Strukturna povezava škroba. Polisaharidi: celuloza in škrob

škrobni dekstrin malto glukoza

Video izkušnja "Kislina hidroliza celuloze"

Reakcije esterifikacije

Celuloza je mnogovodni alkohol; na osnovno celico polimera obstajajo tri hidroksilne skupine. V zvezi s tem so za celulozo značilne reakcije esterifikacije (tvorba estrov). Najpomembnejši praktični pomen so reakcije z dušikovo kislino in ocetnim anhidridom. Celuloza ne daje reakcije "srebrnega ogledala".

1. Nitracija:

(C6H7O2 (OH) 3) n + 3 nHNO3 H 2 SO 4 (konec) → (C6H7O2 (ONO 2) 3) n + 3 nH20

piroksilin

Video izkušnja "Pridobivanje in lastnosti nitroceluloze"

Popolnoma esterificirana vlakna so znana kot piroksilin, ki se ob pravilni predelavi spremeni v brezdimen prah. Glede na pogoje nitriranja lahko dobimo celulozni dinitrat, ki se v tehnologiji imenuje koloksilin. Uporablja se tudi pri proizvodnji smodnikov in trdnih raketnih goriv. Poleg tega je celuloid narejen na osnovi koloksilina.

2. Medsebojno delovanje z ocetno kislino:

(C6H7O2 (OH) 3) n + 3nCH3COOH H2SO4 ( konec .)→ (C6H7O2 (OCOCH3) 3) n + 3nH20

Kadar celuloza v prisotnosti ocetne in žveplove kisline medsebojno deluje z ocetno anhidridom, nastane triacetil celuloza.

Triacetilceluloza (ali celuloznega acetata) je dragocen izdelek za izdelavo negorljivih folij inacetatna svila... Za to se celulozni acetat raztopi v mešanici diklorometana in etanola, in ta raztopina se vbrizga preko spineretov v tok toplega zraka.

In sam matriat shematično izgleda tako:

1 - predilna raztopina,
2 - umreti,
3 - vlakna.

Topilo izhlapi in drobci raztopine se spremenijo v najboljše pramene acetatne svile.

Ko govorimo o uporabi celuloze, ne moremo reči, da se za izdelavo različnih papirjev porabi velika količina celuloze. PapirJe tanka plast vlaken iz vlaken zlepljena in stisnjena na poseben papirni stroj.

Škrob Amorfni beli prah brez okusa, netopen v hladni vodi. Pod mikroskopom lahko vidite, da gre za zrnat prah; ko se škrobni prah stisne v roko, odda značilno "škripanje", ki ga povzroči trenje delcev.

V vroči vodi nabrekne (raztopi), tvori koloidno raztopino - pasto; z raztopino joda tvori inkluzijsko spojino, ki ima modro barvo. V vodi z dodatkom kislin (razredčenih H2SO4 itd.) Kot katalizatorja postopoma hidrolizira z zmanjšanjem molekulske mase, pri čemer nastane t.i. "Topen škrob", dekstrini, do glukoze Molekule škroba so po velikosti enakomerne. Škrob je mešanica ...
linearne in razvejane makromolekule, pod delovanjem encimov ali segrevanjem s kislinami se podvrže hidrolizi. Enačba: (C6H10O5) n + nH2O-H2SO4 → nC6H12O6.

Kakovostne reakcije:

Škrob, za razliko od glukoze, ne daje srebrne zrcalne reakcije.

Tako kot saharoza tudi on ne zmanjšuje bakrovega (II) hidroksida.

Interakcija z jodom (modro obarvanje) - kvalitativna reakcija;

Fizične lastnosti celuloza.Čista celuloza je bela trdna snov, netopna v vodi in v običajnih organskih topilih, dobro topna v koncentrirani raztopini amoniaka bakrovega (II) hidroksida (Schweitzerjev reagent). Iz te kisle raztopine se obori celuloza v obliki vlaken (celulozni hidrat). Vlakna imajo dokaj visoko mehansko trdnost.

