Кіріспе
Аномерлі көміртек атомында еркін ОН тобы бар қанттар – редукциялағыш агент ретінде әрекет етуге қабілетті кез келген қант. Сілтілік ерітіндіде редукциялағыш қант альдегид немесе кетон түзеді, бұл оған редукциялағыш агент ретінде әрекет етуге мүмкіндік береді, мысалы, Бенедикт реактивінде. Мұндай реакцияда қант карбонды қышқылына айналады. Барлық моносахаридтер, сондай-ақ кейбір дисахаридтер, кейбір олигосахаридтер және кейбір полисахаридтер редукциялағыш болып табылады. Моносахаридтерді екі топқа бөлуге болады: альдозалар, олар альдегид тобына ие, және кетозалар, олар кетон тобына ие. Кетозалар редукциялағыш агент ретінде әрекет ету үшін алдымен альдозаға таутомерленуі керек. Күнделікті тамақта қолданылатын моносахаридтер – галактоза, глюкоза және фруктоза – барлығы редукциялағыш қанттар. Дисахаридтер екі моносахаридтен тұрады және редукциялағыш немесе редукцияланбаған деп жіктелуі мүмкін. Сахароза және трехалоза сияқты редукцияланбаған дисахаридтердің аномерлі көміртектері арасында гликозидтік байланыс болады, сондықтан олар альдегид тобы бар ашық тізбек түріне айнала алмайды; олар циклдік түрінде қалады. Лактоза және мальтоза сияқты редукциялағыш дисахаридтердің екі аномерлі көміртегінің тек біреуі ғана гликозидтік байланысқа қатысады, ал екіншісі бос және альдегид тобы бар ашық тізбек түріне айналуы мүмкін. Альдегид функционалдық тобы қанттың, мысалы, Толленс сынағында немесе Бенедикт сынағында редуктор ретінде әрекет етуіне мүмкіндік береді. Альдозалардың циклдік гемиацеталь формалары альдегидті ашу үшін ашылуы мүмкін, ал кейбір кетозалар таутомеризацияға ұшырап альдозаға айналуы мүмкін. Дегенмен, ацетальдар, оның ішінде полисахаридтер байланыстарында кездесетіндер, оңай еркін альдегидтерге айнала алмайды. Редукциялағыш қанттар аминоқышқылымен Маяр реакциясында әрекеттеседі, бұл жоғары температурада тағам пісіру кезінде жүретін және тағамның дәмін анықтау үшін маңызды реакциялар тізбегі. Сондай-ақ, шарап, шырын және қант қамырындағы редукциялағыш қанттардың деңгейі осы азық-түлік өнімдерінің сапасын көрсетеді.
A reducing sugar is any sugar that is capable of acting as a reducing agent. In an alkaline solution, a reducing sugar forms some aldehyde or ketone, which allows it to act as a reducing agent, for example in Benedict's reagent. In such a reaction, the sugar becomes a carboxylic acid. All monosaccharides are reducing sugars, along with some disaccharides, some oligosaccharides, and some polysaccharides. The monosaccharides can be divided into two groups: the aldoses, which have an aldehyde group, and the ketoses, which have a ketone group. Ketoses must first tautomerize to aldoses before they can act as reducing sugars. The common dietary monosaccharides galactose, glucose and fructose are all reducing sugars. Disaccharides are formed from two monosaccharides and can be classified as either reducing or nonreducing. Nonreducing disaccharides like sucrose and trehalose have glycosidic bonds between their anomeric carbons and thus cannot convert to an open chain form with an aldehyde group; they are stuck in the cyclic form. Reducing disaccharides like lactose and maltose have only one of their two anomeric carbons involved in the glycosidic bond, while the other is free and can convert to an open chain form with an aldehyde group. The aldehyde functional group allows the sugar to act as a reducing agent, for example, in the Tollens' test or Benedict's test. The cyclic hemiacetal forms of aldoses can open to reveal an aldehyde, and certain ketoses can undergo tautomerization to become aldoses. However, acetals, including those found in polysaccharide linkages, cannot easily become free aldehydes. Reducing sugars react with amino acids in the Maillard reaction, a series of reactions that occurs while cooking food at high temperatures and that is important in determining the flavor of food. Also, the levels of reducing sugars in wine, juice, and sugarcane are indicative of the quality of these food products.
Окистенуді азайту
Редукциялық қант – басқа бір қосылысты тотығуға ұшыратып, өзі тотығудан өтетін қант; яғни, қанттың карбонил көміртегі карбоксил тобына тотығады. Қант, егер ол альдегид тобы немесе бос гемиацеталь тобы бар ашық тізбекті түрінде болса ғана, редукциялық қант ретінде жіктеледі.
