Полисахариды.
КРАХМАЛ.
Крахмал является главным запасным питательным веществом. По составу он неоднороден и представляет собой смесь нескольких полиса-харидов. Все они образуются из а — глюкозы и отличаются строением це-пи, числом входящих в их состав остатков глюкозы.
В растениях образуется в результате процесса фотосинтеза из обра-зовавшейся глюкозы:
nС6Н12О6 — ( С6Н10О5 )n + nН2О
Структурная формула крахмала:
СН2ОН СН2ОН СН2ОН
Н О Н Н О Н Н О Н
Н Н Н
— ОН Н --О-- ОН Н --О-- ОН Н --О--
Н ОН Н ОН Н ОН
крахмал
Получение:
Получают из картофеля, кукурузы, риса. При этом картофель измель чают, промывают водой, взвесь отстаивают и сушат.
Физические свойства:
Крахмал — белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В горя чей набухает, образуя клейстер.
Химические свойства: 1. Гидролиз: протекает ступенчато с постепенным расщеплением макро-
молекул.
( С6Н10О5 )n — ( С6Н10О5 )m — хС12Н22О11 — nС6Н12О6
крахмал дикстрины мальтоза глюкоза 2. Взаимодействие с йодом — появляется синее пятно. Используется в ка-
честве метода определения крахмала в продуктах питания.
Приминение: — является ценным продуктом питанмя (для лучшего усвоения организ-мом крахмал подвергают действию высокой температуры), — продукт гидролиза крахмала — патоку — используют в кондитерской про-мышленности, — получаючаемые из крахмала декстрины используют в качестве клея.
ЦЕЛЛЮЛОЗА.
( С6Н10О5 )n
Цепочка целлюлозы имеет вид нити, спиралеобразно закрученн-ной вокруг своей оси и удерживаемой в таком положении водородны-ми связями гидроксилов остатков глюкозы. макромолекулы целлюло-зы распологаются в одном направлении и образуют волокна (лён, хло-пок, конопля).
В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксиль ные группы.
СН2ОН СН2ОН СН2ОН
Н Н О Н О Н О
ОН Н О ОН Н О ОН Н О
Н ОН Н Н ОН Н Н ОН Н
Целлюлоза является главной составной частью оболочек расти-тельных клеток, образуется в растениях в разультате реакции форосин-теза.
Наиболее чистая природная целлюлоза — хлопковое волокно (до 98%), древесина хвойных деревьев содержит около 50%.
Получение:
Существует сульфитный способ получения целлюлозы: измель-ченную древесину в присутствии раствора гидросульфида кальция Са (НSО3)2 нагревают в автоклавах. При этом способе целлюлоу выделя-ют в сравнительно чистом виде. Её промывают водой, сушат и перера-батывают в бумагу.
Физические свойства:
Целлюлоза — волокнистое вещество, нерастворимое в воде и орга-нических растворителях. Растворяется только в концентрированных со ляной и фосфорной кислотах, в 72%-ной серной кислоте, реактиве Швейцера (раствор соли еди ( II ) в аммиаке).
Химические свойства: 1. Гидролиз в присутствии кислот с образованием глюкозы (реакция
протекает ступенчато):
( С6Н10О5 )n + nН2О n — С6Н12О6
целлюлоза глюкоза 2. реакция этерификации
— взаимодействие с азотной кислотой в присутствии серной кис-
ты:
СН2ОН
Н Н О
ОН Н О + 3nНNО3 -------
Н ОН Н
целлюлоза n
СН2О-NО2
Н Н О О + 3nН2О
О-NО2 Н Н
Н О-NО2
тринитроцеллюлоза n
Азотнокислые эфиры используются в качестве взрывчатых веще-ств. — с уксусной кислотой в присутствии серной кислоты с образованием триацетатацеллюлозы:
О
СН2О-С
Н О О СН3
Н С-СН3 О
О Н О Н
Н О-С
СН3 n
Ацетаты целлюлозы используются в производстве искусствен-
ных волокон.
3. Разложение целлюлозы при нагревании древесины без досту-
павоздуха.
При этом полуают древестный уголь, метан, метиловый (дре-
вестный) спирт, уксусную кислоту, ацетон и др.
Применение:
Целлюлоза используется для получения киноплёнки, скипидара, древестного угля, уксусной кислоты, метана, метанола, канифоли, смо-лы, глюкозы, кормовых дрожжей, бумаги, бездымного пороха и др.
www.ronl.ru
Полисахариды.
КРАХМАЛ.
Крахмал является главным запасным питательным веществом. По составу он неоднороден и представляет собой смесь нескольких полиса-харидов. Все они образуются из а — глюкозы и отличаются строением це-пи, числом входящих в их состав остатков глюкозы.
В растениях образуется в результате процесса фотосинтеза из обра-зовавшейся глюкозы:
nС6Н12О6 — ( С6Н10О5 )n + nН2О
Структурная формула крахмала:
СН2ОН СН2ОН СН2ОН
Н О Н Н О Н Н О Н
Н Н Н
— ОН Н --О-- ОН Н --О-- ОН Н --О--
Н ОН Н ОН Н ОН
крахмал
Получение:
Получают из картофеля, кукурузы, риса. При этом картофель измель чают, промывают водой, взвесь отстаивают и сушат.
Физические свойства:
Крахмал — белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В горя чей набухает, образуя клейстер.
Химические свойства: 1. Гидролиз: протекает ступенчато с постепенным расщеплением макро-
молекул.
( С6Н10О5 )n — ( С6Н10О5 )m — хС12Н22О11 — nС6Н12О6
крахмал дикстрины мальтоза глюкоза 2. Взаимодействие с йодом — появляется синее пятно. Используется в ка-
честве метода определения крахмала в продуктах питания.
