1.1. Сахароза

Для нормального питания взрослого мужчины, не обремененного большой физической работой, требуется принимать в сутки объем пищи, питательная энергетическая ценность (калорийность) которой составляет примерно 3000 ккал. Этому соответствует прием следующего количества основных питательных веществ (в чистом виде): 100 гбелков (калорийность 1 г - 4,8 ккал, или 20,1 кДж), 100 гжиров (калорийность 9,3 ккал/г) и 400 гуглеводов (калорийность 4 ккал/г).

По калорийности углеводы уступают белкам и жирам, но в суточном рационе человека суммарная калорийность углеводов составляет более половины, а по объему пищи - около двух третей. Именно углеводы являются основным источником энергии для организма человека.

Главный углевод в питании человека - нерастворимый в воде полисахарид крахмал (в хлебном зерне, картофеле и т.п.) - для усвоения в организме должен быть прежде всего разложен на моносахариды и переведен в раствор (это производится ферментами слюны и желудочного сока), на что требуется время. Растворимый же углевод - дисахаридсахароза , или обычный сахар, разлагается на моносахариды (глюкозу и фруктозу) и усваивается значительно быстрее крахмала, поэтому человек так охотно заменяет в своем питании часть крахмала сахаром, имеющим, кроме того, сладкий вкус. Для быстрого восстановления затраченной энергии (при походах, спорте, большой физической работе, для больных и выздоравливающих) сахар как питательное вещество особенно ценен по быстроте и легкости его усваивания.

Благодаря ценным пищевым, вкусовым и физическим свойствам сахароза (сахар) сделалась важнейшим пищевым продуктом первой необходимости.

Быстрая усвояемость сахарозы, однако, не позволяет пользоваться ею как единственным пищевым углеводом. Сравнительно медленно переваривающийся крахмал равномерно снабжает кровь глюкозой. Потребление же сахарозы в значительных дозах перегружает кровь глюкозой, которая в этом случае начинает перерабатываться в жиры, т.е. начинается ожирение организма. Поэтому определено, что лишь до 20 % требуемого количества углеводов может быть потреблена в виде сахара. Таким образом, в сутки допустимо потреблять примерно 80 г сахара во всех его видах (в натуре, в кондитерских изделиях, в напитках и т.п.), что составляет около 30 кг сахара в год.

Обычный сахар, который мы покупаем в магазине, более чем на 99,7 % состоит из сахарозы.

САХАРОЗА принадлежит к большому классу естественных органических веществ, называемых углеводами (соединениями атомов углерода и молекул воды) с общей формулой:C m (H 2 O) n

К этому классу относятся более или менее сладкие на вкус сахара как моносахариды (например, глюкоза и фруктоза), так и олигосахариды (например, сахароза и раффиноза), а также полисахариды (например, целлюлоза и крахмал).

Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) представляет собой дисахарид с общей эмпирической формулойС 12 Н 22 О 11 , состоящий из двух равный частей моносахаридов: d-глюкозы и d-фруктозы . Эти моносахариды соединяются друг с другом глюкозидными группами: глюкоза в a -конфигурации и фруктоза в b -конфигурации. В молекуле сахарозы глюкоза находится в форме пиранозы (кольцо пирана), а фруктоза - в фуранозидной форме (кольцо фурана). Таким образом, сахароза - это a -d-глюкопиранозил- b -d-фруктофуранозид.

Молекулярная масса сахарозы - 342,296. Молекула сахарозы содержит 42,11% углерода, 6,43 % водорода и 51,46 % кислорода.

Сахароза является кристаллическим веществом, молекулярное строение которого имеет закономерную для него специальную решетку.

Нормальный, выращенный в чистом растворе кристалл сахарозы имеет сложную многогранную (15 и более граней) форму.

Известны 15 видов кристаллов сахарозы, часто наблюдаются двойниковые кристаллы, форма кристаллов зависит от условий процесса кристаллизации, примесей в исходном растворе и степени пересыщения сахарозой этого раствора.

Плотность кристаллов сахарозы без включений при 20 о С - 1,5915 г/см 3 , удельный объем - 0,628 см 3 /г.

