Сахариди

1. Моносахариды.

2. Дисахариды.

3. Полисахариды.

До вуглеводами ставляться цукру й речовини, які у яких при гідролізі. Вуглеводи — продукти рослинного й тваринного походження. Поруч із білками, і жирами, є найважливішої складовою їжі людини і тварин; чимало їх використовують як технічне сировину. Вуглеводи поділяють на моносахариды, дисахариды і полисахариды.

Моносахариды — найпростіші вуглеводи, де вони піддаються гидролизу — не розщеплюються водою більш прості углеводы.

Глюкоза, чи виноградний цукор, С6Н12О6 — найважливіший із моносахаридов; білі кристали солодкого смаку, легка растворяющиеся у питній воді. Утримується в соку винограду, у багатьох фруктах, соціальній та крові тварин і людини. М’язова робота відбувається переважно по рахунок енергії, выделяющейся при окислюванні глюкозы.

Глюкоза є шестиатомным альдегидоспиртом; будова яку можна уявити формулою (а):

М М ВІН ВІН О.

НОСН2 — З 5 * - З 4 * - З 3 * - З двох * - З 1.

(а).

ВІН ВІН М ВІН Н.

Глюкоза.

М М ВІН О.

6 1.

НОСН2 — З 5 * - З 4 * - З 3 * - З двох * - СН2 ВІН (б).

ВІН ВІН Н.

Фруктоза.

Глюкоза виходить при гідролізі полісахаридів крохмалю і целюлози (під впливом ферментів чи мінеральних кислот). Застосовується як посиленого харчування або як лікарський речовина, при опорядженні тканин, як восстановитель — у виробництві зеркал.

Фруктоза, чи плодовий цукор, С6Н12О6 — моносахарид, супутник глюкози у багатьох плодових і ягідних соках; значно солодший глюкози; в суміші з ній входить до складу меду. Становить собою шестиатомний кетоноспирт; будова фруктози висловлює наведена вище формула (б).

У формулах глюкози (чи фруктози (б) показано притаманне всіх моносахаридов відносне просторове розташування атомів М і груп ВІН при які входять у вуглецеву ланцюг ассиметрических атомів вуглецю (вони позначені звездочками).

Ассиметрический атом — це атом, в з'єднання якого є атом вуглецю, пов’язані з чотирма різними атомами чи групами атомов.

Моносахариды як альдегидочи кетоноспирты є сполуками зі змішаними функціями; природа їх ускладнена можливістю внутримолекулярных взаємодій спиртових гідроксильних груп з альдегидной чи кетоновой карбонильной групою. Завдяки цьому моносахариды є і входять у реакції у відкритої ланцюгової формі, але й у циклічних формах. Вуглецева ланцюг моносахарида, наприклад глюкози (а), може приймати конформацию «клішні» (див. нижче формула в); у своїй 1-ї С-атом, що має карбонильную групу, зближується зі спиртової групою при 5-ом С-атоме; атом М із групи ВІН переміщається (як показано пунктирною стрілкою) до карбонильному кисню, а кисень при 5-ом С-атоме сполучається з 1-му (карбонильным) С-атомом (це тукже показано пунктирною стрелкой).

Конформація — це різноманітні форми, що може приймати ланцюг в просторі, завдяки можливості обертання атомів навколо осі связи.

Через війну замикається шестичленное, що містить атом кисню, кільце. Так утворюються дві циклічні ?- і ?- форми глюкози, відмінні просторовим розташування атома М і групи ВІН при 1-му (в циклі він стає асиметричним) С-атоме. Це можна перспективними формулами (: [pic].

Перспективні формули частіше пишуть спрощено — без символів З, їхнім виокремленням каблучку й поєднаних з ними символів М: [pic].

У формулах циклічних форм показано (пунктирною стрілкою), що може бути зворотний перехід атома М із групи ВІН при 1-ом С-атоме до кисню кільця. Останнє у своїй розкривається й утворюється ланцюгова форма.

