Вопросы к экзамену по дисциплине Органическая химия
 Скачать 3.84 Mb.
|
|
22. Углеводы. Моносахариды. Изомерия. Получение. Химические свойства: восстановление – протекает аналогично альдегидам и кетонам, реакция алкилирования (сахара реагируют в циклической форме)– обра- зование неполных и полных простых эфиров моноз, реакция ацилирова- ния – образование сложных эфиров, брожение (спиртовое, молочнокис- лое, маслянокислое). Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их моле- кул входит одна карбонильная группа (группа альдегида или кетона) и не- сколько гидроксильных. Моносахариды являются структурными звеньями олигосахаридов и по- лисахаридов. Важнейшие моносахариды Название и формула Глюкоза C 6 H 12 O 6 Фруктоза C 6 H 12 O 6 Рибоза C 5 H 10 O 5 Структурная формула Классифика- ция гексоза альдоза в цикличе- ской форме – пи- раноза гексоза кетоза в цикли- ческой форме — фураноза пентоза альдоза в цикли- ческой форме – фураноза Наиболее часто встречаются два моносахарида: глюкоза и фруктоза. Они относятся к гексозам; глюкоза – альдоза, фруктоза – кетоза. Строение глюкозы и фруктозы доказано рядом реакций: Первая реакция подтверждает присутствие в структуре глюкозы альде- гидной группы. Вторая реакция доказывает присутствие в структуре глюкозы пяти гид- роксильных групп. Третья реакция указывает на возможность существование глюкозы в линейной форме. Молекула глюкозы может быть изображена с помощью проекционных формул: Кроме линейной формы (I) глюкоза может существовать и в полуаце- тальной форме (II). В водной среде существует подвижное равновесие этих форм. 65 Гидроксил, образованный за счет миграции протона, называется глюко- зидным гидроксилом. Образование полуацетальной формы глюкозы энергети- чески выгодно, так как при этом образуется стабильный шестичленный цикл, что находится в соответствии с теорией напряжения Байера. Полуацетальная форма глюкозы может быть изображена с помощью бо- лее наглядных формул Хеуорса. При переходе от проекционных формул к формулам Хеуорса необходимо атомы и группы атомов, располагающиеся слева, записывать вверху, а располагающиеся справа – внизу кольца. При пя- том углеродном атоме происходит поворот части молекулы вокруг валентной оси, соединяющей четвертый и пятый углеродные атомы. Замыкание линейных форм моносахаридов может проходить в шести- членный цикл (пиранозы) и пятичленный цикл (фуранозы), название которых дается от соответствующего шестичленного гетероциклического соединения – пирана и пятичленного фурана. Изомерия глюкозы. В молекуле глюкозы имеется четыре асимметриче- ских атома углерода и значит для глюкозы характерно наличие оптических изомеров, количество которых рассчитывается по формуле: Из 16 изомеров 8 изомеров D-ряда и 8 изомеров L-ряда. Изомеры D-ряда генетически связаны с D-глицериновым альдегидом, а изомеры L-ряда связа- ны с L-глицериновым альдегидом. Каждый из изомеров D- и L-ряда имеет свое название: моноза, галакто- за, кулоза, альтроза и т. д. Каждый из изомеров D- и L-ряда в полуацетальном виде способен суще- ствовать в α- и β-форме. α- и β-форма отличаются друг от друга положением глюкозидного гидроксила по отношению к циклу. Структуры, отличающиеся строением верхнего тетраэдра, называются аномерами, между этими формами в растворах существует подвижное равно- весие. Переход α и β- формы до состояния равновесия называют- ся мутаротацией. Способы получения моносахаридов.Моносахариды обычно получают из природного сырья. 66 1. Гидролиз полисахаридов: 2. Гидролиз дисахаридов: 3. Окисление многоатомных спиртов: 4. Альдольная конденсация формальдегида (реакция А.М. Бутлерова): Синтез А.М. Бутлерова – это первая попытка получить моносахариды синтетическим путем. Химические свойства моносахаридов.Поскольку глюкоза и ее изомеры являются дифункциональными соединениями, то есть альдегидоспиртами, то для них характерны реакции, типичные для альдегидов и для спиртов. В ли- нейной форме глюкоза вступает в реакции, характерные для альдегидов, в по- луацетальной – в реакции, характерные для спиртов. 