Сахариды

Скачать работу - Сахариды

Наряду с белками и жирами, они являются важнейшей составной частью пищи человека и животных; многие из них используются как техническое сырье.

Углеводы подразделяют на моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды – простейшие углеводы, они не подвергаются гидролизу – не расщепляются водой на более простые углеводы.

Глюкоза, или виноградный сахар, С 6 Н 12 О 6 – важнейший из моносахаридов; белые кристаллы сладкого вкуса, легка растворяющиеся в воде.

Содержится в соке винограда, во многих фруктах, а также в крови животных и человека.

Мышечная работа совершается главным образом за счет энергии, выделяющейся при окислении глюкозы.

Глюкоза является шестиатомным альдегидоспиртом; строение ее можно представить формулой (а): Н Н ОН ОН О 6 НОСН 2 – С 5 * - С 4 * - С 3 * - С 2 * - С 1 (а) ОН ОН Н ОН Н Глюкоза Н Н ОН О 6 1 НОСН 2 – С 5 * - С 4 * - С 3 * - С 2 * - СН 2 ОН (б) ОН ОН Н Фруктоза Глюкоза получается при гидролизе полисахаридов крахмала и целлюлозы (под действием ферментов или минеральных кислот). Применяется как средство усиленного питания или как лекарственное вещество, при отделке тканей, как восстановитель – в производстве зеркал.

Фруктоза, или плодовый сахар, С 6 Н 12 О 6 - моносахарид, спутник глюкозы во многих плодовых и ягодных соках; значительно слаще глюкозы; в смеси с ней входит в состав меда.

Представляет собой шестиатомный кетоноспирт; строение фруктозы выражает приведенная выше формула (б). В формулах глюкозы (а) и фруктозы (б) показано характерное для всех моносахаридов относительное пространственное расположение атомов Н и групп ОН при входящих в углеродную цепь ассиметрических атомов углерода (они помечены звездочками). Ассиметрический атом – это атом, в соединение которого имеется атом углерода, связанный с четырьмя разными атомами или группами атомов.

Моносахариды как альдегидоили кетоноспирты являются соединениями со смешанными функциями; природа их усложнена возможностью внутримолекулярных взаимодействий спиртовых гидроксильных групп с альдегидной или кетоновой карбонильной группой.

Благодаря этому моносахариды существуют и вступают в реакции не только в открытой цепной форме, но еще и в циклических формах.

Углеродная цепь моносахарида, например глюкозы (а), может принимать конформацию «клешни» (см. ниже формула в); при этом 1-й С-атом , несущий карбонильную группу, сближается со спиртовой группой при 5-ом С-атоме; атом Н из группы ОН перемещается (как показано пунктирной стрелкой) к карбонильному кислороду, а кислород при 5-ом С-атоме соединяется с 1-м (карбонильным) С-атомом (это тукже показано пунктирной стрелкой). Конформация – это различные формы, которые может принимать цепь в пространстве, благодаря возможности вращения атомов вокруг оси связи. В результате замыкается шестичленное, содержащее атом кислорода, кольцо. Так образуются две цикличные - и - формы глюкозы, отличающиеся пространственным расположение атома Н и группы ОН при 1-м (в цикле он становится ассиметричным) С-атоме. Это можно представить перспективными формулами * : Перспективные формулы чаще пишут упрощенно – без символов С, образующих кольцо и соединенных с ними символов Н: В формулах циклических форм показано (пунктирной стрелкой), что возможен обратный переход атома Н из группы ОН при 1-ом С-атоме к кислороду кольца.

Последнее при этом раскрывается и образуется цепная форма.

Природная кристаллическая глюкоза (виноградный сахар) представляет собой циклическую -форму (т. пл. моногидрата 83 С, безводной 146 С). При растворении в воде она, как показано выше на схеме, переходит в цепную, а через нее в -форму; при этом устанавливается динамическое равновесие между всеми * . -форма также может быть выделена в кристаллическом виде (т. пл. 148-150 С); в водном растворе и она образует равновесную систему, содержащую все формы.

Цепная же форма существует лишь в растворах, причем в очень небольших количествах (доли процента), а в свободном виде не выделена.

Изомерные формы соединений.

Способные переходить друг в друга, называют таутомерными формами, или таутомерами, а само существование их – явлением таутомерии; оно весьма распространено среди органических соединений.

