Углеводы (сахара)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 29.

УГЛЕВОДЫ (САХАРА)

углеводы лактоза глюкозамин моносахариды

Понятие об углеводах впервые было введено в 1844 г. русским химиком К.Г. Шмидтом. Углеводы - это соединения, которые наиболее широко представлены в природе. Они образуются в зеленых частях растений в результате фотосинтеза - сложного биохимического процесса, который сопровождается усвоением солнечной энергии, воды и углекислого газа в присутствии хлорофилла.

Молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем соотношение атомов водорода и кислорода такое, как в молекуле воды [Cx(H20)у]. Например, в молекуле глюкозы С6Н1206 [С6(Н20)6].

Однако дальнейшее изучение строения этих соединений и открытие веществ с составом, который не соответствует эмпирической формуле, показали, что отнесение их к гидратам углерода является только формальным, но принятое название углеводы сохранилось.

С 1927 г. к углеводам относят многочисленную группу природных и синтетических веществ, которые являются по химическому строению полигидроксильными соединениями, содержат альдегидную или кетонную группы, или же образуют их при гидролизе.

Углеводы делятся на моносахариды - монозы (простые сахара), которые не гидролизуются водой, и полисахариды (сложные сахара), соединения, способные гидролизоваться до моносахаридов.

Сложные углеводы, в свою очередь, классифицируются на олигосахариды, которые образуют при гидролизе от двух до десяти молекул моносахаридов, и полисахариды (полиозы), которые при гидролизе образуют более 10 молекул моносахаридов.

МОНОСАХАРИДЫ

Моносахариды представляют собой полигидроксильные соединения, которые содержат альдегидную или кетонную группы. Их еще называют монозами, или простыми углеводами (сахарами).

Классификация и номенклатура

Моносахариды классифицируют с учетом двух признаков - характера оксогрупп (альдегидная или кетонная) и длины углеродной цепи.

В зависимости от наличия в структуре моносахаридов альдегидной или кетонной групп их делят на альдозы и кетозы.

В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды классифицируют на:

триозы (С3) пентозы (С5)

тетрозы(С4) гексозы (С6) и т. д.

Большинство природных моносахаридов являются пентозами и гексозами.

С учетом обоих классификационных признаков существуют: альдопенозы альдогексозы

кетопентозы кетогексозы

В названиях моносахаридов, как правило, используют тривиальную номенклатуру, в которой все сахара имеют окончания -оза (глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза и т. д.).

Номенклатура ИЮПАК для названия углеводов не используется.

Стереоизомерия

Моносахариды - оптически активные соединения, для их классификации применяют D,L-стереохимическую систему названий. Принадлежность к D- или L-стереохимическому ряду определяют по конфигурации асимметричного атома углерода, максимально удаленного от альдегидной или кетонной группы (для пентоз - С4, для гексоз - С5).

Сахара, которые имеют сходное строение с D-глицериновым альдегидом, относят к D-ряду, если со строением L-глицеринового альдегида, то к L-ряду.

Пространственные D- и L-изомеры являются энантиомерами (оптическими антиподами). Большинство природных моносахаридов относится к D-ряду.

Рассмотрим важнейшие - пентозы и гексозы.

ПЕНТОЗЫ

Среди пентоз наиболее распространенными в природе являются альдопентозы. Общая формула альдопентоз:

Как видно из формулы, пентозы имеют 3 асимметрических атома углерода. Следовательно, количество оптических изомеров будет: 23 = 8 или они должны иметь 4 пары антиподов.

Важнейшие представители альдопентоз:

ГЕКСОЗЫ

Общая формула гексоз:

Гексозы содержат в структуре 4 асимметрических атома углерода, то есть имеют 24 = 16 оптических изомеров или 8 пар энантиомеров.

Важнейшие представители гексоз:

Пространственные изомеры моносахаридов, которые отличаются конфигурацией одного или нескольких асимметрических атомов углерода, называются диастереомерами.

Диастереомеры, которые отличаются конфигурацией только одного асимметрического атома углерода, называются эпимерами.

Сравним строение D-глюкозы и D-маннозы. Эти моносахариды отличаются конфигурацией только одного - верхнего асимметричного атома углерода, то есть являются эпимерами.

Эпимерами также являются: L-арабиноза и D-ксилоза, D-ксилоза и D-рибоза, D-глюкоза и D-галактоза.

