Примеры полисахаридов.

Глюкоза моносахарид, одна из восьми изомерных альдогексозы. Молярная масса 180 г/моль. Глюкоза в виде D-формы (декстроза, виноградный сахар) является самым распространённым углеводом. D-глюкоза (обычно её называют просто глюкозой) встречается в свободном виде и в виде олигосахаридов (тростниковый сахар, молочный сахар), полисахаридов (крахмал, гликоген, целлюлоза, декстран), гликозидов и других производных. В свободном виде D-глюкоза содержится в плодах, цветах и других органах растений, а также в животных тканях (в крови, мозгу и др.). D-глюкоза является важнейшим источником энергии в организмах животных и микроорганизмов. Как и другие моносахариды D-глюкоза образует несколько форм.

Кристаллическая D-глюкоза получена в 2-х формах: a-D-глюкоза (рисунок 1) и b-D-глюкоза (рисунок 2).

Нахождение в природе В особом виде глюкоза содержится почти во всех органах зелёных растений. Особенно её много в виноградном соке, поэтому глюкозу иногда называют виноградным сахаром. Мёд в основном состоит из смеси глюкозы с фруктозой. В организме человека глюкоза содержится в мышцах, в крови ( %) и служит основным источником энергии для клеток и тканей организма. Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы инсулина, уменьшающего содержание этого углевода в крови. Химическая энергия питательных веществ, поступающих в организм, заключена в ковалентных связях между атомами. В глюкозе количество потенциальной энергии составляет 2800 к Дж на 1 моль (то есть на 180 грамм).

Получение глюкозы 1. Синтез глюкозы из формальдегида в присутствии гидроксида кальция (реакция Бутлерова) 2. Гидролиз крахмала

1. Реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров (пять гидроксильных групп глюкозы вступают в реакцию с кислотами) 1. Реагирует с оксидом серебра (I) в аммиачном растворе (реакция серебряного зеркала): CH2OH(CHOH)4-COH + Ag2OCH2OH(CHOH)4-COOH + 2Ag Глюкоза способна подвергаться брожению: а) спиртовое брожение C6H12O62CH3-CH2OH+2 CO2 б) молочнокислое брожение C6H12O62CH3-CHOH-COOH 2. Как многоатомный спирт реагирует с гидроксидом меди (II) c образованием алкоголята меди (II) 2. Окисляется гидроксидом меди (II) (с выпадением красного осадка) 3. Под действием восстановителей превращается в шестиатомный спирт в) маслянокислое брожение C6H12O6C3H7COOH + 2H2+ 2CO2 масляная кислота

Глюкоза является ценным питательным продуктом. В организме она подвергается сложным биохимическим превращениям в результате которых образуется диоксид углерода и вода, при это выделяется энергия согласно итоговому уравнению: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6H 2 O + 6CO к Дж

Этот процесс протекает ступенчато, и поэтому энергия выделяется медленно. Глюкоза также участвует энергетическом обмене животной клетки (расщепление глюкозы). Суммарное уравнение выглядит так: C 6 H 12 O H 3 PO АДФ 6CO АТФ + 44H 2 O

Так как глюкоза легко усваивается организмом, её используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства при явлениях сердечной слабости, шоке, она входит в состав кровезаменяющих и противошоковых жидкостей. Широко применяют глюкозу в кондитерском деле (изготовление мармелада, карамели, пряников и т. д.), в текстильной промышленности в качестве восстановителя, в качестве исходного продукта при производстве аскорбиновых и гликоновых кислот, для синтеза ряда производных сахаров и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, так же как и при силосовании кормов. Если подвергаемая силосованию масса недостаточно уплотнена, то под влиянием проникшего воздуха происходит маслянокислое брожение и корм становится непригоден к применению. На практике используется также спиртовое брожение глюкозы, например при производстве пива.

Крахмал. Крахмал состоит из 2 полисахаридов - амилозы и амилопектина, образованных остатками глюкозы. Экспериментально доказано, что химическая формула крахмала (C6H10O5)n. Установлено, что крахмал состоит не только из линейных молекул, но и из молекул разветвленной структуры. Этим объясняется зернистое строение крахмала. Накапливается в виде зерен, главным образом в клетках семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях. Крахмал - белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде он набухает и образует клейстер.

Нахождение в природе. Получение крахмала. Накапливается в виде зерен, главным образом в клетках семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях. Крахмал - белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде он набухает и образует клейстер. Крахмал чаще всего получают из картофеля. Для этого картофель измельчают, промывают водой и перекачивают в большие сосуды, где происходит отстаивание. Полученный крахмал еще раз промывают водой, отстаивают и сушат в струе теплого воздуха.

