Repetitor_po_Khimii

Химические свойства крахмала

1. Гидролиз крахмала

Процесс гидролиза идет ступенчато, схематически его можно изобразить так:

Реакцию превращения крахмала в глюкозу при катали-

тическом действии серной кислоты открыл в 1811 г. русский ученый К. Кирхгоф (реакция Кирхгофа).

2. Качественная реакция на крахмал

(С6Н10О5)n + I2 комплексное соединение сине-фиоле- тового цвета.

670

При нагревании окрашивание исчезает (комплекс разрушается), при охлаждении появляется вновь.

3.Большинство глюкозных остатков в молекулах крахмала имеют по 3 свободных гидроксила (у 2, 3 и 6-го атомов углерода), в точках разветвления — у 2-го и 3-го атомов угле-

рода.

Следовательно, для крахмала возможны реакции, характерные для многоатомных спиртов, в частности образование простых и сложных эфиров. Однако эфиры крахмала большого практического значения не имеют.

Качественную реакцию на многоатомные спирты крахмал не дает, так как плохо растворяется в воде.

Применение крахмала

Крахмал применяется в кондитерском производстве (получение глюкозы и патоки), является сырьем для производства этилового, н-бутилового спиртов, ацетона, лимонной кислоты, глицерина и т. д. Он используется в медицине в качестве наполнителей (в мазях и присыпках), как клеящее средство.

Биологическая роль крахмала. Гликоген

Крахмал — один из продуктов фотосинтеза, главное запасное питательное вещество растений. Остатки глюкозы

вмолекулах крахмала соединены достаточно прочно и в то же время под действием ферментов легко могут отщепляться, как только возникает потребность в источнике

энергии.

Гликоген — это эквивалент крахмала, синтезируемый

вживотном организме, т. е. это тоже резервный полисаха-

рид, молекулы которого построены из большого числа остатков α-глюкозы. Содержится гликоген главным образом в печени и мышцах. По своему строению он очень близок амилопектину.

Отличие гликогена от амилопектина:

1.Содержит большее число остатков α-глюкозы, относительная молекулярная масса колеблется от 1 до 15 млн.

671

2.Молекулы гликогена более разветвленные и вследствие этого более плотные.

Гликоген — белый аморфный порошок, хорошо растворяется даже в холодной воде, легко гидролизуется под действием кислот и ферментов, образуя в качестве промежуточных веществ декстрины, мальтозу и при полном гидролизе — глюкозу.

Превращение крахмала в организме человека и животных:

Целлюлоза, или клетчатка

Главная составная часть растительной клетки, синтезируется в растениях (в древесине до 60 % целлюлозы).

Чистая целлюлоза — белое волокнистое вещество, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде.

Молекулы целлюлозы — это длинные цепи, состоящие из остатков β-глюкозы, которые соединяются за счет образования β-1,4-гликозидных связей:

672

(Квадратными скобками выделено структурное звено целлюлозы.)

Различия в строении и свойствах крахмала

ицеллюлозы

1.Содержат остатки разных форм циклической глюкозы: крахмал — остатки α-глюкозы; целлюлоза — остатки β-глюкозы.

2.Содержат разное число структурных звеньев — остатков глюкозы:

крахмал — до нескольких тысяч (Мr — до 1 млн); целлюлоза — до 40 тыс. (Мr — до 20 млн).

3.Между остатками глюкозы образуются различные связи:

вкрахмале — α-1,4- и α-1,6-гликозидные связи;

вцеллюлозе — β-1,4-гликозидные связи.

4.Макромолекулы имеют различную структуру:

крахмал — разветвленные и неразветвленные молекулы, компактно свернутые;

целлюлоза — только неразветвленные молекулы, имеют вид нитей, так как форма остатков β-глюкозы исключает спирализацию.

5.Характер межмолекулярных взаимодействий:

вкрахмале макромолекулы имеют компактную форму, водородные связи между ними почти не образуются;

вцеллюлозе между молекулами нитевидной формы образуются очень прочные водородные связи (в которых участвуют свободные гидроксильные группы), нити объединяются в пучки, пучки — в волокна. Поэтому в воде, спирте, эфире целлюлоза не растворяется и не набухает, как крахмал.

673

6.Крахмал — продукт питания, так как в организмах человека и животных есть ферменты, расщепляющие α-1,4-

и α-1,6-гликозидные связи.

Целлюлоза не является продуктом питания человека и большинства животных, так как в их организмах нет ферментов, расщепляющих более прочные β-1,4-гликозидные связи.

Жвачные животные и кролики способны усваивать целлюлозу при посредстве содержащихся в их организме бактерий.

Химические свойства целлюлозы

1. Гидролиз целлюлозы

При длительном нагревании с минеральными кислотами или под действием ферментов (у жвачных животных) идет ступенчатый гидролиз целлюлозы:

п С6Н12O6

β-Глюкоза

2. Образование сложных эфиров

Каждое структурное звено целлюлозы содержит три свободных гидроксила:

Следовательно, целлюлоза может вступать в реакции, характерные для многоатомных спиртов:

а) взаимодействие с неорганическими кислотами:

674

Врезультате реакции обычно образуется смесь моно-, ди-

итринитратов целлюлозы;

б) взаимодействие с органическими кислотами:

Образуется смесь моно-, ди- и триацетатов целлюлозы.

