61

вращающаяся вправо на – 52,5 . Разница между этими величинами и будет углом вращения смеси глюкозы и фруктозы. Изменение угла вращения под влиянием гидролиза называется инверсией (от лат. inversia – перевертывание), а смесь глюкозы и фруктозы, полученную при этом, называют инвертным сахаром или искусственным медом. Натуральный мед – природный инвертный сахар, который образуется в организме пчелы из сахарозы под влиянием фермента инвертазы.

Сахароза играет огромную роль, являясь важным продуктом питания. Лактоза (от лат. lactum – молоко) – белый кристаллический продукт с т.пл.

для - и - форм 202 С (гидрат). Плохо растворим в холодной воде. Важнейшее питательное вещество, содержащееся в молоке. При гидролизе лактоза распадается на -D-глюкозу и -D- галактозу. В молекуле лактозы присутствует полуацетальный гидроксил (в остатке глюкозы), поэтому лактоза существует в двух таутомерных формах, одна из которых – альдегидная:

Таким образом, лактоза – восстанавливающий дисахарид. Связь между остатками моносахаридов в лактозе -(1,4 )-гликозид-гликозного типа. Лактоза менее сладка, чем сахароза.

Мальтоза (от лат. maltum – солод) в свободном виде не встречается. Для кристаллогидрата -формы т.пл. 108 С. Хорошо растворима в воде. Мальтоза – продукт неполного гидролиза крахмала, происходящего под влиянием ферментов, содержащихся в солоде (проросших зернах ячменя). При гидролизе мальтоза распадается на две молекулы -D-глюкозы. Мальтоза существует в двух таутомерных формах, так как при её образовании один из полуацетальных гидроксилов сохранился. Поэтому мальтоза – восстанавливающий дисахарид. Остатки двух циклических форм -D- глюкозы связаны между собой -(1,4 )- гликозид-гликозной связью:

62

Мальтоза уступает по сладости сахарозе в 0,6 раза.

Целлобиоза – промежуточный продукт гидролиза целлюлозы. Относится к восстанавливающим дисахаридам, так как может существовать в двух таутомерных формах. Основное отличие от мальтозы – наличие -(1,4 ) глюкозид-гликозной связи между остатками глюкозы. Целлобиоза – кристаллическое вещество с т.пл. 225 С (для -формы):

3.7. Высокомолекулярные (несахароподобные) полисахариды Высшие (несахароподобные) полисахариды – природные

высокомолекулярные вещества, представляющие собой продукты конденсации большого числа молекул моносахаридов. Общая формула полисахаридов (С6Н10О5)n.

Несахароподобные полисахариды построены подобно дисахаридам. Входящие в их состав остатки моносахаридов циклической формы соединены друг с другом гликозид-гликозидными связями (кислородными мостиками), в образовании которой принимают участие полуацетальный гидроксил второй молекулы.

Основными представителями несахароподобных полисахаридов, состоящих из остатков глюкозы, являются крахмал и целлюлоза.

63

3.8. Крахмал

Крахмал (лат. amylum) – самый распространённый в природе полисахарид, играющий роль резервного вещества многих растений. Он является главным компонентом картофеля, риса, пшеницы и кукурузы. Основное количество крахмала получают из клубней картофеля.

Крахмал представляет собой смесь полисахаридов двух типов – растворимой в воде амилозы (20 – 30 %) и нерастворимого амилопектина (70

– 80 %). Эти полисахариды построены из остатков -D-глюкозы, связанной между собой -(1,4 )-гликозид-гликозидными связями:

При одинаковом химическом составе амилоза и амилопектин различаются пространственным строением. Молекулы амилозы представляют собой длинные линейные цепи, а молекулы амилопектина имеют разветвленное строение. Эти полисахариды различаются и по величине молекулярной массы: у амилозы она достигает 200 000, а у амилопектина – свыше 1 млн. Амилопектин (в отличие от амилозы) при набухании образует клейстер.

Для крахмала имеется очень чувствительная реакция: раствор йода вызывает синее окрашивание. Эту реакцию даёт амилоза.

Крахмал является невосстанавливающим углеводом. При гидролизе крахмала (при нагревании в присутствии минеральных кислот или при действии фермента амилазы) образуется различные промежуточные продукты:

Растворимый крахмал – частично гидролизованный полисахарид. Его молекулярная масса несколько меньше, чем обычного крахмала. Растворимый крахмал растворяется в горячей воде, с йодом даёт синее окрашивание.

Декстрины – менее сложные, чем крахмал, полисахариды. Они являются продуктами неполного гидролиза крахмала. В отличие от крахмала декстрины –

64

восстанавливающие сахара. Они хорошо растворяются в холодной воде и с йодом дают окрашивание от фиолетового до жёлтого цвета. Промышленный способ получения декстринов – нагревание крахмала до 180 – 200 С. Например, процесс хлебопечения состоит в превращении нерастворимого крахмала в растворимые и гораздо легче усваиваемые организмом декстрины. Блестящая поверхность накрахмаленного белья после глажения горячим утюгом также объясняется образованием декстринов.

