12.3 Полисахариды

Полисахари́ды – общее название класса сложных высокомолеку-лярных углеводов, молекулыкоторых состоят из десятков, сотен или даже тысяч остатковмоносахаридов.

К этой группе сахаров относятся крахмал и целлюлоза (клетчатка). Оба полисахарида построены из остатков глюкозы: крахмал – из остатков α-D-глюкопиранозы, клетчатка – β-D-глюкопиранозы.

Их общая формула (С₆H₁₀O₅)_n или [ C₆H₇O₂(OH)₃]_n

Крахмал

Крахмал содержится в растениях и является запасным питательным веществом для них. Для человека и животных он также служит важнейшим питательным веществом. Крахмал в виде зёрен откладывается преимущественно в клубнях и зёрнах растений. Например, в основном техническом источнике крахмала – клубнях картофеля – содержится ~ 20 % крахмала. В зёрнах пшеницы его до 70 %.

Крахмал – представляет собой белый нерастворимый в воде порошок. С йодом крахмал даёт синее окрашивание, которое исчезает при нагревании и вновь появляется при охлаждении. Зерно крахмала построено из двух различных веществ: амилозы, которая составляет внутреннюю часть зерна и амилопектина, являющегося оболочкой.

Амилоза построена из нескольких сот остатков α-D-глюкозы, соединённых по 1,4-связям и образующих линейную цепочку. В амилопектине линейные цепи связаны между собой ещё 1,6-связями и образуют высокоразветвлённые молекулы.

Содержание амилозы в крахмале составляет 10…30 %, амилопектина – 70…90 %. Амилопектин с водой даёт клейстер, амилоза – коллоидный раствор.

При гидролизе крахмал постепенно расщепляется на более простые углеводы по схеме: крахмал → растворимый крахмал → декстрины → мальтоза → D-глюкоза.

Крахмал имеет большую пищевую ценность. Из него изготовляют клей, гидролизом получают глюкозу.

Декстрины используются в ситцепечатании, для загустки красок. Блестящая корочка хлеба также состоит из декстринов. Основное значение хлебопечения состоит в превращении нерастворимого крахмала в растворимые и легко усваиваемые организмом декстрины.

Очень близок по строению к крахмалу гликоген или животный крахмал. Это разветвленный полисахарид (C₆H₁₀O₅)_n со связями 1…4 в линейных участках и 1…6 в разветвлениях (аналогично амилопектину крахмала), молекулы которого также построены из остатков α-D-глюкопиранозы. Основной запасной углевод человека и животных. Гликоген является основной формой хранения глюкозы в животных клетках.Гликоген содержится во всех тканях, откладывается в печени и является резервным веществом в организме человека и животных (в растениях такие функции выполняет крахмал).Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы, недостаток энергии.

Целлюлоза (клетчатка)

По общей своей массе целлюлоза на Земле занимает первое место среди всех органических соединений. Этот биополимер обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений, образуя стенку растительных клеток. В большом количестве целлюлоза содержится в тканях древесины (40…55 %), в волокнах льна (60…85 %) и хлопка (95…98 %). Основная составная часть оболочки растительных клеток (отсюда второе название – клетчатка). Образуется в растениях в процессе фотосинтеза.

Молекулы целлюлозы, подобно молекулам амилозы крахмала, имеют линейное строение (степень полимеризации 6…12 тысяч остатков). Целлюлоза не растворяется в воде, эфире и спирте, устойчива к действию разбавленных щелочей, кислот, слабых окислителей. Растворима в реактиве Швейцера (раствор комплексного соединения Cu(NH₃)_n(OH)₂ в концентрированной серной кислоте).

При действии на целлюлозу растворов кислот, она гидролизуется до D-глюкозы.

В промышленных масштабах целлюлозу выделяют в огромных количествах при производстве бумаги. Значительное количество целлюлозы идёт на получение искусственных волокон, пластмасс, порохов.

Важное практическое значение имеют простые и сложные эфиры целлюлозы с органическими и неорганическими кислотами. На каждую элементарную ячейку молекулы клетчатки приходится по три гидроксила, которые и могут вступать в реакцию. Полностью нитрованная клетчатка является взрывчатым веществом – пироксилином, из которого приготовляют бездымный порох.

Менее глубоко нитрованная клетчатка называется коллоксилином. Раствор его в спирте и эфире под названием коллодий применяется в медицине. Коллоксилин идёт на получение нитролаков и эмалей, которые в значительных количествах расходуются на окраску автомобилей. Смесь коллоксилина и камфоры (1:3) называется целлулоидом, из которого изготовляют киноплёнку (горючую), игрушки и другие изделия.

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот образуется триацетилцеллюлоза.

Из триацетилцеллюлозы изготавливают негорючую кинопленку и ацетатный шелк.

Огромное количество целлюлозы идет на изготовление бумаги, искусственных волокон (вискозный шелк). В больших количествах из клетчатки получают глюкозу и этиловый спирт. Сырьём в этом случае служит древесина, а не пищевые продукты, как при производстве этих веществ из крахмала.