Строение моносахаридов

Длительное время в науке существовало представление, что моносахариды являются соединениями только с открытой углеродной цепью.

Однако при более глубоком изучении их строения было установлено, что цепные формулы не объясняют некоторых химических свойств и не объясняют таких фактов:

1. Почему моносахариды не присоединяют бисульфит натрия?

2. Не дают окрашивания с фуксинсернистой кислотой.

3. Чем обусловлены превращения маннозы, глюкозы и фруктозы друг в друга под действием щелочей?

4. Почему у моносахаридов появляется мутаротация, которая связана с изменением угла вращения при стоянии свежеприготовленных растворов? Если приготовить раствор глюкозы и поместить в поляриметр, то угол вращения равен 112°. Глюкоза отклоняет плоскость поляризованного луча света на 112°, через 2 часа на 90°, через 3 часа - на 60° и окончательно на 52,5°.

5. Почему при рассмотрении формулы глюкозы в ней можно насчитать 5 гидроксильных групп и только одна отличается своей реакционной способностью?

Чтобы ответить на эти вопросы, надо познакомиться с двумя видами таутомерии: карбонильно-ендиольной и цикло-оксо-таутомерией.

Углеродный скелет молекулы моносахаридов может изгибаться, приобретая форму «ухвата» (клешни). При этом альдегидная группа и гидроксильные группы при С4 или С5 находятся на расстоянии, равном примерно одной ковалентной связи, и между ними происходит химическое взаимодействие, подобно реакции между альдегидами и спиртами:

Продуктами реакции являются полуацетали.

В соответствии с теорией напряжения циклов наиболее выгодно взаимодействие, приводящее к образованию пяти- или шестичленных циклов.

Шестичленный цикл образуется при взаимодействии альдегидной группы с гидроксильной группой при С5 альдогексоз или С6 кетогексоз. Такой цикл называется пиранозным.

При взаимодействии альдегидной группы с гидроксильной группой при С4 альдогексоз или С, кетогексоз образуется пятичленный цикл, который называется фуранозным.

Так образуются полуацетальные циклические формы глюкозы. Приведенные циклические формы моносахаридов называются формулами Колли - Толленса.

Внутримолекулярное образование полуацеталя приводит к тому, что атом углерода карбонильной группы превращается в асимметрический. Этот новый хиральный центр называется аномерным. При этом образуется два новых стереоизомера, которые получили названия б- и в-аномеров.

Гидроксильная группа при аномерном центре называется полуаце- тальной, или гликозидной.

Поскольку формулы Колли - Толленса неудобны для изображения циклических структур, более удобны для написания и понимания проекционные формулы Хеуорса. В этом случае циклические формы моносахаридов изображаются в виде плоских многоугольников с атомом кислорода в цикле.

Для того, чтобы перейти от формул Колли - Толленса к формулам Хеуорса, необходимо учитывать такие правила:

1. Заместители, расположенные в формуле Колли - Толленса слева, в формуле Хеуорса изображаются над плоскостью, а заместители, расположенные справа, - под плоскостью цикла.

2. У альдоз D-ряда в пиранозной форме группа -СН2ОН, а в фуранозной - группа -СН(ОН)СН2ОН всегда расположены вверху, над плоскостью цикла.

Аналогично изображаются с помощью формул Хеуорса пиранозные и фуранозные формы кетогексоз.

Для изображения смеси б- и в-аномеров в формуле Хеуорса расположение полуацетального гидроксила показывают волнистой линией.

Таутомерия

Цикло-оксо-таутомерия. Моносахариды являются таутомерными веществами. В кристаллическом состоянии они имеют циклическое строение. В водном растворе циклическая форма через открытую оксоформу превращается в другие циклические формы - пиранозные и фуранозные. Цикло-оксо-таутомерия объясняет отсутствие некоторых реакций на альдегиды.

Таким образом, в водном растворе моносахариды существуют в виде пяти таутомерных форм: открытой, б- и в-пиранозных и б- и в- фуранозных.

Такой вид таутомерии называется цикло-оксо-таутомерией, или кольчато-цепной.

Переход одной формы в другую происходит непрерывно. В определенный момент наступает динамическое равновесие, при котором количество всех форм становится постоянным.