Крахмал – ценный пищевой продукт. Применяется он и в химической промышленности. Например, кислотный гидролиз крахмала (при кипячении) служит промышленным методом получения глюкозы. Крахмал является сырьём для производства этилового и н-бутилового спиртов, ацетона, молочной и лимонной кислот, глицерина и других продуктов. Он используется для склеивания бумаги и картона, производства декстринов и клеев. Ацилированный крахмал применяют для приготовления покрытий и загустителей. Алкильные производные крахмала используют в качестве пластификаторов и клеев.

3.9. Целлюлоза (клетчатка)

Целлюлоза, или клетчатка (от лат. cellula – клетчатка), – главная составная часть оболочек растительных клеток, выполняющая функции конструкционного материала. Целлюлоза в чистом виде обычно не встречается, но волокна хлопчатника (очищенная вата) и фильтровальная бумага могут служить образцом почти чистой целлюлозы (до 96 %).

Для выделения целлюлозы в чистом виде существует несколько способов. Один из них – сульфитный. Он заключается в предварительном измельчении и последующей «варке» древесины при 135 – 145 С под давлением с гидросульфитом кальция Са(HSO3)2. Все вещества, сопутствующие целлюлозе, переходят при этом в раствор, называемый сульфитным щелоком. Из этого раствора чистую целлюлозу отфильтровывают, а затем отбеливают хлорной известью или пероксидом водорода.

Целлюлоза представляет собой полисахарид, который состоит из остатков - D-глюкозы. В отличие от крахмала эти остатки связаны между собой -(1,4 )- гликозид-гликозидными связями. Казалось бы, такое незначительное отличие в строении макромолекулярных цепей целлюлозы и крахмала не должно сильно сказываться на их физических и химических свойствах. Однако это не так. Макромолекулярные цепи целлюлозы в отличие от крахмала имеют только линейное строение:

65

Эти цепи вытянуты и уложены пучками, в которых они удерживаются друг около друга за счёт множественных межмолекулярных водородных связей (между гидроксильными группами). Пучки, сплетаясь, образуют структуры, которые группируются в микроволокна, видимые глазом. В древесине такие структуры окружены лигнином, что увеличивает их прочность. Линейная структура целлюлозы приводит к образованию таких волокнистых материалов, как хлопок, лён, пенька и др.

Молекулярная масса целлюлозы превышает 1 млн.

В отличие от -связи в крахмале -связь не разрушается пищеварительными ферментами человека. Однако некоторые жвачные животные могут использовать целлюлозу в качестве компонента пищи.

Целлюлоза очень устойчива к механическим и химическим воздействиям. Она нерастворима в воде, спирте, эфире, ацетоне и других растворителях. Однако хорошо растворяется в концентрированном растворе хлорида цинка и в реактиве Швейцера (раствор гидроксида меди в концентрированном растворе аммиака).

Целлюлоза не обладает восстанавливающими свойствами и труднее, чем крахмал, подвергается гидролизу. Но при длительном нагревании целлюлозы с минеральными кислотами, например серной, можно получить промежуточные продукты гидролиза, вплоть до D-глюкозы:

Химические свойства целлюлозы определяются в основном присутствием в ней большого количества гидроксильных групп. В каждом остатке глюкозы содержится три гидроксила. В связи с этим для удобства формулу целлюлозы часто записывают так: [С6Н7О2(ОН)3]n.

Несмотря на химическую интерность, целлюлоза под воздействием некоторых химически активных реагентов образует многие производные.

66

Например, при обработке целлюлозы концентрированным раствором щелочи получают щелочную целлюлозу:

[С6Н7О2(ОН)3]n + n NaOH [С6Н7О2(ОН)2ОNa]n + n H2O .

Такая целлюлоза используется в качестве промежуточного продукта для производства ксантогената целлюлозы, который служит для получения

вискозного волокна:

S

nCS2

ксантогенат целлюлозы

Волокно получают продавливанием через фильеру щелочного раствора ксантогената в раствор серной кислоты. При этом целлюлоза регенерируется, и одновременно образуются тонкие нити:

Если вискозу, пластифицированную глицерином, продавливать через узкие прорези в осадительный раствор, то получают тонкий прозрачный лист – целлофан.

Большое значение в промышленности имеют простые и сложные эфиры целлюлозы.

Из простых эфиров целлюлозы особое значение получили метил-, этил- и бутилцеллюлоза. Они образуются при действии галогеналкилов на щелочную целлюлозу. Например:

Алкилированная целлюлоза приобретает некоторую растворимость в воде. Простые эфиры целлюлозы используют в качестве лаков, клеев, пропиточных материалов.