23. Углеводы. Дисахариды. Сахароза. Мальтоза. К числу важнейших дисахаридов принадлежат сахароза, мальтоза, лак- тоза и трегалоза, которые являются изомерами и имеют формулу Дисахариды содержатся в следующих продуктах природного происхож- дения: сахароза (свекловичный сахар) — в сахарной свёкле и сахарном трост- нике; лактоза (молочный сахар) — в молоке; мальтоза (солодовый сахар) — в проросших семенах хлебных злаков; образуется также при частичном ферментативном гидролизе крахмала; трегалоза (грибной сахар) — в грибах, в дрожжах, высших растениях. По своему строению дисахариды могут быть отнесены к гликозидам — соединениям, молекулы которых состоят из двух циклических остатков моно- сахаридов, соединённых через гликозидный гидроксил. Однако строение ди- сахаридов различно. Молекула сахарозы состоит из шестичленного остатка –глюкозы в пи- ранозной форме и пятичленного остатка –фруктозы в фуранозной форме, со- единенных через гликозидный гидроксил глюкозы: Рис. Строение молекулы сахарозы Молекула мальтозы состоит из двух остатков -глюкозы в пиранозной форме, соединенных через – и –й атомы углерода: Рис. Строение молекулы мальтозы Молекула лактозы состоит из остатков -галактозы и глюкозы в пираноз- ной форме, соединенных через атомы и : Рис. Строение молекулы лактозы Молекула трегалозы состоит из двух остатков -глюкозы, связанных гли- козидной связью через атомы и : 67 Рис. Строение молекулы трегалозы Таким образом, к особенностям строения дисахаридов нужно отнести: тип гликозидной связи, соединяющей остатки моносахаридов (- или -); наличие (отсутствие) полуацетального гидроксила. Из молока получают молочный сахар - лактозу. В молоке лактоза со- держится в довольно значительном количестве: в коровьем молоке 4-5,5% лактозы, женское молоко содержит 5,5-8,4% лактозы. Лактоза отличается от других сахаров отсутствием гидроскопичности - она не отсыревает. Это свойство имеет большое значение: если нужно приго- товить с сахаром какой-либо порошок, содержащий легко гидролизующее ле- карство, то берут молочный сахар. Если взять тростниковый или свеклович- ный сахар, то порошок быстро отсыреет и легко гидролизующее лекарствен- ное вещество быстро разложится. Значение лактозы очень велико, т.к. она является важным питательным веществом, особенно для растущих организмов человека и млекопитающихся животных. Солодовый сахар - это промежуточный продукт при гидролизе крахма- ла. По другому его называют еще мальтоза, т.к. солодовый сахар получается из крахмала при действии солода (по лат. солод - maltum). Солодовый сахар широко распространен как в растительных, так и в животных организмах. Например, он образуется под влиянием ферментов пи- щеварительного канала, а также при многих технологических процессах бро- дильной промышленности: винокурения, пивоварении и т.д. Мальтоза С 12 H 22 O 11 – дисахарид, образованный двумя остатками a- глюкозы. Химические свойства аналогичны глюкозе, поэтому ее называют вос- станавливающим дисахаридом. Молекула мальтозы состоит из двух остатков б -глюкозы в пиранозной форме, соединенных через 1-й и 4-й атомы углерода: Лактоза состоит из остатков (3-галактозы и а-глюкозы в пиранозной форме, соединенных через 1-й и 4-й атомы углерода: Все эти вещества представляют собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, хорошо растворимые в воде. Химические свойства дисахаридов определяются их строением. При гидролизе дисахаридов в кислой среде или под действием ферментов связь между двумя циклами разрывается и образуются соответствующие моносаха- риды, например: С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О Н+, t С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6 глюкоза фруктоза По отношению к окислителям дисахариды делят на два типа: восстанав- ливающие и невосстанавливающие. К первым относятся мальтоза и лактоза, которые реагируют с аммиачным раствором оксида серебра по упрощенному уравнению: NH3 C 12 H 22 O 11 + Ag 2 O ------ > С 12 Н 22 О 12 + 2Ag. Эти дисахариды могут также восстанавливать гидроксид меди (II) до ок- сида меди (I): C 12 H 22 O 11 + 2Сu(ОН) 2 ---- > С 12 Н 22 О 12 + Cu 2 Ov + 2Н 2 О. Восстановительные свойства мальтозы и лактозы обусловлены тем, что их циклические формы содержат гликозидный гидроксил (обозначен звездоч- кой), и, следовательно, эти дисахариды могут переходить из циклической формы в альдегидную, которая и реагирует с Ag2O и Сu(ОН)2. В молекуле сахарозы нет гликозидного гидроксила, поэтому ее циклическая форма не мо- жет раскрываться и переходить в альдегидную форму. Сахароза -- невосста- навливающий дисахарид; она не реагирует с гидро-ксидом меди (II) и амми- ачным раствором оксида серебра. Распространение в природе.