Классификация углеводов

• Название: Классификация углеводов
• Дата: 22.05.2022
• Размер: 0.54 Mb.
• Имя файла: 377620a5015610e7.docx
• Тип: Документы; #543686
• страница: 3 из 3

(hialoid) и среди ее структурных компонентов была найдена уроновая кислота. Гиалуроновая кислота содержится во многих видах соединительной ткани (до 5% сухой массы ткани): в пупочном канатике, стекловидном теле, синовиальной (суставной) жидкости, в меньших количествах – в костях и т.д. Она содержится также в капсулах некоторых микроорганизмов (стрептококков).

Молекула гиалуроновой кислоты представляет собой неразветвленную цепь чередующихся остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина, соединенных -1,3-глюкозидными связями:



остаток глюкуроновой остаток

кислоты N-ацетилглюкозамина

Дисахаридные фрагменты соединены один с другим -1,4-глюкозидными связями. Гиалуроновая кислота благодаря высокой вязкости препятствует проникновению инфекции в ткани; она содержится в оболочках яйцеклетки; служит в суставах смазочной жидкостью. Подобно хондроитинсульфату гиалуроновая кислота в тканях связана с белком ковалентными связями.

Гепарин - вещество, впервые выведенное из печени (hepar). Впоследствии гепарин был найден во многих тканях и органах (мышцах, легких и т.д.). Взгляды на строение гепарина много раз менялись и структура его не может считаться окончательно установленной. В основе молекулы гепарина имеется полигликозидная цепь, построенная из чередующихся остатков D-глюкуроновой кислоты и глюкозамина, соединенных лишь -1,4-связями.

В построении гепарина помимо D-глюкуроновой кислоты участвует также ее стереоизомер (у С⁵) - L-идуроновая кислота. Остатки глюкозамина и уроновой кислоты в гепарине частично сульфатированы: на дисахаридный фрагмент приходится 2,5-3 сульфатных остатка. Эти остатки замещают водородные атомы как в некоторых спиртовых группах, так и в аминогруппе глюкозамина.

Значение гепарина исключительно велико: он препятствует свертыванию крови в кровеносных сосудах. Поэтому, когда у человека повышается свертываемость крови и ему грозит тромбоз сосудов, вводят препарат гепарина. Кроме того, гепарин участвует в регулировании обмена липидов — жиров и холестерина, что имеет особенное значение при атеросклерозе. В тканях гепарин связан ковалентными связями с белком.

Сложные гетерополисахаридные цепи участвуют в построении групповых веществ крови и тканей, которые представляют собой гликопротеины, приблизительно на 80% состоящие из углеводных и на 20% – из аминокислотных фрагментов. Специфичность этих веществ определяется углеводными компонентами.

Наконец, в весьма сложно построенных антигенах микроорганизмов гетерополисахаридные фрагменты играют исключительно важную роль, определяя их специфичность.

6. Несахароподобные полисахариды

(высокомолекулярные углеводы)

Несахароподобные полисахариды – природные высокомолекулярные вещества, представляющие собой продукты конденсации большого числа молекул моносахаридов. Общая формула полисахаридов (С₆Н₁₀О₅)_n .

Несахароподобные полисахариды построены подобно дисахаридам. Входящие в их состав циклические формы остатков полисахаридов соединены друг с другом кислородными мостиками, в образовании которых принимают участие полуацетальный гидроксил одной молекулы моносахарида и четвёртый спиртовой гидроксил второй молекулы.

Основными представителями несахароподобных полисахаридов являются крахмал и целлюлоза (клетчатка).

К рахмал – самый распространённый в природе полисахарид, играющий роль резервного вещества многих растений. В технике крахмал получают в основном из картофеля. В состав крахмала входят два полисахарида – амилоза (20 – 30 %) и амилопектин (70 – 80 %). Эти полисахариды построены из остатков -D-глюкозы, связанных между собой -(1,4^/)-гликозид-гликозными связями:

крахмал

И мея одинаковый химический состав, амилоза и амилопектин различаются пространственным строением. Молекулы амилозы построены линейно (нитеобразно), а молекулы амилопектина имеют боковые ответвления:


амилоза амилопектин

Различаются эти полисахариды и по молекулярным массам: у амилозы она достигает 200 000, а у амилопектина – свыше 1000 000. Амилопектин в отличие от амилозы при набухании образует клейстер.

При гидролизе крахмала (при нагревании в присутствии минеральных кислот или при действии фермента амилазы) образуются различные промежуточные продукты:

( С₆Н₁₀О₅)_n растворимый крахмал (С₆Н₁₀О₅)_m

крахмал декстрины

n/2 C₁₂Н₂₂О₁₁ n С₆Н₁₂О₆

мальтоза глюкоза

Крахмал является невосстанавливающим сахаром. Качественная реакция на крахмал – появление синего окрашивания при добавлении к нему раствора иода. Эту реакцию даёт амилоза.

Декстрины – менее сложные, чем крахмал, полисахариды. Они являются продуктами неполного гидролиза крахмала. В отличие от крахмала декстрины – восстанавливающие сахара. Они хорошо растворяются в холодной воде и с иодом окрашиваются от фиолетового до жёлтого цвета.

Очень близок к крахмалу гликоген (животный крахмал), который откладывается в печени и является резервным веществом в организме человека и животных. Молекулы гликогена значительно больше молекул крахмала и имеют более разветвлённую структуру, чем амилопектин.