Алдозалар мен кетозалар
Алдегид тобын қамтитын моносахаридтер альдозалар деп, ал кетон тобын қамтитындар кетозалар деп аталады. Алдегид басқа бір қосылысты тотықтыратын және өзі тотығуға ұшырайтын редокс реакциясы арқылы тотықтырылуы мүмкін. Осылайша, альдозалар – тотығуға қабілетті қанттар. Ашық тізбекте кетон тобы бар қанттар ерітіндіде альдегид тобын түзетін таутомерлік ауысулар тізбегі арқылы изомерленуге қабілетті. Сондықтан, фруктоза сияқты кетондар тотығуға қабілетті қанттар саналады, бірақ тотығуға қабілетті болып табылатыны – альдегид тобын қамтитын изомері, себебі кетондар қанттың ыдырауына ұшырамастан тотықтырыла алмайды. Мұндай изомерлену тотығуға қабілетті қанттардың бар-жоғын анықтайтын ерітінділердегі негіз арқылы катализделеді. Сол сияқты, көптеген полисахаридтерде тек бір ғана тотығуға қабілетті ұшы болады.
Мысалдар
Барлық моносахаридтер – тотығуға қабілетті қанттар, себебі олардың құрамында альдегид тобы болады (егер олар альдозалар болса) немесе ерітіндіде таутомерленіп альдегид тобын құрай алады (егер олар кетозалар болса). Бұған галактоза, глюкоза, глицеральдегид, фруктоза, рибоза және ксилоза сияқты кең таралған моносахаридтер жатады. Көптеген дисахаридтер, мысалы, целлобиоза, лактоза және мальтоза да тотығуға қабілетті болады, себебі екі мономердің бірі альдегид тобы бар ашық тізбек түрінде болуы мүмкін. Тотығуға қабілетті қанттар осы сынақ ерітінділеріндегі мыс(II) иондарын мыс(I) иондарына дейін тотықтырады, нәтижесінде мыс(I) оксидінің қызыл түсті тұнбасы пайда болады. Тотығуға қабілетті қанттарды сулы аммиактағы күміс иондарынан (Ag+) тұратын Толен реагентін қосу арқылы да анықтауға болады. Сахароза сияқты кейбір қанттар тотығуға қабілетті қанттарды анықтауға арналған сынамалармен реакцияға түспейді. Дегенмен, тотығуға қабілетсіз қантты сұйылтылған тұз қышқылымен гидролиздей беруге болады. Гидролизденгеннен және қышқылды бейтараптандырғаннан кейін, алынған өнім сынамалармен қалыпты реакциялар беретін тотығуға қабілетті қант болуы мүмкін. Барлық көмірсулар альдегидтерге айналады және Молиш сынамасында оң нәтиже береді. Бірақ моносахаридтерде бұл сынақ тезірек өтеді.
Медицинадағы маңызы
Феллинг ерітіндісі көп жылдар бойы қант диабетін диагностикалау үшін қолданылды, бұл ауруда инсулин жеткілікті мөлшерде өндірілмеуінен (1-типті қант диабеті) немесе инсулинге сезімталдық болмауынан (2-типті қант диабеті) қандағы глюкоза деңгейі қауіпті түрде жоғарылайды. Глюкозамен тотықтырғыш заттың (осы жағдайда Феллинг ерітіндісі) қанша азайғанын өлшеу арқылы қанда немесе зәрдегі глюкоза концентрациясын анықтауға болады. Бұл, өз кезегінде, қандағы глюкоза деңгейін қалыпқа келтіру үшін инсулиннің қажетті дозасын енгізуге мүмкіндік береді. Майяр реакциясының өнімдері (МРП) алуан түрлі; кейбіреулері адам денсаулығына пайдалы, ал басқалары зиянды. Дегенмен, Майяр реакциясының жалпы әсері – тағамның қоректік құндылығын төмендету. Майяр реакциясының зиянды өнімдерінің бірі – акриламид, ол нейротоксин және мүмкін канцероген болып табылады және крахмалды тағамдарды жоғары температурада (120°C жоғары) пісіргенде бос аспарагин мен тотықпайтын қандардан пайда болады. Алайда, эпидемиологиялық зерттеулер диеталық акриламидтің адамдарда қатерлі ісік ауруының даму қаупін арттырмау мүмкін екенін көрсетеді.
Тамақ сапасы
Шарап, шырын және қант қамырындағы қанттардың тотығуға бейімділігі (қайта тотығуға ұшырайтын қанттарының) деңгейі осы азық-түлік өнімдерінің сапасын көрсетеді, ал азық-түлік өндірісі кезінде тотығуға бейімді қанттар деңгейін бақылау нарықтың сапасын жақсартты. Мұны анықтау үшін қолданылатын дәстүрлі әдіс – Лэйн-Эйнон әдісі, ол Фэхлинг ерітіндісіндегі мыс(II) ионымен тотығуға бейімді қанттарды титрлеуді, сондай-ақ метилен көгінің (жайлы тотығу-тотығуға қатысатын индикатор) болуын қамтиды. Алайда, бұл әдіс дәл емес, қымбат және қоспаларға сезімтал.