Кристаллы размером 1,5-2,5 мм относятся к крупной фракции, размером 0,5-1,5 мм - к средней, размером до 0,5 мм - к мелкой.

В 1 г содержится примерно следующее количество кристаллов сахарозы:

Чистые кристаллы сахарозы прозрачны и бесцветны. При раздавливании кристаллы сахарозы дают очень яркие вспышки кристаллолюминисценции. Кристалл сахарозы - изолятор. Объемное термическое расширение сахарозы составляет 0,00011 % на 1°С.

Чистые растворы сахарозы не электропроводны и химически нейтральны, т.е. их рН=7.

В водных растворах сахароза под влиянием кислот, присоединяя воду, расщепляется (процесс инверсии) на свои составные части - глюкозу и фруктозу.

Под действием некоторых ферментов, дрожжей, плесени и бактерий сахароза также разлагается на глюкозу и фруктозу.

Растворимость сахарозы в чистой воде значительна и быстро растет с повышением температуры. В этиловом и метиловом спиртах сахароза практически не растворяется.

Сахароза плавится при температуре 186-188°С, происходит т.н. "кара-мелизация" сахарозы, или образование сложных, окрашенных в бурый цвет горького вкуса веществ.

Химически чистую сахарозу для научных исследований готовят, растворяя в дистиллированной воде лучший рафинированный товарный сахар с последующим осаждением безводным этиловым спиртом, причем этот процесс повторяют несколько раз.

Сахароза представляет собой органическое соединение. Основными источниками сахарозы являются растения хлорофиллоносной группы, сахарный тростник, свекла и маис. Согласно мнению многих ученых содержится сахароза практически во всех растениях и играет чрезвычайно важную роль в жизни каждого человека.

Сахарозу относят к категории дисахаридов. Под воздействием ферментов или же кислот она распадается на фруктозу и глюкозу, составляющей части большинства полисахаридов. Основным и наиболее распространенным источником такого вещества, как сахароза, является непосредственно сахар, который продается практически в любом магазине.

Основные свойства сахарозы

Сахароза представляет собой кристаллическую массу без цвета, которые легко растворяются в воде.

Для того чтобы сахароза начала плавится необходимо наличие температуры как минимум 160 градусов.

Как только расплавленная сахароза застывает, она образует прозрачную массу или же другими словами карамель.

Основные физические и химические свойства сахарозы:

1. Является основным видом дисахарида.
2. Не имеет отношения к альдегидам.
3. Во время нагревания отсутствует эффект «появления зеркала», а также не образуется оксид меди.
4. Если закипятить раствор сахарозы с добавлением нескольких капель хлороводородной или серной кислоты, после этого нейтрализовать ее с помощью щелочи и нагреть раствор, наблюдается появление осадка красного цвета.

Одним из способов использования сахарозы является ее нагревание в комбинации с водой и кислой средой. В условиях наличия фермента инвертазы или как вариант кислот сильного действия наблюдается гидролиз соединении. Результатом является производство инертного сахара. Данный инертный сахар используется в сочетании со многими продуктами питания, производства меда искусственного происхождения, во избежание кристаллизации углеводов, создания карамелизированной патоки и многоатомных спиртов.

Влияние сахарозы на организм

Несмотря на то, что в чистом виде сахароза не усваивается, следует сказать, что она является источником полноценного запаса энергии для организма.

При недостатке этого элемента нормальное эффективное функционирование органов человека обеспечивается.

К примеру, сахароза существенно улучшает защитные функции печени, мозговую деятельность, а также обеспечивает рост защитных свойств организма от проникновения токсических веществ.

Нервные клетки, а также некоторые части мускулатуры также получают часть полезных веществ от сахарозы.

В случае наличия дефицита сахарозы организм человека проявляет следующие недостатки:

• упадок жизненных сил и отсутствие достаточного количества энергии;
• наличие апатии и раздражительности;
• депрессивное состояние.

Кроме этого может наблюдаться головокружение, выпадение волос и нервное истощение.