Природна кристалічна глюкоза (виноградний цукор) представляє собою циклічну ?-форму (т. пл. моногідрату 83? З, безводній 146? З). При розчиненні у питній воді вона, як показано вище на схемою, перетворюється на ланцюгову, а ще через неї ?-форму; у своїй встановлюється динамічну рівновагу між всіма (. ?-форма також може бути виділено в кристалічному вигляді (т. пл. 148−150? З); у водному розчині і її утворює рівноважну систему, що містить всі форми. Ланцюгова ж форма існує у розчинах, причому на вельми невеликих кількостях (частки відсотка), а вільному вигляді не выделена.

Ізомерні форми сполук. Здібні переходити один одного, називають таутомерными формами, чи таутомерами, а саме існування їх — явищем таутомерии; воно вельми поширений серед органічних соединений.

Дисахариды — вуглеводи, які за нагріванні із жовтою водою у присутності мінеральних кислот або під впливом ферментів піддаються гидролизу, расщепляясь на дві молекули моносахаридов.

Буряковий, чи тростинний, цукор 9сахароза), С12Н22О11 — найважливіший із дисахаридов. Виходить із цукрових буряків (у ній міститься до 28% сахарози від сухого речовини) або з цукрової тростини (звідки і відбувається назва); міститься й у соку берези, клена та деяких менших фруктів. Сахароза — найцінніший харчової продукт. При гідролізі вона розпадається із заснуванням молекули глюкози і молекули фруктози (утворює суміш цих моносахаридов називається инвертным сахаром):

С12Н22О11 + Н2О С6Н12О6 + С6Н12О6 сахароза глюкоза фруктоза.

Полісахариди. ці вуглеводи багато в чому від моноі дисахаридов — немає солодкого смаку, переважно не розчиняються у воді; вони є складні високомолекулярні сполуки, що під каталітичним впливом кислот чи ферментів піддаються гидролизу з освітою простіших полісахаридів, потім дисахаридов й у кінцевому результаті, безлічі (сотень і тисяч) молекул моносахаридов. Найважливіші представники полісахаридів — крохмаль і целюлоза (клітковина). Їх молекули побудовано на ланках — С6Н10О5 -, є залишками шестичленных циклічних форм молекул глюкози, втратили молекулу води; тому склад парламенту й крохмалю, і целюлози виражається загальної формулою (С6Н10О5) x. Різниця ж у властивості цих полісахаридів зумовлено просторової изомерией їхнім виокремленням їх моносахаридных молекул: крохмаль побудовано з ланок ?-, а целюлоза — ?-форми глюкозы.

Крохмаль — (С6Н10О5) x — білий (під мікроскопом зернистий) порошок, нерозчинний у холодній воді; у гарячій — набухає, утворю колоїдний розчин (крохмальний клейстер); з розчином йоду дає синє забарвлення (характерна реакція). Молекули крохмалю неоднорідні за величиною -значення x у яких коштує від сотень до 1000−5000 і более.

У техніці перетворення крохмалю в глюкозу (процес осахаривания) здійснюється шляхом кип’ятіння їх у перебігу кількох годинників із розведеною сірчаної кислотою (каталітичне вплив сірчаної кислоти на осахаривание крохмалю було знайдено в 1811 р. російським ученим К.С.Кирхгофом). що з отриманого розчину видалити сірчану кислоту, до нього додають крейда, утворюючий з сірчаної кислотою нерозчинний сульфат кальцію. Останній отфильтровывают і розчин упаривают. Виходить густа солодка маса, так звана крохмальна патока, яка містить, крім глюкози, значну кількість інших продуктів гідролізу крохмалю. Патока застосовується на приготування кондитерських виробів й у різних технічних целей.

Якщо потрібно отримати чисту глюкозу, то кип’ятіння крохмалю ведуть довше, ніж досягається повніше перетворення їх у глюкозу. Отриманий після нейтралізації і фільтрування розчин згущують, що із нього не було почнуть випадати кристали глюкозы.

