Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач и заданий по органической химии. Учебное пособие
.pdf
7.4. Полисахариды
Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, молекулы
которых содержат от десяти до сотни тысяч моносахаридных остатков, связанных гликозидными связями и образующих линейные или разветвлённые цепи. Наиболее известные полисахариды – крахмал, гликоген, целлюлоза.
Макромолекулы крахмала построены из большого числа
остатков α-глюкозы:
Крахмал состоит из двух фракций амилозы (20-30 %) и
амилопектина (70-80 %).
Молекулы амилозы – очень длинные неразветвленные цепи, состоящие из остатков α-глюкозы, соединенных α-1,4 глико-
зидными связями:
Относительная молекулярная масса молекул амилозы
колеблется от 60 до 500 тысяч. Молекулы амилозы закручены в
спираль (в одном витке содержится 6-7 остатков α-глюкозы) и
поэтому имеют компактное строение.
121
Молекулы амилопектина в отличие от молекул амилозы
сильно разветвлены, так как остатки глюкозы связаны и α-1,4 – и
α-1,6-гликозидными связями (в местах разветвления):
Относительная молекулярная масса амилопектина колеблется от 100 тысяч до 1 миллиона. Молекулы амилопектина также довольно компактны, так как имеют сферическую форму.
Строение гликогена напоминает строение амилопектина,
но это более разветвленный полисахарид:
122
H2O
H2O
H2O
Относительная молекулярная масса гликогена составляет
от 1 до 15 миллионов. Гликоген в отличие от амилопектина имеет
более плотное строение и хорошо растворим в холодной воде.
Целлюлоза – это высокомолекулярный полисахарид, состоя-
щий из остатков β-глюкозы, соединенных β-1,4 гликозидными связями:
Полисахариды не обладают восстановительными свойствами адьдегидов – не восстанавливают гидроксид меди (II), не дают
реакции «серебряного зеркала».
Одним из важнейших свойств полисахаридов является их
способность подвергаться гидролизу. Например, при нагревании
с водой в присутствии кислоты или действии ферментов гидролиз крахмала протекает по следующей схеме: сначала образуются
промежуточные продукты с меньшей молекулярной массой, чем
у крахмала, – полисахариды декстрины, затем – изомер сахарозы
– мальтоза и конечным продуктом гидролиза является глюкоза:
(C6H10O5)n (C6H10O5)x C12H22O10 C6H12O
крахмал декстрины мальтоза глюкоза
6
На реакции гидролиза крахмала, так же как и целлюлозы,
основан промышленный способ получения глюкозы, из которой
получают этиловый спирт методом брожения:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2CO2 ↑.
Являясь многоатомным спиртом, крахмал образует простые
и сложные эфиры. Характерной качественной реакцией на крахмал является его реакция с йодом (йодкрахмальная реакция):
Охлаждение
nI2 + крахмал Соединение темно-синего цвета.
Нагревание
При взаимодействии целлюлозы с концентрированной
азотной кислотой в присутствии концентрированной серной
123
кислоты (как водоотнимающего средства) образуются сложные
эфиры – моно-, ди- и тринитрат целлюлозы:
В результате реакции целлюлозы с уксусной кислотой образуются уксуснокислые эфиры:
[C6H7(OH)3]
[C6H7(OH)3]
+2nCH
n
+3nCH
n
COOH
3
COOH
3
диацетатцеллюлоза
триацетатцеллюлоза
+ 2Н2О
+ 3Н2О
Целлюлоза хорошо горит:
[C6H10O5]n + 6nO2 6nCO2 + 5nH2O.
Контрольные задания
1. Запишите уравнения реакций, протекающих по схеме:
крахмал → глюкоза → этанол → оксид углерода (IV) → крахмал.
2. Приведите уравнения реакций, которые свидетельствуют
о свойствах целлюлозы, как многоатомного спирта.
3. Какую массу глюкозы можно получить из 162 кг крахмала, если массовая доля выхода глюкозы составляет 0,75 от теоретически возможного?
4. Определите массовую долю выхода этанола от теоретически возможного, если при переработке крахмала из одной тонны его получают 200 кг этилового спирта. Каким объемом этилена можно заменить это количество крахмала?
124
Контрольные вопросы
1.С каким процессом связано большое содержание углево-
дов в растениях?
2. Какие вещества относятся к углеводам, и почему им было дано такое название?
3. Как классифицируют углеводы?
4. Конфигурация, какого атома определяет принадлежность
моносахарида к D- и L-ряду?