Приминение: — является ценным продуктом питанмя (для лучшего усвоения организ-мом крахмал подвергают действию высокой температуры), — продукт гидролиза крахмала — патоку — используют в кондитерской про-мышленности, — получаючаемые из крахмала декстрины используют в качестве клея.
ЦЕЛЛЮЛОЗА.
( С6Н10О5 )n
Цепочка целлюлозы имеет вид нити, спиралеобразно закрученн-ной вокруг своей оси и удерживаемой в таком положении водородны-ми связями гидроксилов остатков глюкозы. макромолекулы целлюло-зы распологаются в одном направлении и образуют волокна (лён, хло-пок, конопля).
В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксиль ные группы.
СН2ОН СН2ОН СН2ОН
Н Н О Н О Н О
ОН Н О ОН Н О ОН Н О
Н ОН Н Н ОН Н Н ОН Н
Целлюлоза является главной составной частью оболочек расти-тельных клеток, образуется в растениях в разультате реакции форосин-теза.
Наиболее чистая природная целлюлоза — хлопковое волокно (до 98%), древесина хвойных деревьев содержит около 50%.
Получение:
Существует сульфитный способ получения целлюлозы: измель-ченную древесину в присутствии раствора гидросульфида кальция Са (НSО3)2 нагревают в автоклавах. При этом способе целлюлоу выделя-ют в сравнительно чистом виде. Её промывают водой, сушат и перера-батывают в бумагу.
Физические свойства:
Целлюлоза — волокнистое вещество, нерастворимое в воде и орга-нических растворителях. Растворяется только в концентрированных со ляной и фосфорной кислотах, в 72%-ной серной кислоте, реактиве Швейцера (раствор соли еди ( II ) в аммиаке).
Химические свойства: 1. Гидролиз в присутствии кислот с образованием глюкозы (реакция
протекает ступенчато):
( С6Н10О5 )n + nН2О n — С6Н12О6
целлюлоза глюкоза 2. реакция этерификации
— взаимодействие с азотной кислотой в присутствии серной кис-
ты:
СН2ОН
Н Н О
ОН Н О + 3nНNО3 -------
Н ОН Н
целлюлоза n
СН2О-NО2
Н Н О О + 3nН2О
О-NО2 Н Н
Н О-NО2
тринитроцеллюлоза n
Азотнокислые эфиры используются в качестве взрывчатых веще-ств. — с уксусной кислотой в присутствии серной кислоты с образованием триацетатацеллюлозы:
О
СН2О-С
Н О О СН3
Н С-СН3 О
О Н О Н
Н О-С
СН3 n
Ацетаты целлюлозы используются в производстве искусствен-
ных волокон.
3. Разложение целлюлозы при нагревании древесины без досту-
павоздуха.
При этом полуают древестный уголь, метан, метиловый (дре-
вестный) спирт, уксусную кислоту, ацетон и др.
Применение:
Целлюлоза используется для получения киноплёнки, скипидара, древестного угля, уксусной кислоты, метана, метанола, канифоли, смо-лы, глюкозы, кормовых дрожжей, бумаги, бездымного пороха и др.
www.ronl.ru
УГЛЕВОДЫ
Оглавление
Введение
1. Образование гликозидов
2. Дисахариды
3. Полисахариды
Крахмал
Целлюлоза
В живой природе широко распространены вещества, многим из которых соответствует формула Сх (Н2 О)у. Они представляют собой, таким образом, как бы гидраты углерода, что и обусловило их название – углеводы. К углеводам относится обычный сахар – сахароза, виноградный сахар – глюкоза, фруктовый сахар – фруктоза и молочный сахар – мальтоза. Этим объясняется еще одно их общепринятое название сахара. Растения синтезируют углеводы из двуокиси углерода и воды в процессе фотосинтеза. При этом солнечная энергия переходит в химическую:
хСО2 + уh3О + солнечная энергия ¾® Сх(Н2О)у + хО2
При окислении углеводов в организме энергия высвобождается и используется для жизнедеятельности:
Сх(Н2О)у + хО2 ¾® хСО2 + уh3 О + энергия
1. Образование гликозидов
При пропускании небольшого количества хлороводорода в раствор D-глюкозы в метаноле происходит реакция, в результате которой образуется смесь аномеров метилацеталя. Ацетали углеводов называют гликозидами. Ацетали глюкозы называют глюкозидами, маннозы – маннозидами, фруктозы – фруктозидами и т.д.
D-глюкпираноза Метил-b-D-глюкопиранозид Метил-a-D-глюкопиранозид
Реакция проходит по следующему механизму:
Гликозиды широко распространены в природе. В коре ивы, например, содержится салицин, обладающий болеутоляющими свойствами.
салицин ванилил-b-D-глюкопранозид
Поскольку гликозиды являются ацеталями или кеталями, они вполне устойчивы в щелочной среде, но легко гидролизуются в кислой, превращаясь в углевод и спирт (агликон). Например, при подкислении водного раствора метил-D-глюкопиранозида образуется D-глюкоза в виде смеси двух аномеров и небольшого количества открытой формы:
метил-D-глюкопиранозид D-глюкопираноза агликон
Упр. 11. Напишите реакцию, происходящую с водным раствором салицина в кислой среде.
Упр. 12. Напишите реакцию этанола с (а) D-глюкозой, (б) D-маннозой и D-галактозой в кислой среде.
1.
2. Дисахариды
Дисахариды, или биозы, состоят из остатков двух моноз. Связывание двух моноз в биозу может происходить либо за счет гликозидных гидроксильных групп обоих моносахаридов, (невосстанавливающие дисахариды) либо с участием гликозидной гидроксильной группы одного и спиртовой гидроксильной группы другого моносахарида (восстанавливающие дисахариды). В последнем случае в отличие от первого дисахариды обладают восстанавливающими свойствами и обнаруживают явление мутаротации, поскольку в них вследствие кольчато-цепной таутомерии возможен взаимный переход открытой и циклической форм одного из моносахаридов.