В равновесной смеси преобладают пиранозные формы: - 63% в-D-глюкопиранозы и 36% б-D-глюкопиранозы. Фуранозные формы и открытая форма присутствуют в очень маленьких количествах.

Способность моносахаридов к цикло-оксо-таутомерии объясняет явление мутаротации.

Мутаротация - это изменение величины угла удельного вращения свежеприготовленных растворов оптически активных соединений.

Вначале в свежеприготовленном растворе глюкозы наблюдается величина угла удельного вращения 112° (б-D-глюкопираноза), через некоторое время величина угла становится равной +52,5° и остается неизменной, что есть результатом установившегося динамического равновесия между пятью таутомерными формами моносахаридов.

Карбонильно-ендиольная таутомерия. Как известно, альдегидная группа проявляет электроноакцепторные свойства, это вызывает поляризацию связи С1-С2, атом водорода при С2 становится подвижным и мигрирует к атому кислорода карбонильной группы. При этом образуется ендиольная форма.

Такие превращения протекают в слабощелочной среде. В ендиольной форме при двойной связи имеются две равноценные гидроксильные группы. Согласно правилу Эльтекова, гидроксильная группа не может находиться при атоме углерода с двойной связью, вследствие p,р-сопряжения. В зависимости от того, какой гидроксил в данный момент времени будет вступать в сопряжение, образуются либо альдегидная, либо кетонная формы моносахаридов. Ендиольная форма является общей для эпимеров. Она едина для эпимерных моносахаридов D-глюкозы и D-маннозы и изомерной им D-фруктозы.

Физические свойства

Моносахариды - это бесцветные кристаллические вещества, растворимые в воде, спирте, не растворяются в эфире. Большинство из них сладкие на вкус, но встречаются и горького вкуса.

Способы получения

Кислотный гидролиз полисахаридов является важнейшим способом получения моносахаридов:

Окисление многоатомных спиртов. При окислении пятиатомных спиртов образуются пентозы, а шестиатомных - гексозы.

Химические свойства моносахаридов

Являясь полигидроксикарбонильными соединениями, моносахариды проявляют свойства карбонильных соединений, многоатомных спиртов и циклических полуацеталей.

Химические превращения в ряду моносахаридов можно условно разделить на две группы:

- реакции при участии открытых форм моносахаридов;

- реакции при участии циклических форм.

Реакции открытых форм моносахаридов

1. Общая реакция на углеводы (проба Молиша). При действии на углеводы кони. H,S04 и б-нафтола образуется фиолетовое окрашивание. В химическом отношении вначале образуется фурфурол или 5- гидроксиметилфурфурол, которые конденсируются с б-нафтолом и образуют окрашенные продукты.

2. Отношение к действию минеральных кислот (внутримолекулярная дегидратация). Альдопентозы при нагревании с минеральными кислотами (НС1, H2S04) образуют фурфурол, который с анилином дает красное окрашивание, а с флороглюцином - кристаллический осадок.

При взаимодействии альдогексоз с минеральными кислотами выделяется 3 молекулы Н20 и образуется нестойкий 5-гидроксиметил- фурфурол, который разлагается с образованием муравьиной и левулиновой кислот:

5-Гидроксиметилфурфурол дает красное окрашивание с резорцином. Данная реакция имеет аналитическое значение и позволяет отличить пентозы от гексоз.

1. Специфическая реакция на кетозы (реакция Селиванова). Кетозы легче, чем альдозы, превращаются в 5-гидроксиметилфурфурол, который является нестойким соединением. Он взаимодействует с резорцином в среде хлороводородной кислоты в момент выделения с образованием вишневокрасного окрашивания.

Альдозы эту реакцию дают, но в течение длительного времени.

2. Окисление. Моносахариды легко окисляются, но, в зависимости от природы окислителя и условий окисления, образуются разные продукты.

• Окисление в кислой и нейтральной среде:

При действии слабых окислителей (бромной воды или разбавленной азотной кислоты) альдозы окисляются до одноосновных альдоновых кислот.

Сильные окислители, такие, как концентрированная азотная кислота, окисляют в молекуле альдоз альдегидную и первичную спиртовую группы с образованием дикарбоновых гидроксикислот, которые называются альдаровые, или сахарные, кислоты:

При избирательном окислении в молекуле альдозы первичной спиртовой группы без участия очень склонной к окислению альдегидной группы образуются уроновые кислоты.

