В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Дисахариды первого типа называют восстанавливающими, так как в их составе сохраняется один гликозидный гидроксил, и у них возможно таутомерное равновесие с линейной альдегидной формой, которая способна вступать в реакции окисления. В дисахаридах второго типа равновесие с линейной формой отсутствует, и они не проявляют восстановительных свойств — их называют невосстанавливающими. Наиболее распространенные природные дисахариды — сахароза, мальглоза, Челлобиоза и лактоза.
Все они образованы двумя остатками гексоз и являются изомерами состава СжНззОп, однако их строение различно. Молекула сахаровы состоит из двух циклов: шестичленного (остатка а-0-глюкозы) и пятичленного 1остатка 13-0-фруктозы), соединенных за счет гликозидных групп ОН глюкозы и фруктозы. Чистая сахароза представляет собой кристаллы белого цвета. Обычный сахар, который получают экстракцией из сахарной свеклы или сахарного тростника, — это почти чистая сахароза.
Неочищенный сахар содержит до 98% сахаровы и имеет коричневый цвет из-за присутствия патоки. Для всех дисахаридов характерна реакция гидролиза в кислотной среде или под действием ферментов. При гидролизе сахаровы образуются глюкоза и фруктоза: н",~ СмНзгОн + НзΠ— ' СеНжОе + СвНмОв глюкоза фруктоза Сахароза проявляет свойства многоатомных спиртов: она реагирует с гидроксидом кальция с образованием сахарата кальция. В отличие от глюкозы, в молекуле сахаровы нет альдегидной группы, поэтому она не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра — т.е. не вступает в реакцию есеребряного зеркала».
Сахароза — невосстанавливающий дисахарид. Сахароза — один из главных источников углеводов в пище человека. Она содержится в молоке и практически во всех сладких пищевых продуктах. Как и глюкоза, она прекрасно растворима в воде, поэтому легко переносится по организму. В желудке сахароза расщепляется на простые углеводы, которые затем поступают в клетки, где подвергаются окислению. Сахароза является источником энергии, которая при избыточном потреблении запасается в виде жиров. При полном окислении 1 г сахаровы выделяется около 4 ккал энергии.
Поэтому довольно часто для создания сладкого вкуса используют заменители сахара, например белок аспартам СмН1зОз)ч)ю Благодаря более сильному сладкому вкусу 1 г аспартама может заменить до 200 г сахаровы. В отличие от обычного сахара, его заменители практически не влияют на энергию организма. Полисахариды — это высокомолекулярные углеводы, полимеры, которые можно рассматривать как продукт поликонденсации моносахаридов.
В длинных полисахаридных цепях остатки моносахаридов связаны между собой гликозидными связями, которые образованы одной гликозидной и одной спиртовой группой ОН. В растительных полисахаридах в гликозидных связях участвуют спиртовые группы при атомах углерода С-4 и С-б, а в животных — еще и С-2, С-3. Концевые остатки моносахаридов практически не влияют на свойства полимеров, поэтому полисахариды не проявляют восстановительных свойств. з 10.5.
Углеводы 327 Свойства полисахаридов, как и любых полимеров, определяются не только природой мономерного звена (моносахарида), но и пространственной организацией полимерной цепи. Полисахаридные цепи бывают линейными и разветвленными. Степень разветвления сильно влияет на физические и химические свойства. Все полисахариды не имеют определенного состава.
Полимерные цепи различных молекул одного и того же вещества отличаются друг от друга числом мономерных остатков, поэтому для характеристики полимеров используют понятие средней молекулярной массы. Мы рассмотрим три наиболее распространенных в природе полисахарида— крахмал, гликоген, целлюлозу.
Все они образованы остатками 11-глюкозы, их структурное звено описывается формулой СзНюОз, а общая формула — (СзНюОз)„. Крахмал имеет растительное происхождение. Он образуется в растениях при фотосинтезе и накапливается в корнях, клубнях и семенах. Зерна риса и пшеницы содержат 60 — 80% крахмала, клубни картофеля — 15 — 20%. По внешнему виду крахмал представляет собой мелкозернистый порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде.
