В водной среде глюкоза и фруктоза находятся в основном в циклической форме. Циклизация молекулы происходит за счет внутримолекулярного взаимодействия альдегидной группы в молекуле глюкозы и кетогруппы в молекуле фруктозы с одной гидроксильной группой этого же моносахарида.
Рассмотрим в качестве примера образование циклической формы молекулы фруктозы:
На первом этапе происходит разрыв двойной связи между углеродом и кислородом в карбонильной (кето-)группе, в результате чего у второго атома углерода ( С2) и у атома кислорода появляется по одному неспаренному электрону.
На втором этапе атом водорода со своим электроном отщепляется от гидроксильной группы, принадлежащей пятому атому углерода (С5) начинает взаимодействовать с неспаренным электроном кислорода в карбонильной группе с образованием гидроксильной (спиртовой) группы -ОН.
На третьем этапе происходит образование связи между свободным электроном второго атома углерода (С2) и свободным электроном атома кислорода, связанного с пятым атомом углерода (С5). В результате чего образуется полуацетальная (кольцевая) структура фруктозы за счет взаимодействия карбонильной и спиртовой групп.
Для более удобного изображения циклической формы фруктозы используем правило Хеуорза: атомы водорода и гидроксильные группы, которые располагаются справа от цепочки атомов углерода, пишутся под плоскостью; атомы водорода и гидроксильные группы, которые располагаются слева от цепочки атомов углерода, пишутся над плоскостью:
α-D- фруктофураноза
Изображение молекулы фруктозы по правилу Хеуорза.
Аналогично происходит образование циклической формы молекулы глюкозы :
α-D - глюкопираноза
Изображение молекулы глюкозы по правилу Хеуорза.
Кольцевая структура глюкозы является полуацетальной, так как образована в результате взаимодействия альдегидной и спиртовой групп.
Таким образом, циклические формы моносахаридов приобретают биологически реактивную гидроксильную группу при С1 или С2 атоме углерода, которая называется гликозидным гидроксилом. Она играет важную роль в химических превращениях этих моносахаридов, в частности, участвует в образовании ди- и полисахаридов, фосфорных эфиров, например:
