Структурна единица нишесте. Полизахариди: целулоза и нишесте

нишесте декстринмалтосеглюкоза

Видео експеримент „Киселинна хидролиза на целулоза“

Реакции на естерификация

Целулозата е поливалентен алкохол; има три хидроксилни групи на единична клетка на полимера. В тази връзка целулозата се характеризира с реакции на естерификация (образуване на естери). Най-голямо практическо значение имат реакциите с азотна киселина и оцетен анхидрид. Целулозата не предизвиква реакция на "сребърно огледало".

1. Нитриране:

(C 6 H 7 O 2 (OH ) 3) n + 3 nHNO 3 з 2 ТАКА4(конц.)→(C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3) n + 3 nH 2 O

пироксилин

Видео експеримент „Получаване и свойства на нитроцелулозата“

Напълно естерифицираните влакна са известни като барут, който след подходяща обработка се превръща в бездимен барут. В зависимост от условията на нитриране може да се получи целулозен динитрат, който в технологията се нарича колоксилин. Използва се и при производството на барут и твърдо ракетно гориво. В допълнение, целулоидът е направен от колоксилин.

2. Взаимодействие с оцетна киселина:

(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH H2SO4( конц. .)→ (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O

Когато целулозата реагира с оцетен анхидрид в присъствието на оцетна и сярна киселина, се образува триацетилцелулоза.

Триацетилцелулоза (или целулозен ацетат) е ценен продукт за производството на филми, забавящи горенето иацетатна коприна. За да направите това, целулозен ацетат се разтваря в смес от дихлорометан и етанол и този разтвор се прокарва през матрици в поток от топъл въздух.

А самата матрица схематично изглежда така:

1 - въртящ се разтвор,
2 - умрете,
3 - влакна.

Разтворителят се изпарява и потоците от разтвор се превръщат в най-фините нишки от ацетатна коприна.

Говорейки за използването на целулоза, не може да не се каже, че голямо количество целулоза се изразходва за производството на различни видове хартия. Хартия- Това е тънък слой фибровлакна, слепени и пресовани на специална машина за производство на хартия.

нишестеБезвкусен, аморфен бял прах, неразтворим в студена вода. Под микроскоп се вижда, че е гранулиран прах; Когато нишестето на прах се стисне в ръката ви, то издава характерен „скърцащ“ шум, причинен от триенето на частиците.

Набъбва (разтваря се) в гореща вода, образувайки колоиден разтвор - паста; с йоден разтвор образува съединение на включване, което е синьо на цвят. Във вода, с добавяне на киселини (разредена H2SO4 и др.) като катализатор, постепенно се хидролизира с намаляване на молекулното тегло, с образуване на т.нар. „разтворимото нишесте“, декстрините, до молекулите на нишестето са разнородни по размер. Нишестето е смес...
линейни и разклонени макромолекули Под действието на ензими или нагряване с киселини се подлага на хидролиза. Уравнение: (C6H10O5)n + nH2O-H2SO4→ nC6H12O6.

Качествени реакции:

Нишестето, за разлика от глюкозата, не дава реакция на сребърно огледало.

Подобно на захарозата, той не редуцира меден (II) хидроксид.

Взаимодействие с йод (оцветяване в Син цвят) - качествена реакция;

Физични свойства целулоза.Чиста целулоза - бяла твърдо, неразтворим във вода и в обикновени органични разтворители, силно разтворим в концентриран амонячен разтвор на меден (II) хидроксид (реактив на Швайцер). От този кисел разтвор целулозата се утаява под формата на влакна (хидратирана целулоза). Влакното има доста висока механична якост.

Химични свойства. Приложения на целулоза

Малките разлики в структурата на молекулите причиняват значителни разлики в свойствата на полимерите: нишестето е хранителен продукт, целулозата е неподходяща за тази цел.

1) Целулозата не дава реакция на „сребърно огледало“ (няма алдехидна група).

2) Благодарение на хидроксилните групи целулозата може да образува етери и естери, например реакцията на образуване на естер с оцетна киселина има формата:

[C6H7O2(OSOCH3)3]n+3nH2O®[C6H7O2(OH)3]n+3nCH3COOH

3) Когато целулозата реагира с концентрирана азотна киселина в присъствието на концентрирана сярна киселина като средство за отстраняване на водата, се образува естер - целулозен тринитрат:

4) Подобно на нишестето, при нагряване с разредени киселини, целулозата претърпява хидролиза до образуване на глюкоза: nСбН12O6®(С6Н1006)n+nН2O

Хидролиза на целулоза, наречена иначе озахаряване, - Много важна собственостцелулоза, тя ви позволява да получите целулоза от дървени стърготини и талаш, а чрез ферментация на последния - етилов алкохол. Етиловият алкохол, получен от дърво, се нарича хидролитичен.

Гликоген(C6H10O5)n е резервен полизахарид, който се намира в животински организми, както и в клетките на гъбичките, дрождите и някои растения (царевица). В животинските организми гликогенът е локализиран в черния дроб (20%) и мускулите (4%).

Структура и свойства на гликогена. Молекулите на гликогена имат разклонена структура и се състоят от алфа-D-глюкозни остатъци, свързани с 1,4- и 1,6-гликозидни връзки 1) Гликогенът се разтваря в гореща вода и се утаява от разтвори с етилов алкохол. 2) Гликогенът е стабилен в алкална среда, а в кисела среда при нагряване се хидролизира, образувайки първо декстрини и след това глюкоза. 3) С йод гликогенът дава червено-виолетов или червено-кафяв цвят, което показва сходството му с амилопектина. Той е оптически активен.

Гликоген в тялото. Ензимното разграждане на гликогена се извършва по два начина: хидролиза и фосфоролиза. Хидролитичното разграждане на гликогена се извършва от алфа-амилаза, което води до образуването на малтоза. Когато гликогенът се фосфорилира с участието на фосфорилаза (в черния дроб), се образува глюкозо-1-фосфат.

(C 6 H 10 O 5) n + H 3 PO 4 –> (C 6 H 10 O 5) n–1 + глюкозо-1-фосфат,

Органичните структури с високо молекулно тегло, които съдържат голям брой монозахаридни остатъци, се наричат ​​полизахариди.

Структурата на всички полизахариди е една и съща, тъй като монозахаридните остатъци са свързани с полуацетатния хидроксил на дадена молекула и алкохолния хидроксил на друга молекула. Монозахаридните остатъци могат да бъдат еднакви или различни. Най-важните от полизахаридите са нишестето и целулозата. Молекулното тегло на тези вещества е доста голямо. Те имат структура, изградена от глюкоза, но нейните молекули са свързани по различен начин. Означете тези два полизахарида еднакво химична формула(C6H10O5)n.

нишесте

Нишестето е сложен въглехидрат, който е гранулиран, хрупкав бял прах, който няма вкус. Не се разтваря в студена вода, а във вода със висока температуранабъбва и се образува паста.

Този полизахарид е много разпространен в естествената среда. Стана резервен материал и хранителен материал за растението. Намира се в тях като нишестено зърно. Най-голямо количествозърната съдържат нишесте зърнени култури: в ориза е осемдесет и шест процента, в пшеницата - седемдесет и пет процента, в царевичните зърна - седемдесет и два процента. Най-много нишесте съдържат картофите. Тук нишестените зърна се намират в клетъчния сок, а в зърнените зърна са слепени растителен протеин(глутен). Този полимер е резултат от процеса на фотосинтеза.

Нишестето се получава от унищожени растителни клетки чрез измиване с течност. Индустриално се извлича главно от картофи (картофено брашно) и царевични кочани.

Нишестето се извлича от зеленчуците по следния начин:

1. Подготовка на растителни суровини (измиване и почистване).
2. Нарязване на зеленчуци, получаване на течност от нишесте, измиване.
3. Утаяване на получената маса и повторно измиване (отстраняване на примеси).
4. Полученият сив прах се изсушава, охлажда се и се пресява.

Под въздействието на ензими или при нагряване заедно с киселини (катализаторът са водородни йони) нишестето се хидролизира. По време на това химическа реакцияПърво се появява нишестето, което е разтворимо, а след това се образуват декстрини (прости вещества). В крайна сметка се образува глюкоза.

Нишестето не предизвиква реакцията на „сребърно огледало” (то води до появата на сребро, отложено на повърхността), но продуктите, които се образуват в резултат на неговата хидролиза, предизвикват тази реакция.

Нишестето реагира с йоден разтвор. Когато към студената паста, която се получава чрез варене на нишесте топла вода, добавете йоден разтвор, пастата посинява. Когато такава паста се нагрее, този цвят се губи, а когато пастата отново изстине, цветът се връща. Тази характеристика на нишестето се използва, когато е необходимо да се определи наличието на нишесте в хранителни продукти. Например, малка капка йод, нанесена върху парче картофена грудка или парче пшеничен хляб, оцветява продукта в синьо.

В човешката храна нишестето се е превърнало в основен въглехидрат; то действа като източник на енергия. Недостатъчното количество нишесте в човешкото тяло води до слабост; бърза умора; за намаляване на устойчивостта към инфекции; до крехкост нокътни плочки; а също и на факта, че косата се цепи. Хранителни продукти с високо съдържаниеот това вещество може да се напълни в човешкото тяло. Има много нишесте в пшеничен хляб, различни зърнени храни, картофи и зеленчуци. Преработва се в глюкоза, декстрини, меласа и се използва в производството на сладкарски изделия. освен това различни видовенишестето осигурява различна плътност в един и същ воден обем. Най-голяма плътност се получава при използване на оризово нишесте; от него се образува малко по-течно вещество картофено нишесте, а царевичното нишесте има най-деликатната консистенция.

IN хранителни продуктинишестето намалява вкуса на продукта, усеща се мек, влажен, безинтересен вкус, така че добавянето на нишесте води до увеличаване на количеството на другите съставки, така че храната да има нормален вкус. Например, в гъсто желе трябва да поставите повече захар и лимон.

Нишестето се използва и като лепило. Необходим е и при апретиране на текстилни тъкани и колосане на дрехи. Използва се за направата на мехлеми и прахове в медицината.

Целулоза

Целулозата също е въглехидрат. Той е по-разпространен от самото нишесте и е неразделна част от клетъчната стена на растенията. Целулозата се нарича още фибри. Суровото дърво съдържа шестдесет процента целулоза, а филтрираната хартия съдържа приблизително деветдесет процента целулоза.

Целулозата е бяло твърдо вещество без мирис, което не се разтваря воден разтвори други органични разтворители. Разтваря се добре в концентриран разтворамоняк с меден хидроксид (наречен реактив на Швайцер). От този кисел разтвор се получават целулозни влакна, наречени хидратирана целулоза. Субстанцията влакна (целулоза) има значителна механична якост и еластичност.

Молекулите на целулозата са изградени неразклонени (нелинейни), така че се образуват влакната на това вещество. А молекулите на нишестето са изградени както разклонени, така и линейни. Това е разликата между нишестето и целулозата.

Тези вещества също са различни по своята структура, а именно: молекулите на нишестето се състоят от остатъци от алфа-глюкоза, а молекулите на фибрите се състоят от остатъци от бета-глюкоза.

Тези незначителни разлики в структурата на тези вещества водят до големи разлики в техните свойства. Нишестето е хранителен продукт, но целулозата не се използва в храната.

При взаимодействие с йод и сярна киселина целулозата става синя. И когато взаимодейства само с йод, той става кафяв.

Целулозата не предизвиква реакция на "сребърно огледало". Всеки глюкозен остатък в него съдържа три хидроксилни групи, благодарение на които могат да се образуват естери. При стандартни температури целулозата реагира само с киселинни концентрати. Подобно на нишестето, той подлежи на хидролиза с появата на глюкоза, когато се нагрява с неконцентрирани киселини.

Хидролизата на целулозата се нарича още озахаряване. Това е важно свойство, което помага да се получи целулоза от дървесни стърготини и дървени стърготини. Когато ферментира, той произвежда етилов алкохол, който се нарича хидролитичен алкохол. В предприятията за хидролиза около двеста литра етил излизат от един тон дървесна суровина, което позволява да се заменят един и половина тона картофи или нула точка седем тона зърнени култури.

Глюкозата в сурово състояние, получена от дървесни суровини, се използва като храна за добитъка. А памук, лен и коноп (всичко това също е целулоза) се използват за производството на памучни и ленени тъкани.