В горячей воде крахмал набухает, образуя вязкий раствор, называемый клейстером. Охлажденный клейстер можно использовать в качестве клея. Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов — амилозы ( 20 — 30%) и амилопектина ( 70-80%). Оба полисахарида содержат связанные между собой остатки а-глюкозы, но отличаются формой молекул и типом связи. В амилозе остатки глюкозы связаны между собой (1 — ~ 4)-гликозидными связями, полисахаридная цепь имеет линейную структуру (рис.
10.9). Н Рис. 10.9. Фрагмент полисахаридной цепи амилозы Линейные молекулы амилозы содержат 200 — 300 углеводных остатков, ее молекулярная масса — несколько десятков тысяч. Молекула амилозы свернута в спираль, на каждый виток которой приходится шесть моносахаридных звеньев. Внутри спирали имеется канал диаметром около 0,5 нм, в котором могут располагаться подходящие по размеру молекулы, например 1з. Комплекс амилозы с иодом имеет синий цвет, что используется для качественного обнаружения как иода, так и крахмала. Амилопектин имеет разветвленное строение: остатки глюкозы в нем связаны не только (1 — ~- 4), но и (1 — ~ 6)-гликозидными связями (рис. 10.10).
Он состоит 328 чл. 10. Химия кислородсодержаачих органических соединений из гораздо более крупных молекул, чем амилоза; число остатков в них составляет несколько десятков тысяч, а молекулярная масса — несколько миллионов. н сн,он н но нн он сн,он н н о но н он он нн н о а-1,6'-глнкозндяая связь точка разветвления сн,он о н о он н о н нн он сн,он о н но н он Н о Рис. 10.10. Фрагмент полнсахаридной цепи амилопектина Оба компонента крахмала гидролизуются под действием ферментов или при нагревании в кислой среде. При этом образуется ряд промежуточных продуктов. Конечный продукт гидролиза — глюкоза: н+,ч (СзНюОз) + пНзΠ— пСзН00з.
Реакция гидролиза имеет важное промышленное значение, поскольку из глюкозы затем получают этанол, молочную кислоту, ацетон и другие ценные продукты. Крахмал в составе хлеба, картофеля, риса, кукурузы и др. — главный источник углеводов в нашем рационе питания. В промышленности его также используют для производства кондитерских и кулинарных изделий, для склеивания бумаги и тканей.
В аналитической химии крахмал применяют в качестве индикатора на иод. Для этой цели лучше подходит чистая амилоза, так как она дает более интенсивное окрашивание. 1ликоген — животный аналог крахмала. По строению он похож на амилопектин, но имеет большее разветвление цепей. Сильное разветвление облегчает отщепление отдельных остатков глюкозы, поэтому гликоген гидролизуется значительно легче, чем крахмал: в кислой среде гликоген количественно разлагается до глюкозы. Средняя молекулярная масса гликогена очень велика — она может достигать ста миллионов. В животных организмах гликоген играет роль резервного источника энергии.
В стрессовых ситуациях, при физическом или умственном напряжении гликоген легко превращается в глюкозу, окисление которой дает быстрый приток энергии, необходимой организму. Целлюлоза (клетчатка) — основное вещество растительных клеток. Древесина на 50% состоит из целлюлозы, а хлопок и лен — это почти чистая целлюлоза. Э УО.Б. Углеводы 329 Подобно амилозе, молекулы целлюлозы состоят только из линейных цепей, но, в отличие от нее содержат остатки не а-, а ))-глюкозы, соединенные (1 — 4)-гликозидными связями (рис.
