Лабораторна робота № 8

ТЕМА: Властивості поліцукридів

Основні теоретичні відомості

Дицукриди - вуглеводи, молекула яких утворена з двох молекул моноцукридів:

C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ → C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O

Д-глюкоза Д-фруктоза цукроза

Дицукриди (біози) - найпростіші олігоцукриди. Усі дицукриди - кристалічні речовини, добре розчиняються у воді з утворенням справжніх розчинів, солодкі на смак, у розчинах оптично активні.

Розрізняють дицукриди мальтозного (мальтоза, лактоза, целобіоза) типів зв'язку. При мальтозному типі зв'язку молекула дицукриду утворюється через оксигеновий місток від глікозидного гідроксилу одного моноцукриду і звичайного (розміщеного біля четвертого атома карбону) гідроксилу другого моноцукриду.

Усі дицукриди, що побудовані за мальтозним типом зв'язку зберігають глюкозидний (глікозидний) гідроксил, який може при таутомерії перетворюватися на альдегідну групу і вступати у відповідні реакції (відновлювати рідину Фелінга, давати реакцію Троммера, відновлювати срібло у реакції «срібного дзеркала»), і називаються відновними дицукридами.При утворенні дицукридів, що побудовані за трегалдозним типом зв'язку, відщеплення молекули води відбувається за рахунок двох напівацетальних гідроксилів двох молекул моноцукридів. Ці дицукриди відносяться до невідновних, тому що вони не здатні мати карбонільну групу, не приєднують ціанідну кислоту, не утворюють гідразони, не мутаротують.

Поліцукриди (глікани) - вуглеводи, молекули яких містять понад 10 залишків моноцукридів, сполучених між собою глікозидними зв'язками. Вони мають вигляд лінійних і розгалужених ланцюгів. У складі молекул багатьох поліцукридів є й невуглеводні компоненти. Це стало причиною поділу поліцукридів на дві підгрупи — гомополіцукриди і гетерополіцукриди.

Гомополіцукриди - складні вуглеводи, молекули яких побудовані з великої кількості (від 10 до сотень тисяч) залишків одного з моноцукридів - глюкози, фруктози, галактози, монози, ксилози, арабінози.

Серед гомополіцукридів розрізняють енергетичні (крохмаль, інулін, глікоген) і структурні (клітковина, геміцелюлоза) поліцукриди.

Гетерополіцукриди — складні вуглеводи, молекули яких побудовані із залишків моноцукридів ( наприклад, глюкози, і галактози) , їх похідних (глюкозаміну і галактозаміну, глюконової й галактонової кислоти) та невуглеводних сполук (сульфатної, ацетатної кислот, метанолу), їх поділяють на глікозамінглікани (гіалуронова кислота, хондроїтинсульфатна кислота, гепарин, гепарин-сульфат, кератин-сульфат, нейрамінова і сіалова кислоти) і глікополіцукриди (пектинові речовини, агар-агар, гуміарабік).

Хід роботи

ДОСЛІД 1. Гідроліз (інверсія) цукрози.

Обладнання та реактиви: 10% розчин цукрози, 10% розчин сульфатної кислоти, лакмусовий папірець, 10% розчин їдкого натру, реактиви для реакції Троммера, реактиви для реакції Селіванова, пробірки, штативи.

У пробірку наливають 2-5 мл 10% розчину цукрози, добавляють 1 мл 10% розчину сульфатної кислоти. Збовтують і кип'ятять 3-6 хвилин. Добутий розчин інвертного цукру розливають порівну у дві пробірки. У першу пробірку для нейтралізації (контролюють лакмусовим папірцем) добавляють 10% розчин їдкого натру і виконують реакцію Троммера для відкриття глюкози. У другу пробірку вносять такий самий об'єм реактиву Селіванова і відкривають фруктозу. Реактив Селіванова: до 20 мл дистильованої води добавляють 50 мл концентрованої хлоридної кислоти, 0,05г резорцину і суміш перемішують. Об'єм реактиву Селіванова повинен відповідати об'єму досліджуваного розчину. Суміш нагрівають, через кілька хвилин з'являється вишнево-червоне забарвлення.