Избыток сахарозы, также как и ее недостаток, может привести к серьезным последствиям, а именно:

1. появлению ;
2. появлению зуда в области половых органов;
3. возникновению заболевания кандидоза;
4. воспалительным процессам в ротовой полости, в том числе пародонтозу и кариесу;

Помимо этого избыток сахарозы в организме приводит к появлению избыточного веса.

Сахароза и ее вред

Помимо положительных качеств, в некоторых случаях использование сахарозы имеет негативное воздействие на организм.

Когда сахароза разделяется на глюкозу и сахарозу, наблюдается формирование свободных радикалов.

Как правило, они блокируют действие антител, направленных на защиту.

Таким образом, организм становится уязвимым к воздействию внешних факторов.

Негативное воздействие сахарозы на организм наблюдается в:

• Нарушении минерального обмена веществ.
• Нарушении функционирования инсулярного аппарата поджелудочной, вызывая возникновение таких патологий, как диабет, преддиабет и метаболический синдром).Снижении активности функциональности энзимов.
• Уменьшении количества таких полезных веществ, как медь, хром и различные витамины категории группы В. Таким образом, повышается риск возникновения следующих заболеваний: склероз, тромбоз, инфаркт и нарушение функционирования кровеносной системы.
• Нарушении усвоения различных полезных веществ в организме.
• Повышении уровня кислотности в организме.
• Росте риска заболеваний, связанных с язвой.
• Повышении риска возникновения .
• Появлении сонливости и повышения систолического давления.
• В некоторых случаях провоцируется возникновение аллергических реакций.
• Нарушении белковых и, в некоторых случаях, генетических структур.
• Появлении токсикоза в период беременности.

Дополнительно негативное влияние сахарозы проявляется в ухудшении состояния кожных покровов, волос и ногтей.

Сравнение сахарозы и сахара

Если говорить о разнице между этими двумя продуктами, следует сказать, что если сахар является продуктом, полученным в процессе промышленного использования сахарозы, непосредственно сама сахароза является чистым продуктом натурального происхождения. Во многих случаях данные термины считаются синонимами.

Теоретически сахарозу можно использовать в качестве заменителя для сахара. Но следует помнить о том, что усвоение непосредственно сахарозы более продолжительный и сложный процесс. Таким образом, можно сделать вывод, что сахароза не является сахарозаместителем.

Сахарозависимость является серьезной проблемой для многих людей. В связи с этим ученные предусмотрели наличие различных эквивалентов, которые являются относительно безопасными для организма. К примеру, есть такое лекарство, как Фитпарад, который считается одним из наиболее эффективных и безопасных по своему применению препаратов, используемых в качестве сахарозаменителя.

Основными преимуществами использования именно этого препарата являются отсутствие привкуса горечи, наличие сладости, одинаковой по сравнению с сахаром, а также соответствующий вид. Основная польза от использования этого препарата заключается в наличии смеси соответствующих подсластителей, которые имеют натуральное происхождение. Дополнительным плюсом является сохранение естественных свойств, которые не теряются даже в случае наличия термической обработки.

Как видно из определения сахароза – это вещество, которое по сравнению с моносахаридами, имеет две основных составляющих.

Вода и реакция в результате ее соединения с сахарозой не имеют особо положительного воздействия на организм. В качестве лекарства эта комбинация не может использоваться однозначно, при этом основным отличием сахарозы от натурального сахара является более значительная концентрация первого.

Чтобы уменьшить вред сахарозы необходимо:

1. использовать натуральные сладости вместо белого сахара;
2. исключить большое количество глюкозы в качестве принимаемых продуктов питания;
3. следить за содержанием используемых продуктов на наличие белого сахара и крахмальной патоки;
4. использовать в случае необходимости антиоксиданты, которые нейтрализую действие свободных радикалов;
5. своевременно принимать пищу и выпивать достаточное количество воды;

Вопрос 1. Сахароза. Её строение, свойства, получение и применение.

Ответ. Опытным путём доказано, что молекулярная форма сахарозы

– C 12 H 22 O 11 . Молекула содержит гидроксильные группы и состоит из взаимно связанных остатков молекул глюкозы и фруктозы.

