Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О ^{Н+, t} С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

^{глюкоза фруктоза}

По отношению к окислителям дисахариды делят на два типа: восста­навливающие и невосстанавливающие. К первым относятся мальтоза и лактоза, которые реагируют с аммиачным раствором оксида серебра по упрощенному уравнению:

NH3

C₁₂H₂₂O₁₁ + Ag₂O ——— > С₁₂Н₂₂О₁₂ + 2Ag.

Эти дисахариды могут также восстанавливать гидроксид меди (II) до оксида меди (I):

C₁₂H₂₂O₁₁ + 2Сu(ОН)₂ —— > С₁₂Н₂₂О₁₂ + Cu₂O↓ + 2Н₂О.

Восстановительные свойства мальтозы и лактозы обусловлены тем, что их циклические формы содержат гликозидный гидроксил (обозначен звездочкой), и, следовательно, эти дисахариды могут переходить из цик­лической формы в альдегидную, которая и реагирует с Ag2O и Сu(ОН)2.

В молекуле сахарозы нет гликозидного гидроксила, поэтому ее цикли­ческая форма не может раскрываться и переходить в альдегидную форму. Сахароза — невосстанавливающий дисахарид; она не реагирует с гидро-ксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра.

Распространение в природе. Наиболее распространенный дисахарид — сахароза. Это химическое название обычного сахара, который получают экстракцией из сахарной свеклы или сахарного тростника. Сахароза — главный источник углеводов в пище человека.

Лактоза содержится в молоке (от 2 до 8%) и получается из молочной сыворотки. Мальтоза содержится в проросших семенах хлебных злаков. Мальтоза также образуется при неполном гидролизе крахмала.

3. Полисахариды

Молекулы полисахаридов можно рассматривать как продукт поликон­денсации моносахаридов. Общая формула полисахаридов (СбН10О5)п. Мы рассмотрим важнейшие природные полисахариды — крахмал и целлюлозу.

а) Крахмал

Крахмал образуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в корнях и семенах. Он представляет собой белый порошок, нераствори­мый в холодной воде и образующий коллоидный раствор в горячей воде.

Крахмал — это природный полимер, образованный остатками а-глю-козы. Он существует в двух формах: амилоза и амшопектин. Амилоза растворима в воде и представляет собой линейный полимер, в котором остатки ос-глюкозы связаны друг с другом через первый и четвертый ато­мы углерода.

Крахмал - это первый видимый продукт фотосинтеза. При фотосинтезе крахмал образуется в растениях и откладывается в корнях, клубнях, семенах. Зерна риса, пшеницы, ржи и других злаков содержат 60-80% крахмала, клубни картофеля - 15-20%. Крахмальные зерна растений различаются по внешнему виду, что хорошо видно, когда их рассматриваешь под микроскопом.

Внешний вид крахмала хорошо всем известен: это белое вещество, состоящее из мельчайших зерен, напоминающих муку, поэтому его второе название «картофельная мука».

Крахмал не растворим в холодной воде, в горячей набухает и постепенно растворяется, образуя вязкий раствор (клейстер).

При быстром нагревании крахмала происходит расщепление гигантской молекулы крахмала на мелкие молекулы полисахаридов, называемых декстринами. Декстрины имеют общую молекулярную формулу с крахмалом (С₆Н₁₂О₅)х, разница лишь в том, «х» в декстринах меньше «n» в крахмале.

Пищеварительные соки содержат несколько разных ферментов, которые при низкой температуре доводят гидролиз крахмала до глюкозы:

(С₆Н₁₀О₅) ------- (С₆Н₁₀О₅)х --------- С₁₂Н₂₂О₁₁ --------- С₆Н₁₂О₆

_{крахмал ряд декстрин мальтоза глюкоза}

Еще быстрее декстринизация идет в присутствии кислоты:

Н₂SО₄ t

(С₆Н₁₀О₅)n ------------ n Н₂О --------------- n С₆Н₁₂О₆

Ферментативный гидролиз (разложение путем брожения) крахмала имеет промышленное значение в производстве этилового спирта из зерна и картофеля. Процесс начинается с превращением крахмала в глюкозу, которую затем сбраживают. Используя специальные культуры дрожжей и изменяя условия, можно направить брожение и в сторону получения бутилового спирта, ацетона, молочной, лимонной и глюконовой кислот.

Подвергая крахмал гидролизу кислотами, можно получить глюкозу в виде чистого кристаллического препарата или в виде патоки - окрашенного нескристаллизирующего сиропа.

