Двухосновные карбоновые кислоты (дикарбоновые)

- это производные предельных углеводородов - алканов, в которых 2 атом водорода (Н) замещены на карбоксильные группы –СООН.

Общая формула: С_nН_2n (СОOH)₂

 

В щавеле, а также в ревене, кисли­це, шпинате содержится щавелевая кислота НООС—СООН. Эта простей­шая двухосновная кислота — про­дукт распада некоторых аминокислот, например глицина. При нарушениях обмена веществ (в частности, при недостатке витамина В₁₂) в организме человека откладывается её малорас­творимая кальциевая соль — оксалат кальция, это и есть так называемое оксалатное отложение солей.

Янтар­ная кислота НООС—СН₂СН₂—СООН впервые была выделена алхимиками. Ещё Агрикола наблюдал при прокали­вании янтаря образование похожего на соль белого налёта янтарной кис­лоты (лат. sal succini volatile — «лету­чая янтарная соль»).

 

Получение:

                   [O]

СН₂ – СН₂  → CООН

ОН ОН       СООН

Щавелевая кислота под действием высоких температур разлагается на муравьиную кислоту и углекислый газ:

 СООН t

            → НСООН + СО₂ ↑

 СООН

Соли щавелевойкислоты называются оксалатами.

ОКСИКИСЛОТЫ - - это производные предельных углеводородов - алканов, в которых кроме карбоксильных групп –СООН содержатся 1 или несколько гидроксильных групп – ОН.

Общая формула: R - (СОOH)_n

                          

                           (OH)n

Представители:

Н₃С – СН – СООН - молочная, 2-оксипропановая, α- оксипропионовая

      ОН

 

яблочная, 2-оксибутандиовая, α-оксибутандиовая кислота

 

СООН

 

СН – ОН - винная, 2,3 – диоксибутановая, α, β – диоксимасляная кмслота

 

СН – ОН

 

СООН

                           

 

                      ОН

    

НООС – СН₂ – С – СН₂ – СООН - лимонная, 3- оксипентантриовая кислота

 

                      СООН

Виды изомерии:

1. изомерия углеродного скелета
2. изомерия положения группы –ОН
3. пространственная (оптическая) изомерия – характерна для ассиметрических кислот:

Простейшим примером может служить молекула молочной (2-гидроксипропановой) кислоты: СН₃СН(ОН)СООН.

D⁺ молочная           L ^- молочная

Оптические изомеры молочной кислоты.

D – от лат. dexter – «правый» L – от лат.   laevus – «левый»

Многие соединения не содержат асимметрических атомов углерода, но обнаруживают тем не менее явле­ние оптической изомерии. Условия для изомерии такого типа возникают в случае, когда вращение фрагментов молекулы относительно друг друга за­труднено.

Изомеры молочной кислоты:

1. не вращаются – молочные продукты, квашенная капуста
2. правое вращение – в мышцах животных и человека
3. левое вращение – при молочнокислом брожении сахаров

 

Рацематы – это изомеры, которые имеют компоненты вращения, но не вращаются, т.к. правостороннее и левостороннее вращение скомпенсированы.

 

Для оксикислот характерны все химические свойства присущие карбоновым кислотам и спиртам.

Специфические свойства оксикарбоновых кислот:

                                            t, мин.к-та

1. Н₃С – СН – СООН →  СН₃СОН + НСООН

          ОН

2. Н₃С – СН – СООН → СН₂=СН – СООН + Н₂О

                                          акриловая

          ОН

 

3. НО- СН₂ – СН₂ – СН₂ –СООН → СН₂ – СН₂ \

       О

                                                         СН₂  - С  /

 

                                                                    О

                                         циклический внутримолекулярный

                                                      сложный эфир (лактон)

 

Отдельные представители:

Яблочная кислота - существует в виде 2 стереоизомеров и рацемата; бесцветные кристаллы, температура плавления D-изомера- 130,8°С, температура плавления L-изомера- 100°С.

Соли и эфиры яблочной кислоты называются малатами.

α-яблочная кислота содержится в кислых плодах (незрелых яблоках, крыжовнике, плодах рябины, в виде кальциевой соли – в табаке).

 

Характерные химические свойства яблочной кислоты:

   100 °С

1. → ангидрид

 

   140-150 °С

2.   →  НООС – С – Н     + Н₂О

                        Н – С – СОН

                   фумаровая к-та

 

   180 °С

3. → фумаровая к-та + малеиновый ангидрид

 

  (Н – С – СООН   - малеиновая к-та)

 

    Н – С – СООН

 

 

   Н₂О₂, КМnО₄

4. →       оксалилуксусная к-та

 

Н₂SО₄

5. → кумалиновая к-та

 

Применение:

1. при производстве вин, фруктовых вод, кондитерских изделий как регулятор кислотности;
2. в медицине: слабительное средство, от хрипоты;
3. входит в состав косметических препаратов.