Физические свойства

Чистая сахарозы – бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, хорошо растворимое в воде.

Химические свойства:

1. Подвергается гидролизу:

C 12 H 22 O 11 + H2O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

2.Сахароза – невосстанавливающий сахар. Она не даёт реакции «серебряного зеркала», а с гидроксидом меди (II) взаимодействует как многоатомный спирт, не восстанавливая Cu (II) до Cu (I).

Нахождение в природе

Сахарозы входит в состав сока сахарной свеклы (16-20 %) и сахарного тростника (14-26%). В небольших количествах она содержится вместе с глюкозой в плодах и листьях многих зелёных растений.

Получение:

1. Сахарную свекл или сахарный тростник превращают в тонкую стружку и помещают в диффузоры, через которые пропускают горячую воду.

2. Полученный раствор обрабатывают известковым молоком, образуется растворимый сахарат кальция алкоголятов.

3. Для разложения сахарата кальция и нейтрализации избытка гидроксида кальция через раствор пропускают оксид углерода (IV):

C 12 H 22 O 11 CaO 2H 2 + CO 2 = C 12 H 22 O 11 + CaCO 3 + 2H 2 O

4.Полученный после осаждения карбоната кальция раствор фильтруют затем упаривают в вакуумных аппаратах и кристаллики сахара отделяют центрифугированием.

5. Выделенный сахарный песок обычно имеет желтоватый цвет, так как содержит красящие вещества. Для их отделения сахарозу растворяют в воде и пропускают через активированный уголь.

Применение:

Сахароза в основном используется в качестве продукта питания и в кондитерской отрасли промышленности. Путём гидролиза из неё получают искусственный мёд.

Вопрос 2. Особенности размещения электронов в атомах элементов малых и больших периодов. Состояния электронов в атомах.

Ответ. Атом – химически неделимая, электронейтральная частица вещества. Атом состоит из ядра и движущихся по определённым орбиталям вокруг него электронов. Атомная орбиталь – область пространства вокруг ядра, в пределах которой наиболее вероятно нахождение электрона. Орбитали называют также электронными облаками. Каждой орбитали отвечает определённая энергия а также форма и размер электронного облака. Группа орбиталей, для которых значение энергии оказываются близкими, относят к одному энергетическому уровню. На энергетическом уровне не может находится более 2n 2 электронов, где n – номер уровня.

Виды электронных облаков: шаровой формы - s-электроны, одна орбиталь на каждом энергетическом уровне; гантелеобразной формы – p-электроны, три орбитали p x , p y ,p z ; в форме напоминающей две перекрещенные гантеи, - d- электроны, пять орбиталей d xy , d xz , d yz , d 2 z , d 2 x – d 2 y .

Распределение электронов по энергетическим уровням отражает электронная конфигурация элемента.

Правила заполнения электронами энергетических уровней и

подуровней.

1.Заполнение каждого уровня начинается с s- электронов, далее происходит заполнение электронами p-, d- и f- энергетических уровней.

2.Число электронов в атоме равно его порядковому номеру.

3. Число энергетических уровней соответствует номеру периода, в котором находится элемент.

4. максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле

Где n- номер уровня.

5. Общее число электронов на атомных орбиталях одного энергетического уровня.

Например, алюминий, заряд ядра равен +13

Распределение электронов по энергетическим уровням – 2,8,3.

Электронная конфигурация

13 Al:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .

В атомах некоторых элементов наблюдается явление проскока электронов.

Например, у хрома электроны с 4s-подуровня перескакивают на 3d- подуровень:

24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 5 3d 5 4s 1 .

Электрон переходит с 4s- подуровня на 3d, потому что конфигурация 3d 5 и 3d 10 являются более энергетически выгодными. Электрон занимает положение, в котором его энергия минимальная.

Заполнение электронами энергетического f-подуровня происходит у элемента 57La -71 Lu.

Вопрос 3. Распознать вещества KOH,HNO 3 ,K 2 CO 3 .