Много целулоза се използва за производството на хартиени продукти. Хартията е тънък слой целулозни влакна, които се пресоват и оразмеряват, за да предотвратят разтичане на мастило и боя. Първоначално хартията се правела от оризови стъбла, памучни влакна и стари тъкани. Тогава тази суровина стана дефицитна. Те започнаха да използват дървесни суровини. В промишлеността целулозата може да се получи чрез варене на дървесен чипс. За производството на вестници е необходима много хартия, но нейното качество ( бял цвят, здравина, устойчивост на износване) няма значение. Евтината хартия се произвежда от суровини от иглолистна дървесина, а скъпата висококачествена хартия се произвежда от памучна и ленена отпадъчна хартия. От целулоза от химическа обработкаПроизвеждат изкуствени тъкани (вискоза, коприна, вълна), пластмаси, лакове, филмови и фотографски филми, бездимен барут.

По този начин, Сравнителна характеристиканишестето и целулозата показват, че нишестето и целулозата са подобни полимерни вещества (сложни въглехидрати). И двата полимера са бели на цвят. Те не се разтварят във вода. Те са изградени от молекули глюкоза. Те са обозначени с една химическа формула, способни са на хидролиза и не предизвикват реакция на „сребърно огледало“. Те се различават по своята структура (за целулозата тя е линейна, а за нишестето е както линейна, така и разклонена). Тяхната структура също е различна, въпреки че в състава им присъства глюкоза (нишестето е изградено от алфа-глюкозни остатъци, а целулозата - от бета-глюкозни остатъци). Те също се различават по своята област на използване (нишестето се използва като хранителен продукт, но целулозата не е; целулозата се използва за производството на хартия и текстилни продукти, за производството на различни предмети, но нишестето не е). Глюкозата се различава от нишестето по силата си; тя може да се използва за производство на фибри. Освен това отнема повече време за разграждане от нишестето.

Полизахариди: нишесте, целулоза

Полизахаридите са съединения с високо молекулно тегло, съдържащи стотици и хиляди монозахаридни остатъци. Общото за структурата на полизахаридите е, че монозахаридните остатъци са свързани с полуацеталния хидроксил на една молекула и алкохолния хидроксил на друга и т.н. Всеки монозахариден остатък е свързан със съседни остатъци чрез гликозидни връзки. Полигликозидите могат да съдържат разклонени и неразклонени вериги. Монозахаридните остатъци, които изграждат молекулата, могат да бъдат еднакви или различни. Най-висока стойностСред висшите полизахариди са нишестето, гликогенът (животински нишесте), фибрите (или целулозата). И трите полизахарида са изградени от глюкозни молекули, свързани помежду си по различни начини. Съставът и на трите съединения може да се изрази с общата формула: (C6H10O5)n

нишесте

Нишестето принадлежи към полизахаридите. Молекулната маса на това вещество не е точно установена, но се знае, че е много голяма (около 100 000) и може да варира за различните проби. Следователно формулата на нишестето, подобно на други полизахариди, е изобразена като (C6H10O5)n. За всеки полизахарид n има различни стойности.

Физични свойства

Нишестето е безвкусен прах, неразтворим в студена вода. Набъбва в гореща вода, образувайки паста. Нишестето е широко разпространено в природата. Той е за различни растениярезервен хранителен материал и се съдържа в тях под формата на нишестени зърна. Най-богатите на нишесте са зърнените култури: ориз (до 86%), пшеница (до 75%), царевица (до 72%) и картофени клубени (до 24%). В клубените на картофите плуват зърна от нишесте клетъчен сок, а при зърнените са плътно слепени с протеиново вещество, наречено глутен. Нишестето е един от продуктите на фотосинтезата.

Касова бележка

Нишестето се извлича от растенията чрез разрушаване на клетките и измиване с вода. В индустриален мащаб се получава главно от картофени клубени (под формата на картофено брашно), както и от царевица.

Химични свойства

1) Под действието на ензими или при нагряване с киселини (водородните йони служат като катализатор), нишестето, както всички сложни въглехидрати, претърпява хидролиза. В този случай първо се образува разтворимо нишесте, а след това по-малко сложни вещества - декстрини. Крайният продукт на хидролизата е глюкозата. Общото уравнение на реакцията може да се изрази, както следва:

Има постепенно разграждане на макромолекулите. Хидролизата на нишестето е негово важно химично свойство. 2) Нишестето не дава реакция на „сребърно огледало“, но продуктите от неговата хидролиза го правят. Макромолекулите на нишестето се състоят от β-глюкоза. Процесът на образуване на нишесте може да бъде изразен чрез много циклични молекули, както следва (реакция на поликондензация):

3) Характерна реакция е взаимодействието на нишестето с йодни разтвори. Ако към охладена нишестена паста се добави йоден разтвор, се появява син цвят. При нагряване пастата изчезва, а при охлаждане се появява отново. Това свойство се използва при определяне на нишесте в хранителни продукти. Например, ако се нанесе капка йод върху нарязан картоф или парче бял хляб, се появява син цвят.

