8.2. Полисахариды

Полисахариды представляют собой природные полимеры, которые по структурной формуле являются продуктами поликонденсации моносахаридов.

Наиболее распространены в природе полисахариды крахмал и целлюлоза.

Крахмал образуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в корнях и семенах. Он представляет собой белый порошок, нерастворимый в холодной воде и образующий коллоидный раствор в горячей воде.

Крахмал – это природный полимер, состоящий из остатков α–D–глюкопиранозы. Он существует в двух формах: амилоза и амилопектин. Амилоза растворима в воде и представляет собой линейный полимер, в котором остатки α – D – глюкозы связаны друг с другом через первый и четвертый атомы углерода.

Фрагмент амилозы выглядит следующим образом:

Амилопектин, в отличие от амилозы, не растворим в воде и имеет разветвленное строение. В его молекуле остатки α – D – глюкозы связаны не только 1,4 – связями, но и 1,6 – связями.

При нагревании в кислой среде крахмал гидролизуется с разрывом связей между остатками α – D – глюкозы. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, конечным продуктом гидролиза является α – D – глюкопираноза.

Целлюлоза (клетчатка) – основное вещество растительных клеток. Древесина на 50% состоит из целлюлозы, а хлопок и лён – это практически чистая целлюлоза.

Целлюлоза представляет собой твердое волокнистое вещество, нерастворимое в воде, но растворимое в аммиачном растворе гидроксида меди (II) (реактив Швейцера).

Целлюлоза в отличие от крахмала состоит только из линейных цепей, содержащих остатки β – D – глюкопиранозы, которые связаны через первый и четвертый углеродные атомы. Элементарное звено полимера целлюлозы выглядит следующим образом:

Химические свойства.

Гидролиз целлюлозы происходит при нагревании в кислой среде. Конечным продуктом гидролиза является β – D – глюкопираноза.

Для целлюлозы характерно образование сложных эфиров за счет трёх гидроксильных групп, содержащихся в каждом звене полимера:

1. Образование тринитроцеллюлозы:

2. Образование триацетата целлюлозы:

Триацетат целлюлозы – основа производства ацетатной кинопленки, лаков, промежуточный продукт в производстве ацетатного волокна. Ацетат целлюлозы получают методом частичного гидролиза триацетата целлюлозы.

Из целлюлозы получают вискозу – искусственное волокно:

При растворении ксантогената целлюлозы в разбавленных растворах щелочи образуется вязкая масса (вискоза), которую затем продавливают через фильеры в ванну с подкисленной водой, так получают тонкие шелковистые нити, по своему химическому строению полностью соответствующие строению целлюлозы. Полученное волокно часто называют восстановленной целлюлозой:

9. Арены. Ароматические углеводороды и их производные.

9.1. Бензол и его производные. Строение, изомерия.

Впервые структурную формулу бензола, открытого в 1825 году, наиболее удачно описывающую уже известные свойства бензола, предложил Кекуле в 1865 году.

Кекуле считал, что происходит постоянный переход связи между атомами углерода в бензоле из простой в двойную, что и объясняет инертность бензола в реакциях присоединения и окисления несмотря на его высокую формальную ненасыщенность С₆Н₆, т. е. С_nH_n!

Современная теоретическая химия объясняет строение бензола следующим образом.

Ш есть атомов углерода, находящихся в sp²-гибридизации связаны за счет гибридных sp²-орбиталей между собой, образуя правильный плоский шестиугольник.

Каждый атом углерода связан также с одним атомом водорода. Углы между σ-связями – 120^о.

Негибридизованные р-орбитали каждого атома углерода взаимно перекрываются над и под плоскостью кольца, образуя единую шестиэлектронную, сопряженную систему.

Результатом такого электронного строения является снижение энергии соединения и как следствие – высокая термодинамическая устойчивость, а также устойчивость к действию окислителей при формальной ненасыщенности.

В соответствии с правилом Хюккеля к ароматическим соединениям относятся соединения, имеющие плоское циклическое строение и замкнутую систему сопряжения, число электронов в которой равно 4n+2, где n – натуральный ряд чисел.

В настоящее время графически изображают формулу бензола либо по Кекуле, либо в виде шестиугольника с вписанной окружностью, символизирующей делокализацию электронов.

Атомы водорода в бензоле могут быть замещены на алкильные, алкенильные, алкинильные и т. д. радикалы, а также атомы других элементов и функциональные группы.

Ниже приведены примеры таких соединений, а также названия (номенклатура) этих соединений.

Радикал, образованный в результате отрыва одного атома водорода от молекулы бензола, называется фенил.

Монозамещенные производные бензола не имеют изомеров, т. к. все положения в незамещенном бензоле равноценны.

Гомологи бензола, имеющие два и более заместителей, имеют изомеры, связанные с взаимным положением заместителей.

Верхние названия даны по номенклатуре ИЮПАК. Нижние названия даны по тривиальной номенклатуре.

Название относительного положения заместителей орто (рядом), мета (через один атом), пара (через два атома) сохранилось и широко используется до сих пор. Например,