Kemijske lastnosti. Uporaba celuloze

Majhne razlike v strukturi molekul povzročajo pomembne razlike v lastnostih polimerov: škrob je živilski proizvod, celuloza pa v ta namen ni primerna.

1) Celuloza ne daje reakcije "srebrnega ogledala" (ni skupine aldehida).

2) Zaradi hidroksilnih skupin celuloza lahko tvori etre in estre, na primer reakcija tvorbe estra z ocetno kislino je:

[C6H7O2 (OCOCH3) 3] n + 3nH2O® [C6H7O2 (OH) 3] n + 3nCH3COOH

3) Ko celuloza deluje v koncentrirani dušikovi kislini v prisotnosti koncentrirane žveplove kisline, nastane ester - celulozni trinitrat:

4) Tako kot škrob se tudi pri segrevanju z razredčenimi kislinami celuloza hidrolizira, da nastane glukoza: nCbH12O6® (C6H1006) n + nH2O

Celulozna hidroliza, sicer imenovana saharifikacija, - zelo pomembna lastnost celuloze, omogoča pridobivanje celuloze iz žagovine in ostružkov, s fermentiranjem slednjih pa - etilni alkohol. Etilni alkohol, pridobljen iz lesa, se imenuje hidrolizni alkohol.

Glikogen(С6Н10О5) n je rezervni polisaharid, ki ga najdemo v živalskih organizmih, pa tudi v celicah gliv, kvasovk in nekaterih rastlin (koruza). Pri živalih je glikogen lokaliziran v jetrih (20%) in mišicah (4%).

Struktura in lastnosti glikogena. Molekule glikogena imajo razvejano strukturo in so sestavljene iz ostankov alfa-D-glukoze, ki jih povezujejo 1,4- in 1,6-glikozidne vezi. 1) Glikogen se raztopi v vroči vodi in se obori iz raztopin z etilnim alkoholom. 2) Glikogen je stabilen v alkalnem okolju, v kislem okolju pa se ob segrevanju hidrolizira najprej, da tvori dekstrine in nato glukozo. 3) Z jodom glikogen daje rdeče vijolično ali rdeče rjavo barvo, kar kaže na njegovo podobnost z amilopektinom.

Glikogen v telesu. Encimsko cepitev glikogena poteka na dva načina: hidroliza in fosforoliza. Hidrolitično cepitev glikogena poteka z alfa-amilazo, zaradi česar nastane maltoza. Ko se glikogen fosforilira s sodelovanjem fosforilaze (v jetrih), nastane glukoza-1-fosfat.

(C 6 H 10 O 5) n + H 3 PO 4 -\u003e (C 6 H 10 O 5) n - 1 + glukoza-1-fosfat,

Organske strukture z visoko molekulsko maso, ki vsebujejo veliko monosaharidnih ostankov, imenujemo polisaharidi.

Struktura vseh polisaharidov je enaka, ker ostanke monosaharidov povezuje hemiacetat hidroksil te molekule in alkoholni hidroksil druge molekule. Ostanki monosaharidov so enaki ali različni. Najpomembnejša polisaharida sta škrob in celuloza. Molekularna teža teh snovi je precej velika. Imajo strukturo iz glukoze, vendar njene molekule niso povezane na enak način. Ta dva polisaharida sta označena z isto kemijsko formulo (С6Н10О5) n.

Škrob

Škrob je kompleksen ogljikov hidrat, ki je zrnat, hrustljavo bel prah, ki nima okusa. Ne raztopi se v hladni vodi, ampak nabrekne v vodi z visoko temperaturo in tvori pasto.