Окисление в этом случае проводят, предварительно защитив альдегидную группу.

• Окисление в щелочной среде.

Подобно альдегидам, моносахариды окисляются аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса), гидроксидом меди (II) в щелочной среде (реактив Троммера) или же реактивом Фелинга. При окислении в щелочной среде моносахариды расщепляются до смеси продуктов окисления.

Эти реакции являются качественными на альдозы и кетозы.

3. Восстановление. При восстановлении моносахаридов водородом в присутствии катализатора (Ni, Pd) образуются многоатомные спирты.

Из D-глюкозы образуется D-сорбит, из D-маннозы - D-маннит, из D-ксилозы - D-ксилит и т. д.

Фруктоза при восстановлении образует смесь двух шестиатомных спиртов D-сорбита и D-маннита.

4. Реакции с участием оксогруппы. Альдозы, подобно альдегидам, легко вступают в реакцию с циановодородной кислотой с образованием циангидринов. При взаимодействии с гидроксиламином образуются оксимы.

Взаимодействие с фенилгидразином (образование озазона). При нагревании моносахаридов с фенилгидразином в соотношении 1:3 образуются бис-фенилгидразоны. которые получили название озазонов:

Эпимеры D-глюкоза и D-манноза и изомерная им фруктоза образуют один и тот же озазон.

Образование озазона используется для определения подлинности моносахаридов.

Реакции при участии циклической формы

1. Образование гликозидов. Моносахариды, являясь циклическими полуацеталями, реагируют в присутствии кислотного катализатора со спиртами и фенолами с образованием циклических ацеталей - гликозидов.

Называют гликозиды по названию циклических форм моносахаридов с изменением окончания -оза на -озид. Например, глюкопиранозид, глюкофуранозид.

Гликозиды построены по типу простых эфиров. Молекулы гликозидов состоят из сахарной части и агликона (несахарная часть). Гликозиды широко представлены в растительном мире, являются важными биологически активными соединениями. Примером могут быть сердечные гликозиды, флавоноиды и др.

В названии гликозида должно быть отражено все: исходный моносахарид, величина цикла, конфигурация, радикал (несахарная часть), его расположение.

Например:

Окончание -ид указывает на отсутствие в молекуле свободного полуацетального гидроксила.

Гликозиды фуранозного строения приблизительно в 100 раз менее стойки, чем гликозиды пиранозного строения.

Гликозиды устойчивы к действию щелочей, но в водных растворах кислот они гидролизуются.

При гидролизе происходит расщепление гликозида на агликон и сахарный компонент и образуется смесь б- и в-аномеров глюкопиранозы.

Гликозиды не способны мутаротировать.

В природе встречаются самые различные гликозиды. В качестве аг- ликонов могут быть кислородсодержащие соединения, стероиды и моносахариды. Связь агликона с аномерным атомом углерода осуществляется через атом кислорода, поэтому такие гликозиды называются О-гликозидами. N-гликозиды содержат в качестве агликона алифатические, ароматические амины или N-содержащие гетероциклические амины. S-гликозиды - производные тиоспиртов и тиофенолов.

2. Алкилирование. При взаимодействии моносахаридов с галогенал- канами или диметилсульфатом (CH3)2S04 алкилированию подвергаются все гидроксильные группы, включая и полуаиетальный гидроксил. В кислой среде такие соединения гидролизуются только по гликозидной связи:

3.

4. Ацилирование. При ацилировании моносахаридов ангидридами карбоновых кислот легко образуются сложные эфиры:

Отдельные представители

К производным моносахаридов относится аскорбиновая кислота (витамин С) и глюкозамин - представитель аминосахаров.

ВИТАМИН С

(аскорбиновая кислота)

В промышленности аскорбиновую кислоту получают из D-глюкозы

Для удобства формулу аскорбиновой кислоты принято изображать таким образом:

Аскорбиновая кислота представляет собой г-лактон-2,3-дигидро-L-гулоновой кислоты. Соединение проявляет кислотый характер за счет одной из ОН-групп.

Витамин С содержится в шиповнике, лимонах, капусте, апельсинах и других продуктах, играет большую роль в жизнедеятельности организма.

Потребность в витамине С для человека - 50-70 мг в сутки. Его недостаток в организме снижает сопротивляемость к инфекционным заболеваниям.

