Углеводы

Углеводы

Углеводы – это соединения, содержащие в своём составе атомы углерода, водорода и кислорода. Причём атомы водорода и кислорода  находятся в них в таком же соотношении, как и в молекуле воды: 2 : 1. Поэтому их и называют углеводами. Для большинства этих соединений применима формула C_n(H₂O)_m.

В этом можно легко убедиться. Для этого следует нагреть немного сахара в пробирке, сахар начинает плавиться, приобретает коричневую окраску, потом чернеет и после сильного прокаливания остаётся почти чистый углерод, а в верхней части пробирки конденсируются капельки воды.

Углеводы разделяют на три группы: моносахариды (глюкоза, фруктоза), дисахариды (сахароза) и полисахариды (крахмал, целлюлоза).

Моносахариды в водных растворах не гидролизуются. Представителем моносахаридов является глюкоза – С₆Н₁₂О₆. Своё название она получила от греческого слова гликос – «сладкий». Глюкоза очень распространена в природе. Она обуславливает сладкий вкус плодов и ягод. Особенно много её в соке винограда, поэтому её ещё называют «виноградным сахаром». В организме человека и животного глюкоза содержится в крови и лимфе.

Глюкоза представляет собой белый мелкокристаллический порошок без запаха, хорошо растворимый в воде. Она имеет сладкий вкус.

По своим свойствам глюкоза является альдегидоспиртом.

То есть она даёт и реакции на альдегиды и реакции на многоатомные спирты. Если в раствор медного купороса добавить несколько капель щёлочи, то образуется осадок голубого цвета – это гидроксид меди (II), а затем сюда же добавить столько же раствора глюкозы и слегка взболтать, то раствор приобретает ярко-синюю окраску. Таки образом, глюкоза даёт качественную реакцию по аналогии с многоатомными спиртами.

Если к аммиачному раствору оксида серебра (I) добавить раствор глюкозы и смесь нагреть на пламени спиртовки, то на стенках пробирки можно увидеть серебро. Таким образом, глюкоза даёт качественную реакцию на альдегиды – реакцию «серебряного зеркала».

Глюкоза является основным источником энергии в клетке, поэтому её широко используют в лечебных целях. Глюкоза является основным веществом при получении спирта, молочной кислоты, уксусной кислоты, лимонной и аскорбиновой кислоты, витаминов. Её применяют в качестве заменителя тростникового сахара. Для этих целей используют патоку – сиропообразную массу, получаемую при гидролизе крахмала. Глюкозу используют при получении карамели, мармелада, помадки. Её используют при изготовлении  зеркал и ёлочных украшений (серебрение).

Другим моносахаридом является фруктоза – С₆Н₁₂О₆. Она содержится во многих фруктах, поэтому её называют фруктовым сахаром. В пчелином мёде её содержание достигает пятидесяти процентов. Фруктоза гораздо слаще глюкозы. В сладких яблоках, грушах, и арбузах фруктозы содержится в два раза больше, чем глюкозы.

К дисахаридам относится сахароза – С₁₂Н₂₂О₁₁.   Дисахариды гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов. При её гидролизе образуется глюкоза и фруктоза.

Сахароза – бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления от 160 до 185 ⁰С, хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус. Расплавленная сахароза при застывании превращается в смесь аморфных веществ – карамель, а при вливании на вращающийся холодный барабан превращается в сахарную вату.

Под действием концентрированной серной кислоты сахароза способна отщеплять воду с образованием продуктов чёрного цвета, имеющих сложное циклическое строение.

В природе сахароза находится в соке растений: в свёкле (20%), в сахарном тростнике (25%). Сахароза представляет собой кристаллическое вещество, растворимое в воде, имеет сладкий вкус.

Сахарозу получают из сахарной свёклы. Для этого свёклу измельчают, обрабатывают горячей водой, а затем раствор фильтруют. Сахар переходит в раствор, где ещё содержатся белки, соли, органические кислоты. Для их удаления раствор нагревают с известковым молоком. При этом белковые вещества оседают, органические кислоты выпадают в осадок в виде нерастворимых солей кальция, а сахароза образует растворимую соль кальция. Её отфильтровывают и из отфильтрованного раствора сахар выпаривают до кристаллизации.

Производство сахарозы из сахарной свёклы началось полтора века назад во Франции. С сахарозой человек знаком с незапамятных времён, за много столетий до н.э. Александр Македонский знал, что в Индии растёт тростник, из которого можно получить «мёд» без помощи пчёл.