Невосстанавливающие дисахариды называют гликозилгликозидами, а восстанавливающие – гликозилгликозами. К восстанавливающим дисахаридам относятся мальтоза, целлобиоза и лактоза. У всех восстанавливающих биоз есть свободный гликозидный гидроксил и вследствие этого они могут существовать в a- и b-формах.
Мальтоза содержится в прорастающих зернах ячменя, откуда ее название – солодовый сахар. Ее можно получить наряду с другими продуктами частичным гидролизом крахмала в присутствии кислоты или фермента диастазы. Другой фермент – мальтаза – вызывает расщепление мальтозы до D-глюкозы.
a-D-глюкопираноза D-глюкопираноза 4-(a-D-глюкопиранозил)-
D-глюкопираноза (мальтоза)
Продуктом деструкции целлюлозы является сходная по строению с мальтозой целлобиоза. Их различие заключается в том, что в целлобиозе фрагменты D-глюкозы связаны не a- а b-гликозидной связью.
b-D-глюкопираноза D-глюкопираноза
4-(b-D-Глюкопиранозил)-
D-глюкопираноза (целлобиоза)
Важнейшим из сахаров молока является лактоза (от латинского lас – молоко). Ее получают как побочный продукт при производстве сыра. Составными частями этого восстанавливающего дисахарида являются b-D-галактопираноза и D-глюкопи-раноза. Лактоза может существовать в a- и b-формах.
Поскольку моносахарид галактоза отличается от глюкозы стереохимией С-4, то и лактоза отличается от целлобиозы расположением гидроксильной группы у С-4 первого цикла.
b-D-Галактопираноза D-Глюкопираноза 4-(b-D-Галактопиранозил)-
D-глюкопираноза (лактоза)
Дисахариды не способны проникать через стенки кишечника и не могу попадать в кровь. В кровь могут попадать только моносахариды. Поэтому для усвоения дисахарида он сначала должны быть расщеплены на моносахариды. Для осуществления гидролиза лактозы в качестве катализатора используется специальный фермент лактаза. Чем больше молока мы потребляем, тем больше лактазы нам нужно. В пищеварительной системе детей имеется достаточное количество лактазы, а взрослых – нет, так как с возрастом наш организм утрачивает способность вырабатывать лактазу, и поэтому в отличие от детей взрослые могут сразу выпивать не более одного – двух стаканов молока или съедать эквивалентное количество молочных продуктов. При недостатке лактазы избыточная лактоза в негидролизованном виде проходит по пищеварительному тракту до области, где она ферментируется в молочную кислоту, раздражающую кишечник, c образованием газов, состоящих из двуокиси углерода и водорода.
Наиболее распространенным и хорошо изученным дисахаридом является сахароза, или обычный сахар. Сахароза принадлежит к невосстанавливающим сахарам и содержится в сахарном тростнике(14-16о) и в сахарной свекле (16-21о). Она состоит из a-D-глюкопиранозы и b-D-фруктофуранозы, соединенных между собой гликозилгликозидной связью. В кислом растворе или под действием фермента сахароза гидролитически распадается на D-глюкозу и D-фруктозу. Сладость сахарозы принимается за единицу. Глюкоза оказывается менее сладкой (0,7), а фруктоза более сладкой (1,7). Мальтоза (солодовый сахар) оценивается в 0,45, а лактоза (молочный сахар) в 0,22.
a-D-глюкопиранозил-β-D-фруктофуранозид или
β-D-Фруктофуранозил- α-глюкопиранозид (сахароза)
Полученная в результате гидролиза сахарозы смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром. Он является основной составной частью пчелиного меда.
Если дисахарид дальше конденсируется с третьей, четвертой и т. д. молекулой моносхарида, тогда образуются олигосахара и далее полисахара. В реакции конденсации обязательно участвует хотя бы один полуацетальный (гликозидный) гидроксил.
Упр. 13. Изобразите конформационные формулы целлобиозы и лактозы.
Упр. 14. Напишиеу формулу Хеуорса сахарозы.
3. Полисахариды
Полисахариды – природные полимеры, которые можно рассматривать как продукты конденсации моноз. Конденсация моносахаридов в организмах растений и животных происходит ферментативно, с большой легкостью и достигает больших степней полимеризации. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и клетчатка (целлюлоза). Оба они построены из остатков D-глюкозы и служат в растительных и животных организмах резервными углеводами питания или углеводами для построения остова клеточной ткани.
3.1. Крахмал
Крахмал образуется в растениях в процессе фотосинтеза и запасается в корнях, клубнях, зернах и плодах растений, где он служит питательным резервом. В зернах пшеницы и риса до 60-80% крахмала, в картофеле до 20%. Крахмал не является индивидуальным веществом. Если крахмал обработать теплой водой, то около 20% его растворится. Растворимую в воде фракцию крахмала называют амилозой, а нерастворимую – амилопектином.
Амилоза построена главным образом из остатков a-D-глюкопиранозы с 1 ® 4-связями.
амилоза
Молекула амилозы закручена в спираль, включающую около 6 фрагментов глюкозы на один виток спирали. Пустоты внутри такой спирали могут вместить, например, молекулу иода. Соответствующее соединение (иодкрахмал) окрашено в синий цвет.
Амилопектин – разветвленный полисахарид: a-глюкопиранозидный фрагмент связан в нем как с С-4, так и с С-6 атомами. Разветвление возникает через каждые 18-27 моносахаридных звеньев.
амилопектин
В печени животных в качестве резерва находится гликоген, его структура близка к структуре амилопектина, только разветвлений в нем больше, они повторяются через каждые 8-16 остатков глюкозы.