Винная кислота - в 1769 г. Шееле при действии сер­ной кислотой на винный камень впервые получил винную кислоту НООС—СН(ОН)СН(ОН)—СООН. Впоследствии выяснилось, что вин­ная кислота существует в виде трёх стереоизомеров. Два из них обладают одинаковыми физическими свойст­вами, а их молекулы представляют собой зеркальные отражения друг друга (оптические антиподы, или энантиомеры). Это так называемые D- и L-винные кислоты, а винный ка­мень — соль D-формы.

Интересно, что энантиомерные винные кислоты образуют кристаллы, которые также являются зеркальными отражениями друг друга. Смесь рав­ных количеств D- и L-винных кислот (рацемат) называется виноградной кислотой. А вот третья из винных кислот — мезовинная не относится к числу оптически активных веществ.

 

     СООН                     СООН                 СООН

Н – С – ОН          НО – С – Н                 Н – С – ОН

НО – С – Н                Н – С – ОН              Н – С – ОН

     СООН                    СООН                  СООН

D-винная                       L-винная             мезовинная

Эфиры и соли винной кислоты называются тартратами.

Применение:

1. тартрат аммония- разрыхлитель теста, компонент паст для печатчния по шёлковым и шерстяным тканям;
2. тартрат натрия- эмульгатор в сыроваренной промышленности, в производстве лекарственных средств;
3. гидротартрат натрия – в производстве шипучих напитков

 

Гомологом щавелевой кислоты является адипиновая кислота НООС(СН₂)₄СООН, которая получа­ется окислением некоторых цикличе­ских соединений. Она входит в со­став чистящих средств для удаления ржавчины, а также служит исходным веществом для производства поли­амидных волокон.

 

Высшие кислоты, например стеа­риновая СН₃(СН₂)₁₆СООН и пальми­тиновая СН₃(СН₂)₁₄СООН, впервые выделенная из пальмового масла, представляют собой бесцветные твёр­дые вещества, не растворимые в воде. Долгое время основным их источни­ком были природные жиры, напри­мер свиное сало или говяжий жир. Сейчас эти кислоты получают и син­тетически — каталитическим окисле­нием углеводородов нефти. Прак­тическое значение имеют главным образом натриевые соли этих кислот — стеарат натрия C₁₇H₃₅COONa и пальмитат натрия C₁₅H₃₁COONa: они являются основными компонен­тами мыла.

۩ Интересно знать

Многие карбоновые кислоты — например, яблочная, винная, лимон­ная, хинная — образуются в вакуолях клеток плодов при частичном окис­лении глюкозы и в результате неко­торых других биохимических про­цессов. Плоды цитрусовых богаты лимонной кислотой: в мякоти апель­сина её около 2%, в грейпфруте — до 3%, а в лимоне — 6%. Поэтому неудивительно, что впервые она была выделена Шееле в 1784 г. именно из лимонов. Подобный эксперимент можно проделать и в школьной ла­боратории: нужно лимонный сок об­работать известью, а продукт этой реакции — кальциевую соль отфильт­ровать и разложить серной кислотой. Образующаяся в результате лимонная кислота переходит в раствор, который упаривают до начала кристаллизации.

 

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ

По теме: «УГЛЕВОДЫ»

- это органические соединения, состав которых выражается формулой Сn(H₂O)m (n и m ≥ 4).

Исключение составляет рамноза – С₆Н₁₂О₅ .

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ УГЛЕВОДОВ

Сахароза (тростниковый сахар) была хорошо известна на Древнем Востоке. Её выделяли из сока сахар­ного тростника, который сгущали и с помощью молока осветляли, а за­тем промывали известковой водой или раствором золы. Примеси отде­лялись вместе с образующейся пе­ной. Сахарный сироп заливали в формы, он медленно кристаллизо­вался в них, превращаясь в большие куски сахара — сахарные головы. Родиной сахарного тростника считается Индия (слово «сахар» то­же «родом» из Индии: «сакхара» на языке одного из древних народов полуострова означало сначала про­сто «песок», а затем — «сахарный песок»). Из Индии это растение было вывезено в Египет и Персию; оттуда через Венецию сахар посту­пал в европейские страны. Долгое время он стоил очень дорого и считался роскошью. Поисками бо­лее доступных природных источни­ков сахара занимался немецкий хи­мик Андреас Сигизмунд Маргграф. В трактате, изданном в 1747 г., он описал свои опыты по получению сахара из свёклы. К концу XVIII в. в Германии вывели сорт свёклы с по­вышенным содержанием сахара — сахарную свёклу. В 1796—1802 гг. ученик Маргграфа Франц Карл Ахард (1753—1821) разработал способ выделения сахара из свёклы, положивший начало производству сахара не из привозного тростника, а из местного сырья. Постепенно из дорогого лакомства сахар превра­тился в дешёвый и доступный каж­дому продукт питания.