Наибольшее значение крахмал имеет в качестве пищевого продукта: в виде хлеба, картофеля, круп, являясь главным источником в нашем рационе питания. Кроме того, чистый крахмал применяется в пищевой промышленности в производстве кондитерских и кулинарных изделий, колбас. Значительное количество крахмала употребляется для проклеивания тканей, бумаги, картона, производства канцелярского клея.

В аналитической химии крахмал служит индикатором в йодометрическом методе титрования. Для этих случаев лучше применять очищенную амилозу, т.к. ее растворы не загустевают, а образуемая с йодом окраска более интенсивна.

В медицине и фармации крахмал применяется для приготовления присыпок, паст (густых мазей), а также при производстве таблеток.

В животном мире роль «запасного крахмала» играет родственный крахмалу полисахарид - гликоген. Гликоген содержится во всех животных тканях. Особенно много его в печени (до 20%) и в мышцах (4%).

Фрагмент амилозы выглядит следующим образом:

Линейная полимерная цепь в молекуле амилозы свернута в спираль. Внутри спирали находится канал размером 0,5 нм, который может захва­тывать некоторые молекулы, например молекулу йода. Образующийся комплекс амилозы и йода имеет характерное синее окрашивание. Эта ре­акция служит для обнаружения йода.

В отличие от амилозы, амилопектин не растворим в воде и имеет раз­ветвленное строение. В его молекуле остатки α-глюкозы связаны не толь­ко 1,4-связями, но и 1,6-связями:

Химические свойства.

При нагревании в кислой среде крахмал гидро-лизуется с разрывом связей между остатками a-глюкозы. При этом обра­зуется ряд промежуточных продуктов, в частности мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза:

Н+, t

(С₆Н₁₀О₅)n + nН₂О ———> nС₆Н₁₂О₆.

Эта реакция имеет важное промышленное значение, поскольку из глюкозы получают этанол, молочную кислоту и другие ценные продукты.

Крахмал — это ценный питательный продукт. Он входит в состав хле­ба, картофеля, круп и наряду с сахарозой является важнейшим источни­ком углеводов в человеческом организме.

б) Целлюлоза

Строение молекул. Молекулярная формула целлюлозы (C₆H₁₀O₅)_n, как и у крахмала. Целлюлоза тоже является природным полимером. Ее макромолекула состоит из мно­гих остатков молекул глюкозы. Может возникнуть вопрос: почему крахмал и целлюлоза — вещества с одинаковой молекулярной формулой — обладают различными свойст­вами?

При рассмотрении синтетических полимеров мы уже вы­яснили, что их свойства зависят от числа элементарных звеньев и их структуры. Это же положение относится и к природным полимерам. Оказывается, степень полимериза­ции у целлюлозы намного больше, чем у крахмала. Кроме того, сравнивая структуры этих природных полимеров, уста­новили, что макромолекулы целлюлозы, в отличие от крах­мала, состоят из остатков молекул р-глюкозы и имеют только линейное строение. Макромолекулы целлюлозы рас­полагаются в одном направлении и образуют волокна (лен, хлопок, конопля).

В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксильные группы.

Нахождение в природе.

Целлюлоза, так же как и крах­мал, образуется в растениях при реакции фотосинтеза. Она является основной составной частью оболочки растительных клеток; отсюда происходит ее название — целлюлоза («целлула» — клетка). Волокна хлопка — это почти чистая целлюлоза (до 98%). Волокна льна и конопли тоже состоят главным образом из целлюлозы. В древесине ее содержится примерно 50%.

Получение.

Образцом почти чистой целлюлозы является вата, полученная из очищенного хлопка. Основную массу целлюлозы выделяют из древесины, в которой она содер­жится вместе с другими веществами. Наиболее распростра­ненным методом получения целлюлозы в нашей стране является так называемый сульфитный. По этому методу из­мельченную древесину в присутствии раствора гидросуль­фита кальция Ca(HSO₃)₂ или «гидросульфита натрия NaHSO₃ нагревают в автоклавах при давлении 0,5— 0,6 МПа и температуре 150 "С. При этом все другие ве­щества разрушаются, а целлюлоза выделяется в сравни­тельно чистом виде. Ее промывают водой, сушат и направ­ляют на дальнейшую переработку, большей частью на производство бумаги.

Физические свойства. Целлюлоза — волокнистое ве­щество, нерастворимое ни в воде, ни в обычных органи­ческих растворителях. Растворителем ее является реактив Швейцера — раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с которым она одновременно и взаимодействует.