Упр. 14. Каково различие в строении амилопектина и гликогена? Какую роль играет гликоген в организме?
3.2. Целлюлоза
Целлюлоза является наиболее распространенным полисахаридом. Она составляет около половины массы стенок клеток растений и служит важным сырьем в различных областях народного хозяйства. Целлюлоза построена из звеньев b-аномера D-глюкопиранозы.
целлюлоза
Полимерная цепь целлюлозы не разветвлена, все ее звенья соединены по 1,4-положениям. Цепи целлюлозы, расположены в виде пучков и скреплены между собой водородными связями. Такая упаковка молекул целлюлозы делает ее практически нерастворимой в воде и других растворителях.
Вследствие того, что остатки глюкозы в целлюлозе соединены между собой b-гликозидной связью, человек и большинство животных, легко усваивающих крахмал путем ферментативного гидролиза a-гликозидных связей, не способны гидролизовать целлюлозу и использовать ее в пищу. Жвачные животные едят траву и усваивают содержащуюся в ней целлюлозу с помощью микроорганизмов, живущих у них в желудке.
Целлюлозу получают в больших количествах для производства бумаги. Кроме того, целлюлозу используют в производстве искусственных волокон, пластмасс, лаков, пороха и т. д.
www.ronl.ru
Министерство Науки и Образования Украины
Реферат на тему:
«Полисахариды»
Выполнила
ученица 9-А класса
Донецкой общеобразовательной
школы Ι-ΙΙΙ ступеней №64
Селютина Екатерина
Донецк 2012
Оглавление
Введение…………………………………………………………………3
1. Образование гликозидов……………………………………………..4
2. Дисахариды………………………………………………………….5-7
3. Полисахариды…………………………………………………………8
3.1 Крахмал……………………………………………………………….8
3.2 Целлюлоза…………………………………………………………….9
В живой природе широко распространены вещества, многим из которых соответствует формула Сх(Н2О)у. Они представляют собой, таким образом, как бы гидраты углерода, что и обусловило их название – углеводы. К углеводам относится обычный сахар – сахароза, виноградный сахар – глюкоза, фруктовый сахар – фруктоза и молочный сахар – мальтоза. Этим объясняется еще одно их общепринятое название сахара. Растения синтезируют углеводы из двуокиси углерода и воды в процессе фотосинтеза. При этом солнечная энергия переходит в химическую:
хСО2 + уh3О + солнечная энергия Сх(Н2О)у + хО2
При окислении углеводов в организме энергия высвобождается и используется для жизнедеятельности:
Сх(Н2О)у + хО2 хСО2 + уh3О + энергия
1. Образование гликозидов
При пропускании небольшого количества хлороводорода в раствор D-глюкозы в метаноле происходит реакция, в результате которой образуется смесь аномеров метилацеталя. Ацетали углеводов называют гликозидами. Ацетали глюкозы называют глюкозидами, маннозы – маннозидами, фруктозы – фруктозидами и т.д.
Реакция проходит по следующему механизму:
Гликозиды широко распространены в природе. В коре ивы, например, содержится салицин, обладающий болеутоляющими свойствами.
Поскольку гликозиды являются ацеталями или кеталями, они вполне устойчивы в щелочной среде, но легко гидролизуются в кислой, превращаясь в углевод и спирт (агликон). Например, при подкислении водного раствора метил-D-глюкопиранозида образуется D-глюкоза в виде смеси двух аномеров и небольшого количества открытой формы:
2. Дисахариды
Дисахариды, или биозы, состоят из остатков двух моноз. Связывание двух моноз в биозу может происходить либо за счет гликозидных гидроксильных групп обоих моносахаридов, (невосстанавливающие дисахариды) либо с участием гликозидной гидроксильной группы одного и спиртовой гидроксильной группы другого моносахарида (восстанавливающие дисахариды). В последнем случае в отличие от первого дисахариды обладают восстанавливающими свойствами и обнаруживают явление мутаротации, поскольку в них вследствие кольчато-цепной таутомерии возможен взаимный переход открытой и циклической форм одного из моносахаридов.
Невосстанавливающие дисахариды называют гликозилгликозидами, а восстанавливающие – гликозилгликозами. К восстанавливающим дисахаридам относятся мальтоза, целлобиоза и лактоза. У всех восстанавливающих биоз есть свободный гликозидный гидроксил и вследствие этого они могут существовать в - и -формах.
Мальтоза содержится в прорастающих зернах ячменя, откуда ее название – солодовый сахар. Ее можно получить наряду с другими продуктами частичным гидролизом крахмала в присутствии кислоты или фермента диастазы. Другой фермент – мальтаза – вызывает расщепление мальтозы до D-глюкозы.
Продуктом деструкции целлюлозы является сходная по строению с мальтозой целлобиоза. Их различие заключается в том, что в целлобиозе фрагменты D-глюкозы связаны не - а -гликозидной связью.
Важнейшим из сахаров молока является лактоза (от латинского lас – молоко). Ее получают как побочный продукт при производстве сыра. Составными частями этого восстанавливающего дисахарида являются -D-галактопираноза и D-глюкопи-раноза. Лактоза может существовать в - и -формах.
Поскольку моносахарид галактоза отличается от глюкозы стереохимией С-4, то и лактоза отличается от целлобиозы расположением гидроксильной группы у С-4 первого цикла.