Наиболее распространенный дисахарид -- сахароза. Это химическое название обычного сахара, который получают экс- тракцией из сахарной свеклы или сахарного тростника. Сахароза -- главный источник углеводов в пище человека. Лактоза содержится в молоке (от 2 до 8%) и получается из мо- лочной сыворотки. Мальтоза содержится в проросших семенах хлебных зла- ков. Мальтоза также образуется при неполном гидролизе крахмала. Полисахариды: Молекулы полисахаридов можно рассматривать как продукт поликонденсации моносахаридов.Важнейшие из полисахаридов – это 68 крахмал и целлюлоза (клетчатка). Они построены из остатков глюкозы. Общая формула этих полисахаридов (C 6 H 10 O 5 ) n Крахмал (С 6 H 10 O 5 ) n – природный полимер, молекулы которого состоят из линейных и разветвленных цепей, содержащих остатки a- глюкозы. Крахмал - образуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в виде "резервного" углевода в корнях, клубнях и семенах. Зерна риса, пшени- цы, ржи и других злаков содержат 60-80% крахмала, клубни картофеля - 15- 20%. Крахмальные зерна растений различаются по внешнему виду, что хоро- шо видно, когда их рассматриваешь под микроскопом. Физические свойства: Внешний вид крахмала хорошо всем известен: это белое вещество, состоящее из мельчайших зерен, напоминающих муку, по- этому его второе название «картофельная мука». Крахмал не растворим в хо- лодной воде, в горячей набухает и постепенно растворяется, образуя вязкий раствор (клейстер).При быстром нагревании крахмала происходит расщепле- ние гигантской молекулы крахмала на мелкие молекулы полисахаридов, назы- ваемых декстринами. Декстрины имеют общую молекулярную формулу с крахмалом (С 6 Н 12 О 5 )х, разница лишь в том, «х» в декстринах меньше «n» в крахмале.Пищеварительные соки содержат несколько разных ферментов, ко- торые при низкой температуре доводят гидролиз крахмала до глюкозы: (С 6 Н 10 О 5 ) ------- (С 6 Н 10 О 5 )х --------- С 12 Н 22 О 11 --------- С 6 Н 12 О 6 Крахмал легко подвергается гидролизу: при нагревании в присутствии серной кислоты образуется глюкоза. (C 6 H 10 O 5 ) n (крахмал) + nH 2 O –– H2SO4,t° ® nC 6 H 12 O 6 (глюкоза) Химические свойства: 1) Гидролиз H + , t (C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6 глюкоза 2) Крахмал дает интенсивно синее окрашивание с йодом за счет образо- вания внутрикомплексного соединения(качественная реакция). 3) Крахмал не вступает в реакцию «серебряного зеркала». Применение: Ферментативный гидролиз (разложение путем брожения) крахмала имеет промышленное значение в производстве этилового спирта из зерна и картофеля. Процесс начинается с превращением крахмала в глюкозу, которую затем сбраживают. Используя специальные культуры дрожжей и из- меняя условия, можно направить брожение и в сторону получения бутилового спирта, ацетона, молочной, лимонной и глюконовой кислот. Подвергая крах- мал гидролизу кислотами, можно получить глюкозу в виде чистого кристал- лического препарата или в виде патоки - окрашенного нескристаллизирующе- го сиропа. Наибольшее значение крахмал имеет в качестве пищевого продук- та: в виде хлеба, картофеля, круп, являясь главным источником в нашем раци- оне питания. Кроме того, чистый крахмал применяется в пищевой промыш- ленности в производстве кондитерских и кулинарных изделий, колбас. Значи- тельное количество крахмала употребляется для проклеивания тканей, бумаги, картона, производства канцелярского клея. В аналитической химии крахмал служит индикатором в йодометрическом методе титрования. Для этих случаев лучше применять очищенную амилозу, т.к. ее растворы не загустевают, а об- разуемая с йодом окраска более интенсивна. В медицине и фармации крахмал применяется для приготовления присыпок, паст (густых мазей), а также при производстве таблеток. В животном мире роль «запасного крахмала» играет родственный крахмалу полисахарид - гликоген. Гликоген содержится во всех животных тканях. Особенно много его в печени (до 20%) и в мышцах (4%). Целлюлоза (С 6 H 10 O 5 ) n – природный полимер, молекулы которого состо- ят из линейных цепей, содержащих остатки b-глюкозы. . Целлюлоза – много- атомный спирт, на элементную ячейку полимера приходятся три гидроксиль- ных группы. В связи с этим, для целлюлозы характерны реакции этерифика- ции (образование сложных эфиров). Наибольшее