Ответ: KOH + фенолфталиен → малиновая окраска раствора;

NHO 3 + лакмус → красная окраска раствора,

K 2 CO 3 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + H 2 0 +CO 2

Билет № 20

Вопрос 1. Генетическая связь органических соединений различных классов.

Ответ: Схема цепочки химических превращений:

C 2 H 2 → C 2 H 4 →C 2 H 6 →C 2 H 5 Cl→C 2 H 5 OH→CH 3 CHO→CH 3 COOH

C 6 H 6 C 2 H 5 OH CH 2 =CH-CH=CH 2 CH 3 COOC 2 H 5

C 6 H 5 Cl CH 3 O-C 2 H 5 C 4 H 10

C 2 H 2 + H 2 = C 2 H 4 ,

алкин алкен

C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6 ,

алкен алкан

C 2 H 6 + Cl 2 = C 2 H 5 Cl + HCl,

C 2 H 5 Cl + NaOH = C 2 H 5 OH + NaCl,

хлоралкан спирт

С 2 H 5 OH + 1/2O 2 CH 3 CHO + H 2 O,

спирт альдегид

CH 3 CHO + 2Cu(OH) 2 = CH 3 COOH + 2CuOH + H 2 O,

C 2 H 4 + H 2 O C 2 H 5 OH,

алкен спирт

C 2 H 5 OH + CH 3 OH = CH 3 O-C 2 H 5 + H 2 O,

спирт спирт простой эфир

3С 2 H 2 С 6 Н 6 ,

алкин арен

C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 Cl + HCl,

C 6 H 5 Cl + NaOH = C 6 H 5 OH + NaCl,

C 6 H 5 OH + 3Br 2 = C 6 H 2 Br 3 OH + 3HBr;

2С 2 H 5 OH = CH 2 = CH-CH = CH 2 + 2H 2 O + H 2 ,

спирт диен

CH 2 = CH-CH = CH 2 + 2H 2 = C 4 H 10 .

диен алкан

Алканы- углеводороды с общей формулой С n H 2 n +2 , которые не присоединяют водород и другие элементы.

Алкены- углеводороды с общей формулой С n H 2 n , в молекулах которых между атомами углерода имеется одна двойная связь.

К диеновым углеводородам относят органические соединения с общей формулой С n H 2 n -2 , в молекулах которых имеются две двойные связи.

Углеводороды с общей формулой С n H 2 n -2 , в молекулах которых имеется одна тройная связь, относят к ряду ацетилена и называют алкинами.

Соединения углерода с водородом, в молекулах которых имеется бензольное кольцо, относят к ароматическим углеводородам.

Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами.

К фенолам относят производные ароматических углеводородов, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с бензольным ядром.

Альдегиды- органические вещества, содержащие функциональную группу- СНО (альдегидную группу).

Карбоновые кислоты- это органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом или атомом водорода.

К сложным эфирам относятся органические вещества, которые образуются в реакциях кислот со спиртами и содержат группу атомов С(О)-О-С.

Вопрос 2. Типы кристаллических решеток. Характеристика веществ с различными типами кристаллических решеток.

Ответ. Кристаллическая решетка – пространственное, упорядоченное взаиморасположением частиц вещества, имеющее однозначный, распознаваемый мотив.

В зависимости от вида частиц, расположенных в узлах решетки, различают: ионные (ИКР), атомные (АКР), молекулярные (МКР), металлические (Мет. КР), кристаллические решетки.

МКР – в узлах находится молекула. Примеры: лед, сероводород, аммиак, кислород, азот в твердом состоянии. Силы, действующие между молекулами, сравнительно слабые, поэтому вещества имеют малую твердость, низкие температуры кипения и плавления, плохую растворимость в воде. В обычных условиях это газы или жидкости (азот, пероксид водорода, твердый CO 2). Вещества с МКР относятся к диэлектрикам.

АКР- в узлах атомы. Примеры: бор, углерод (алмаз), кремний, германий. Атомы соединены прочными ковалентными связями, поэтому для веществ характерны высокие температуры кипения и плавления, высокая прочность и твердость. Большинство таких веществ не растворимо в воде.