Дисахариды не способны проникать через стенки кишечника и не могу попадать в кровь. В кровь могут попадать только моносахариды. Поэтому для усвоения дисахарида он сначала должны быть расщеплены на моносахариды. Для осуществления гидролиза лактозы в качестве катализатора используется специальный фермент лактаза. Чем больше молока мы потребляем, тем больше лактазы нам нужно. В пищеварительной системе детей имеется достаточное количество лактазы, а взрослых – нет, так как с возрастом наш организм утрачивает способность вырабатывать лактазу, и поэтому в отличие от детей взрослые могут сразу выпивать не более одного – двух стаканов молока или съедать эквивалентное количество молочных продуктов. При недостатке лактазы избыточная лактоза в негидролизованном виде проходит по пищеварительному тракту до области, где она ферментируется в молочную кислоту, раздражающую кишечник, c образованием газов, состоящих из двуокиси углерода и водорода.
Наиболее распространенным и хорошо изученным дисахаридом является сахароза, или обычный сахар. Сахароза принадлежит к невосстанавливающим сахарам и содержится в сахарном тростнике(14-16о) и в сахарной свекле (16-21о). Она состоит из -D-глюкопиранозы и -D-фруктофуранозы, соединенных между собой гликозилгликозидной связью. В кислом растворе или под действием фермента сахароза гидролитически распадается на D-глюкозу и D-фруктозу. Сладость сахарозы принимается за единицу. Глюкоза оказывается менее сладкой (0,7), а фруктоза более сладкой (1,7). Мальтоза (солодовый сахар) оценивается в 0,45, а лактоза (молочный сахар) в 0,22.
Полученная в результате гидролиза сахарозы смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром. Он является основной составной частью пчелиного меда.
Если дисахарид дальше конденсируется с третьей, четвертой и т. д. молекулой моносхарида, тогда образуются олигосахара и далее полисахара. В реакции конденсации обязательно участвует хотя бы один полуацетальный (гликозидный) гидроксил.
3. Полисахариды
Полисахариды – природные полимеры, которые можно рассматривать как продукты конденсации моноз. Конденсация моносахаридов в организмах растений и животных происходит ферментативно, с большой легкостью и достигает больших степней полимеризации. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и клетчатка (целлюлоза). Оба они построены из остатков D-глюкозы и служат в растительных и животных организмах резервными углеводами питания или углеводами для построения остова клеточной ткани.
3.1. Крахмал
Крахмал образуется в растениях в процессе фотосинтеза и запасается в корнях, клубнях, зернах и плодах растений, где он служит питательным резервом. В зернах пшеницы и риса до 6080% крахмала, в картофеле до 20%. Крахмал не является индивидуальным веществом. Если крахмал обработать теплой водой, то около 20% его растворится. Растворимую в воде фракцию крахмала называют амилозой, а нерастворимую – амилопектином.
Амилоза построена главным образом из остатков -D-глюкопиранозы с 1 4-связями.
Молекула амилозы закручена в спираль, включающую около 6 фрагментов глюкозы на один виток спирали. Пустоты внутри такой спирали могут вместить, например, молекулу иода. Соответствующее соединение (иодкрахмал) окрашено в синий цвет.
Амилопектин – разветвленный полисахарид: -глюкопиранозидный фрагмент связан в нем как с С-4, так и с С-6 атомами. Разветвление возникает через каждые 18-27 моносахаридных звеньев.
В печени животных в качестве резерва находится гликоген, его структура близка к структуре амилопектина, только разветвлений в нем больше, они повторяются через каждые 8-16 остатков глюкозы.
3.2. Целлюлоза
Целлюлоза является наиболее распространенным полисахаридом. Она составляет около половины массы стенок клеток растений и служит важным сырьем в различных областях народного хозяйства. Целлюлоза построена из звеньев -аномера D-глюкопиранозы.
Полимерная цепь целлюлозы не разветвлена, все ее звенья соединены по 1,4-положениям. Цепи целлюлозы, расположены в виде пучков и скреплены между собой водородными связями. Такая упаковка молекул целлюлозы делает ее практически нерастворимой в воде и других растворителях.
Вследствие того, что остатки глюкозы в целлюлозе соединены между собой -гликозидной связью, человек и большинство животных, легко усваивающих крахмал путем ферментативного гидролиза -гликозидных связей, не способны гидролизовать целлюлозу и использовать ее в пищу. Жвачные животные едят траву и усваивают содержащуюся в ней целлюлозу с помощью микроорганизмов, живущих у них в желудке.
Целлюлозу получают в больших количествах для производства бумаги. Кроме того, целлюлозу используют в производстве искусственных волокон, пластмасс, лаков, пороха и т. д.
- 2 -
myunivercity.ru
Углеводы
Синтез моносахаридов по методу Килиани-Фишера применяется для увеличения длины углеродной цепи альдозы на один атом углерода, в результате чего возникают две диастереомерные альдозы. Уже на первой стадии синтеза образуются изомерные циангидрины, дающие после гидролиза и декгидратации лактоны, которые восстанавливаются до альдоз, содержащих на один атом углерода больше, чем исходный моносахарид.
Деградация альдоз по Руффу представляет собой свободнорадикальное декарбокислирование соли гликоновой кислоты, в результате которого углеродная цепь альдозы укорачивается на один атом. Декарбоксилирование проводят смесью пероксида водорода и трехвалентного железа (реактив Фентона ). Выход продукта составляет всего около 30-40%.
Олигосахариды и полисахариды
Углеводы встречаются в природе чаще всего в виде олигосахаридов (полимеров, содержащих от двух до десяти моносахаридных единиц) либо полисахаридов (полимеров, включающих в свой состав более десяти мономеров).
Дисахариды построены из двух простых сахаров, соединеннных гликозидной связью. Чаще всего в образовании связи участвуют аномерный атом углерода одного сахара и неаномерный атом углерода другого сахара.
Мальтоза является основным продуктом гидролиза крахмала под действием амилазы — фермента, выделяемого слюнной железой.
Своим названием мальтоза обязана тому, что она образуется при ферментативном гидролизе крахмала, содержащегося в солоде (malt ), почему ее называют также солодовым сахаром .