практическое значение име- ют реакции с азотной кислотой и уксусным ангидридом. Нахождение в природе: Целлюлоза, так же как и крахмал, образуется в растениях при реакции фотосинтеза. Она является основной составной частью оболочки растительных клеток; отсюда происходит ее название -- целлюлоза («целлула» -- клетка). Волокна хлопка -- это почти чистая целлюлоза (до 98%). Волокна льна и конопли тоже состоят главным образом из целлюлозы. В дре- весине ее содержится примерно 50%. Получение: Образцом почти чистой целлюлозы является вата, получен- ная из очищенного хлопка. Основную массу целлюлозы выделяют из древеси- ны, в которой она содержится вместе с другими веществами. Наиболее рас- пространенным методом получения целлюлозы в нашей стране является так называемый сульфитный. По этому методу измельченную древесину в при- сутствии раствора гидросульфита кальция Ca(HSO3)2 или «гидросульфита натрия NaHSO3 нагревают в автоклавах при давлении 0,5-- 0,6 МПа и темпе- ратуре 150 "С. При этом все другие вещества разрушаются, а целлюлоза выде- ляется в сравнительно чистом виде. Ее промывают водой, сушат и направляют на дальнейшую переработку, большей частью на производство бумаги. Физические свойства. Целлюлоза -- волокнистое вещество, нераствори- мое ни в воде, ни в обычных органических растворителях. Растворителем ее является реактив Швейцера -- раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с ко- торым она одновременно и взаимодействует. 69 Химические свойства: 1) Гидролиз: H + , t (C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6 глюкоза 2) Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами: (C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ) n + 3nCH 3 COOH → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3 ) 3 ) n + nH 2 O ц еллюлоза + 3n HN O 3 H 2 SO 4 –––– ® т ринитрат целлюлозы + 3n H 2 О Применение.Целлюлоза используется человеком с очень древних вре- мен. Ее применение весьма разнообразно. Большое значение имеют продукты этерификации целлюлозы. Так, например, из ацетилцеллюлозы получают аце- татный шелк. Для этого триацетилцеллюлозу растворяют в смеси дихлормета- на и этанола. Образовавшийся вязкий раствор продавливают через фильеры -- металлические колпачки с многочисленными отверстиями. Тонкие струи рас- твора опускаются в шахту, через которую противотоком проходит нагретый воздух. В результате растворитель испаряется и триацетил целлюлоза выделя- ется в виде длинных нитей, из которых прядением изготовляют ацетатный шелк Ацетил целлюлоза идет также на производство негорючей пленки и ор- ганического стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи. Тринитроцел- люлоза (пироксилин) используется как взрывчатое вещество и для производ- ства бездымного пороха. Для этого тринитроцеллюлозу растворяют в этил- ацетате или в ацетоне. После испарения растворителей компактную массу размельчают и получают бездымный порох. Динитроцеллюлоза (коллоксилин) применяется также для получения коллодия. В этих целях ее растворяют в смеси спирта и эфира. После испарения растворителей образуется плотная пленка -- коллодий, применяемый в медицине. Динитроцеллюлоза идет также на производство пластмассы целлулоида. Его получают путем сплавления ди- нитроцеллюлозы с камфорой. Целлюлоза (клетчатка) -- основное вещество растительных клеток. Дре- весина на 50% состоит из целлюлозы, а хлопок и лен -- это практически чистая целлюлоза. Целлюлоза представляет собой твердое волокнистое вещество, нерас- творимое в воде, но растворимое в аммиачном растворе гидроксида меди (II) (реактиве Швейцера). Целлюлоза -- природный полимер. В отличие от крахмала, ее молекулы состоят только из линейных цепей, содержащих остатки р-глюкозы, которые связаны через первый и четвертый углеродные атомы. 