24

Тема: ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ

Лабораторная работа № 6

КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА НЕКОТОРЫЕ ПРИРОДНЫЕ ПОЛИМЕРЫ

Цель работы: ознакомиться с качественными реакциями на некоторые наиболее важные природные полимеры.

Теоретическая часть

К важнейшим органическим природным полимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Они лежат в основе жизненных процессов как животных, так и растительных организмов. Белки составляют основную массу тканей животных организмов, тогда как растения (древесина, хлопок, лен, злаки и т.д.) состоят, главным образом, из полисахаридов - целлюлозы, гемицеллюлоз и других.

Белки – это природные полимеры, макромолекулы которых состоят из одной или нескольких полипептидных цепей. Эти цепи построены примерно из 20 типов различных аминокислот и имеют следующую структурную формулу

… – NH – CH – CO – NH – CH – CO – NH – CH – CO – ...

где R, R′, R′′ и т.д. обозначают боковые группы аминокислотных остатков, входящих в состав макромолекулы.

Нуклеиновые кислоты, как и белки, встречаются во всех видах живой материи. Нуклеиновые кислоты представляют собой линейные полимеры – полинуклеотиды, а нуклеотиды – это соединения фосфатов пентозных сахаров и пуриновых или пиримидиновых оснований. В качестве сахаров могут быть D-рибоза или D-дезоксирибоза, в зависимости от чего нуклеиновые кислоты подразделяются на рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК) кислоты. В макромолекулах РНК содержатся основания: аденин, гуанин, урацил и цитозин, а в ДНК – аденин, гуанин, цитозин и тимин.

25

Важнейшие природные полисахариды – целлюлоза и крахмал. Их макромолекулы построены из остатков глюкозы, связанных в целлюлозе β-гликозидными связями, а в крахмале α-гликозидными связями.

Крахмал – главная составная часть картофеля и зерен злаков, основной источник углеводов. В природных продуктах крахмал состоит из двух компонентов: амилозы – линейного полимера с молекулярной массой от 10 до 400 тысяч и амилопектина – разветвленного полимера с более высокой молекулярной массой. Строение основных компонентов крахмала можно представить в следующем виде:

амилоза крахмала

амилопектин крахмала

Целлюлоза – полисахарид регулярного строения, макромолекулы которого состоят из звеньев β-D-глюкопиранозы, соединенных в положении 1-4:

26

Гемицеллюлозы – это нецеллюлозные полисахариды клеточных стенок, условно подразделяемые на пентозаны и гексозаны. В пентозанах главная цепь макромолекул состоит преимущественно из звеньев пентоз, а в гексозанах – из звеньев гексоз.

Лигнин представляет собой комплекс ароматических нерегулярных полимеров, построенных из фенилпропановых звеньев.

Опыт 1. Открытие компонентов крахмала – амилозы и амилопектина

В0,5 мл воды добавляют 0,05 г крахмала, затем раствор перемешивают

иприливают 5 мл воды, нагретой до кипения. Образование геля (клейстера) указывает на наличие амилопектина. Для подтверждения этого к 1 мл охлажденного раствора добавляют одну каплю разбавленного раствора йода. С рас-

твором йода амилопектин дает сине-фиолетовое (красноватое) окрашивание,

которое при нагревании исчезает, но вновь появляется при охлаждении. Амилоза, в отличие от амилопектина, полностью растворяется в горячей воде и не образует геля. С раствором йода амилоза окрашивается в синий цвет.

Запишите структурные формулы амилозы и амилопектина. Укажите их различия в физических свойствах и химическом строении.

Опыт 2. Открытие целлюлозы (клетчатки)

Целлюлоза (клетчатка) представляет собой полисахарид клеточных стенок растений. Она аморфна, нерастворима в воде, обнаруживается реакцией Молиша.

Открытие углеводов реакцией Молиша. В 1 мл воды вносят несколь-

ко крупинок исследуемого вещества (или используют 1 мл исследуемого раствора), перемешивают и затем добавляют 1…2 капли 10 %-ного спиртового раствора α-нафтола. Затем осторожно по стенке наклоненной пробирки приливают концентрированную серную кислоту так, чтобы внизу образовался несмешивающийся сернокислотный слой. При наличии углеводов на границе слоев образуется красно-фиолетовое кольцо.

Реакция очень чувствительна и обусловлена расщеплением молекулы полисахаридов под действием кислоты до фурфурола или оксиметилфурфурола, который образует с α-нафтолом окрашенные продукты конденсации.

27

Целлюлоза не дает реакций на моносахариды, с раствором йода не окрашивается.

Запишите структурную формулу целлюлозы и схему её гидролиза.

Опыт 3. Открытие лигнина

Техническая целлюлоза содержит примесь лигнина – полимера фенольной природы. Лигнин обнаруживают с помощью цветной реакции с анилином. На исследуемый материал наносят каплю 1,5 %-ного раствора анилина в разбавленной соляной кислоте. При наличии лигнина появляется ярко-

желтое окрашивание.

В пробирку поместите одну каплю анилина и соляной кислоты до растворения анилина. В раствор поместите сосновую лучинку, затем полоски газетной и фильтровальной бумаги. Какое различие в окраске наблюдается?

Сделайте вывод о наличии лигнина в том или ином объекте. Чистая целлюлоза не дает окрашивания с анилином.

Опыт 4. Цветные реакции белков (полипептидов)

Биуретовая реакция. К 2 мл раствора белка прибавьте 2 мл раствора щелочи и 2 капли 2 % раствора медного купороса. Нагрейте. В присутствии белка появляется красно-фиолетовое окрашивание. Такое окрашивание дают медные комплексы, образуемые с участием пептидных связей белка. α- аминокислоты могут образовывать в этом случае внутрикомплексные соли меди, окрашенные в синий цвет.

Запишите реакцию образования дипептида, а также реакцию образования медной соли глицина.

Ксантопротеиновая реакция. Этой реакцией обнаруживаются ароматические аминокислоты, входящие в состав белков. В результате нитрования ароматических ядер образуется нитросоединения желтого цвета, окрашивающиеся в щелочной среде в оранжевый цвет. В пробирку внести 2 мл раствора белка и добавить несколько капель концентрированной азотной кислоты. Появляется осадок. При нагревании смеси осадок меняется. После охлаждения в пробирку добавить 1…2 капли раствора гидроксида натрия. Окраска содержимого вновь меняется.

Написать реакцию нитрования ароматической аминокислоты азотной кислотой.