При нагріванні сухого крохмалю до 200−250? З відбувається часткове розкладання його й виходить суміш менш складних, ніж крохмаль, полісахаридів, звана декстрином. Декстрин застосовується для обробки тканин та виготовлення клею. Перетворенням крохмалю в декстрин пояснюється освіту блискучої палітурки на печеному хлібі, і навіть блиск накрохмаленого белья.

Целюлоза, чи клітковина, (С6Н10О5) x — волокнисте речовина, головна складова частина оболонок рослинних клітин. Розмір x в молекулах целюлози зазвичай становить близько 3 тис, а може досягати 6000−12 000. Найбільш чиста природна целюлоза — бавовняне волокно — містить 85−90% целюлози. У деревині хвойних дерев целюлози міститься близько 50% (в склад деревини поруч з целюлозою входять її супутники, у тому числі найважливішою є лигнин — природний полімер, побудований з кількох ароматичних кисневмісних сполук низки бензолу, і гемицеддюдозы — родинні целюлозі полисахариды).

Значення целюлози дуже велике. Досить зазначити, це дарує величезне значення бавовняного волокна йде розробки бавовняних тканин. З целюлози отримують папір і картон, а шляхом хімічної переробки — цілий ряд різноманітних продуктів: штучне волокно, пластичні маси, лаки, бездимний порох, етиловий спирт і др.

Найпоширеніший промисловий спосіб виділення целюлози з деревини залежить від обробці подрібненої деревини при підвищених певній температурі й тиску розчином гидросульфита кальцію Са (НSО3)2. При цьому деревина руйнується, що міститься у ній лигнин перетворюється на розчин, целюлоза ще залишається в незміненому вигляді. Потім целюлозу відділяють від розчину, промивають водою, сушать і скеровують подальшу переробку. Целюлозу, отриману описаним вище способом, часто називають сульфітної целлюлозой.

Целюлоза не розчиняється у питній воді, диэтиловом ефірі і этиловом спирті, вона розщеплюється під впливом розбавлених кислот, стійка до дії лугів і слабких окислителей.

Після обробітку на холоду концентрованої сірчаної кислотою целюлоза розчиняється у ній, створюючи в’язкий розчин. Якщо це розчин вилити в надлишок води, виділяється білий сиплеся продукт, так званий амілоїд, являє собою частково гидролизованную целюлозу. Він подібний з крохмалем за реакцією з йодом (синє забарвлення; целюлоза це не дає цієї реакції). Не проклеенную папір опустити короткий час в концентровану сірчану кислоту і далі відразу ж промити, то утворений амілоїд склеює волокна папери, роблячи більш щільною і міцної. Так виготовляється пергаментна бумага.

При тривалому дії на целюлозу концентрованих розчинів мінеральних кислот вона при нагріванні піддається гидролизу, кінцевим продуктом якого є глюкоза.

У молекулах целюлози містяться спиртові гидроксильные групи: в кожному залишку глюкози такі групи три і формулу целюлози можна змалювати таку картину: [С6Н7О2(ОН)3]х. Тому з її можна отримати прості складні эфиры.

Складні ефіри целюлози і азотної кислоти — нітрати целюлози (нитроцеллюлоза) — може мати склад [С6Н7О2(ОН)2(ОNO2)]х, [С6Н7О2(ОН)(ОNO2)2]х і [С6Н7О2(ОNO2)3]х. Вони на виготовлення бездимного пороху (піроксиліну), целулоїду, нитролаков тощо. З уксуснокислых ефірів целюлози (ацетаты целюлози, чи ацетилцеллюлоза), наприклад [С6Н7О2(ОСОСН3)3]х, виготовляють негорючую фотоі кіноплівку, різні прозорі пластичні є і лаки.

Велике промислове значення має тут хімічна переробка целюлози в штучне волокно.