24. Углеводы. Полисахариды. Крахмал. Целлюлоза. Полисахариды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономе- ров — моносахаридов. Важнейшие представители несахароподобных полисахаридов – крахмал и целлюлоза (клетчатка). Эти углеводы во многом отличаются от моно- и олигосахаридов. Они не имеют сладкого вкуса, большинство из них не растворимо в воде. По этой причине их называют несахароподобными (в отличие от сахароподобных оли- госахаридов, которые также относятся к полисахаридам). Олигосахариды имеют знаительно меньший размер молекул и свойства, близкие к моносахаридам. Несахароподобные полисахариды представляют собой высокомолеку- лярные соединения, которые под каталитическим влиянием кислот или фер- ментов подвергаются гидролизу с образованием более про- стых полисахаридов, затем дисахаридов и, в конечном итоге, множества (со- тен и тысяч) молекул моносахаридов. Химическое строение полисахаридов. По химической природе полисахариды стоит рассматривать как полигликозиды (полиацетали). Каждое звено моносахарида связано глико- зидными связями с предыдущим и последующим звеньями. При этом для связи с последующим звеном предоставляет- ся полуацетальная (гликозидная) гидроксильная группа, а с предыдущим – спиртовая гидроксильная группа. 70 На конце цепи находится остаток восстанавливающегося моносахарида. Но поскольку доля концевого остатка относительно всей макромолекулы весьма невелика, то полисахариды проявляют очень слабые восстановитель- ные свойства. Гликозидная природа полисахаридов обусловливает их гидролиз в кис- лой и высокую устойчивость в щелочной средах. Полисахариды имеют большую молекулярную массу. Им присущ харак- терный для высокомолекулярных веществ более высокий уровень структур- ной организации макромолекул. Наряду с первичной структурой, т.е. определённой последовательно- стью мономерных остатков, важную роль играет вторичная структура, опре- деляемая пространственным расположением молекулярной цепи. Классификация полисахаридов. Полисахариды можно классифицировать по разным признакам. Полисахаридные цепи могут быть: разветвлёнными или неразветвлёнными (линейными). Также, различают: гомополисахаридами - полисахариды, состоящие из остатков одного моносахарида, гетерополисахариды - полисахариды, состоящие из остатков раз- ных моносахаридов. Наиболее изучены гомополисахариды. Их можно разделить по их происхождению: гомополисахариды растительного происхождения: - Крахмалл, - Целюлоза, - Пектиновые вещества и т.д. гомополисахариды животного происхождения: - Гликоген, - Хитин и т.д. гомополисахариды бактериального происхождения - Гекстраны. Гетерополисахариды, к числу которых относятся многие животные и бактериальные полисахариды, изучены меньше, однако они играют важную биологическую роль. Гетерополисахариды в организме связаны с белками и образуют слож- ные надмолекулярные комплексы. Для полисахаридов используется общее название гликаны. Гликаны могут быть: гексозанами (состоят из гексоз), пентозанами, (состоят из пентоз). В зависимости от природы моносахарида различают: глюканы (в основе – моносахарид глюкоза), маннаны (в основе – моносахарид манноза), галактаны (в основе – моносахарид галактоза) и т.п. Крахмал Крахмал (С 6 Н 10 О 5 )n – белый (под микроскопом зернисый) порошок, не- растворимый в холодной воде. В горячей воде крахмал набухает, образуя кол- лоидный раствор (крахмальный клейстер). С раствором йода даёт синее окра- шивание (характерная реакция). Крахмал образуется в результате фотосинтеза, в листьях растений, и за- пасается в клубнях, корнях, зёрнах. Химическое строение крахмала Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов, построенных из глюкозы (D-глюкопиранозы): амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%). Дисахаридным фрагментом амилозы является мальтоза. В амилозе D- глюкопиранозные остатки связаны альфа(1-4) гликозидными связями. 71 По данным рентгеноструктурного анализа макромолекула амилозы свёрнута в спираль. На каждый виток спирали приходится 6 моносахаридных звеньев. Амилопектин в отличие от амилозы имеет разветвлённое строение. В цепи D-глюкопиранозные остатки связаны альфа(1-4)-гликозидными связями, а в точках разветвления - бета(1-6)-гликозидными связями. Между точками разветвления располагается 20-25 глюкозидных остатков. Цепь амилозы включает от 200 до 1000 глюкозных остатков, молеку- лярная масса 160 000. Молекулярная масса амилопектина достигает 1-6 млн. Гидролитическое расщепление крахмала. В пищеварительном тракте человека и живот- ных крахмал подвергается гидролизу и превращается в глюкозу, которая усва- ивается организмом. В технике превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) осуществляется путём кипячения его в течение нескольких часов с разбавлен- ной серной кислотой. Впоследствии серную кислоту удаляют. Получается гу- стая сладкая масса, так называемая крахмальная патока, содержащая, кроме