Ta polisaharid je v naravnem okolju zelo pogost. Za rastlino je postal rezervni material in material za prehrano. V njih najdemo kot škrobno zrno. Največja količina škroba je v žitnih zrnih: v rižu je osemdeset šest odstotkov, v pšenici - sedeminpetdeset odstotkov, v koruznih jedrcih - sedemindvajset odstotkov. Največ škroba je v krompirju. Tu so škrobna zrna v soku celic, v žitna zrna pa zlepljena skupaj z rastlinskimi beljakovinami (glutenom). Ta polimer je rezultat procesa fotosinteze.

Škrob se pridobiva iz uničenih rastlinskih celic tako, da ga izperemo s tekočino. V industriji ga pridobivajo predvsem iz krompirja (krompirjeve moke) in koruznih storžev.

Škrob se pridobiva iz zelenjave na naslednji način:

1. Priprava rastlinskih materialov (pranje in čiščenje).
2. Mletje zelenjave, pridobivanje škrobne tekočine, pranje.
3. Odlaganje nastale mase in njeno ponavljajoče pranje (čiščenje iz nečistoč).
4. Nastali sivi prah posušimo, ohladimo in presejemo.

Pod vplivom encimov ali v procesu segrevanja skupaj s kislinami (katalizator so vodikovi ioni) se škrob hidrolizira. Med to kemijsko reakcijo se najprej pojavi škrob, ki je topen, nato pa nastanejo dekstrini (preproste snovi). Na koncu se tvori glukoza.

Škrob ne povzroči reakcije "srebrnega ogledala" (kar ima za posledico, da se srebro naseli na površini), vendar proizvodi, ki nastanejo zaradi njegove hidrolize, oddajajo to reakcijo.

Škrob posega v raztopino joda. Ko hladni paste dodamo raztopino joda, ki jo dobimo tako, da škrob kuhamo z vročo vodo, se pasta obarva modro. Ko se takšna pasta segreje, se ta barva izgubi in ko pasta spet postane hladna, se barva vrne. Ta lastnost škroba se uporablja, kadar je treba ugotoviti prisotnost škroba v živilskih izdelkih. Na primer, majhna kapljica joda, nanesena na košček gomolja krompirja ali kos pšeničnega kruha, obarva izdelek modro.

Škrob je v človeški hrani postal glavni ogljikov hidrat; deluje kot vir energije. Premajhna količina škroba v človeškem telesu vodi v šibkost; hitra utrujenost; zmanjšati odpornost na okužbe; krhkost nohtov plošč; pa tudi na to, da so lasje razcepljeni. Hrana z visoko vsebnostjo te snovi lahko napolni njegovo količino v človeškem telesu. V pšeničnem kruhu je veliko škroba, raznih žit, krompirja, zelenjave. Predelamo ga v glukozo, dekstrine, melaso in uporabimo pri izdelavi slaščic. Poleg tega različne vrste škroba zagotavljajo različno gostoto v isti količini vode. Največjo gostoto dobimo pri uporabi riževega škroba, iz krompirjevega škroba nastane nekoliko tanjša snov, najbolj občutljiva konsistenca pa iz koruznega škroba.

V živilskih izdelkih škrob zmanjšuje okus izdelka, občutek je blag, surov, nezanimiv pookus, zato dodajanje škroba povzroči povečanje količine drugih sestavin, tako da je okus živila normalen. Na primer, v debeli žele morate dati več sladkorja in limone.

Škrob se uporablja tudi kot lepilo. Pri končni obdelavi tekstilnih tkanin in pri škropljenju oblačil je tudi potrebno. Uporablja se za izdelavo mazil in praškov v medicinski industriji.

Celuloza

Celuloza je tudi ogljikov hidrat. Je bolj razširjen kot sam škrob, je sestavni del membrane rastlinske celice. Celulozi pravimo tudi vlaknine. Lesna surovina vsebuje šestdeset odstotkov celuloze, papir, ki je bil filtriran, pa vsebuje približno devetdeset odstotkov celuloze.