Виробництво штучного волокна з целюлози здійснюється трьома способами: вискозным, ацетатным і медноаммиачным.

Для отримання волокна по вискозному способу целюлозу обробляють їдким натром, та був сероуглеродом. Образующуюся помаранчеву масу, звану ксантогенатом, розчиняють у слабкій розчині слабкого натра, одержуючи так звану вискозу. Останню продавлюють через спеціальні ковпачки з дрібними отворами (фильеры) в осадительную ванну, що містить водний розчин сірчаної кислоти. При взаємодії з сірчаної кислотою луг нейтралізується, і віскоза розкладається, розщеплюючи сірковуглець і утворю блискучі нитки трохи зміненою за складом целюлози. Ці нитки є віскозне волокно.

З отриманням по ацетатному способу розчин ацетату целюлози в ацетоні продавлюється через фильеры назустріч теплому воздуху. ацетон випаровується і цівки розчину перетворюються на найтонші нитки — ацетатное волокно.

Менш поширена медноаммиачный спосіб, у якому використовується характерне властивість целюлози — її здібності розчинятися в аммиачном розчині оксиду міді (II) [ Cu (NН3)4](ОН)2 (реактив Швейцера). На цьому розчину дією кислот знову виділяють целюлозу. Нитки волокна отримують продавливанием медноаммиачного розчину крізь фильеры в осадительную ванну з розчином кислоты.

Розглянемо отримання етилового спирту з допомогою моноі полисахаридов.

Етиловий (винний) спирт, чи етанол, СН3СН2ОН (темп. стосів. 78,4 є З) — одне з найважливіших вихідних речовин, у сучасної промисловості органічного синтезу. Для отримання його здавна користуються різними цукристими речовинами, наприклад виноградним цукром, чи глюкозою, яка шляхом «бродіння», викликаний дією ферментів, вироблюваних дрожжевыми грибки, перетворюється на етиловий спирт. Реакція протікає відповідно до схеме:

С6Н12О6 2 С2Н5ОН + 2 СО2 ^ глюкоза етиловий спирт.

Глюкоза у вільному вигляді міститься, наприклад, в виноградному соку, при бродінні якого виходить виноградне вино із вмістом спирту від 8 до 16%.

Вихідним продуктом щоб одержати спирту може бути полісахарид крохмаль, що міститься, наприклад, в клубнях картоплі, зернах жита, пшениці, кукурудзи. Для перетворення на цукрові речовини (глюкозу) крохмаль попередньо подзаваривают гарячою водою і з охолодженні додають солод — що проросли, та був просушені і растертые із жовтою водою зерна ячменю. У солоді міститься диастаз (складна суміш ферментів), діючих на процес осахаривания крохмалю каталитически. Після закінчення осахаривания до отриманої рідини додають дріжджі, під впливом ферменту яких (зимазы) утворюється спирт. Його відганяють і далі очищають повторної перегонкой.

Нині осазариванию піддають тільки іншої полісахарид -целюлозу (клітковину), образубщую головну масу деревини. І тому целюлозу, піддають гидролизу у присутності кислот (наприклад, деревні тирсу при 150−170 є З обробляють 0,1−5% сірчаної кислотою під тиском 0,7 — 1,5 Мпа). Отриманий в такий спосіб продукт також має глюкозу і сбраживается на спирт з допомогою дріжджів (гидролизный спирт).

(У перспективних формулах атоми, що утворюють кільце, розташовані як у горизонтальній площині, перпендикулярній площині креслення; жирними лініями позначаються зв’язок між атомами кільця, видатними вперед до наблюдателю.

(У рівноважної системі моносахаридов утворюються та його циклічні форми з пятичленным кислородосодержащим кільцем; вони нестійкі й у вільному кристалічному вигляді не виділено. Проте відомі багато природні і синтетичні сполуки, є похідними пятичленных циклічних форм моносахаридов.