ХІМІЗМ.

Під час гідролізу у молекулі цукрози розривається оксигеновий місток і утворюються глюкоза і фруктоза.

CH₂OH

________________ _______________ |

H – C O C

| |

H – C – OH HO – C – H

| |

H O – C – H O H – C – OH O + H₂O ^H₂^SO₄ →

| |

H – C – OH H – C

| |

H – C CH₂OH

|

CH₂OH

цукроза

CH₂OH

OH | OH

H – C C

| |

H – C – OH HO – C – H

| |

H O – C – H O H – C – OH O

| |

H – C – OH H – C

| |

H – C CH₂OH

|

CH₂OH

глюкоза фруктоза

(α- Д-глюкопіраноза) (α- Д-фруктопіраноза)

ХІМІЗМ - відкриття фруктози.

Спочатку під дією реактиву Селіванова утворюється фенольна форма фруктози:

C H₂OH – (CHOH)₃ – C – CH₂OH CH₂OH – (CHOH)₃ – C = CH – OH

| | |

O OH

кетонна форма фруктози фенольна форма фруктози

Під час нагрівання фруктози з НСІ (конц.) відбувається дегідратація й утворюється циклічний продукт - оксиметилфурфурол:

CHO

/

CH₂OH – (CHOH)₃ – C = CH – OH H – C = C

| \

OH O

/

H – C = C

\

CH₂OH

фенольна форма фруктози оксиметилфурфурол

Оксиметилфурфурол вступає в реакцію конденсації з резорцином, що призводить до утворення продукту конденсації, забарвленого в інтенсивний вишнево-червоний колір.

ВИСНОВКИ: Інверсія - зміна знака обертання площини поляризації світла у поляриметрії розчину цукрози після її гідролізу. До гідролізу розчин цукрози обертає площину поляризації світла у поляриметрії праворуч на кут + 66,53º. Після гідролізу молекула цукрози розщепляється на дві речовини — α-Д(+) - глюкозу і α-Д(-) - фруктозу. Перша з них є праворучобертальною гексозою (+52,5°), друга — ліворучобертальною (-93°).

ДОСЛІД 2. Реакції крохмалю.

Обладнання та реактиви: крохмаль, етиловий спирт, розчин йоду, розбавлений розчин лугу, розчин сульфату купруму (ІІ), водяна баня, пробірки, штативи.

Біля 1 г крохмалю збовтують у 5-6 мл води, суміш відстоюють 1-2 хвилини, зливають воду і промивають крохмаль ще 2-3 рази новими порціями води. Додавши останню порцію води і збовтавши суміш, виливають суспензію крохмалю у 50 мл води, що нагріта до кипіння у стакані або колбі. Утворюється майже прозорий крохмальний клейстер.

Охолоджують розчин і проводять з ним наступні реакції.

А). До 1-2 мл розчину крохмалю додають краплю розчину йоду. Отриману темно-синю рідину нагрівають. Забарвлення зникає. Але при охолодженні знову з'являється.

Б). Другу пробу розчину крохмалю 1-2 мл змішують з 1 мл спирту і додають йод. З'являється лише слабке бурувате забарвлення.

В). До 1-2 мл крохмального клейстеру додають декілька крапель розбавленого розчину лугу і нагрівають суміш до кипіння, суміш злегка жовтіє або не виявляє змін.

Г). До 1-2 мл крохмального клейстеру додають декілька крапель лугу і 1-2 краплі розчину сульфату купруму (ІІ) і нагрівають суміш на киплячій водяній бані 2-3 хвилини. Розчин залишається майже безбарвним; блакитний осад нерозчинившогося гідроксиду купруму (ІІ), при нагріванні чорніє, червоного або жовтого осаду не утворюється.