Фруктоза была впервые выделе­на из «медовой воды» в 1792 г. рус­ским химиком Товием Егоровичем Ловицем, а глюкоза открыта в 1802 г. Химия полисахаридов полу­чила развитие после того, как в 1811 г. русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф впервые осуществил гидролиз крахмала.

 

Классификация:

все известные углеводы можно подразделить на 2 большие группы - простые и сложные.

1. Простые углеводы – моносахариды (монозы) – являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоноспирты). Взависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С₃), тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆) и т.д.

         

Альдозы                                                                                            Кетозы

СН₂ – СН – СОН                                триозы                     СН₂ – С – СН₂

 

ОН ОН                                                                                   ОН   О   ОН

 

СН₂ – СН – СН – СОН                      тетрозы                    СН₂ – СН – С – СН₂

 

ОН ОН ОН                                                                         ОН ОН О ОН 

 

СН₂ – СН – СН – СН – СОН             пентозы                    СН₂ – СН – СН – С – СН₂

 

ОН ОН ОН ОН                                                                ОН ОН ОН О ОН

 

СН₂ – СН – СН – СН – СН – СОН    гексозы                СН₂ – СН – СН – СН – С – СН₂

 

ОН ОН ОН ОН ОН                                                   ОН ОН ОН ОН О ОН

 

Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

2. Сложные углеводы: в зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные – дисахариды, высокомолекулярные – полисахариды. Дисахариды по способности восстанавливать ионы металлов делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на 2 группы: гомополисахариды (построены из моносахаридных остатков одного типа) и гетерополисахариды (построены из остатков разных моносахаридов).

 

МОНОСАХАРИДЫ

Каждая молекула моносахарида со­держит несколько гидроксильных групп и одну карбонильную группу. Большинство моносахаридов — бес­цветные кристаллические вещества, прекрасно растворимые в воде. Глюкоза со­держится в растительных и животных организмах, в особенности велико ее содержание в виноградном со­ке (отсюда и название - виноградный сахар), в меде, а также в спелых фруктах и ягодах. Мно­гие моносахариды очень трудно вы­делить из раствора в виде кристаллов, так как они образуют вязкие раство­ры (сиропы), состоящие из различ­ных изомерных форм.

Самый известный моносахарид — виноградный сахар, или глюкоза (от греч. «гликис» — «сладкий»), С₆Н₁₂О₆. Глюкоза принадлежит к клас­су альдегидоспиртов — соединений, содержащих гидроксильные и альде­гидные группы. В молекуле глюкозы пять гидроксильных групп и одна альдегидная. Формулу глюкозы обычно приво­дят в сокращённом виде:

 

Общая формула: С_nH_2nO_n

Моносахариды существуют не только в виде линейных форм, но и в виде циклических; эти формы способны переходить одна в другую в водных растворах.

Динамическое равновесие между структурными изомерами называется таутомерией.

пиранозная форма     альдегидная форма

по Хеуорсу                    по Фишеру

 

Образование циклических форм моносахаридов происходит в результате реакции внутримолекулярного присоединения гидроксильной группы - ОН к карбонильной –СН₂. Наиболее устойчивыми являются 5- и 6 – членные циклы. 5-членные- фуранозные, 6-членные – пиранозные. Сущность таутомерного перехода альдегидной формы в цикли-ческую заключается в перемещении водородного атома от гидроксила при пятом углеродном атоме к кислороду карбонильной группы. В результате этого углеродный атом С-1 становится асимметрическим, а между атомами С-1 и С-5 устанавливается связь через атом кислорода (отсюда название окисная форма) с образованием шестичленного цикла. Эта связь называется глюкозидной. Вновь возникший асимметрический углеродный атом С-1 может иметь две антиподных конфигурации: в этом различие между α- и β-глюкозой.

Глюкоза (а также любой другой из семи изомерных ей сахаров) может существовать в виде двух оптиче­ских изомеров, молекулы которых являются зеркальным отображени­ем друг друга — D- и L-форм. Интересно, что в природных соеди­нениях обнаружен только D-изомер глюкозы, в отличие от аминокислот, которые встречаются в природе только в L-форме.