Дисахариды – углеводы, которые при нагревании с водой в присутствии минеральных кислот или под влиянием ферментов подвергаются гидролизу, расщепляясь на две молекулы моносахаридов.

Свекловичный , или тростниковый, сахар 9сахароза), С 12 Н 22 О 11 – важнейший из дисахаридов.

Получается из сахарной свеклы (в ней содержится до 28% сахарозы от сухого вещества) или из сахарного тростника ( откуда и происходит название); содержится также в соке березы, клена и некоторых фруктов.

Сахароза – ценнейший пищевой продукт. При гидролизе она распадается с образованием молекулы глюкозы и молекулы фруктозы (образующая смесь этих моносахаридов называется инвертным сахаром): С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6 сахароза глюкоза фруктоза Полисахариды . эти углеводы во многом отличаются от монои дисахаридов – не имеют сладкого вкуса, в большинстве не растворимы в воде; они представляют собой сложные высокомолекулярные соединения, которые под каталитическим влиянием кислот или ферментов подвергаются гидролизу с образованием более простых полисахаридов, затем дисахаридов и, в конечном итоге, множества (сотен и тысяч) молекул моносахаридов.

Важнейшие представители полисахаридов – крахмал и целлюлоза (клетчатка). Их молекулы построены на звеньях – С 6 Н 10 О 5 -, являющихся остатками шестичленных цикличных форм молекул глюкозы, потерявших молекулу воды; поэтому состав и крахмала, и целлюлозы выражается общей формулой (С 6 Н 10 О 5 ) х . Различие же в свойствах этих полисахаридов обусловлено пространственной изомерией образующих их моносахаридных молекул: крахмал построен из звеньев -, а целлюлоза – -формы глюкозы.

Крахмал - (С 6 Н 10 О 5 ) х - белый (под микроскопом зернистый) порошок, нерастворимый в холодной воде; в горячей – набухает, образую коллоидный раствор ( крахмальный клейстер ); с раствором йода дает синее окрашивание (характерная реакция). Молекулы крахмала неоднородны по величине –значение х в них колеблется от сотен до 1000-5000 и более. В технике превращения крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) осуществляется путем кипячения его в течении нескольких часов с разбавленной серной кислотой (каталитическое влияние серной кислоты на осахаривание крахмала было обнаружено в 1811 г. русским ученым К.С.Кирхгофом). чтобы из полученного раствора удалить серную кислоту, к нему прибавляют мел, образующий с серной кислотой нерастворимый сульфат кальция.

Последний отфильтровывают и раствор упаривают.

Получается густая сладкая масса, так называемая крахмальная патока, содержащая, кроме глюкозы, значительное количество других продуктов гидролиза крахмала.

Патока применяется для приготовления кондитерских изделий и для различных технических целей. Если требуется получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу.

Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы. При нагревании сухого крахмала до 200-250 С происходит частичное разложение его и получается смесь менее сложных, чем крахмал, полисахаридов, называемая декстрином.

Декстрин применяется для отделки тканей и изготовление клея.

Превращением крахмала в декстрин объясняется образование блестящей корки на печеном хлебе, а также блеск накрахмаленного белья.

Целлюлоза, или клетчатка, (С 6 Н 10 О 5 ) х – волокнистое вещество, главная составная часть оболочек растительных клеток.

Величина х в молекулах целлюлозы обычно составляет около 3000, но может достигать 6000-12000. Наиболее чистая природная целлюлоза – хлопковое волокно – содержит 85-90 % целлюлозы. В древесине хвойных деревьев целлюлозы содержится около 50 % (в состав древесины на ряду с целлюлозой входят ее спутники, среди них важнейшими являются лигнин – природный полимер, построенный из нескольких ароматических кислородосодержащих соединений ряда бензола, и гемицеддюдозы – родственные целлюлозе полисахариды). Значение целлюлозы очень велико.

Достаточно указать, что огромное значение хлопкового волокна идет для выработки хлопчатобумажных тканей. Из целлюлозы получают бумагу и картон, а путем химической переработки – целый ряд разнообразных продуктов: искусственное волокно, пластические массы, лаки, бездымный порох, этиловый спирт и др.

Наиболее распространенный промышленный способ выделения целлюлозы из древесины заключается в обработке измельченной древесины при повышенных температуре и давлении раствором гидросульфита кальция Са(Н S О 3 ) 2. При этом древесина разрушается, содержащийся в ней лигнин переходит в раствор, целлюлоза же остается в неизмененном виде. Затем целлюлозу отделяют от раствора , промывают водой, сушат и направляют на дальнейшую переработку.