Целлюлоза или клетчатка (от латинского cellula – клетка) – главная составная часть оболочек растительных клеток, выполняющая функции строительного материала. Целлюлоза в чистом виде обычно в природе не встречается. Но волокна хлопчатника (очищенная вата) и фильтровальная бумага могут служить образцом почти чистой целлюлозы.

Целлюлоза представляет собой полисахарид, который состоит из остатков -D-глюкозы. Отличие в строении молекул целлюлозы и крахмала (неодинаковая ориентация кислородных мостиков) очень сильно сказывается на их физических и химических свойствах.

Молекулярная масса целлюлозы превышает 1000 000 (у очищенной целлюлозы – от 50 000 до 150 000).

Макромолекулярные цепи целлюлозы имеют линейное строение:



целлюлоза

Эти цепи вытянуты и уложены пучками, в которых они удерживаются друг около друга за счёт множественных межмолекулярных водородных связей между гидроксильными группами. Пучки, сплетаясь, образуют структуры, которые группируются в микроволокна, видимые глазом. В древесине такие структуры окружены лигнином (инструктирующим веществом), что придаёт им дополнительную прочность. Линейная структура целлюлозы приводит к образованию таких волокнистых материалов, как хлопок, лён, пенька.

Целлюлоза – химически инертное вещество. Она нерастворима в воде, спирте, эфире, ацетоне и других растворителях. Хорошо растворяется в концентрированном растворе хлорида цинка и в реактиве Швейцера (раствор гидроксида меди в концентрированном растворе аммиака). Целлюлоза не обладает восстанавливающими свойствами и труднее, чем крахмал, подвергается гидролизу. Однако при длительном нагревании целлюлозы с минеральными кислотами, например серной, можно получить промежуточные продукты, вплоть до D-глюкозы:

( С₆Н₁₀О₅)_n (C₆H₁₀О₅) n/2 С₁₂Н₂₂О₁₁ n С₆Н₁₂О₆

целлюлоза амилоид целлобиоза глюкоза

Химические свойства целлюлозы определяются прежде всего присутствием гидроксильных групп. Действуя металлическим натрием, можно получить тринатрийалкоголят целлюлозы [C₆H₇O₂(ONa)₃]_n. Под действием концентрированных водных растворов щелочей происходит так называемая мерсеризация – частичное образование алкоголятов целлюлозы, приводящее к набуханию волокна и повышению его восприимчивости к красителям. В результате окисления в макромолекулах целлюлозы появляется некоторое число карбонильных и карбоксильных групп. Под влиянием сильных окислителей происходит распад макромолекулы. Гидроксильные группы целлюлозы способны алкилироваться и ацилироваться, давая простые и сложные эфиры.

Применение целлюлозы. Целлюлоза используется человеком с очень давних времён. Сначала применяли древесину как горючий и строительный материал, затем хлопковое, льняное и другие волокна стали использовать как текстильное сырьё.

Первые промышленные способы химической переработки целлюлозы возникли в связи с развитием бумажной промышленности.

Бумага – это тонкий слой волокон клетчатки, спрессованный и проклеенный для создания механической прочности, а также гладкой поверхности для предотвращения растекания чернил.

Для выделения целлюлозы по сульфидному способу измельчённую древесину «варят» под давлением с бисульфитом кальция. При этом сопутствующие вещества растворяются, и освобождённую 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 сырьё для получения этилового спирта (так называемый гидролизный спирт).

При действии на целлюлозу смеси азотной и серной кислот получают нитраты целлюлозы. Все они горючи и взрывчаты. Продукт полной этерификации – тринитрат целлюлозы (тринитроклетчатка).

Из целлюлозы получают вискозу, штапельное волокно, целлофан, этилцеллюлозу, которую используют для производства прочных морозостойких плёнок.

Вопросы для самоподготовки к главе «Углеводы»

1. 
   Классификация углеводов.
   
2. 
   Моносахариды. Строение ациклических форм моноз. Проекционные формулы Фишера.
   
3. 
   Напишите структурные формулы кетотетрозы и альдотетрозы.
   
4. 
   Строение циклических форм моноз. Формулы Хеуорзса.
   
5. 
   Таутомерия моносахаридов.
   
6. 
   Образование и особые свойства гликозидной гидроксильной группы.
   
7. 
   Стереоизомерия моносахаридов (D, L-ряды).  и  аномеры.
   
8. 
   Номенклатура циклических форм моноз.
   
9. 
   Свойства и применение гексоз, D-фруктозы, D-маннозы, D-галактозы, -аскорбиновой кислоты, пентоз.
   
10. 
    Получение моносахаридов.
    
11. 
    Химические свойства моносахаридов.
    
12. 
    Какова структурная формула двухосновной кислоты, в которую глюкоза превращается при окислении?
    
13. 
    Строение дисахаридов, гликозид-гликозидная и гликозид-гликозная связи.
    
14. 
    Способы получения полисахаридов.
    
15. 
    Свойства, строение, применение сахарозы, лактозы, мальтозы.
    
16. 
    Свойства, строение, применение крахмала и декстринов.
    
17. 
    Имеются три пробирки с растворами глюкозы, сахарозы и крахмала. При помощи каких реакций эти вещества можно отличить друг от друга?
    
18. 
    Чем отличаются по строению макромолекулы крахмала и целлюлозы?
    
19. 
    Свойства, строение, применение целлюлозы.
    
20. 
    По каким направлениям осуществляется химическая переработка древесины?