ГЛЮКОЗАМИН

(2-дезокси-2-аминоглюкопираноза)

Глюкозамин - это основная часть полисахарида хитина. Из этого полисахарида построен панцирь черепахи, раков и др. Он входит в состав антибиотика стрептомицина.

Это сильное основание, которое с минеральными кислотами образует соли.

ДИ- И ПОЛИСАХАРИДЫ

ДИСАХАРИДЫ

Дисахаридами называют углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов одинаковой или разной природы, соединенных между собой гликозидной связью.

Дисахариды легко гидролизуются в кислой среде с образованием двух молекул моносахаридов. В зависимости от способа образования гликозидной связи, дисахариды разделяют на две группы - восстанавливающие и невосстанавливающие.

В восстанавливающих дисахаридах гликозидная связь образуется из гликозидной (полуацетальной) гидроксильной группы одного и любой, но не полуацетальной гидроксильной группы второго моносахарида. В большинстве случаев гликозидную связь образует гидроксильная группа у 4-го углеродного атома. Таким образом, дисахарид имеет свободную гликозидную гидрокильную группу, и следовательно, обладает восстанавливающими свойствами. В свежеприготовленных растворах таких дисахаридов наблюдается явление мутаротации. Представителями восстанавливающих дисахаридов является мальтоза, целлобиоза, лактоза.

Номенклатура дисахаридов является сложной. Название образуется по типу О-замещенных производных моносахаридов, исходя из названия восстанавливающего звена с указанием всех имеющихся заместителей. Наиболее употребительны тривиальные названия дисахаридов, обычно связанные с источником получения вещества.

МАЛЬТОЗА (солодовый сахар)

Молекула мальтозы состоит из двух остатков D-глюкопиранозы, связанных 1,4-гликозидной связью.

В растворе мальтоза существует в нескольких таутомерных формах - б- и в-циклической и альдегидной. По свойствам мальтоза напоминает свойства глюкозы. Она мутаротирует, дает положительную реакцию с реактивом Толленса и реактивом Фелинга. С участием альдегидной формы вступает в реакции с фенилгидразином, гидроксиламином, циановодородной кислотой. При окислении бромной водой превращается в мальтобионовую кислоту.

За счет полуацетального гидроксила мальтоза образует гликозиды.

С участием циклических форм мальтоза, аналогично моносахаридам, образует простые и сложные эфиры по всем гидроксильным группам.

ЦЕЛЛОБИОЗА

Это изомер мальтозы, состоит из двух остатков D-глюкопиранозы, связанных гликозидной связью в положении 1,4. В отличие от мальтозы глюкоза, полуацетальный гидроксил которой участвует в образовании гликозидной связи, имеет в-конфигурацию.

В растворе целлобиоза существует в нескольких таутомерных формах - б- и в-циклической и альдегидной. Целлобиоза - восстанавливающий дисахарид (дает реакцию с раствором Толленса н Фелинга). Для нее характерны реакции с фенилгидразином, гидроксиламином, циановодородной кислотой. При окислении в мягких условиях превращается в целлобионовую кислоту. За счет полуацетального гидроксила образует гликозиды. По всем гидроксильным группам образует простые и сложные эфиры.

Целлобиоза и мальтоза имеют разное пространственное строение. В молекуле целлобиозы один остаток глюкозы по сравнению с мальтозой повернут на 180 °С.

Целлобиоза легко растворяется в воде, но не расщепляется в организме человека и поэтому не может быть использована в качестве продукта питания.

ЛАКТОЗА (молочный сахар)

Молекла лактозы состоит из остатков в-D-галактопиранозы и D-глюкопиранозы, связанных 1,4-гликозидной связью.