Химические свойства. Одно из наиболее характерных свойств целлюлозы — способность в присутствии кислот подвергаться гидролизу с образованием глюкозы. Анало­гично крахмалу гидролиз целлюлозы протекает ступенчато. Суммарно этот процесс можно изобразить так:

(С₆Н₁₀О₅)n + nН₂О ^Н2SO4 nС_бН₁₂О₆

Так как в молекулах целлюлозы имеются гидроксиль-ные группы, то для нее характерны реакции этерификации. Из них практическое значение имеют реакции целлюлозы с азотной кислотой и ангидридом уксусной кислоты.

При взаимодействии целлюлозы с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты в зави­симости от условий образуются динитроцеллюлоза и три-нитроцеллюлоза, являющиеся сложными эфирами:

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидри­дом (в присутствии уксусной и серной кислот) получается триацетилцеллюлоза или диацетилцеллюлоза:

Целлюлоза горит. При этом образуются оксид угле­рода (IV) и вода.

При нагревании древесины без доступа воздуха проис­ходит разложение целлюлозы и других веществ. При этом получаются древесный уголь, метан, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и другие продукты.

Применение.

Целлюлоза используется человеком с очень древних времен. Ее применение весьма разнообразно. Ос­новные продукты, получаемые из древесины.

Большое значение имеют продукты этерификации целлюлозы. Так, например, из ацетилцеллюлозы получают ацетатный шелк. Для этого триацетилцеллюлозу раство­ряют в смеси дихлорметана и этанола. Образовавшийся вязкий раствор продавливают через фильеры — металли­ческие колпачки с многочисленными отверстиями (рис. 36). Тонкие струи раствора опускаются в шахту, через которую противотоком проходит нагретый воздух. В результате растворитель испаряется и триацетил целлюлоза выделяется в виде длинных нитей, из которых прядением изготовляют ацетатный шелк Ацетил целлюлоза идет также на производство негорю­чей пленки и органического стекла, пропускающего ультра­фиолетовые лучи.

Тринитроцеллюлоза (пироксилин) используется как взрывчатое вещество и для производства бездымного пороха. Для этого тринитроцеллюлозу растворяют в этил-ацетате или в ацетоне. После испарения растворителей компактную массу размельчают и получают бездымный порох. Динитроцеллюлоза (коллоксилин) применяется также для получения коллодия. В этих целях ее растворяют в смеси спирта и эфира. После испарения растворителей образуется плотная пленка — коллодий, применяемый в ме­дицине. Динитроцеллюлоза идет также на производство пластмассы целлулоида. Его получают путем сплавления ди-нитроцеллюлозы с камфорой.

Целлюлоза (клетчатка) — основное вещество растительных клеток. Древесина на 50% состоит из целлюлозы, а хлопок и лен — это практиче­ски чистая целлюлоза.

Целлюлоза представляет собой твердое волокнистое вещество, нерас­творимое в воде, но растворимое в аммиачном растворе гидроксида меди (II) (реактиве Швейцера).

Целлюлоза — природный полимер. В отличие от крахмала, ее молеку­лы состоят только из линейных цепей, содержащих остатки р-глюкозы, которые связаны через первый и четвертый углеродные атомы. Фрагмент линейной структуры целлюлозы выглядит следующим образом:

Химические свойства.

Гидролиз целлюлозы происходит при нагрева­нии в кислой среде. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза.

Для целлюлозы характерны реакции образования сложных эфиров. Каждое структурное звено молекулы целлюлозы содержит по три группы ОН, которые могут реагировать с азотной и уксусной кислотой:

(С₆Н₇О₂(ОН)₃)_n + 3nHNO₃ ——> (C₆H₇О₂(ONO₂)₃)_n + ЗnН₂О. (С₆Н₇О₂(ОН)₃)_n + ЗnСН₃СООН ——> (C₆H₇О₂ (ОСОСН₃)₃)_n + ЗnН₂О

Тринитрат целлюлозы (пироксилин) — взрывчатое вещество, на его основе готовят бездымный порох. Из триацетата целлюлозы изготавли­вают лаки, кинопленку и ацетатное волокно.

IV. Применение химических веществ группы углеводов в росписи тканей.

Свободная роспись

Родиной этой техники считается Древний Китай. Предания относят возникновение ручной росписи шелковой ткани с помощью кисти еще к Х-ХП векам.

Характеристики

Список файлов реферата