 

Фруктоза (фруктовый сахар) изо­мерна глюкозе, но в отличие от неё относится к кетоспиртам — соеди­нениям, содержащим кетоновые и карбонильные группы. Подобно глю­козе, фруктоза легко образует цикли­ческие полуацетали, только состоят они преимущественно из пятичленных циклов:

В щелочной среде её молекулы способны изомеризоваться в глюкозу, поэтому водные растворы фруктозы восстанавливают гидроксид меди (II) и оксид серебра (реакция «серебряного зеркала»).

 

Способы получения глюкозы:

1. В процессе фотосинтеза:

                  hν, хлорофилл

6СО₂ + 6Н₂О →     С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

                                     глюкоза

Источником углеводов в природе служит процесс фотосинтеза —превращение в зеленых листьях растений углекислоты воздуха в углеводы. Энергию для этого процесса дает солнечный свет. Фотосинтез служит единственным источником органических веществ в природе, поскольку животные не способны синтезировать органические вещества из неорганических, они лишь перерабатывают органические вещества,  накопленные растениями. Велика роль продуктов фотосинтеза и в качестве источников энергии в промышленности, поскольку и каменный уголь, и нефть, и газ, и тем более древесина — все это «консервированная солнечная энергия», накоп-
ленная за счет процесса фотосинтеза.

 

2. Частичное окисление спиртов

     СН₂ОН

Н – С – ОН

НО – С – Н          

Н – С – ОН    + [O] 

Н – С – ОН

     СН₂ОН

     

    сорбит                                             глюкоза

 

3. В промышленности глюкоза получают гидролизом крахмала (в присутствий кислот), а также из древе­сины

 

Химические свойства:

Строение глюкозы выведено на основе изучения ее химических свойств. Так глюкоза проявляет свойства присущие:

 

а)    спиртам - образует с металлами алкоголяты (сахараты), сложный уксусный эфир, содержащий 5 кис­лотных остатков (по числу гидроксильных групп). Следовательно, глюкоза - многоатомный спирт;

 

б)    альдегидам - с аммиачным раствором оксида серебра она дает реакцию " серебряного зеркала ". Следо­вательно, глюкоза - альдегидоспирт, ее молекула может иметь строение.

 

Однако не все свойства глюкозы согласуются с ее строением как альдегидоспирта.

1. Реакция, доказывающая, что глюкоза имеет альдегидную группу – реакция «серебряного зеркала»:

                                      О ОН

                                                                 

                      t,NН₄ОН

+ Ag₂О  →                                                                                               + 2 Ag↓

 

                          

                                                            

В результате реакции из глюкозы образуется глюконовая кислота и наблюдаем образование на стенках пробирки серебряного налёта.  

2. Реакция, доказывающая, что глюкоза является многоатомным спиртом:

                                                       

                                          СН₂ОН

    

                                   Н – С – ОН

НО-

+         Сu ↓ → НО – С – Н 

НО-                                                               + Н₂О

                                   Н – С – О  \

   осадок                                      Сu

голубого цвета

                                   Н – С – О ⁄

                                          СН₂ОН

                                             раствор тёмно-синего цвета

   

В щелочной среде соли меди (II) образуют с глюкозой ярко окрашенные комплексы (1). При нагревании эти комплексы разрушаются: глюкоза восстанавливает медь до жёлтого гидроксида меди (I) CuОН, который превра-щается в красный оксид Сu₂О (II).

3. Реакция гидрирования (восстановления):

                                                                                                                                                                _О                                    Н₂  ОН

                               

 

 

                      t,Pt

       +Н₂    →

 

                                                            

 

 

В результате реакции образуется сорбит

 

1. Этерификация:

                                                            СН₂ – О – СО – СН₃

                                                    Н – С – О – СО – СН₃

                          t,H₂SO₄

+ 5 СН₃СООН ↔ СН₃ – СО – О – С – Н   

 

                                                     Н – С – О – СО – СН₃

       

                                                     Н – С – О – СО – СН₃

                                                            СН₂ – О – СО – СН₃

 

В результате реакции образуется пентаацетилглюкоза – сложный эфир глюкозы и уксусной кислоты.