10.!!). Н Н Н ОН Н Н Н уу-гликозидная связь Рис. 10.11. Фрагмент линейной цепи целлюлозы К тому же молекулы целлюлозы гораздо более длинные: они содержат десятки тысяч остатков глюкозы и могут достигать в длину 6-8 мкм. Молекулярная масса целлюлозы может достигать нескольких миллионов. Природная целлюлоза обладает высокой механической прочностью, устойчива к действию многих химических веществ и почти ни в чем нерастворима. Это объясняется тем, что линейные молекулы целлюлозы с помощью множества водородных связей между группами ОН объединяются в волокна диаметром до 0,1 мкм. Эти волокна можно разглядеть с помощью электронного микроскопа.
Растворители не могут попасть внутрь волокон и оторвать молекулы друг от друга. Целлюлоза растворима в аммиачном растворе гидроксида меди (!1) (реактиве Швейцера). Концентрированные серная и фосфорная кислоты также растворяют целлюлозу, однако в этом случае растворение сопровождается частичным гидролизом. По химическим свойствам целлюлоза — это многоатомный спирт. Для нее характерны реакции образования простых и сложных эфиров. Каждое структурное звено молекулы целлюлозы СвНФОз содержит по три группы ОН (чтобы выделить их, структурное звено записывают как СвНуОз(ОН)з), которые могут реагировать с азотной и уксусной кислотой с образованием сложных эфиров.
При избытке реагентов образуются полные сложные эфиры — тринитрат и триацетат: (СвНуОз(ОН)з)л + ЗПНИОз > (СвНуОз(ОКОз)з)л + ЗПНуО, (СвНуОз(ОН)з)л + ЗпСНзСООН вЂ” (СвНуОз(ОСОСНз)з)„+ ЗпНзО. Все нитраты целлюлозы горючи и взрывчаты. Особенно взрывоопасен тринитрат (техническое название — пироксилин). При обработке эфиром пироксилин превращается в желеобразную массу, из которой после испарения растворителя получают бездымный порох. Из ацетатов целлюлозы готовят лаки, негорючую кинопленку и ацетатное волокно. Бумага также состоит из целлюлозы. Бумага представляет собой тонкий слой волокон клетчатки, проклеенных между собой и спрессованных для создания гладкой поверхности. Для производства бумаги целлюлозу выделяют из древесины, растворяя различные примеси, содержащиеся в древесине, в водном растворе гидросульфита кальция.
Освобожденную от примесей целлюлозу отделяют фильтрованием. Отходы бумажного производства содержат моносахариды, поэтому их можно использовать как сырье для получения этилового спирта. 330 Гл. 10. Химия кислородсодержащих органических соединений Таким образом, основное применение целлюлоза находит в промышленности. В силу химической устойчивости целлюлозы ее биохимическая роль не так велика, как у глюкозы и крахмала.
Коротко о главном 1. Введение электроотрицательного атома О в молекулы органических соединений приводит к образованию полярных связей С вЂ” О и Π— Н. Соединения со связью Π— Н образуют межмолекулярные водородные связи. Все кислородсодержащие соединения кипят и плавятся при более высокой температуре, чем соответствующие углеводороды.
Соединения, содержащие небольшое число атомов углерода, как правило, хорошо растворнмы в воде. Для многих кислородсодержащих соединений характерны слабые кислотные свойства. Основные классы кислородсодержащих соединений — спирты, альдегиды и кетоны, карбоновые кислоты и их функциональные производные.
Взаимные переходы между этими классами — это окислительно-восстановнтельные процессы. 2. Спирты — производные углеводородов, в которых один или несколько атомов Н замегцены на группу — ОН. Низшие спирты — полярные соединения, их молекулы связаны водородными связями. Спирты — очень слабые кислоты (слабее воды). Отщепление воды от спиртов может приводить к алкенам (внутримолекулярная дегидратация) или простым эфирам (межмолекулярная дегидратация). При окислении первичных спиртов образуются альдегиды и карбоновые кислоты. Качественная реакция на многоатомные спирты — синее окрашивание со свежеосажденным Сп(ОН)а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