При действии на целлюлозу минеральных или органических кислот образуются сложные эфиры целлюлозы. Так, при взаимодействии целлюлозы со смесью азотной и серной кислот можно получить нитраты целлюлозы:

67

В зависимости от числа гидроксильных групп в глюкозном звене, вступивших в реакцию этерификации, образуются различные эфиры : моно-, ди- и тринитрат целлюлозы. Смесь моно- и динитрата целлюлозы называют коллоксилином, а тринитрат целлюлозы – пироксилином. На основе нитратов целлюлозы (нитроцеллюлозы) получают различные пороха. Наиболее распространены среди них пироксилиновые, применяемые в ствольном оружии. Нитраты целлюлозы служат для синтеза нитролаков, нитрокраски и эмалей. Из нитратов целлюлозы, пластифицированной камфорой, был получен (1869) первый термопласт – целлулоид. Однако в связи с его высокой горючестью использование этого полимера постоянно сокращается.

При взаимодействии целлюлозы с уксусной кислотой (в присутствии серной кислоты) или уксусным ангидридом образуется сложный эфир – ацетат целлюлозы. Наибольшее промышленное значение получил полный эфир целлюлозы – триацетат целлюлозы:

H+

[С6Н7О2(ОН)3]n + 3nCH3COOH [C6H7O2(OCOCH3)3]n + 3nH2O .

Ацетаты целлюлозы используют в производстве ацетатного волокна. Для этого вязкий ацетоновый раствор диацетата целлюлозы продавливают через фильеру и получают пучок тонких волокон, которые после испарения растворителя скручиваются в непрерывную нить.

Ацетаты целлюлозы применяют также для получения пластмасс, негорючей фото- и киноплёнки, специальных лаков.

Следует сказать ещё об одном продукте, который является производным целлюлозы. При этерификации щелочной целлюлозы монохлоруксусной кислотой (или её солью) образуется водорастворимый эфир целлюлозы –

карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ):

68

Являясь поверхностно-активным веществом, КМЦ используют в качестве добавки для повышения моющего действия синтетических моющих средств и как эффективный клеящий материал (особенно для наклейки обоев).

69

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Артеменко А. И. Органическая химия : учеб. пособие / А. И. Артеменко. – 2-е изд., перераб. – М : Высш. школа, 2005. – 605 с.

2.Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия / Н. С. Ахметов. – М. : Высшая школа, 2005. – 743 с.

3.Балезин С. А. Практикум по физической и коллоидной химии. – М. : Просвещение, 1980. – 272 с.

4.Березин Б. Д., Березин Д. Б. Курс современной органической химии : учеб. пособие. – М : Высш. школа, 1999. – 768 с.

5.Васильев В. П. Аналитическая химия : в 2 кн / В. П. Васильев. – М. : Дрофа,

2002. – 652 с.

6.Глинка Н. Л. Общая химия / Н. Л. Глинка. – М. : Интеграл – Пресс, 2002. – 728 с.

7.Гранберг И. И. Органическая химия : учеб. для вузов. – 4-е изд., перераб. и

доп. – М. : Дрофа, 2001. – 672 с.

8.Грачок М. А. Химические основы сырья и товаров : учеб. пособие. – Минск :

БГЭУ, 2003. – 147 с.

9.Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е. Е. Физическая и коллоидная химия. – М. : Высшая школа, 1990. – 488 с.

10.Задания к лабораторным работам по физической и коллоидной химии. – М. : Министерство торговли РСФСР. Заочный институт советской торговли. 1986. – 52 с.

11.Коровин Н. В. Общая химия / Н. В. Коровин. – М. : Высшая школа, 2002. – 558 с.

12.Лебухов В. И. Физико-химические свойства и методы контроля качества потребительских товаров / В. И. Лебухов, А. И. Окара, Л. П. Павлюченкова; под ред. А. И. Окары. – Хабаровск : РИЦ ХГАЭП, 1999. – 252 с.

13.Лебухова Н. В. Программа, методические рекомендации, варианты контрольных работ для студентов очной и заочной формы обучения специальности 061600 «Товароведение и экспертиза товаров».

14.Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии / Ю. Ю. Лурье. – М. :

Химия, 1979. – 480 с.

15.Мушкамбаров Н. Н. Физическая и коллоидная химия. – М. : ГЭОТАР-МЕД,

2001. – 384 с.

16.Некрасов Б. В. Основы общей химии : в 2 кн. / Б. В. Некрасов. – СПб. :

Лань, 2003. – 1344 с.

70

17.Органическая химия : в 2 кн. : учеб. для вузов. Кн. 1 : Основной курс / под ред. Н. А. Тюкавкиной. – М. : Дрофа, 2002. – 640 с.

18.Павлюченкова Л. П. Аналитическая химия : учеб. пособие / под ред. В. Л. Бутуханова. – Хабаровск : РИЦ ХГАЭП, 2003. – 144 с.

19.Практикум по физической и коллоидной химии / под ред. К. И. Евстратовой. – М. : Высшая школа, 1990. – 255 с.

20.Суворов А. В. Общая химия / А. В. Суворов, А. Б. Никольский. – СПб. :

химия, 1994. – 624 с.

21.Харитонов Ю. Я. Аналитическая химия (аналитик) : в 2 кн. / Ю. Я. Харитонов. –

М. : Высшая школа, 2003. – 1174 с.