 

5. Брожение:

1) спиртовое брожение:

               f дрожжей

С₆Н₁₂О₆   → 2 С₂Н₅ОН + 2 СО₂ ↑

 

2) молочнокислое брожение:

               f живых клеток

С₆Н₁₂О₆         →   2 СН₃ – СН - СООН

 

                                            ОН

3) маслянокислое брожение:

                f живых клеток

С₆Н₁₂О₆         →     СН₃ – СН₂ – СН₂ – СООН + 2 СО₂ ↑ + 2Н₂ ↑

 

4) лимоннокислое брожение:

                                                         ОН

             f живых клеток

С₆Н₁₂О₆          →   СООН – СН₂ – С – СН₂ – СООН + 2 Н₂О

                                  

                                                         СООН

                                              лимонная кислота

 

Глюкоза широко распространена в природе. Её много в спелых фруктах и ягодах, а также в мёде. В связанном виде она входит в состав дисахарида — сахарозы и полисахаридов — крахмала и целлюлозы.

Глюкоза - ценное питательное вещество. При окислении ее в тканях освобождается энергия, неоходи-мая для нормальной жизнедеятельности.

Глюкоза применяется: в медицине, в кондитерском производстве, в производстве зеркал и игрушек (се­ребрение). Ею пользуется при крашений и аппретировании тканей и кожи.

Фруктоза — самый сладкий из сахаров. Она содержится в мёде (около 40%), нектаре цветов, клеточном со­ке некоторых растений.

 

Другие моносахариды:

Строение гликозида синигрина, содержащегося в семенах горчицы и хрене. Он состоит из фрагмента D-глюкозы и калиевой соли сероорганического соединения, которое придаёт хрену и горчице характерный жгучий вкус.

Ксилоза («древесный сахар») — составная часть
полисахарида ксилана, сопровождающего целлюлозу в соломе,
кукурузных стеблях, хлопке; арабиноза, встречающаяся в расте-
ниях в виде полисахарида арабана, входящего в состав вишневого клея, аравийской камеди (отсюда и название арабиноза); рибоза, имеющая исключительное биологическое значение из-за своей связи с нуклеиновыми кислотами; манноза — составная часть полисахаридов маннанов; галактоза, входящая в состав дисахарида лактозы — молочного сахара, содержащегося в молоке млекопитающих.

 

 

ДИСАХАРИДЫ

- углеводы. которые при гидролизе распадаются на 2 молекулы моносахаридов.

Соединения, построенные из небольшого числа моносахаридов, называют олигосахаридами (от oligos – мало).

Дисахариды  по восстановительной способности делят на:

1. восстанавливающие- способны вступать в реакции окисления (мальтоза, лактоза, целлобиоза);
2. невосстанавливающие- не способны вступать вреакции окисления (сахароза).

Различают два структурных типа дисахаридов, различие между которыми зависит от того, участвуют ли в создании связи оба гликозидных гидроксила или один гликозидный и один спиртовой. В дисахаридах такого типа нет свободных гликозидных гидроксилов. Это значит, что они не способны переходить в таутомерную альдегидную форму, а следовательно, не способны вступать в свойственные этой форме реакции. Не дают дисахариды гликозидно-гликозидного типа, в частности, и столь характерной для моносахаридов реакции серебряного зеркала, не восстанавливают реактива Фелинга..Поэтому дисахариды такого типа обычно называют невосстанавливающами дисахаридами. Такие дисахариды способны вступать лишь в те реакции моносахаридов, которые обусловлены присутствием гидроксильных групп (алкилирование, ацилирование). Пример невосстанавливающего дисахарида — сахароза, состоящая из глюкозы и фруктозы.

Второй тип дисахаридов — это дисахариды гликозидно-гликозного типа, или восстанавливающие дисахариды. К этому типу относятся важнейшие природные продукты — целлобиоза, мальтоза, лактоза. Первые два состоят из молекул глюкозы и отличаются друг от друга лишь тем, что в молекуле целлобиозы имеется связь β-гликозидного типа, а в молекуле мальтозы — связь α-гликозидного типа. В состав дисахарида лактозы входит молекула глюкозы и молекула галактозы.

Практически дисахариды получают из природных источников.

 

Сахароза (свекольный или тростни­ковый сахар) С₁₂Н₂₂О₁₁ представляет собой дисахарид, образованный из остатков a-глюкозы и b-фруктозы (в форме полуацеталей), связанных друг с другом.

Сахароза не восстанав­ливает оксид серебра и гидроксид меди (II). В кислой среде сахароза гидролизуется — разлагается водой на глюкозу и фруктозу. Вот самый простой пример: сладкий чай кажет­ся ещё более сладким, если положить в него ломтик лимона, хотя, конечно, и кислым одновременно. Это проис­ходит благодаря присутствию ли­монной кислоты, которая ускоряет распад сахарозы на глюкозу и фрук­тозу.

При внесении сахарозы в раствор медного купороса в присутствии щёлочи образуется ярко-синий сахарат меди — вещество, в котором ато­мы металла связаны с гидроксильными группами углевода.