Поскольку мальтоза содержит потенциальный карбонильный атом углерода в полуацетальной группе, она, подобно моносахаридам, вступает в обычные реакции карбонильных соединений. Например, мальтоза, будучи восстанавливающим сахаром, дает реакцию «серебряного зеркала» с реактивом Толленса и красный осадок с реактивом Феллинга.
Сахарозу называют также тростниковым ли свекловичным сахаром . Сахароза отличается от других дисахаридов тем, что содержит фруктофуранозное кольцо и гликозидная связь соединяет аномерные центры обоих сахаров в молекуле сахарозы.
Поскольку в образовании ацеталя участвуют оба аномерных атома углерода, сахароза не относится к восстанавливающим сахарам. Она не реагирует ни с реактивом Толленса, ни с раствором Бенедикта.
Полисахариды — полимеры, молекулы которых содержат несколько тысяч моносахаридных остатков. Наиболее важными из многих природных полисахаридов являются крахмал и целлюлоза (клетчатка), которые образуются в процессе фотосинтеза.
Крахмал представляет собой основной источник резервной энергии в растительных клетках. Она встречается в виде крахмальных гранул, которые содержат две основные фракции — амилозу (около 20%) и амилопектин (около 80%). Амилоза и амилопектин при кислотном гидролизе дают только D -глюкозу.
Амилоза представляет собой линейный полимер, в котором каждый остаток D -глюкозы соединен a-гликозидной связью с С4 последующей глюкозной субъединицы. Широко известную реакцию с крахмалом, при которой развивается характерное синее окрашивание, правильнее было бы назвать реакцией йода с амилозой, так как именно она обуславливает появление синего окрашивания. По-видимому, амилоза образует спиралевидную макроструктуру, внутри которой располагаются молекулы йода, что приводит к возникновению синего комплекса с переносом заряда.
Амилопектин представляет собой разветвленный полимер, содержащий около 1000 остатков D -глюкозы. Частичный гидролиз амилопектина дает довольно крупные молекулы так называемых декстринов . Декстрины применяются для изготовления мазей, паст, типографской краски, а также при шлихтовании (т.е. заполнении пор) тканей и бумаги.
Полисахарид гликоген снабжает организм животных глюкозой при повышенных физических нагрузках, а также в промежутках между приемами пищи. Он запасается преимущественно в печени и скелетной мускулатуре. Гликоген очень напоминает амилопектин, но в гликогене степень разветвления значительно выше. Гликоген можно рассматривать как структурный и функциональный аналог растительного крахмала у животных.
Целлюлоза — линейный полимер b-D -глюкозы — содержится в большинстве растений. Хлопок — наиболее важное растительное сырье — на 98% состоит из целлюлозы. Нитроклетчатка или тринитрат целлюлозы обладает взрывчатыми свойствами. Нитроклетчатку применяют для изготовления взрывчатых веществ и порохов, смешивая ее в различных соотношениях с нитроглицерином.
НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ
Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные гетерополимеры, которые в результате гидролиза дают эквимолярную смесь гетероциклических аминов, пентозы и фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты относятся к одному из двух классов: РНК (рибонуклеиновая кислота ) и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота ). Эти кислоты были названы так, потому что при полном гидролизе РНК образуется пентоза D -рибоза, и при гидролизе ДНК — 2-дезокси-D -рибоза.
Неполный гидролиз нуклеиновых кислот дает нуклеотиды , которые могут быть гидролизованы до фосфорной кислоты и нуклеозиды . При гидролизе нуклеозида получают гетероциклический амин (его часто называют основанием ) и соответствующую пентозу. Стадии гидролиза нуклеопротеинов даны ниже:
нуклеопротеины
¯
нуклеиновая кислота и белок
¯
нуклеотиды
¯
нуклеозиды и фосфорная кислота
¯
пентоза и гетероциклические амины («основания»)
В состав ДНК и РНК входят не только остатки сахаров, но и различные основания, играющие важную роль в выполнении биологических функций нуклеиновых кислот. Эти основания представляют собой производные пиримидина и пурина.
Пиримидины и пурины — важные соединения как сами по себе, так и по той роли, которую они играют в химии нуклеиновых кислот.
Пиримидины получают конденсацией мочевины, тиомочевины или амидина с производными малоновой кислоты или b-кетоэфиром.
Выдающийся немецкий химик Эмиль Фишер синтезировал 2,6,8-триоксипурин (мочевую кислоту ) исходя из барбитуровой кислоты. Из мочевой кислоты Фишер получил аденин, гуанин и ксантин. Аденин и гуанин являются обычными компонентами нуклеиновых кислот.
Нуклеозидом называется N -гликозид, агликон которого представляет собой, как правило, производное пиримидина или пурина. В зависимости от того, какой сахар — рибоза или дезоксирибоза — входит в их состав, нуклеозиды подразделяются на рибозиды и дезоксирибозиды.
Нуклеотид — соединение, построенное из молекулы сахара, азотистого основания и фосфорной кислоты.
Общая схема строения ДНК
Строение цепей ДНК. R — азотистое основание.