Жители африканского континента извлекали сахарозу из пальмового сока, а североамериканские индейцы – из кленового.

Сахароза является важным продуктом питания, а также используется для приготовления некоторых лекарственных веществ и сиропов. Смесь глюкозы и фруктозы, получающаяся после кислотного гидролиза сахарозы, называют искусственным мёдом и используют в пищевой промышленности.

Полисахариды гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов. К ним относится крахмал и целлюлоза. Состав полисахаридов – (С₆Н₁₀О₅)_n.

Крахмал, как и глюкоза образуется в результате процесса фотосинтеза. В результате чего из углекислого газа и воды при участии хлорофилла образуется глюкоза и кислород. Крахмал накапливается как резервный питательный материал в зёрнах злаков, клубнях картофеля, семенах. Например, клубни картофеля содержат до 24% крахмала, зёрна пшеницы – до 64%, риса – 75%, кукурузы – 70%.

Крахмал – белый аморфный порошок.

Это полимер, макромолекулы которого имеют линейную и разветвленную форму.

В воде крахмал набухает, а потом образует крахмальный клейстер. Если насыпать в пробирку крахмала, прилить к нему воды и хорошо взболтать, а затем это содержимое влить в стакан с горячей водой, то можно наблюдать образование крахмального клейстера.

Крахмал даёт характерное синее окрашивание с раствором йода. В пробирку нальём немного крахмального клейстера и добавим каплю спиртового раствора йода. При этом мы можем наблюдать появление синей окраски. Попробуем нагреть эту смесь, постепенно, как видите,  синяя окраска исчезает. После чего, если охладить эту смесь, то она опять станет синего цвета.

При гидролизе крахмала образуется глюкоза. В промышлености этим методом получают глюкозу и декстрины, которые применяю в качестве клеев, для производства патоки. Долгое время крахмал был основным сырьём при получении этилового спирта.

Крахмал используется в парфюмерной и текстильной промышленности, в медицине для приготовления присыпок, медицинских паст, при приготовлении таблеток, капсул для лекарств.  

Целлюлоза – другой представитель полисахаридов. Она является основным компонентом оболочек растительных клеток и пидаёт им механическую прочность.

Волокна хлопка содержат 90-95% целлюлозы. Гигроскопичная вата и фильтровальная бумага – это почти чистая целлюлоза. Целлюлоза – полимер с линейными макромолекулами.

Целлюлоза – вещество линейного строения. 

Она представляет собой белое аморфное вещество. Она не растворяется нив воде, ни в обычных органических растворителях. При нагревании целлюлоза обугливается и образует различные смеси органических соединений. При гидролизе целлюлозы образуется глюкоза.

Волокна льна, хлопка, конопли в основном состоят из целлюлозы (до 99%), а вдревесине она составляет около 50% в расчёте на сухое вещество.

Огромное количество целлюлозы расходуется на производство бумаги. При этом получается дополнительный раствор, который содержит сахаристые вещества и который подвергают спиртовому брожению. Таким образом получают технический этиловый спирт.

Из целлюлозы получают коллодий (для заклеивания небольших ран), нитролаки и краски, взрывчатые вещества (нитроцеллюлозу), ацетатный шёлк.

Целлюлозу используют с строительном деле и как топливо (древесина). В виде волокнистых материалов (лён, хлопок, конопля) она идёт на изготовление тканей. Из целлюлозы получают бумагу, картон, вату. Она служит сырьём для получения искусственного шёлка и корма скота, киноплёнки и клея.

В организме человека нет ферментов, способных превратить целлюлозу в глюкозу, поэтому она не усваивается организмом. Такие ферменты присутствуют в пищеварительной системе жвачных животных (коров, лошадей), муравьёв-древоточцев.

Таким образом, углеводы делят на моносахариды, дисахариды и полисахариды. К моносахаридам относят глюкозу и фруктозу. Глюкоза – это альдегидоспирт и она даёт качественные реакции на многоатомные спирты и на альдегиды. Фруктоза также является моносахаридом и имеет такую же молекулярную формулу, как и глюкоза – С₆Н₁₂О₆. Представителем дисахаридов является сахароза, при гидролизе которой образуется глюкоза и фруктоза. Молекулярная формула сахарозы – С₁₂Н₂₂О₁₁. К полисахаридам относятся крахмал и целлюлоза. Крахмал состоит из молекул глюкозы. Качественной реакцией на крахмал является реакция с йодом. Целлюлоза – линейный полисахарид. При гидролизе целлюлозы образуется глюкоза. Углеводы применяют во многих областях народного хозяйства.