Сахар при взаимодействии с серной кислотой легко обуг-ливается. Образующаяся чёрная пена — результат выделения угле-кислого газа.

 

Глюкоза, входящая в состав молекулы сахарозы имеет правостороннее вращение, а фруктоза- левостороннее, но по величине угол вращения фруктозы больше, чем угол вращения глюкозы. Переход от правостороннего вращения в левостороннее носит название инверсии сахарозы.

Промышленный способ получения сахарозы:

сахарную свеклу измельчают и извлекают из неё сахарозу горячей водой в специальных аппаратах – диффузорах. Полученный раствор обрабатывают известью для осаждения примесей, а пропусканием через раствор углекислого газа осаждают в нём гидроксид кальция. Раствор упаривают в вакуумах – аппаратах, получая рафинированный (очищенный) сахар. В зависимости от условий кристаллизации он выделяется в виде мелких кристаллов или больших «сахарных» голов, который затем раскалывают.

 

КАРАМЕЛЬ

Когда сахар нагревают выше температуры плавления (до 190 °С), он час­тично разлагается. При этом выделяется вода и образуется карамель. Это аморфная жёлто-бурая вязкая масса, застывающая при охлаждении. В про­цессе карамелизации часть молекул сахарозы распадается на глюкозу и фруктозу, которые в дальнейшем разлагаются:

Другая часть молекул вступает в реакции конденсации с образованием окрашенных продуктов (например, карамелена С₃₆Н₅₀О₂₅ ярко-коричневого цвета). Иногда эти вещества добавляют в некоторые сорта сахара.

۩ Интересно знать

КТО САМЫЙ СЛАДКИЙ...

Из сладких веществ, несомненно, са­мое известное — обыкновенный пище­вой сахар (сахароза). В наши дни две трети его мирового производства (бо­лее 60 млн. тонн) — это тростниковый сахар, тогда как на долю продукта из сахарной свёклы приходится пример­но 35 млн. тонн. Рафинированная (99,9 %-ная) сахароза — одно из самых многотоннажных чистых орга­нических соединений, выпускаемых промышленностью. А головой урожай сахарного тростника — около 1 млрд. тонн (!) — значительно превышает объём заготовок любой другой сель­скохозяйственной культуры.

Сахарозу используют как стандарт при сравнении различных сладких веществ, которых известно великое множество. Обычно поступают так: го­товят сладкий раствор известной кон­центрации, а затем разбавляют его во­дой до тех пор, пока не перестанет чувствоваться сладковатый привкус. Одного человека для таких испытаний недостаточно — ведь вкусовая чувствительность у разных людей неодина­кова, поэтому определяют усреднён­ные данные, обобщая показатели чле­нов специальной комиссии экспертов. Опытный дегустатор чувствует присут­ствие сахарозы в воде при очень малой концентрации — около 10 ммоль/л, или примерно 0,35 г/л. Интересно, что та­кие сластёны, как пчёлы, в тысячи раз менее чувствительны к сахару, чем че­ловек: они не считают сладким даже раствор, в литре которого 20 г сахара (т. е. двухпроцентный). Этот странный на первый взгляд факт, становится понятным, если учесть, что в цветоч­ном нектаре сахаров куда больше — от 40 до 70 %. И пчела просто не отвле­кается на малопитательные продукты. Фруктоза — самый сладкий из при­родных сахаров, она в 1,7 раза слаще сахарозы, а вот глюкоза, как оказалось, вопреки распространённому мнению, в 1,3 раза менее сладкая, чем обычный сахар. Если же химическим путём за­менить в молекуле сахарозы три гидроксильные группы на атомы хлора, по­лучится вещество, которое слаще сахарозы в 2000 раз! В диетическом питании широ­кое распространение получили сорбит НОСН₂(СНОН)₄СН₂ОН (от лат. Sorbus aucuparia — «рябина») и ксилит НОСН₂(СНОН)₃СН₂ОН (от греч. «ксилон» — «дерево»). Восстановление глю­козы в сорбит осуществляется в про­мышленных масштабах при синтезе витамина С. Сладость сорбита в «саха­розных единицах» равна 0,5, тогда как у ксилита она в 4 раза выше. Ощущение сладкого вкуса от этих веществ сохра­няется дольше, чем от сахарозы, одно­временно они немного «холодят» язык. С химической точки зрения это, собст­венно, и не сахара  вовсе, а многоатом­ные спирты вроде глицерина. Вот почему для усвоения сорбита и ксили­та не требуется инсулин и их могут упо­треблять больные сахарным диабетом, организм которых не способен усваи­вать глюкозу. Применяют их в качестве подсластителей пиши и желающие похудеть: эти вещества малокалорийны.