6. Что такое α- и β-аномеры?
8. Какие моносахариды имеют плоскую пространственную
форму?
9. Какие существуют пространственные конформации моносахаридов?
10. Наличием каких функциональных групп обусловлены
химические свойства моносахаридов?
11. Какие реакции характерны для моносахаридов?
12. С помощью каких реакций можно доказать восстанав-
ливающие свойства глюкозы?
14. Какие известны виды брожения моносахаридов?
15. Что такое дисахариды?
16. Какие типы связей возможны между остатками моноса-
харидов?
17. Что такое восстанавливающие и невосстанавливающие
дисахариды?
18. Какие химические реакции характерны для дилисахаридов?
19. С помощью, каких реакций можно отличить глюкозу
от сахарозы?
20. Что такое полисахариды?
21. Каким опытным путем можно различить глюкозу, саха-
розу и крахмал?
22. В чем заключаются различия в строение амилозы и
амилопектина?
23. Какие химические реакции характерны для полисахаридов?
24. Какие промежуточные и конечные вещества получаются
при гидролизе крахмала и клетчатки?
125
Задачи и упражнения для самостоятельной работы
1. Найдите массу глюконовой кислоты, образовавшейся
при обработке глюкозы массой 160 г бромной водой, если известно, что выход кислоты в реакции равен 85 %.
2. Какая масса молочной кислоты образуется при брожении
300 г глюкозы, содержащей 5 % примесей?
3. Какую массу шестиатомного спирта сорбита можно получить при восстановлении 1 кг глюкозы (массовая доля выхода
продукта реакции 0,8)?
4. Глюкозу массой 18 г подвергли спиртовому брожению,
после чего выделившийся углекислый газ поглотили известковой
водой, содержащей 7,4 г гидроксида кальция. Останется ли
раствор прозрачным?
5. Какая масса глюкозы, содержащей 2 % примесей, была
подвергнута спиртовому брожению, если при этом выделилось
столько же углекислого газа, сколько его образуется при полном
сгорании 18,4 г этанола.
6. Какая масса глюкозы требуется для получения 11,2 дм
этена, полученного в результате двух последовательных процессов (спиртового брожения и дегидратации образовавшегося спирта), если выход этилена составляет 50 % от теоретически возможного?
7. В результате ферментативного брожения 30 г глюкозы
образовалось только вещество А, при взаимодействии которого с
карбонатом натрия выделилось 3,36 дм3газа. Определите вещество А и его выход (в % от теоретического).
8. Определите кислородсодержащее органическое соединение, 18 г которого могут прореагировать с 23,2 г оксида серебра
(аммиачный раствор), а объем кислорода, необходимый для сжигания такого же количества этого вещества, равен объему образующегося при его сгорании оксида углерода (IV ).
9. Сахарозу, извлеченную из 5 г сахарной свеклы, подвергли гидролизу и обработали аммиачным раствором оксида серебра. В результате реакции выделилось 0,63 г металла. Какова массовая доля сахарозы в свекле?
3
126
10. При гидролизе сахарозы получилось 270 г смеси глюкозы и фруктозы. Какая масса сахарозы подверглась гидролизу?
11. Какую массу сахарозы нужно подвергнуть гидролизу, чтобы
из образующейся при этом глюкозы получить 27 г молочной кислоты, если молочнокислое брожение протекает с выходом 50 %?
12. Сколько глюкозы и фруктозы (г) получится при гидролизе сахарозы, если на этот процесс расходуется 252 г воды?
13. Массовая доля крахмала в картофеле составляет 20 %.
Рассчитайте, какую массу глюкозы можно получить из картофеля
массой 1620 кг, если выход продукта реакции составляет 75 % от
теоретического.
14. Кукурузные зерна содержат 70 % крахмала. Какую массу зерен надо взять для получения раствора спирта объемом
135 дм3 с массовой долей спирта 96 % и плотностью 0,8 г/см3, если выход спирта – 7 5 % от теоретического.
15. Из крахмала массой 8,1 г получили глюкозу, выход которой составляет 70 % от теоретически возможного. К глюкозе
добавили аммиачный раствор оксида серебра. Какая масса серебра образовалась?
