Полісахариди
Полісахариди - це природні високомолекулярні вуглеводи, макромолекули яких містять залишки моносахаридів
(від 10 до 5000)
Полісахариди дуже поширені в природі (близько 50% всій маси біосфери). Наприклад, деревина містить від 80 до 90% від сухої маси целюлози, бавовна – трохи менше 100%. Пектини заповнюють міжклітинні проміжки вищих рослин. Альгінові кислоти добувають з морських водоростей й використовують у харчовій промисловості. До резервних полісахаридів належать крохмаль і глікоген. Крохмаль накопичується, головним чином, у насінні, коренях та бульбах рослин, а глікоген – в організмах тварин.
Основні представники полісахаридів - крохмаль і целюлоза – побудовані із залишків одного моносахариду - глюкози. Крохмаль і целюлоза мають однакову молекулярну формулу:
(C6H10O5)n,
проте зовсім різні властивості. Це пояснюється особливостями їх просторової будови.
Крохмаль містить залишки -глюкози, а целюлоза – залишки -глюкозы, які є просторовими ізомерами і відрізняються тільки положенням одної гідроксильної групи (виділена кольором):
З урахуванням просторової будови шестичленного циклу формули цих ізомерів мають вигляд:
Властивості полісахаридів залежать від природи моносахаридів, молекулярної маси й типу глікозидних зв’язків у полісахаридному ланцюгу. Найчастіше моносахаридною ланкою є D-глюкоза, проте зустрічаються й фруктоза, галактоза та їх похідні. Зустрічаються полісахариди, що утворені моносахаридами одного типу – гомополісахариди (гомоглікани), та ті, що утворені різними моносахаридами – гетерополісахариди (гетероглікани). Наприклад, крохмаль є гомополісахаридом через те, що до його складу входить лише D-глюкоза. Гіалуронова кислота – гетерополісахарид, в її складі чергуються D-глюкуронова кислота та N-ацетил-D-глюкозамін. Полісахариди можуть мати ланцюги розгалуженої та лінійної будови, плоскі або скручені до спіралей. Взагалі полісахариди мають типові властивості високомолекулярних сполук (ВМС) з полярними групами. Вони мають гідрофільні властивості: при розчиненні у воді спочатку набухають, а потім частково розчинюються з утворенням в’язких колоїдних розчинів, які здатні до драґлеутворення. З функціональної точки зору полісахариди поділяють на будівельні, резервні та ті, що мають специфічні властивості.
Целюлоза
Целюлоза (клітковина) – дуже поширений рослинний полісахариди. Цей біополімер має велику механічну прочність і виконує роль опірного матеріалу рослин, утворюючи стінки рослинних кліток. Використовується у виробництвві волокон і паперу. У великих кількостях міститься в деревині та бавовні.
Ланцюги целюлози побудовані із залишків -глюкози і мають лінійну будову.
Молекулярна маса целюлозы - від 400 000 до 2 млн.
Нерозчинність целюлозу у воді та інших розчинниках завдає багато труднощів при її переробці, тому похідні целюлози, які здатні розчинятися в звичайних розчинниках, набувають широке застосування. Наприклад, з целюлози спочатку отримують її натрієву сіль змішуючи її з міцним розчином лугу, а потім піддають дії сірковуглецю:
Ксантогенат глюкози, що утворюється, розчинний у воді. Розчин ксантогенату тонкими струмочками пропускають крізь розчин сірчаної кислоти, при цьому відбувається виділення сірковуглецю й утворення целюлози у вигляді довгих ниток, які витягують і висушують. Таким чином добувають віскозу, яка з хімічної точки зору ідентична целюлозі, але має трохи коротші полімерні ланцюги. Якщо зробити з цього плівку, то отримуємо целофан. Ацетилюванням целюлози добувають ацетатний шовк, який разом з віскозним волокном є важливою сировиною для текстильної промисловості. Нітрати целюлози використовують як вибухові речовини (піроксилин) та лаки. Суміш нітрату целюлози з камфорою – це один з найперших пластиків –целулоїд. Метилові та бензилові етери целюлози використовують як загусники в текстильній та харчовій промисловості та як наповнювач до лакофарбних матеріалів. Пластмаси й волокна, що утворюються внаслідок хімічної модифікації целюлози або інших природних сполук, класифікують як штучні волокна, а не як синтетичні високомолекулярні сполуки.