Celuloza je bela trdna snov brez vonja, ki se ne raztopi v vodni raztopini in drugih organskih topilih. Dobro se raztopi v koncentrirani raztopini amoniaka z bakrovim hidroksidom (imenovanim Schweitzerjev reagent). Iz takšne kisle raztopine dobimo celulozna vlakna, imenovana celulozni hidrati. Snov celuloza (celuloza) odlikuje pomembna mehanska trdnost in elastičnost.

Molekule celuloze so zgrajene nerazvejeno (nelinearno), zato nastajajo vlakna te snovi. In molekule škroba so zgrajene tako razvejene kot linearne. To je razlika med škrobom in celulozo.

Te snovi so različne tudi po svoji strukturi, in sicer: molekule škroba so sestavljene iz ostankov alfa-glukoze, molekule vlaken pa so sestavljene iz ostankov beta-glukoze.

Te majhne razlike v strukturi teh snovi vodijo do velikih razlik v njihovih lastnostih. Škrob je živilski proizvod, celuloza pa se ne uporablja za hrano.

Pri interakciji z jodom in žveplovo kislino se celuloza obarva modro. In pri interakciji samo z jodom postane rjava.

Celuloza ne povzroča srebrne zrcalne reakcije. Vsak ostanek glukoze vsebuje tri hidroksilne skupine, zaradi katerih se lahko tvorijo estri. Pri standardnih temperaturah celuloza reagira samo s kislinskimi koncentrati. Tako kot škrob tudi pri segrevanju z nekoncentrirano kislino podvrže hidrolizo s pojavom glukoze.

Celulozna hidroliza se imenuje tudi saharifikacija. To je pomembna lastnost, ki pomaga pridobiti celulozo iz lesnih žagov in lesnih ostružkov. Ko fermentira, proizvaja etil, ki mu pravimo hidrolizni alkohol. Na hidroliznih napravah proizvedejo približno dvesto litrov etila iz ene tone lesnih surovin, kar omogoča nadomestitev ene in pol tone krompirja ali nič točk sedem desetin ton žitnih pridelkov.

Glukoza v surovem stanju, ki se pridobiva iz surovega lesa, se uporablja kot krma za živino. In bombaž, lan in konoplja (vse to je tudi celuloza) se uporabljajo za proizvodnjo bombažnih in lanenih tkanin.

Za izdelavo izdelkov iz papirja se uporablja veliko celuloze. Papir je tanka plast celuloznih vlaken, ki so stisnjena in zlepljena, da se prepreči širjenje črnila in črnila. Prvotno je bil papir izdelan iz riževih pecljev, bombažnih vlaken in starih tkanin. Potem ta surovina ni bila dovolj. Začeli so uporabljati lesne surovine. V industriji lahko celulozo pridobimo s kuhanjem lesnih sekancev. Za izdelavo časopisov je potrebno veliko papirja, vendar njegova kakovost (bela, trdnost, trajnost) ni pomembna. Poceni papir je izdelan iz iglavcev lesnih surovin, drag kakovostni papir pa iz bombaža in lanenega odpadnega papirja. Vlakna iz umetne tkanine (viskoza, svila, volna), plastika, lak, folije za fotografije in fotografije, smodnik brez dima se proizvajajo iz celuloze s kemično predelavo.

Tako je primerjalna karakterizacija škroba in celuloze pokazala, da sta škrob in celuloza podobni polimerni snovi (kompleksni ogljikovi hidrati). Oba polimera sta bela. V vodi se ne raztopijo. Zgrajene so iz molekul glukoze. Označeni so z isto kemijsko formulo, so sposobni hidrolize in ne povzročajo reakcije "srebrnega ogledala". Razlikujejo se po svoji strukturi (za celulozo je linearna, za škrob pa linearna in razvejena). Tudi njihova struktura je različna, čeprav je v njihovi sestavi prisotna glukoza (škrob je zgrajen iz ostankov alfa-glukoze, celuloza - iz ostankov beta-glukoze). Različni so tudi na področju uporabe (škrob se uporablja kot prehrambeni izdelek, vendar celuloza ni; celuloza se uporablja za proizvodnjo papirja in tekstilnih izdelkov, za izdelavo različnih predmetov, škrob pa ne). Glukoza se od škroba razlikuje po svoji trdnosti, iz nje pa je mogoče izdelati vlaknine. Razkroj traja dlje kot škrob.