ИКР – в узлах катионы и анионы. Примеры: NaCl, KF, LiBr. Такой тип решетки имеется у соединений с ионным типом связи (металл-неметалл). Вещества тугоплавкие, малолетучие, сравнительно прочные, хорошие проводники электрического тока, хорошо растворимы в воде.

Мет. КР – решетка веществ, состоящих только из атомов металла. Примеры: Na, K, Al, Zn, Pb и т.д. Агрегатное состояние твердое, нерастворимо в воде. Кроме щелочных и щелочно-земельных металлов, проводники электрического тока, температуры кипения и плавления колеблются от средних до очень высоких.

Вопрос 3. Задача. Для сжигания 70 г серы взяли 30 л кислорода. Определить объем и количество вещества, образовавшегося сернистого газа.

Дано: Найти:

m(S) = 70 г, V(SO 2) = ?

V(O 2) = 30 л. v(SO 2) = ?

Решение:

m=70 г V= 30 л x л

S + O 2 = SO 2 .

v: 1 моль 1 моль 1 моль

M: 32 г/моль -- --

V: -- 22,4 л 22, 4 л

V(O 2) теор. = 70 * 22,4/32 =49 л (O 2 в недостатке, расчет по нему).

Поскольку V(SO 2) = V(O 2), то V(SO 2) = 30 л.

v(SO 2) = 30/22,4 = 1,34 моль.

Ответ. V(SO 2) = 30 л, v = 1,34 моль.

Химические свойства сахарозы

В растворе сахарозы не происходит раскрытие циклов, поэтому она не обладает свойствами альдегидов.

1) Гидролиз (в кислотной среде):

C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 .

сахароза глюкоза фруктоза

2) Являясь многоатомным спиртом, сахароза дает синее окрашивание раствора при реакции с Cu(OH) 2 .

3) Взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием сахарата кальция.

4) Сахароза не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, поэтому ее называют невосстанавливающим дисахаридом.

Полисахариды.

Полисахариды – высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от десяти до сотен тысяч остатков моносахаридов (обычно гексоз), связанных гликозидными связями.

Важнейшие из полисахаридов – это крахмал и целлюлоза (клетчатка). Они построены из остатков глюкозы. Общая формула этих полисахаридов (C 6 H 10 O 5) n . В образовании молекул полисахаридов обычно принимает участие гликозидный (при С 1 -атоме) и спиртовой (при С 4 -атоме) гидроксилы, т.е. образуется (1–4) -гликозидная связь.

С точки зрения общих принципов строения полисахариды можно разделить на две группы, а именно: на гомополисахариды, состоящие из моносахаридных единиц только одного типа, и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев.

С точки зрения функционального назначения полисахариды также могут быть разделены на две группы: структурные и резервные полисахариды. Важными структурными полисахаридами являются целлюлоза и хитин(у растений и животных, а также у грибов, соответственно), а главные резервные полисахариды - гликоген и крахмал (у животных, а также у грибов, и растений соответственно). Здесь будут рассмотрены только гомополисахариды.

Целлюлоза (клетчатка) − наиболее широко распространенный структурный полисахарид растительного мира.

Главная составная часть растительной клетки, синтезируется в растениях (в древесине до 60% целлюлозы). Целлюлоза обладает большой механической прочностью и исполняет роль опорного материала растений. Древесина содержит 50-70% целлюлозы, хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу.

Чистая целлюлоза – белое волокнистое вещество, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде и в других растворителях.

Молекулы целлюлозы имеют линейное строение и большую молекулярную массу, состоят только из неразветвленных молекул в виде нитей, т.к. форма остатков β-глюкозы исключает спирализацию.. Целлюлоза состоит из нитевидных молекул, которые водородными связями гидроксильных групп внутри цепи, а также между соседними цепями собраны в пучки. Именно такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, что делает целлюлозу идеальным материалом для построения клеточных стенок.