Целлюлозу, полученную описанным выше способом, часто называют сульфитной целлюлозой.

Целлюлоза не растворяется в воде, диэтиловом эфире и этиловом спирте, она не расщепляется под влиянием разбавленных кислот, устойчива к действию щелочей и слабых окислителей. При обработке на холоду концентрированной серной кислотой целлюлоза растворяется в ней, образуя вязкий раствор. Если этот раствор вылить в избыток воды, выделяется белый хлопьевидный продукт, так называемый амилоид , представляющий собой частично гидролизованную целлюлозу. Он сходен с крахмалом по реакции с йодом (синее окрашивание; целлюлоза не дает этой реакции). Если не проклеенную бумагу опустить на короткое время в концентрированную серную кислоту и затем сейчас же промыть, то образующийся амилоид склеивает волокна бумаги, делая ее более плотной и прочной. Так изготавливается пергаментная бумага. При продолжительном действии на целлюлозу концентрированных растворов минеральных кислот она при нагревании подвергается гидролизу, конечным продуктом которого является глюкоза. В молекулах целлюлозы содержатся спиртовые гидроксильные группы: в каждом остатке глюкозы таких групп три и формулу целлюлозы можно представить так : [С 6 Н 7 О 2 (ОН) 3 ] х.

Поэтому из нее могут быть получены простые и сложные эфиры.

Сложные эфиры целлюлозы и азотной кислоты – нитраты целлюлозы (нитроцеллюлоза) – могут иметь состав [С 6 Н 7 О 2 (ОН) 2 (О NO 2 )] х , [С 6 Н 7 О 2 (ОН)(О NO 2 ) 2 ] х и [С 6 Н 7 О 2 (О NO 2 ) 3 ] х . Они идут на изготовление бездымного пороха (пироксилина), целлулоида, нитролаков и т.д. Из уксуснокислых эфиров целлюлозы (ацетаты целлюлозы, или ацетилцеллюлоза), например [С 6 Н 7 О 2 (ОСОСН 3 ) 3 ] х , изготовляют негорючую фотои кинопленку, различные прозрачные пластические массы и лаки.

Большое промышленное значение имеет химическая переработка целлюлозы в искусственное волокно.

Производство искусственного волокна из целлюлозы осуществляется тремя способами: вискозным, ацетатным и медноаммиачным. Для получения волокна по вискозному способу целлюлозу обрабатывают едким натром, а затем сероуглеродом.

Образующуюся оранжевую массу, называемую ксантогенатом, растворяют в слабом растворе слабого натра, получая так называемую вискозу.

Последнюю продавливают через специальные колпачки с мельчайшими отверстиями (фильеры) в осадительную ванну, содержащую водный раствор серной кислоты. При взаимодействии с серной кислотой щелочь нейтрализуется, и вискоза разлагается, расщепляя сероуглерод и образую блестящие нити несколько измененной по составу целлюлозы. Эти нити представляют собой вискозное волокно. При получении по ацетатному способу раствор ацетата целлюлозы в ацетоне продавливается через фильеры навстречу теплому воздуху.ацетон испаряется и струйки раствора превращаются в тончайшие нити – ацетатное волокно. Менее распространенным является медноаммиачный способ, при котором используется характерное свойство целлюлозы – ее способности растворяться в аммиачном растворе оксида меди ( II ) [ Cu ( N Н 3 ) 4 ](ОН) 2 (реактив Швейцера). Из этого раствора действием кислот вновь выделяют целлюлозу. Нити волокна получают продавливанием медноаммиачного раствора сквозь фильеры в осадительную ванну с раствором кислоты.

Рассмотрим получение этилового спирта с помощью монои полисахаридов.

Этиловый (винный) спирт, или этанол, СН 3 СН 2 ОН ( темп. кип. 78,4 С) – одно из важнейших исходных веществ в современной промышленности органического синтеза. Для получения его издавна пользуются различными сахаристыми веществами, например виноградным сахаром,, или глюкозой, которая путем «брожения», вызываемого действием ферментов, вырабатываемых дрожжевыми грибками, превращается в этиловый спирт.

оценка зданий в Смоленске
экспертиза залива квартиры в Липецке
оценка гаража в Белгороде