Приложение

Нишестето е основният въглехидрат в човешката храна, намира се в големи количества в хляба, зърнените храни, картофите и зеленчуците. Значителни количества нишесте се преработват в декстрини, меласа и глюкоза, които се използват в сладкарската промишленост. Нишестето се използва като лепило, използва се за довършване на тъкани и колосане на бельо. В медицината на базата на нишесте се приготвят мехлеми, прахове и др.

Целулоза или фибри

Целулозата е дори по-често срещан въглехидрат от нишестето. Състои се главно от стените на растителните клетки. Дървесината съдържа до 60%, а памучната вата и филтърната хартия съдържат до 90% целулоза.

Физични свойства

Чисто целулоза-- бяло твърдо вещество, неразтворимо във вода и в обикновени органични разтворители, силно разтворимо в концентриран амонячен разтвор на меден (II) хидроксид (реактив на Швайцер). От този кисел разтвор целулозата се утаява под формата на влакна (хидратирана целулоза). Влакното има доста висока механична якост.

Състав и структура

Съставът на целулозата, както и на нишестето, се изразява с формулата (C6H10O5)n. Стойността на n в някои видове целулоза достига 10-12 хиляди, а молекулното тегло достига няколко милиона. Молекулите му имат линейна (неразклонена) структура, в резултат на което целулозата лесно образува влакна. Молекулите на нишестето имат както линейни, така и разклонени структури. Това е основната разлика между нишестето и целулозата. Съществуват и разлики в структурата на тези β-глюкозни вещества: макромолекулите на нишестето се състоят от остатъци от β-глюкозни молекули. Процесът на образуване на фрагменти от целулозна макромолекула от остатъците от целулозна макромолекула може да бъде изобразен чрез диаграмата:

Химични свойства. Приложения на целулоза

Малките разлики в структурата на молекулите причиняват значителни разлики в свойствата на полимерите: нишестето е хранителен продукт, целулозата е неподходяща за тази цел.1) Целулозата не дава реакция на „сребърно огледало“ (няма алдехидна група). Това ни позволява да разглеждаме всяка C6H10O5 единица като глюкозен остатък, съдържащ три хидроксилни групи. Последните във формулата на целулозата често се разграничават:

Благодарение на хидроксилните групи целулозата може да образува етери и естери, например, реакцията на образуване на естер с оцетна киселина има формата:

[C6H7O2(OSOCH3)3]n+3nH2O[C6H7O2(OH)3]n+3nCH3COOH

Когато целулозата реагира с концентрирана азотна киселина в присъствието на концентрирана сярна киселина като средство за отстраняване на водата, се образува естер - целулозен тринитрат:

Това е експлозивно вещество, използвано за производство на барут. Така при обикновени температури целулозата реагира само с концентрирани киселини. 2) Подобно на нишестето, когато се нагрява с разредени киселини, целулозата се подлага на хидролиза, за да се образува глюкоза: това прави възможно получаването на целулоза от стърготини и стърготини, а чрез ферментация на последните - етил. алкохол. Етиловият алкохол, получен от дървесина, се нарича хидролиза. В хидролизните инсталации от 1 тон дървесина се получават до 200 литра етилов алкохол, който може да замени 1,5 тона картофи или 0,7 тона зърно. Суровата глюкоза, получена от дървесина, може да се използва като храна за добитък. Това са само някои примери за употребата на целулоза. Целулозата под формата на памук, лен или коноп се използва за производството на тъкани - памук и лен. Големи количествасе изразходва за производство на хартия. Евтините видове хартия се правят от иглолистна дървесина, най-добрите сортове- от ленена и памучна макулатура. Чрез подлагане на целулоза на химическа обработка се получават няколко вида изкуствена коприна, пластмаси, филми, бездимен барут и лакове.