Полисахариды

Полисахариды — высокомолекулярные соединения, состоящие из сотен и даже тысяч остатков моносахаридов. Они не образуют ясно оформленных кристаллов, не растворимы в воде или образуют колло­идные растворы (что объясняется большой молекулярной массой) и не обладают сладким вкусом.

Полисахариды, содержащие остатки моносахаридов одного вида, относят к гомополисахаридам (крахмал, гликоген, целлюлоза), а со­ставленные из различных моносахаридов и их производных, — к гете­рополисахаридам (гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты, гепа­рин).

Опыт 1. Качественные реакции на углеводы

а) Общая реакция на углеводы с α-нафтолом (реакция Молиша)

В пробирку налейте 1 мл воды, внесите на кончике скальпеля по­рошок крахмала (или целлюлозы) и добавьте 1—2 капли раствора α -нафтола. Затем по стенке пробирки осторожно прилейте 1 мл кон­центрированной серной кислоты. На границе двух слоев появляется фиолетовое кольцо.

При взаимодействии с концентрированной серной кислотой угле­воды разлагаются с образованием сложной смеси соединений, содер­жащей фурфурол и его производные, они конденсируются с α -нафтолом с образованием окрашенных продуктов.

б) Реакция с йодом

В пробирку налейте 1 мл 1%-го раствора крахмала и добавьте 1 ка­плю разбавленного водой раствора йода в йодиде калия (растворе Люголя). Появляется интенсивное синее окрашивание. При нагревании этого раствора до кипения синяя окраска исчезает, при охлаждении раствора снова появляется. Гликоген с раствором йода дает красно- бурое окрашивание.

Иодкрахмальная реакция применяется в аналити­ческой химии для открытия как крахмала, так и йода.

в) Реакция высших полисахаридов с реактивом Фелинга

В пробирку с 1 мл 1 %-го крахмального клейстера добавьте по 1 мл растворов Фелинга № 1 и № 2. Нагрейте верхнюю часть раствора до начала кипения.

Изменяется ли окраска раствора? Объясните результат опыта.

Опыт 2. Кислотный гидролиз крахмала

Налейте в пробирку 3 мл 1%-го крахмального клейстера и 3 мл 20%-го раствора серной кислоты. В 7 пробирок налейте по 2 мл воды, содержащей 1—2 капли раствора Люголя, и поставьте их в штатив. В первую пробирку внесите 1—2 капли подготовленного для опыта рас­твора крахмала. Отметьте окраску раствора. Затем поставьте раствор крахмала в кипящую водяную баню и через каждые 20 секунд отби­райте 1—2 капли крахмального раствора и добавляйте их в последую­щие пробирки с разбавленным раствором Люголя. Изменение окраски происходит в следующем порядке: синяя, сине-фиолетовая, красно­фиолетовая, красновато-бурая, оранжевая, оранжево-желтая. желтим (цвет йода).

После того как реакционная смесь перестанет давать окраску с йодом, ее прокипятите еще 2—3 мин., после чего охладите и нейтрали­зуйте 10%-м раствором NaOH, добавляя его по каплям до щелочной реакции среды (по индикаторной бумаге). Затем прилейте по 2 мл рас­творов Фелинга № I и № 2 и нагрейте верхнюю часть пробирки до на­чала кипения. Выпадает красный осадок оксида меди (I): в результате гидролиза образовалась глюкоза, обладающая восстанавливающими свойствами (сравните с результатом опыта 1в). В общем виде процесс гидролиза крахмала можно описать следующим образом:

крахмал → декстрины → мальтоза → глюкоза.

Опыт 3. Растворение целлюлозы в медно-аммиачном растворе

(реактиве Швейцера)

В пробирку налейте 5 мл медно-аммиачного раствора (реактива Швейцера), опустите в него очень маленький кусочек гигроскопиче­ской ваты (целлюлозы) и тщательно перемешайте содержимое пробир­ки до полного растворения ваты. Получается вязкая прозрачная жид­кость ярко-синего цвета. Вылейте ее тонкой струёй в стакан, содержа­щий около 50 мл воды, подкисленной 1 мл концентрированной серной кислоты. Целлюлоза выделяется из раствора в виде хлопьев. Способ­ностью целлюлозы растворяться в реактиве Швейцера пользуются при производстве медно-аммиачного искусственного шелка.