Целлюлоза состоит из остатков α,D-глюкопиранозы в их β-пиранозной форме, т. е. в молекуле целлюлозы β-глюкопиранозные мономерные единицы линейно соединены между собой β-1,4-глюкозидными связями:

При частичном гидролизе целлюлозы образуется дисахарид целлобиоза, а при полном гидролизе - D-глюкоза. Молекулярная масса целлюлозы 1 000 000−2 000 000. Клетчатка не переваривается ферментами желудочно-кишечного тракта, так как набор этих ферментов желудочно-кишечного тракта человека не содержит β-глюкозидазу. Вместе с тем известно, что присутствие оптимальных количеств клетчатки в пище способствует формированию кала. При полном исключении клетчатки из пищи нарушается формирование каловых масс.

Крахмал − полимер такого же состава, что и целлюлоза, но с элементарным звеном, представляющим собой остаток α-глюкозы:

Молекулы крахмала свернуты в спираль, большая часть молекул разветвлена. Молекулярная масса крахмала меньше молекулярной массы целлюлозы.

Крахмал – это аморфное вещество, белый порошок, состоящий из мелких зерен, не растворимый в холодной воде, но частично растворимое в горячей.

Крахмал представляет собой смесь двух гомополисахаридов: линейного - амилозы и разветвленного - амилопектина, общая формула которых (С 6 Н 10 O 5) n .

При обработке крахмала теплой водой удается выделить две фракции: фракцию, растворимую в теплой воде и состоящую из полисахарида амилозы, и фракцию, лишь набухающую в теплой воде с образованием клейстера и состоящую из полисахарида амилопектина.

Амилоза имеет линейное строение, α, D- глюкопиранозные остатки связаны (1–4) -гликозидными связями. Элементная ячейка амилозы (и крахмала вообще) представляется следующим образом:

Молекула амилопектина построена подобным образом, однако имеет в цепи разветвления, что создает пространственную структуру. В точках разветвления остатки моносахаридов связаны (1–6) -гликозидными связями. Между точками разветвления располагаются обычно 20-25 глюкозных остатков.

(амилопектин)

Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10-30%, амилопектина - 70-90%. Полисахариды крахмала построены из остатков глюкозы, соединенных в амилозе и в линейных цепях амилопектина α-1,4-глюкозидными связями, а в точках ветвления амилопектина - межцепочечными α-1,6-глюкозидными связями.

В молекуле амилозы связано в среднем около 1000 остатков глюкозы, отдельные линейные участки молекулы амилопектина состоят из 20-30 таких единиц.

В воде амилоза не дает истинного раствора. Цепочка амилозы в воде образует гидратированные мицеллы. В растворе при добавлении йода амилоза окрашивается в синий цвет. Амилопектин также дает мицеллярные растворы, но форма мицелл несколько иная. Полисахарид амилопектин окрашивается йодом в красно-фиолетовый цвет.

Крахмал имеет молекулярную массу 10 6 -10 7 . При частичном кислотном гидролизе крахмала образуются полисахариды меньшей степени полимеризации - декстрины, при полном гидролизе - глюкоза. Крахмал является наиболее важным для человека пищевым углеводом. Крахмал образуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в виде "резервного" углевода в корнях, клубнях и семенах. Например, зерна риса, пшеницы, ржы и других злаков содержат 60-80% крахмала, клубни картофеля – 15-20%. Родственную роль в животном мире выполняет полисахарид гликоген, "запасающийся", в основном, в печени.

Гликоген − главный резервный полисахарид высших животных и человека, построенный из остатков α-D-глюкозы. Эмпирическая формула гликогена, как и крахмала (С 6 Н 10 O 5) n . Гликоген содержится практически во всех органах и тканях животных и человека; наибольшее количество его находится в печени и мышцах. Молекулярная масса гликогена 10 7 -10 9 и выше. Его молекула построена из ветвящихся полиглюкозидных цепей, в которых остатки глюкозы соединены α-1,4-глюкозидными связями. В точках ветвления имеются α-1,6-глюкозидные связи. Гликоген по своему строению близок к амилопектину.