Число нуклеотидных единиц в ДНК может составлять от 3000 до 10000000. Последовательность азотистых оснований не установлена.
www.ronl.ru
УГЛЕВОДЫ
Оглавление
Введение
1. Образование гликозидов
2. Дисахариды
3. Полисахариды
Крахмал
Целлюлоза
В живой природе широко распространены вещества, многим из которых соответствует формула Сх (Н2 О)у. Они представляют собой, таким образом, как бы гидраты углерода, что и обусловило их название – углеводы. К углеводам относится обычный сахар – сахароза, виноградный сахар – глюкоза, фруктовый сахар – фруктоза и молочный сахар – мальтоза. Этим объясняется еще одно их общепринятое название сахара. Растения синтезируют углеводы из двуокиси углерода и воды в процессе фотосинтеза. При этом солнечная энергия переходит в химическую:
хСО2 + уh3О + солнечная энергия ¾® Сх(Н2О)у + хО2
При окислении углеводов в организме энергия высвобождается и используется для жизнедеятельности:
Сх(Н2О)у + хО2 ¾® хСО2 + уh3 О + энергия
1. Образование гликозидов
При пропускании небольшого количества хлороводорода в раствор D-глюкозы в метаноле происходит реакция, в результате которой образуется смесь аномеров метилацеталя. Ацетали углеводов называют гликозидами. Ацетали глюкозы называют глюкозидами, маннозы – маннозидами, фруктозы – фруктозидами и т.д.
D-глюкпираноза Метил-b-D-глюкопиранозид Метил-a-D-глюкопиранозид
Реакция проходит по следующему механизму:
Гликозиды широко распространены в природе. В коре ивы, например, содержится салицин, обладающий болеутоляющими свойствами.
салицин ванилил-b-D-глюкопранозид
Поскольку гликозиды являются ацеталями или кеталями, они вполне устойчивы в щелочной среде, но легко гидролизуются в кислой, превращаясь в углевод и спирт (агликон). Например, при подкислении водного раствора метил-D-глюкопиранозида образуется D-глюкоза в виде смеси двух аномеров и небольшого количества открытой формы:
метил-D-глюкопиранозид D-глюкопираноза агликон
Упр. 11. Напишите реакцию, происходящую с водным раствором салицина в кислой среде.
Упр. 12. Напишите реакцию этанола с (а) D-глюкозой, (б) D-маннозой и D-галактозой в кислой среде.
1.
2. Дисахариды
Дисахариды, или биозы, состоят из остатков двух моноз. Связывание двух моноз в биозу может происходить либо за счет гликозидных гидроксильных групп обоих моносахаридов, (невосстанавливающие дисахариды) либо с участием гликозидной гидроксильной группы одного и спиртовой гидроксильной группы другого моносахарида (восстанавливающие дисахариды). В последнем случае в отличие от первого дисахариды обладают восстанавливающими свойствами и обнаруживают явление мутаротации, поскольку в них вследствие кольчато-цепной таутомерии возможен взаимный переход открытой и циклической форм одного из моносахаридов.
Невосстанавливающие дисахариды называют гликозилгликозидами, а восстанавливающие – гликозилгликозами. К восстанавливающим дисахаридам относятся мальтоза, целлобиоза и лактоза. У всех восстанавливающих биоз есть свободный гликозидный гидроксил и вследствие этого они могут существовать в a- и b-формах.
Мальтоза содержится в прорастающих зернах ячменя, откуда ее название – солодовый сахар. Ее можно получить наряду с другими продуктами частичным гидролизом крахмала в присутствии кислоты или фермента диастазы. Другой фермент – мальтаза – вызывает расщепление мальтозы до D-глюкозы.
a-D-глюкопираноза D-глюкопираноза 4-(a-D-глюкопиранозил)-
D-глюкопираноза (мальтоза)
Продуктом деструкции целлюлозы является сходная по строению с мальтозой целлобиоза. Их различие заключается в том, что в целлобиозе фрагменты D-глюкозы связаны не a- а b-гликозидной связью.
b-D-глюкопираноза D-глюкопираноза
4-(b-D-Глюкопиранозил)-
D-глюкопираноза (целлобиоза)
Важнейшим из сахаров молока является лактоза (от латинского lас – молоко). Ее получают как побочный продукт при производстве сыра. Составными частями этого восстанавливающего дисахарида являются b-D-галактопираноза и D-глюкопи-раноза. Лактоза может существовать в a- и b-формах.
Поскольку моносахарид галактоза отличается от глюкозы стереохимией С-4, то и лактоза отличается от целлобиозы расположением гидроксильной группы у С-4 первого цикла.
b-D-Галактопираноза D-Глюкопираноза 4-(b-D-Галактопиранозил)-
D-глюкопираноза (лактоза)
Дисахариды не способны проникать через стенки кишечника и не могу попадать в кровь. В кровь могут попадать только моносахариды. Поэтому для усвоения дисахарида он сначала должны быть расщеплены на моносахариды. Для осуществления гидролиза лактозы в качестве катализатора используется специальный фермент лактаза. Чем больше молока мы потребляем, тем больше лактазы нам нужно. В пищеварительной системе детей имеется достаточное количество лактазы, а взрослых – нет, так как с возрастом наш организм утрачивает способность вырабатывать лактазу, и поэтому в отличие от детей взрослые могут сразу выпивать не более одного – двух стаканов молока или съедать эквивалентное количество молочных продуктов. При недостатке лактазы избыточная лактоза в негидролизованном виде проходит по пищеварительному тракту до области, где она ферментируется в молочную кислоту, раздражающую кишечник, c образованием газов, состоящих из двуокиси углерода и водорода.
Наиболее распространенным и хорошо изученным дисахаридом является сахароза, или обычный сахар. Сахароза принадлежит к невосстанавливающим сахарам и содержится в сахарном тростнике(14-16о) и в сахарной свекле (16-21о). Она состоит из a-D-глюкопиранозы и b-D-фруктофуранозы, соединенных между собой гликозилгликозидной связью. В кислом растворе или под действием фермента сахароза гидролитически распадается на D-глюкозу и D-фруктозу. Сладость сахарозы принимается за единицу. Глюкоза оказывается менее сладкой (0,7), а фруктоза более сладкой (1,7). Мальтоза (солодовый сахар) оценивается в 0,45, а лактоза (молочный сахар) в 0,22.
a-D-глюкопиранозил-β-D-фруктофуранозид или
β-D-Фруктофуранозил- α-глюкопиранозид (сахароза)
Полученная в результате гидролиза сахарозы смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром. Он является основной составной частью пчелиного меда.