16. Составьте уравнения реакций, соответствующих цепочке химических превращений:
а) глюкоза → мальтоза → глюкоза → этанол → бромэтан →
→ этаналь → этаноат натрия → этановая кислота → 2-хлорэтановая кислота;
б) сахароза → глюкоза → этанол → этен → уксусная кислота →
→ бензилацетат → ацетат натрия → уксусная кислота → хлоруксусная
кислота → натриевая соль хлоруксусной кислоты;
в) сахароза → фруктоза → углекислый газ → глюкоза →
→ этанол → бутан → уксусная кислота → метан → глюкоза →
→ глюконовая кислота;
г) метан → метаналь → глюкоза → углекислый газ → глюкоза → молочная кислота → этиловый эфир молочной кислоты;
д) карбонат кальция → ацетилен → углекислый газ →
→ глюкоза → целлюлоза.
е) формальдегид → муравьиная кислота → формиат натрия →
→ формальдегид → глюкоза.
127
ГЛАВА 8. АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ
СОЕДИНЕНИЯ
8.1. Амины: предельные алифатические амины; анилин
Амины – органические соединения, являющиеся производными аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены углеводородными радикалами.
По числу замещённых атомов водорода различают соответственно первичные (замещен один атом водорода), вторичные (замещены два атома водорода из трёх) и третичные (замещены три атома водорода из трёх) амины:
первичные вторичные третичные
Четвертичное аммониевое соединение вида [R4N]+Cl-является
органическим аналогом аммониевой соли:
NH
CH2CH
+
4
׀
CH3CH2 – N+ – CH2CH
3
3
׀
ион аммония ион тетраэтиламмония
CH2CH
3
Группа –NH2 называется аминогруппой.
По типу простейших радикалов амины делятся на предель-
ные, непредельные и ароматические:
предельный
амин:
непредельный
амин:
ароматический
амин:
CH3–CH2–NH
этиламин (аминоэтан)
128
2
CH2=CH–CH2–NH
аллиламин (3-аминопропен-1)
2
C6H5–NH
фениламин (анилин)
2
Существуют амины, которые содержат несколько аминогрупп. По числу аминогрупп различают моно-, ди-, три- и полиамины, например, 1,2-диаминоэтан H2N–CH2–CH2–NH2 (этилендиамин). Предельные первичные амины имеют структурную формулу CnH
–NH2(табл. 18).
2n + 1
Гомологический ряд предельных аминов
Таблица 18
Формула амина
CH3–NH
CH3–CH2–NH
CH3–CH2–CH2–NH
CH3–CH2–CH2–CH2–NH
2
2
2
2
CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–NH
международное рациональное
Аминометан Метиламин
1-Аминопропан н-Пропиламин
1-Аминобутан н-Бутиламин
1-Аминопентан н-Амиламин
2
Название амина
Аминоэтан Этиламин
Для аминов характерна структурная изомерия:
- цепи:
CH3–CH2–CH2–CH2–NH
1-аминобутан
CH3–CH–CH2–NH
2
CH
1-амино-2 -метилпропан
׀
3
- положения функциональной группы:
CH3–CH2–CH2–NH
1-аминопропан
2
CH3–CH–CH3.
׀
NH
1-аминопропан
2
Первичные, вторичные и третичные амины изомерны друг
другу:
CH3–CH2–CH2–NH2 CH3–CH2–NH– CH3 CH3–N–CH
׀
CH
пропиламин
(первичный амин)
метилэтиламин
(вторичный амин)
триметиламин
(третичный амин)
2
3
3
129
Взаимодействие аминов с водой приводит к образованию
гидроксидов замещенного аммония:
CH3NH2 + H2O [CH3NH3]OH [CH3NH3]+ + OH –;
гидроксид метиламмония
Взаимодействие аминов, в том числе и анилина, с кислота-
ми сопровождается образованием солей замещенного аммония:
C6H5NH2 + HCl [C6H5NH3]Cl [C6H5NH3]+ + Cl –.
хлорид фениламмония
При взаимодействии анилина с серной кислотой образуется
кислая соль анилина, которая при нагревании перегруппировывается в сульфокислоту:
гидросульфат фенилсульфаминовая сульфаниловая
анилиния кислота кислота
При бромировании в водных растворах анилин образует
2,4,6-триброманилин:
+ 3Br
Br
2
Br
Br
Щелочи, как более сильные основания, вытесняют амины
из солей:
[CH3NH3]Cl + NaOH = CH3NH2↑ + NaCl + H2O.
Амины горят на воздухе:
4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 10H2O + 2N2.
Амины получают следующими способами:
- алкилированием аммиака галогеналканами:
2NH3 + CH3I CH3NH2 + NH4I;
метиламин
CH3NH2 + CH3I + NH3 (CH3)2NH + NH4I;
диметиламин
- алкилированием аммиака спиртами:
130
+ 3HBr
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]