Применение крахмала. Крахмал - основная часть важнейших продуктов питания: муки ( %), картофеля (25%), саго и др. Энергетическая ценность около 16,8 к Дж/г. Он является ценным питательным продуктом. Чтобы облегчить его усвоение, содержащие крахмал продукты подвергают действию высокой температуры, то есть картофель варят, хлеб пекут. В этих условиях происходит частичный гидролиз крахмала и образуются декстрины, растворимые в воде. Декстрины в пищеварительном тракте подвергаются дальнейшему гидролизу до глюкозы, которая усваивается организмом. Избыток глюкозы превращается в гликоген (животный крахмал). Состав гликогена такой же, как у крахмала, - (C6H10O5)n, но его молекулы более разветвленные. Особенно много гликогена содержится в печени (до 10%). В организме гликоген является резервным веществом, которое превращается в глюкозу по мере ее расходования в клетках..

В промышленности крахмал путем гидролиза превращают в патоку и глюкозу. Для этого его нагревают с разбавленной серной кислотой, избыток которой затем нейтрализуют мелом.

Образовавшийся осадок сульфата кальция отфильтровывают, раствор упаривают и выделяют глюкозу. Если гидролиз крахмала не доводить до конца, то образуется смесь декстринов с глюкозой - патока, которую применяют в кондитерской промышленности. Получаемые с помощью крахмала декстрины используются в качестве клея, для загустения красок при нанесении рисунков на ткань. Крахмал применяют для накрахмаливания белья. Под горячим утюгом происходит частичный гидролиз крахмала и превращение его в декстрины. Последние образуют на ткани плотную пленку, которая придает блеск ткани и предохраняет ее от загрязнения. Крахмал и его производные также применяются при производстве бумаги, текстильных изделий, в литейном и других производствах, а также в фармацевтической промышленности.

Целлюлоза. Строение целлюлозы. Молекулярная формула целлюлозы (-C 6 H 10 O 5 -)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 молекулы (-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. Целлюлоза – волокнистое вещество. Она не плавится и не переходит в парообразное состояние: при нагревании примерно до 350 оС целлюлоза разлагается – обугливается. Целлюлоза нерастворима ни в воде, ни в большинстве других неорганических и органических растворителях. Растворителем целлюлозы является реактив Швейцера – раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с которым она одновременно и взаимодействует. Концентрированные кислоты (серная, фосфорная) и концентрированный раствор хлорида цинка также растворяют целлюлозу, но при этом происходит ее частичный распад (гидролиз), сопровождающийся уменьшением молекулярной массы.

Химические свойства целлюлозы. 1. Действуя металлическим натрием, можно получить алкоголят целлюлозы 2. При взаимодействии целлюлозы с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты, в зависимости от условий образуются динитроцеллюлоза и тринитроцеллюлоза, являющиеся сложными эфирами:

3. 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:

.Применение целлюлозы. Целлюлоза используется человеком с очень древних времен. Сначала применяли древесину как горючий и строительный материал; затем хлопковые, льняные и другие волокна стали использовать как текстильное сырье. Первые промышленные способы химической переработки древесины возникли в связи с развитием бумажной промышленности. Бумага – это тонкий слой волокон клетчатки, спрессованных и проклеенных для создания механической прочности, гладкой поверхности, для предотвращения растекания чернил. Первоначально для изготовления бумаги употребляли растительное сырье, из которого чисто механически можно было получить необходимые волокна, стебли риса (так называемая рисовая бумага), хлопка, использовали также изношенные ткани. Однако по мере развития книгопечатания перечисленных источников сырья стало не хватать для удовлетворения растущей потребности бумаги. Особенно много бумаги расходуется для печатания газет, причем вопрос о качестве (белизне, прочности, долговечности) для газетной бумаги значения не имеет. Зная, что древесина примерно на 50% состоит из клетчатки, к бумажной массе стали добавлять размолотую древесину. Такая бумага непрочна и быстро желтеет (особенно на свету). Для улучшения качества древесных добавок к бумажной массе были предложены различные способы химической обработки древесины, позволяющие получить из нее более или менее чистую целлюлозу, освобожденную от сопутствующих веществ – лигнина, смол и других. Для выделения целлюлозы было предложено несколько способов, из которых мы рассмотрим сульфитный. По сульфитному способу измельченную древесину варят под давлением с гидросульфитом кальция. При этом сопутствующие вещества растворяются, и освобожденную от примесей целлюлозу отделяют фильтрованием. Образующиеся сульфитные щелока являются в бумажном производстве отходами. Однако вследствие того, что они содержат наряду с другими веществами способные к брожению моносахариды, их используют как сырье для получения этилового спирта (так называемый гидролизный спирт). Целлюлоза используется для получения вискозного, ацетатного. медно-аммиачного волокон.