В молекуле гликогена различают внутренние ветви - участки полиглюкозидных цепей между точками ветвления, и наружные ветви - участки от периферической точки ветвления до нередуцирующего конца цепи. При гидролизе гликоген, подобно крахмалу, расщепляется с образованием сначала декстринов, затем мальтозы и, наконец, глюкозы.

Хитин − структурный полисахарид низших растений, в особенности грибов, а также беспозвоночных животных (главным образом членистоногих). Хитин состоит из остатков 2-ацетамидо-2-дезокси-D-глюкозы, связанных между собой β-1,4-глюкозидными связями.

Привычный сладкий сахар, используемый в быту, называется сахарозой. Это олигосахарид, относящийся к группе дисахаридов. Формула сахарозы - C 12 H 22 O 11 .

Строение

В состав молекулы входят остатки двух циклических моносахаридов - α-глюкоза и β-фруктоза. Структурная формула вещества состоит из циклических формул фруктозы и глюкозы, соединённых атомом кислорода. Структурные единицы связаны вместе гликозидной связью, образующейся между двумя гидроксилами.

Рис. 1. Структурная формула.

Молекулы сахарозы образуют молекулярную кристаллическую решетку.

Получение

Сахароза - наиболее распространённый в природе углевод. Соединение входит в состав фруктов, ягод, листьев растений. Большое количество готового вещества содержится в свёкле и сахарном тростнике. Поэтому сахарозу не синтезируют, а выделяют с помощью физического воздействия, вываривания и очищения.

Рис. 2. Сахарный тростник.

Свёклу или сахарный тростник мелко натирают и помещают в большие котлы с горячей водой. Сахароза вымывается, образуя сахарный раствор. В нём присутствуют различные примеси - красящие пигменты, белки, кислоты. Чтобы отделить сахарозу, в раствор добавляют гидроксид кальция Ca(OH) 2 . В результате образуется осадок и сахарат кальция С 12 Н 22 О 11 ·CaO·2Н 2 О, через который пропускают диоксид углерода (углекислый газ). В осадок выпадает карбонат кальция, а оставшийся раствор выпаривают до образования кристалликов сахара.

Физические свойства

Основные физические характеристики вещества:

• молекулярная масса - 342 г/моль;
• плотность - 1,6 г/см 3 ;
• температура плавления - 186°С.

Рис. 3. Кристаллы сахара.

Если расплавленное вещество продолжить нагревать, сахароза начнёт разлагаться с изменением окраски. При застывании расплавленной сахарозы образуется карамель - аморфное прозрачное вещество. В 100 мл воды при нормальных условиях можно растворить 211,5 г сахара, при 0°С - 176 г, при 100°С - 487 г. В 100 мл этанола при нормальных условиях сахар можно растворить только 0,9 г сахара.

Попадая в кишечник животных и человека, сахароза под действием ферментов быстро распадается на моносахариды.

Химические свойства

В отличие от глюкозы сахароза не проявляет свойства альдегида за счёт отсутствия альдегидной группы -CHO. Поэтому качественная реакция «серебряного зеркала» (взаимодействие с аммиачным раствором Ag 2 O) не идёт. При окислении гидроксидом меди (II) образуется не красный оксид меди (I), а ярко-синий раствор.

Основные химические свойства описаны в таблице.

Сахароза не способна окисляться (не является восстановителем в реакциях) и называется невосстанавливающим сахаром.

Применение

Сахар в чистом виде используется в пищевой промышленности для изготовления искусственного мёда, сладостей, кондитерских изделий, алкоголя. Сахарозу используют для получения различных веществ: лимонной кислоты, глицерина, бутанола.

В медицине сахарозу используют для изготовления микстур и порошков, чтобы скрыть неприятный вкус.

Что мы узнали?

Сахароза или сахар - дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Обладает сладким вкусом, легко растворяется в воде. Вещество выделяют из свёклы и сахарного тростника. Сахароза обладает меньшей активностью, чем глюкоза. Подвергается гидролизу, реагирует с гидроксидом меди (II), образуя сахарат меди, не окисляется. Сахар используют в пищевой, химической промышленности, медицине.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 29.