Polisaharidi: škrob, celuloza

Polisaharidi so visoko molekularne spojine, ki vsebujejo sto in tisoč monosaharidnih ostankov. Skupno strukturi polisaharidov je, da so ostanki monosaharidov vezani zaradi hemiacetal hidroksila ene molekule in alkoholnega hidroksila druge itd. Vsak monosaharidni ostanek je z glikozidnimi vezmi povezan s sosednjimi ostanki. Poliglikozidi lahko vsebujejo razvejene in nerazvejene verige. Ostanki monosaharidov, ki sestavljajo molekulo, so lahko enaki ali različni. Najpomembnejši od višjih polisaharidov so škrob, glikogen (živalski škrob), vlaknine (ali celuloza). Vsi trije polisaharidi so sestavljeni iz molekul glukoze, ki so povezane na različne načine. Sestavo vseh treh spojin lahko izrazimo s splošno formulo: (С6Н10О5) n

Škrob

Škrob je polisaharid. Molekularna teža te snovi ni natančno določena, vendar je znano, da je zelo velika (približno 100.000) in je lahko različna pri različnih vzorcih. Zato je formula škroba, tako kot drugi polisaharidi, prikazana kot (C6H10O5) n. Za vsak polisaharid n ima drugačen pomen.

Fizične lastnosti

Škrob je brez okusa v prahu, netopen v hladni vodi. V vroči vodi nabrekne, tvori pasto. Škrob je v naravi zelo razširjen. Je rezervna hranilna snov za različne rastline in je v njih vsebovana v obliki škrobnih zrn. Najbolj bogate v škrob so žitna zrna: riž (do 86%), pšenica (do 75%), koruza (do 72%) in gomolji krompirja (do 24%). V gomoljnih krompirjih škrobna zrna plavajo v celičnem soku, v žitih pa jih tesno zlepi beljakovinska snov gluten. Škrob je eden izmed produktov fotosinteze.

Prejemanje

Škrob se pridobiva iz rastlin, uničuje celice in ga izpere z vodo. V industrijskem obsegu ga pridobivajo predvsem iz gomoljev krompirja (v obliki krompirjeve moke) in tudi iz koruze.

Kemijske lastnosti

1) Pod delovanjem encimov ali pri segrevanju s kislinami (vodikovi ioni služijo kot katalizator) se škrob, kot vsi kompleksni ogljikovi hidrati, podvrže hidrolizi. V tem primeru najprej nastane topni škrob, nato manj zapletene snovi - dekstrini. Končni produkt hidrolize je glukoza. Skupno reakcijsko enačbo lahko izrazite na naslednji način:

Obstaja postopno cepljenje makromolekule. Hidroliza škroba je pomembna kemijska lastnost. 2) Škrob ne daje reakcije "srebrnega zrcala", temveč jo dajejo produkti njegove hidrolize. Škrobne makromolekule so sestavljene iz β-glukoze. Postopek tvorbe škroba se lahko izrazi v številnih cikličnih molekulah (reakcija polikondenzacije):

3) Značilna reakcija je interakcija škroba z raztopinami joda. Če raztopini joda dodamo ohlajeno škrobno pasto, se pojavi modra barva. Ko se pasta segreje, izgine, in ko se ohladi, se ponovno pojavi. Ta lastnost se uporablja pri določanju škroba v hrani. Torej, na primer, če kapljico joda nanesemo na rezino krompirja ali rezino belega kruha, se pojavi modra barva.