глюкозы, значительное количество других продуктов гидролиза крахмала. Па- тока применяется для приготовления кондитерских изделий и различных тех- нических целей. Если требуется получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше. Этим достигается более высокая степень гидролиза крахмала. При нагревании сухого крахмала до 200-500 град. С происходит частич- ное разложение его и получается смесь менее сложных, чем крахмал полисахаридов, называемых декстринами. Разложением крахмала на декстрины объясняется образование блестя- щей корки на печёном хлебе. Крахмал муки, превращённый в декстрины, лег- че усваивается вследствие большей растворимости. Гликоген В животных организмах этот полисахарид является структурным и функциональным аналогом растительного крахмала. Откладывается в виде гранул в цитоплазме во многих типах клеток (главным образом печени и мышц). Химическое строение гликогена.. По строению гликоген подобен ами- лопектину. Но молекулы гликогена значительно больше молекул амилопекти- на и имеют более разветвленную структуру. Обычно между точками разветв- ления содержится 10-12 глюкозных звеньев, а иногда даже 6. Сильное разветвление способствует выполнению гликогеном энергети- ческой функции, так как только при наличии большого числа концевых остат- ков можно обеспечить быстрое отщепление нужного количества моле- кул глюкозы. Молекулярная масса у гликогена необычайно велика. Измерения пока- зали, что она равна 100 млн. Такой размер макромолекул содействует выпол- нению функции резервного углевода. Так, макромолекула гликогена из-за большого размера не проходит через мембрану и остаётся внутри клетки, пока не возникнет потребность в энергии. 72 Функции гликогена в метаболизме. Гликоген является основной формой хранения глюкозы в животных клетках. Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы. Гликогеновый запас, однако, не столь ёмок в калориях на грамм, как за- пас триглицеридов (жиров). Он имеет скорее локальное значение. Только гли- коген, запасённый в клетках печени (гепатоциты) может быть переработан в глюкозу для питания всего организма. Гидролиз гликогена в кислой среде протекает очень легко с количе- ственным выходом глюкозы. Аналогично гликогену в животных организмах, в растениях такую же роль резервного полисахарида выполняет амилопектин, имеющий менее раз- ветвлённое строение. Меньшая разветвлённость связана с тем, что в растениях значительно медленнее протекают метаболические процессы и не требуется быстрый приток энергии, как это иногда бывает необходимо животному орга- низму (стрессовые ситуации, физическое или умственное напряжение). Целлюлоза (клетчатка) Целлюлоза – наиболее распространённый растительный полисахарид. Она обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений. Наиболее чистая природная целлюлоза – хлопковое волокно – содер- жит 85-90% целлюлозы. В древесине хвойных деревьев целлюлозы содержит- ся около 50%. Химическое строение целлюлозы Структурной единицей целлюлозы является D-глюкопираноза, звенья которой связаны бета(1-4)-гликозидными связями. Биозный фрагмент целлюлозы представляет собой целлобиозу. Макро- молекулярная цепь не имеет разветвлений, в ней содержится от 2500 до 12 000 глюкозных остатков, что соответствует молекулярной массе от 400 000 до 1-2 млн. Бета-Конфигурация аномерного атома углерода приводит к тому, что макромолекула целлюлозы имеет строго линейное строение. Этому способ- ствует образование водородных связей внутри цепи, а также между соседними цепями. Такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, что дела- ет целлюлозу прекрасным материалом для построения клеточных стенок рас- тений. Целлюлоза не расщепляется обычными ферментами желудочно- кишечного тракта, но она является необходимым для питания баластным ве- ществом. Использование целлюлозы. Значение целлюлозы очень велико. Доста- точно указать, что огромное количество хлопкового волокна идёт для выра- ботки хлопчатобумажных тканей. Из целлюлозы получают бумагу и картон, а путём химической перера- ботки – целый ряд разнообразных продуктов: искусственное волокно, пласти- ческие массы, лаки, этиловый спирт. Большое практическое значение имеют эфирные производные целлюло- зы: ацетаты (искусственный шёлк), ксантогенты (вискозное волокно, целло- фан), нитраты (взрывчатые вещества, коллоксилин) и др. |