Если дисахарид дальше конденсируется с третьей, четвертой и т. д. молекулой моносхарида, тогда образуются олигосахара и далее полисахара. В реакции конденсации обязательно участвует хотя бы один полуацетальный (гликозидный) гидроксил.
Упр. 13. Изобразите конформационные формулы целлобиозы и лактозы.
Упр. 14. Напишиеу формулу Хеуорса сахарозы.
3. Полисахариды
Полисахариды – природные полимеры, которые можно рассматривать как продукты конденсации моноз. Конденсация моносахаридов в организмах растений и животных происходит ферментативно, с большой легкостью и достигает больших степней полимеризации. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и клетчатка (целлюлоза). Оба они построены из остатков D-глюкозы и служат в растительных и животных организмах резервными углеводами питания или углеводами для построения остова клеточной ткани.
3.1. Крахмал
Крахмал образуется в растениях в процессе фотосинтеза и запасается в корнях, клубнях, зернах и плодах растений, где он служит питательным резервом. В зернах пшеницы и риса до 60-80% крахмала, в картофеле до 20%. Крахмал не является индивидуальным веществом. Если крахмал обработать теплой водой, то около 20% его растворится. Растворимую в воде фракцию крахмала называют амилозой, а нерастворимую – амилопектином.
Амилоза построена главным образом из остатков a-D-глюкопиранозы с 1 ® 4-связями.
амилоза
Молекула амилозы закручена в спираль, включающую около 6 фрагментов глюкозы на один виток спирали. Пустоты внутри такой спирали могут вместить, например, молекулу иода. Соответствующее соединение (иодкрахмал) окрашено в синий цвет.
Амилопектин – разветвленный полисахарид: a-глюкопиранозидный фрагмент связан в нем как с С-4, так и с С-6 атомами. Разветвление возникает через каждые 18-27 моносахаридных звеньев.
амилопектин
В печени животных в качестве резерва находится гликоген, его структура близка к структуре амилопектина, только разветвлений в нем больше, они повторяются через каждые 8-16 остатков глюкозы.
Упр. 14. Каково различие в строении амилопектина и гликогена? Какую роль играет гликоген в организме?
3.2. Целлюлоза
Целлюлоза является наиболее распространенным полисахаридом. Она составляет около половины массы стенок клеток растений и служит важным сырьем в различных областях народного хозяйства. Целлюлоза построена из звеньев b-аномера D-глюкопиранозы.
целлюлоза
Полимерная цепь целлюлозы не разветвлена, все ее звенья соединены по 1,4-положениям. Цепи целлюлозы, расположены в виде пучков и скреплены между собой водородными связями. Такая упаковка молекул целлюлозы делает ее практически нерастворимой в воде и других растворителях.
Вследствие того, что остатки глюкозы в целлюлозе соединены между собой b-гликозидной связью, человек и большинство животных, легко усваивающих крахмал путем ферментативного гидролиза a-гликозидных связей, не способны гидролизовать целлюлозу и использовать ее в пищу. Жвачные животные едят траву и усваивают содержащуюся в ней целлюлозу с помощью микроорганизмов, живущих у них в желудке.
Целлюлозу получают в больших количествах для производства бумаги. Кроме того, целлюлозу используют в производстве искусственных волокон, пластмасс, лаков, пороха и т. д.
www.ronl.ru
СН2ОН СН2ОН СН2ОН Н Н О Н О Н О ОН Н О ОН Н О ОН Н О Н ОН Н Н ОН Н Н ОН Н Целлюлоза является главной составной частью оболочек расти-тельных клеток, образуется в растениях в разультате реакции форосин-теза. Наиболее чистая природная целлюлоза - хлопковое волокно (до 98%), древесина хвойных деревьев содержит около 50%. Получение: Существует сульфитный способ получения целлюлозы: измель-ченную древесину в присутствии раствора гидросульфида кальция Са (НSО3)2 нагревают в автоклавах. При этом способе целлюлоу выделя-ют в сравнительно чистом виде. Её промывают водой, сушат и перера-батывают в бумагу. Физические свойства: Целлюлоза - волокнистое вещество, нерастворимое в воде и орга-нических растворителях. Растворяется только в концентрированных со ляной и фосфорной кислотах, в 72%-ной серной кислоте, реактиве Швейцера (раствор соли еди ( II ) в аммиаке). Химические свойства: 1. Гидролиз в присутствии кислот с образованием глюкозы (реакция протекает ступенчато): ( С6Н10О5 )n + nН2О n ------- С6Н12О6 целлюлоза глюкоза 2. реакция этерификации - взаимодействие с азотной кислотой в присутствии серной кис- ты: СН2ОН Н Н О ОН Н О + 3nНNО3 ------- Н ОН Н целлюлоза n СН2О-NО2 Н Н О О + 3nН2О О-NО2 Н Н Н О-NО2 тринитроцеллюлоза n Азотнокислые эфиры используются в качестве взрывчатых веще-ств. - с уксусной кислотой в присутствии серной кислоты с образованием триацетатацеллюлозы:
О СН2О-С Н О О СН3 Н С-СН3 О О Н О Н Н О-С СН3 n Ацетаты целлюлозы используются в производстве искусствен- ных волокон. 3. Разложение целлюлозы при нагревании древесины без досту- павоздуха. При этом полуают древестный уголь, метан, метиловый (дре- вестный) спирт, уксусную кислоту, ацетон и др. Применение: Целлюлоза используется для получения киноплёнки, скипидара, древестного угля, уксусной кислоты, метана, метанола, канифоли, смо-лы, глюкозы, кормовых дрожжей, бумаги, бездымного пороха и др.
www.ronl.ru