В растворе существует в нескольких таутомерных формах - б- и в-циклической и альдегидной. Лактоза восстанавливает раствор Фелинга и реактив Толленса. Ряд реакций обусловлен также наличием потенциальной альдегидной группы: образование фенилгидразона и других производных. При окислении концевой альдегидной группы лактозы образуется лактобионовая кислота. Лактоза гидролизуется под влиянием кислот и ферментов - в-галактозидаз (лактаз), содержашихся в некоторых видах бактерий и грибов, а также в кишечнике млекопитающих. Спиртовому брожению лактоза не подвергается, она сбраживается молочнокислыми бактериями, под влиянием которых она вначате гидролизуется, а затем превращается в молочную кислоту. Лактоза является важнейшим углеводным компонентом молока млекопитающих. В коровьем молоке содержится до 4,5% лактозы, в женском молоке - до 7,5 %. Производят лактозу из молочной сыворотки, которая является отходом при изготовлении масла и сыра. Применяют лактозу в технологии лекарств как наполнитель в порошках, таблетках и экстрактах. Сладость в 4-5 раз меньше, чем у сахарозы, и как заменитель сахара ее не используют.

В невосстанавливающих дисахаридах гликозидная связь образуется за счет полуацетальных (гликозидных) групп обоих моносахаридов.

Эти дисахариды не имеют свободного полуацетального гидроксила. Поэтому в растворах они существуют только в циклической форме, их растворы не мутаротируют и не обладают восстанавливающими свойствами (не дают реакцию «серебряного зеркала»).

Такие дисахариды не дают реакций по альдегидной группе и гли- козидному гидроксилу. Они способны лишь к образованию простых и сложных эфиров. Представителем невостанавливающих дисахаридов является сахароза.

САХАРОЗА

(тростниковый или свекловичный сахар)

Молекула сахарозы состоит из остатков б-D-глюкопиранозы и в-D-фруктофуранозы. Гликозидная связь в сахарозе соединяет аномерные атомы углерода обоих сахаров, причем гликозидный гидроксил у глюкозы находится в б-положении, а у фруктозы в в-положении. Сахароза не образует анамеров.

Исходя из химической структуры, сахарозу можно назвать как б-D-глюкопиранозидо-в-D- фруктофуранозид.

Сахароза содержится в сахарной свекле, сахарном тростнике, в соках различных плодов, откуда ее и получают. В растениях сахароза служит растворимым резервным сахаридом, а также той транспортной формой, которая легко переносится по растению.

Растворы сахарозы оптически активны, мутаротации не наблюдается, и они не проявляют восстанавливающих свойств.

Сахароза при кипячении водных растворов в присутствии кислот или при действии ферментов гидролизуется с образованием смеси глюкозы и фруктозы. При этом происходит изменение знака удельного вращения, то есть характерное для сахарозы вращение плоскости поляризации вправо изменяется на левое вращение. Процесс изменения знака удельного (оптического) вращения по величине и знаку в процессе гидролиза называется инверсией. Образующаяся в процессе гидролиза смесь равных количеств D-глюкозы и D-фруктозы называется инвертным сахаром. Инвертный сахар является основной частью пчелиного меда.

Сахароза легко расщепляется ферментативно в организмах человека и животных под действием фермента сахаразы.

Сахароза является ценным пищевым продуктом и исходным сырьем для получения этилового спирта. В виде стеарата сахароза нашла применение как эмульгатор и стабилизатор лекарственных препаратов.

ПОЛИСАХАРИДЫ

К полисахаридам относятся соединения, молекулы которых содержат более десяти моносахаридных звеньев, связанных О-гликозидной связью.

Чаще всего полисахариды состоят из нескольких сотен и даже тысяч моносахаридных остатков, образующих линейные или разветвленные полимерные цепи.

Полисахариды, построенные из моносахаридных звеньев одного типа, называются гомополисахариды (гомогликаны), а построенные из различных моносахаридных звеньев - гетерополисахариды (гетерогликаны). Оба полимера могут быть линейными или развлетвленными.

Гомополисахариды (гомогликаны) постороенные из остатков пентоз, называются пентозанами, из остатков гексоз - гексозанами. Подавляющее большинство природных полисахаридов - гексозаны. К ним относятся крахмал, целлюлоза, гликоген, декстраны и др.

КРАХМАЛ

Крахмал является неоднородным полисахаридом и состоит из 20% растворимой в воде фракции, называемой амилозой, и около 80% нерастворимой фракции, называемой амилопектином. Они отличаются друг от друга химическим строением.

Амилоза - линейный полимер, в котором D-глюкопиранозные остатки связаны б-1,4-гликозидной связью, состоит из 200-350 мономерных звеньев:

Амилопектин - полимер разветвленной структуры, который может содержать 1000 и более остатков D-глюкозы в молекуле.