Витамины. Витамины - органические, биологически активные вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности человека и животных; они играют решающую роль в обмене веществ. Витамины не синтезируются в организме или синтеризуются в недостаточном количестве. Они поступают с растительной или животной пищей. Большинство витаминов участвует в обмене веществ, входя в состав более чем 100 ферментов или конферментов. Все витамины делят на жирорастворимые ( A, D, E, K), и водорастворимые ( B, C, PP и др.). Иногда одной буквой обозначаются несколько веществ или их смеси. Рассмотрим некоторые из витаминов.

Витамин А ( ретинол, аксерофтол) - желтоватые кристаллы. Окисляется кислородом воздуха, но устойчив к нагреванию. Содержится в молоке, сливочном масле, яичном желтке и рыбьем жире; синтезируется в промышленном масштабе. Недостаток витамина в организме ведет к ослаблению адаптации к темноте ( ночная слепота ) и снижению сопротивляемости к инфекциям. Провитаминами служат природные каротиноиды, присутствующие во многих растениях.

Витамин В1( тиамин, аневрин ) - белые кристаллы, неустойчив к нагреванию при варке пищи. Содержится только в растениях и микроорганизмах, особенно богаты витамином зародыши пшеницы и дрожжи. При авитаминозе нарушается углеводный обмен и развивается периферийный полиневрит - болезнь бери-бери.

Витамин В2 ( рибофлавин, лактофлавин) - оранжево - желтые кристаллы горького вкуса, водный раствор окрашен в желто - зеленый цвет с характерной флуоресценцией. При варке не разрушается. Широко распространен в природе как в микроорганизмах ( дрожжи ), так и в растительных ( бобовые ) и в животных клетках ( мясо, молоко, яичный желток ). Синтезируется только растениями. При недостатке развиваются дерматиты, конъюктивит и анемия.

Витамин В6 (пиридоксол, адермин) - белое кристаллическое вещество. Не разлагается при варке пищи. Широко распространен в природе, содержится в печени, почках, дрожжах, рисовых отрубях, бобах, пшенице. При авитаминозе развиваются дерматиты, стоматит и анемия.Дети нуждаются в витамине больше, чем взрослые.

Витамин ВС (фолацин) группа соединений, включающих фоливую кислоту и ее производные. Содержится во всех животных тканях, зеленых растениях и микроорганизмах. При авитаминозе развивается тяжелая форма анемии.

Витамин С - группа соединений; важнейшее из них - аскорбиновая кислота - белые кристаллы без запаха, с сильным кислым вкусом. Витамин С чувствителен к действию света и кислорода воздуха, при нагревании без доступа воздуха витамин не разрушается. Содержится в различных растениях (смородине, шиповнике и др.), особенно его много в свежих фруктах и овощах, Участвует в процессах биосинтеза, главным образом в синтезе РНК. При гиповитаминозе повышается проницаемость капилляров, нарушается обмен в соединительных тканях. а при авитаминозе развивается болезнь цинга, или скорбут (суставные боли, кровотечения, выпадение зубов. Витамин С получают в промышленном масштабе, исходя из D - глюкозы.

Витамины группы D (кальциферолы) представляют собой белые кристаллы, устойчивые к действию кмслорода воздуха и нагреванию. При авитаминозе детского организма нарушается обмен кальция и развивается костный рахит.

токоферолы Из витаминов группы Е наиболее физиологически активен витамин Е - беловато - маслянистая жидкость; не разрушается при варке. в природе токоферолы синтезируются в растениях; наиболее богаты ими масла зародышей пшеницы, кукурузы, хлопка, сои. При недостатке витамина нарушается нормальное развитие эмбриона, возникают мышечная дистрофия и болезни печени. Витамин Е используют в лечебных целях, а также как антиоксидант, стабилизирующий препараты витиминов А, D и витаминов группы F - группы незаменимых жирных кислот.

Витамины группы К( производные нафтохинона). Среди них витамин К1 - светло - желтое, устойчивое к нагреванию масло. Витамины содержатся в зеленых растениях и синтезируются бактериями. При недостатке нарушается свертывание крови и развивается диатез. Потребность человека витаминах группы К обеспечивается их синтезом кишечной микрофлорой. При гиповитаминозе разрушаются эритроциты.

Витамин РР ( ниацин, фактор РР) - смесь никотиновой кислоты и ее амида. Оба соединения - белые кристаллические вещества. Содержатся в основном в пище - молоке, мясе, рыбе, а также в дрожжах. Витамин РР синтезируется в организме животных из триптофана (провитамин, составная часть белка). При авитаминозе развивается болезнь - пелларга.