ВИСНОВКИ: Крохмаль містить два поліцукриди - амілозу й амілопектин, молекули яких побудовані із залишків дицукриду мальтози. В амілозі залишки мальтози сполучені у вигляді ланцюжка, а в амілопектині вони розташовані більш складно. У холодній воді крохмаль не розчиняється, у гарячій воді утворює колоїдний розчин - клейстер. При дії йоду амілоза забарвлюється у синій колір, а амілопектин - у синьо-фіолетовий. Причиною появи забарвлення вважають утворення молекулярних сполук йоду з амілозою й амілопектином. В амілозі ланцюг циклічних залишків глюкози розташований у просторі спіральне і молекули йоду розміщуються у порожнині циліндру у співвідношенні: одна молекула йоду на один залишок глюкози. Сполука має вигляд С₆H₁₀О₅I₂. У довгих молекулах амілози і амілопектину вільні глюкозидні гідроксильні групи розташовані лише на кінцях ланцюга, тобто їх число у молекулі мале. Тому крохмаль не дає чітких реакцій ні з лугом, ні з солями міді.

ДОСЛІД 3. Ступінчастий гідроліз крохмалю.

Обладнання та реактиви: 1% розчин крохмального клейстеру, концентрована хлоридна кислота, реактиви для реакції Троммера, розчин йоду у йодиді калію, водяна баня, пробірки, штативи.

У пробірку наливають 9 мл 1% розчину крохмального клейстеру і добавляють 1 мл концентрованої хлоридної кислоти. Вміст пробірки перемішують і рівномірно розподіляють у 5 хімічно чистих пробірках. Пробірки нагрівають на киплячій водяній бані, виймаючи їх по одній через 3, 5, 8, 12 і 20 хвилин. Вміст кожної пробірки порівну ділять на дві інші пробірки. У перших п'яти пробірках виконують реакцію Троммера , в інші п'ять пробірок добавляють по кілька крапель йоду в розчині йодиду калію.

ХІМІЗМ.

У процесі гідролізу молекула крохмалю поступово розщеплюється через ряд проміжних продуктів (декстринів, мальтози) до глюкози:

(C₆H₁₀O₅)_n → (C₆H₁₀O₅)_x → y(C₁₂H₂₂O₁₁)_n → z(C₆H₁₂O₆)

крохмал декстрин мальтоза глюкоза

ВИСНОВКИ: Про наявність процесу гідролізу свідчить поява відповідних цукрів. У перших п'яти пробірках виразна реакція Троммера спостерігається у четвертій пробірці, де є мальтоза, і у п'ятій пробірці, де утворилася глюкоза. В інших п'яти пробірках залежно від ступеня гідролізу спостерігається гама забарвлень: у першій пробірці — синьо-фіолетове (містяться амілодекстрини і крохмаль), у другій — червоно-буре (еритродекстрини), у третій — оранжеве (ахро- і мальтозодекстрини), у четвертій - оранжево-жовте (мальтозодекстрини і мальтоза), у п'ятій - жовте і світло-жовте забарвлення (мальтоза і глюкоза).

ДОСЛІД 4. Взаємодія целюлози з лугом.

Обладнання та реактиви: фільтрувальний папір, концентрований розчин лугу, розбавлена хлоридна кислота, пробірки, штативи.

Встановлюють у штативі дві пробірки. Одну заповнюють водою, іншу - концентрованим розчином лугу. З фільтрованого паперу вирізають дві однакові смужки довжиною на 2-3 см більше, ніж висота пробірки, і шириною 1,5-2 см. Одну смужку занурюють у воду, іншу - у розчин лугу на 5-7 хвилин. Готують третю пробірку - з розбавленою хлоридною кислотою.

Вийнявши смужку паперу з води, віджимають її у фільтрованому папері і залишають сохнути. Потім виймають смужку з розчину лугу, занурюють її послідовно у воду, хлоридну кислоту, знову у воду і віджимають. Дають обом смужкам висохнути, після чого порівнюють їх довжину, щільність і характер поверхні.

ВИСНОВКИ: Луг у концентрованому розчині поглинається целюлозою і частково зв'язується нею. При цьому целюлоза набухає, її волокна потовщуються та вкорочуються.