В цепи полисахарида остатки глюкозы соединены б-1,4-гликозидными связями, а боковые ответвления связаны с основной цепью б-1,6-гликозидными связями.

Амилоза при действии J2 образует комплексное соединение, окрашенное в синий цвет. На этом свойстве крахмала основано использование его в качестве индикатора.

Амилопектин связывает J2 в незначительных количествах с образованием красного окрашивания.

Крахмал в воде набухает, но не растворяется. При нагревании крахмала с разбавленной H,S04 образуется б-D-глюкопиpaноза.

Декстрин - это растворимый крахмал, он восстанавливает реактив Фелинга.

Крахмал служит основным источником резервной энергии в растениях; встречается главным образом в семенах, клубнях, корнях.

В природе встречается животный крахмал, который называется гликогеном. Этот полисахарид снабжает организм глюкозой при повышенных физических нагрузках и в промежутках между приемами пищи. Гликоген построен также как и крахмал растительный, но он состоит из 100% амилопектина, но представляет собой еще более разветвленную структуру. Гликоген - важнейший резервный полисахарид животного мира. Он содержится в печени и мышцах.

ЦЕЛЛЮЛОЗА

(клетчатка)

Молекула целлюлозы представляет собой линейную цепь, состоящую из остатков в-D-глюкопиранозы, связанных между собой в-1,4-гликозидной связью:

Целлюлоза - широко распространенный в природе полисахарид, являющийся составной частью оболочек растительных клеток.

Крахмал - это энергетический материал, клетчатка - опорный материал. Чистая целлюлоза - это молодые клетки. В процессе старения клеток в них появляются пектиновые вещества, лигнин и др.

В клеточных стенках растений целлюлоза составляет 40-50%, а в таком важнейшем сырье, как хлопковое волокно - 98%.

Природная целлюлоза обладает высокой механической прочностью, устойчива к химическому и ферментативному гидролизу.

Клетчатку получают из древесины, обрабатывая ее бисульфитом кальция или щелочью (Ca(S03H)2). Все сопутствующие вещества растворяются в щелочах, а клетчатка как гликозид, стойкий к щелочам, остается в неизменном виде, ее промывают водой и сушат.

Клетчатка не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях, но растворяется в аммиачном растворе гидроксида меди (реактив Швейцера (Cu(NH3 )4(ОН)2).

Клетчатка с J2 не дает окрашивания. Растворяется в растворах сильных кислотах, таких как H2S04 и Н3Р04. Если сернокислый раствор вылить в воду, то образовавшаяся масса, называемая амилоидом, уже будет давать с J2 окрашивание. На этом свойстве основан способ получения пергамента. Обыкновенную бумагу опускают в 70%-ный раствор Н2S04, а затем в Н20. Образовавшийся амилоид затягивает поры бумаги и образуется водонепроницаемая бумага.

При гидролизе целлюлозы водным раствором серной кислоты получают раствор глюкозы, который после связывания серной кислоты используют для получения этилового спирта (гидролизный спирт).

В качестве пищевого продукта целлюлоза не может быть использована, так как в организме человека отсутствуют ферменты, расщепляющие целлюлозу до глюкозы. В этот состоит принципиальное отличие целлюлозы от крахмала.

Бактерии, живущие в пищеварительном тракте жвачных животных (коров, овец и др.), вырабатывают фермент, расщепляюший целлюлозу до глюкозы. Поэтому жвачные животные могут питаться продуктами, содержащими целлюлозу.

Целлюлозу используют для изготовления различных сортов бумаги (в том числе фотографической) и картона, химической переработки на искусственные волокна (ацетатные, вискозные, медноаммиачные), пластмассы (этролы), пленки полимерные, кино-, фотопленки, лаки и эмали, бездымный порох, моющие средства.

К гомополисахаридам относится декстран - полисахарид бактериального происхождения, построенный из остатков б-D-глюкопиранозы. Получают их из сахарозы при участии бактерий. Частично гидролизованные декстраны используют в фармации в производстве плазмозаменителей полиглюкин и реополиглюкин.

ИНУЛИН

Инулин - полигликан глюкозы, содержится в клубнях сложноцветных и других растений. Молекула инулина имеет линейное строение и состоит из остатков в-D-фруктофуранозы. Используется как заменитель крахмала в питании диабетиков.

Размещено на Allbest.ru