Опыт 4. Реакция целлюлозы со щелочью (общий опыт)

В небольшой стакан налейте 40%-й раствор NaOH и опустите в не­го полоску фильтровальной бумаги. Вторую полоску такого же разме­ра опустите в стакан с водой (контрольный образец). Через 5—7 мин выньте полоски бумаги. Образец, который был в воде, отожмите в фильтровальной бумаге. Второй образец — из щелочи — промойте во­дой (в стакане или фарфоровой чашке), затем 10%-м раствором соля­ной кислоты и снова водой.

Промытую полоску отожмите в фильтро­вальной бумаге. Когда обе бумажные полоски высохнут, сравните их длину и плотность.

При обработке целлюлозы концентрированными растворами щело­чей образуется «щелочная целлюлоза» (алкалилцеллюлоза). В растворе щелочи целлюлоза сильно набухает, ее волокна становятся толще и короче. Обработанная щелочью полоска бумаги или ткани также дела­ется более плотной и короткой по сравнению с контрольной. В тек­стильной промышленности обработку щелочью хлопчатобумажных тканей и ниток проводят с целью их облагораживания (мерсеризация).

Опыт 5. Кислотный гидролиз целлюлозы

Поместите в пробирку маленький кусочек фильтровальной бумаги (0,5x1 см), добавьте 3 капли концентрированной серной кислоты и размешайте стеклянной палочкой до полного растворения клетчатки. Можно слегка подогреть (осторожно), чтобы ускорить растворение. В результате растворения должна получиться слабо окрашенная жид­кость, которая после добавления 10 капель воды становится бесцвет­ной. Поставьте пробирку в кипящую водяную баню. Через 20 мин про­ведите пробу Троммера на глюкозу. Для этого с помощью пипетки по­местите 2 капли гидролизата клетчатки в пробирку и добавьте 8 капель 2N NaOH с расчетом не только нейтрализовать взятую для гидролиза кислоту, но и создать избыток щелочи, необходимой для реакции вос­становления. Прибавьте 1 каплю 0,2N CuSO₄.

Образующийся Cu(OH)₂ растворяется, давая синее окрашивание. Нагрейте верхнюю часть рас­твора до кипения. В нагретой части раствора немедленно выделяется желтый осадок CuОН. Положительная проба Троммера указывает на появление глюкозы в результате гидролиза клетчатки.

Напишите уравнение реакции гидролиза целлюлозы, используя формулы Хеуорса.

Опыт 6. Получение и свойства нитратов целлюлозы (общий опыт - тяга!)

В небольшую колбу налейте 4 мл концентрированной азотной ки­слоты и осторожно при размешивании добавьте 8 мл концентрирован­ной серной кислоты. Разогревшуюся смесь охладите и погрузите в нее небольшой комочек гигроскопической ваты. Реакционную смесь на­гревайте на водяной бане (60—70 °С) периодически перемешивая в те­чение 5 мин. Затем вату выньте и тщательно несколько раз промойте водой в стакане. Избыток воды отожмите в фильтровальной бумаге и высушите вату, разрыхлив ее. В условиях опыта получается преиму­щественно динитрат целлюлозы — коллоксилин.

Напишите уравнение реакции образования динитрата целлюлозы с использованием формул Хеуорса.

Высушенный волокнистый нитрат целлюлозы (светло-желтого цве­та) разделите на две части. Одну часть подожгите в чашке Петри. Ря­дом подожгите кусочек гигроскопической ваты (целлюлозы) и отметь­те разницу в характере горения этих двух образцов.

Вторую часть коллоксилина растворите при помешивании в смеси диэтилового эфира и спирта (3:1). Образуется вязкий раствор — кол­лодий. Часть коллодия вылейте на предметное стекло, после испарения растворителя остается твердая пленка. Внесите ее в пламя спиртовки. Пленка коллодия сгорает медленнее, чем коллоксилиновая вата.

Задание

В трех пробирках находятся крахмал, сахароза и мальтоза. С помо­щью каких качественных реакций можно определить, в какой пробир­ке находится какое вещество?

Напишите уравнения соответствующих реакций.