 

 

Лактоза:

-  молочный сахар, яаляется восстанавливающим, получают из молока: в коровьем молоке содержится 4-5,5% лактозы, в женском- 5,5-8,4%!. Не тсыревает, т.к. отсутствует гигроскопичность. Это свойство имеет большое значение: если нужно приготовить с сахаром какой-либо порошок, содержащий легко гидролизующее лекарство, то берут молочный сахар, иначе легко гидролизующее лекарственное средство быстро разложится.

При гидролизе 1 молекула лактозы распадается на молекулу α-глюкозы и молекулу β-галактозы.

                                  СН₂ОН

Лактоза восстанавливается до лактобионовой кислоты.

 

Мальтоза:

-  солодоый сахар, яаляется восстанавливающим, получают из крахмала под действием солода

(солод - от лат. maltum). В живых организмах образуется благодаря пищеварительным ферментам.

При гидролизе 1 молекула лактозы распадается на 2 молекулы α-глюкозы.

Мальтоза восстанавливается до мальтобионовой кислоты.

 

۩ Интересно знать

КАК СОЗРЕВАЮТ ПЛОДЫ

Хорошо известно, что неспелые ябло­ки, груши, сливы и другие плоды жёст­кие и кислые на вкус. Созревая, они постепенно становятся мягче и слаще. Отчего же это происходит?

Кислый вкус плода объясняется тем, что в его состав входят органиче­ские кислоты — яблочная, винная и ли­монная. По мере созревания концен­трация этих веществ понижается: они расходуются в процессе дыхания рас­тения, окисляясь до углекислого газа и выделяя энергию, необходимую для жизнедеятельности плода. Фрукты ста­новятся слаще и за счёт того, что в них увеличивается содержание глюкозы, образующейся при распаде (гидролизе) крахмала.

В клетках плодов много пектиновых веществ — высокомолекулярных со­единений, построенных из остатков галактуроновой кислоты (производного галактозы) или её эфиров.

По мере созревания (а также при хранении) под действием ферментов связи между отдельными молекулами галактуроновой кислоты разрываются, пектиновые вещества переходят в водорастворимую форму — и плод становится более рыхлым и мягким. Сход­ные процессы протекают и при варке овощей и фруктов.

Пектиновые вещества легко образу­ют студенистые растворы (гели), особен­но при нагревании в присутствии угле­водов, например, когда варят варенье, готовят джем и мармелад. При этом пектиновые вещества из фруктов пере­ходят в раствор, который постепенно загустевает. В получившемся геле моле­кулы пектина образуют пространствен­ную трёхмерную сетку. Её пустоты за­полняет вода с растворёнными в ней веществами (сахарами, минеральными солями). В кондитерской промышленно­сти для производства джемов использу­ют пектины, специально выделенные из лимонных корок или яблок.

У спелого плода и окраска ярче, чем у незрелого. Это связано с тем, что в процессе созревания активность не­которых ферментов, ответственных за синтез красителей (каротинов, антоцианов), повышается.

 

 

ПОЛИСАХАРИДЫ

- сложные углеводы, которые при гидролизе распадаются на большое количество составляющих и х моносахаридов, связанных гликозидными связями:

 

Общая формула:  (С₆Н₁₀О₅ ) n

1. ГОМОПОЛИСАХАРИДЫ:

Крахмал - представляет собой безвкусный, белый порошок не растворимый в холодной воде. В горячей он набухает, образуя вязкий коллоидный раствор — крахмальный клейстер.

Крахмал – это полимер, мономером которого является глюкоза:

 

Крахмал широко распространен в природе. Он является для различных растений запасным питательным материалом и содержится в них в виде крахмальных зерен. В промышленности крахмал получают главным образом из клубней картофеля. Крахмал образуется в растениях из глюкозы. Это как бы энергетиче­ский резерв растений, который легко можно перевести обратно в глю­козу. Он накапливается в семенах зерновых культур и клубнях картофе­ля в виде крупинок размером 2— 180 мкм.

 

По составу это вещество неоднородно - состоит из 2-х фракций:

1) на 20% состоит из амилозы (соединённых в длинную цепь 1000—6000 остатков a-глюкозы). Амилоза не образует клейстер, с йодом даёт слабое фиолетовое окрашивание; является линейным полисахаридом. Внутри спиралевидной молекулы амилозы остаётся свободное пространство, канал диаметром 5 мкм. В этом канале могут располагаться подходящие по размеру молекулы, образуя компдексы особого типа, так называемые соединения включения (например, йод). Таким соединением включения является и синий комплекс амилозы с йодом.