Uporaba

Škrob je glavni ogljikov hidrat človeške hrane, v velikih količinah ga najdemo v kruhu, žitih, krompirju, zelenjavi. Škrob se v pomembnih količinah predela v dekstrine, melaso, glukozo, ki se uporabljajo v slaščičarski industriji. Škrob se uporablja kot lepilo, uporablja se za dodelavo tkanin, škrobnega perila. V medicini pripravljajo mazila na osnovi škroba, praške za prah itd.

Celuloza ali vlakna

Celuloza je še pogostejši ogljikov hidrat kot škrob. Stene rastlinskih celic so sestavljene predvsem iz njega. Les vsebuje do 60%, bombaž in filtrirni papir - do 90% celuloze.

Fizične lastnosti

Mreža celuloza - bela trdna snov, netopna v vodi in v običajnih organskih topilih, zlahka topna v koncentrirani amoniakni raztopini bakrovega (II) hidroksida (Schweitzerjev reagent). Iz te kisle raztopine se obori celuloza v obliki vlaken (celulozni hidrat). Vlakna imajo dokaj visoko mehansko trdnost.

Sestava in struktura

Sestava celuloze, kot je škrob, je izražena s formulo (C6H10O5) n. Vrednost n v nekaterih vrstah celuloze doseže 10-12 tisoč, molekularna teža pa doseže več milijonov. Njegove molekule imajo linearno (nerazvejeno) strukturo, zaradi česar celuloza zlahka tvori vlakna. Molekule škroba imajo tako linearne kot razvejene strukture. To je glavna razlika med škrobom in celulozo. Razlike so v strukturi teh -glukoze in snovi: škrobne makromolekule so sestavljene iz ostankov molekul-glukoze. Postopek tvorbe drobca makromolekule celuloze - iz ostankov makromolekule celuloze je mogoče prikazati na naslednji način:

Kemijske lastnosti. Uporaba celuloze

Majhne razlike v strukturi molekul povzročajo pomembne razlike v lastnostih polimerov: škrob je živilski proizvod, celuloza ni primerna za ta namen 1) Celuloza ne daje reakcije "srebrnega ogledala" (ni skupine aldehidov). Tako je mogoče vsako enoto C6H10O5 obravnavati kot ostanek glukoze, ki vsebuje tri hidroksilne skupine. Slednje v celulozni formuli pogosto ločimo:

Zaradi hidroksilnih skupin celuloza lahko tvori etre in estre, na primer reakcija tvorbe estra z ocetno kislino je:

[C6H7O2 (OCOCH3) 3] n + 3nH2O [C6H7O2 (OH) 3] n + 3nCH3COOH

Kadar celuloza med dehidracijsko snovjo koncentrira dušikovo kislino v prisotnosti koncentrirane žveplove kisline, nastane ester - celulozni trinitrat:

To je eksploziv, ki se uporablja za izdelavo smodnika. Tako celuloza pri navadni temperaturi medsebojno deluje samo s koncentriranimi kislinami. 2) Tako kot škrob se tudi pri segrevanju z razredčenimi kislinami celuloza podvrže hidrolizi, da nastane glukoza: omogoča vam pridobivanje celuloze iz žagovine in ostružkov, s fermentacijo slednjih pa - etilni alkohol. Etilni alkohol, pridobljen iz lesa, se imenuje hidrolizen. V hidroliznih napravah se iz 1 tone lesa pridobi do 200 litrov etilnega alkohola, kar omogoča zamenjavo 1,5 tone krompirja ali 0,7 tone žita. Surova glukoza, pridobljena iz lesa, se lahko uporablja kot krma za živino. To je le nekaj primerov uporabe celuloze. Za izdelavo tkanin - bombaža in perila se uporablja celuloza v obliki bombaža, lana ali konoplje. Velike količine le-tega porabijo pri proizvodnji papirja. Poceni razredi papirja so narejeni iz iglavcev, najboljši pa iz perila in bombažnega odpadnega papirja. Če se celuloza podvrže kemični predelavi, dobimo več vrst umetne svile, plastike, filma, brezdimnega praška, lakov.