \begin{array}{c} \text{HOCH}_2 \\ \text{|} \\ \text{O} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{HO-C} \quad \text{C-OH} \\ \text{|} \quad \text{|} \\ \text{H-C} \quad \text{C-H} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{H-C} \quad \text{C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H} \end{array} \quad + \quad C_2H_5OH \quad \xrightarrow{H^+} \quad \begin{array}{c} \text{HOCH}_2 \\ \text{|} \\ \text{O} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{HO-C} \quad \text{C-OC}_2\text{H}_5 \\ \text{|} \quad \text{|} \\ \text{H-C} \quad \text{C-H} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{H-C} \quad \text{C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H} \end{array} \quad + \quad H_2O \] Название продукта: Этил-D-галактозид (смесь \(\alpha\)- и \(\beta\)-изомеров) в) Реакция с \(Br_2(H_2O)\) (окисление бромной водой): Бромная вода является мягким окислителем и избирательно окисляет альдегидную группу моносахаридов до карбоксильной группы, образуя альдоновые кислоты. \[ \begin{array}{c} \text{CHO} \\ \text{|} \\ \text{HO-C-H} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{CH}_2\text{OH} \end{array} \quad + \quad Br_2 \quad + \quad H_2O \quad \longrightarrow \quad \begin{array}{c} \text{COOH} \\ \text{|} \\ \text{HO-C-H} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{H-C-OH} \\ \text{|} \\ \text{CH}_2\text{OH} \end{array} \quad + \quad 2HBr \] Название продукта: D-галактоновая кислота