2) на 80% — из амилопектина (разветвлённого полимера, содержа­щего до 6000 остатков a-глюкозы). Молекула амилопектина имеет шарообразную форму.

 

При действии ферментов или нагревании с кислотами (ионы водорода служат катализатором) крахмал, как и все сложные углеводы, подвергается гидролизу. При этом сначала образуется растворимый крах­мал, затем менее сложные вещества – декстрины. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Гид­ролиз крахмала - его важное химическое свойство.

 

 

 

               

 

                                                                      Продукты гидролиза крахмала — циклодекстрины.

 

Крахмал не дает реакции " серебряного зеркала ", однако ее дают продукты его гидролиза.

Подвергая крахмал гидролизу кислотами, получают глюкозу в виде чистого кристаллического препарата или в виде окрашенного некристаллизующегося сиропа. Наибольшее значение крахмал имеет в качестве пищевого продукта, являясь главным источником углеводов в нашем рационе в виде хлеба, картофеля, круп. Кроме того, чистый крахмал применяют в пищевой промышленности для производства кондитерских и кулинарных изделий, колбас. Значительные количества крахмала употребляюься для проклеивания тканей, склеивания бумаги и картона, производства канцелярского декстринового клея. В химических лабораториях крахмал служит индикатором в йодлметрическом методе объёмного количественного анализа. Для этих целей лучше применять очищенную амилозу, её растворы не загустевают, а даваемая с йодом окраска более интенсивна.

 

1.2 Полимер, сходный по строению с крахмалом, но с ещё более разветв­лённой структурой -   гликоген. Он содержится в животных организмах, в частности в печени человека его около 10%. Гликоген хорошо раство­рим в горячей воде и не образует клейстер. При недостатке питания организм начинает использовать гли­коген,  расщепляя его до глюкозы. Гликоген по своему строению сходен с амилопектином. В животном мире роль «запасного углевода» играет гликоген, откладывающийся в основном в печени. При недостатке пищи, поступающей извне, животные мобилизуют свои запасы гликогена. Это происходит под действием особых ферментов – амилаз, гидролизующих крахмал и гликоген.

474

       1.3 целлюлоза:  

Макромолекулы целлюлозы,  или клетчатки (от лат. cellula — «клетка»), состоят из 2000—3000 остатков b-глюкозы, связанных друг с другом в волокна слабыми межмолекуляр­ными взаимодействиями (водород­ными связями).

Целлюлоза — основ­ной компонент стенок растительных клеток. Она содержится в древеси­не, в оболочках некоторых плодов (например, семечек подсолнечника). В чистом виде целлюлоза представля­ет собой белый порошок, не раство­римый в воде и не образующий клейстер. Практически чистую целлюлозу представляют собой хлопковая вата и тополиный пух.

Главная причина отличия целлюлозы от крахмала: целлюлоза- типичный представитель линейных полимеров, гиганская молекула которых имеет форму нити; крахмал – столь же типичный представитель глобулярных полимеров с молекулой, имеющей форму объёмной трёхмерной частицы.

Целлюлоза труднее, чем крахмал, подвержена гидролизу. Его проводят в кислотной среде, при этом сначала образуется дисахарид целлобиоза, а затем глюкоза:

 

 

На основе очищенной целлюлозы изготавливают прозрачную плёнку — целлофан (в отличие от полиэтиле­новой, она не кажется жирной на ощупь и при складывании шуршит), а также искусственное волокно — ви­скозу (от лат. viscosus — «вязкий»).

Целлюлоза нерастворима в воде и в большинстве других органических и неорганических растворителях. Неспособность целлюлозы растворяться в воде- столь хорошо известное из житейсткой практики свойство, что оно не привлекает особого внимания. Междк тем в сущности нерастворимость в оде вещества, содержащего по три гидроксильные группы на каждые 6 атомов углерода, - свойство неожиданное. Обычно полигидроксильные соединения, наоборот, хорошо растворяются в воде. Нарушение этого правила у целлюлозы связано с тем, что её волокна представляют собой как бы «снопы» из расположенных параллельно нитевидных молекул, сязанных множеством водородных связей за счёт взаимодейсвия гидроксильных групп. Внутрь подобного «снопа» растворитель проникнуть не не может, а следовательно, не происходит и отрыва молекул целлюлозы друг от друга, т.е. не происходит растворения.

Растворяет целлюлозу реактив Швейцера – тёмно-синий раствор гидроксида меди в концентрированном водном аммиаке. Сильные кислоты и концентрированный раствор хлорида цинка также растворяют целлюлозу, но при этом наблюдается сильная деструкция – распад, сопровождающийся уменьшением молекулярной массы.