3. Горение — полное окисление:

t°

(С6Н10О5)n + 6пО2 — 6пСО2 + 5пН2О

Целлюлоза

4. Термическое разложение целлюлозы без доступа воздуха:

Применение целлюлозы

Являясь составной частью древесины, целлюлоза используется в строительном и столярном деле и как топливо (горение идет с выделением энергии); из древесины получают бумагу и картон, этиловый спирт. В виде волокнистых материалов (хлопка, льна, конопли) целлюлоза используется для изготовления тканей, нитей; эфиры целлюлозы идут на изготовление нитролаков, кинопленок, бездымного пороха, пластмасс, медицинского коллодия, искусственного волокна.

675

Вопросы для контроля

1.Что такое углеводы?

2.На какие группы делятся углеводы?

3.Что такое моносахариды?

4.Что такое: а) альдозы; б) кетозы?

5.Как подразделяются моносахариды по числу углеродных атомов?

6.Какой атом углерода называется асимметрическим?

7.Какие моносахариды относятся к D-ряду?

8.Как перейти от моносахарида D-ряда к моносахариду L-ряда?

9.В каких циклических формах могут существовать моносахариды? 10. Какой гидроксил называется полуацетальным (гликозидным) гидро-

ксилом?

11. Как перейти от формулы Фишера к формуле Хеуорса?

12. Что называется таутомерией?

13. Какой атом углерода называется аномерным? 14. Чем отличаются α- и β-аномеры глюкозы?

15. Какие физические свойства имеют моносахариды?

16. Какие реакции характерны для моносахаридов?

17. Что такое олигосахариды?

18. Что такое дисахариды?

19. Что такое восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды? Приведите примеры.

20. Каковы физические свойства дисахаридов?

21. Что такое полисахариды?

22. В чем отличие амилозы от амилопектина по химическому строению? 23. Каковы химические свойства крахмала?

24. Что такое гликоген и какова его роль в животных организмах? 25. В чем отличие целлюлозы от крахмала?

26. Каковы химические свойства целлюлозы? Почему крахмал и целлюлоза не дают качественной реакции на многоатомные спирты?

27. Охарактеризуйте применение и биологическую роль крахмала и целлюлозы.

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1.Чему равно число гидроксильных групп в молекуле: а) глюкозы; б) рибозы; в) сорбита; г) сахарозы?

2.Даны: глицерин, сахароза, этанол, глюкоза, этиленгликоль. Какое из этих соединений при нагревании с гидроксидом меди (II) образует осадок красного цвета? Какие из этих соединений при обычной тем-

пературе растворяют Cu(OH)2 с образованием сине-фиолетового раствора?

676

3.Какие сложные эфиры можно получить из продуктов спиртового, молочнокислого и маслянокислого брожения глюкозы? Напишите уравнения реакций этерификации и назовите сложные эфиры.

4.При спиртовом брожении глюкозы выделилось 5,6 л углекислого газа (н. у.). Чему равна масса глюкозы, подвергшейся брожению?

5.При маслянокислом брожении глюкозы выделилось 11,2 л водорода (н. у.). Какая масса глюкозы подверглась брожению?

6.Как называется вещество X4, которое образуется в результате превра-

Напишите уравнения всех четырех превращений.

7.В результате спиртового брожения глюкозы получен этанол, который окислили до кислоты. При действии избытка гидрокарбоната калия на всю полученную кислоту выделился газ объемом 8,96 л (н. у.). определите массу глюкозы, подвергшуюся брожению.

8.При нагревании раствора глюкозы с голубым осадком гидроксида меди (II) цвет осадка изменился на красный. Составьте уравнение реакции и вычислите массу полученного осадка, если глюкоза взята массой 18 г.

9.Вычислите массу сахарозы, подвергшуюся гидролизу, с учетом того, что из образовавшейся глюкозы получена молочная кислота массой 54 г при массовой доле выхода 60 %.

10.Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно отличить водный раствор глюкозы от раствора сахарозы.

11.Напишите уравнения реакций получения моно- и динитрата, моно- и диацетата целлюлозы.

12.Как получить из крахмала глюконат кальция? Напишите схему реакций.

13.В результате кислотного гидролиза 10 г целлюлозы получили 5,2 г глюкозы. Сколько процентов это составляет от теоретически рассчитанного количества?

14.Определите выход этилового спирта, если известно, что из 1 т карто-

феля, содержащего 20 % крахмала, получено брожением 100 л спирта (ρ = 0,8 г/см ).

15.Рассчитайте, какой объем раствора уксусной кислоты с массовой долей 80 % (ρ = 1,06 г/см3) потребуется для полной этерификации цел-

люлозы массой 1 кг (расчет вести на одно элементарное звено целлюлозы).

16.Какую массу крахмала надо подвергнуть гидролизу, чтобы из полученной глюкозы при молочнокислом брожении образовалась молочная кислота массой 108 г? Выход продуктов гидролиза крахмала равен 80%, продукта брожения глюкозы — 60 %.

677

Тест № 21 по теме: «Жиры. Углеводы»

(Число правильных ответов — 14)

Вариант I

1. Определите, остатки каких ВКК входят в состав следую-

2.Какие вещества можно получить при щелочном гидролизе трипальмитина?

3. Из каких веществ можно получить жидкое мыло?

5. Какие функциональные группы содержит глюкоза?

678

6.Какие вещества получаются в результате реакции «серебряного зеркала» с участием глюкозы?

7.Какие моносахариды образуются в результате гидролиза сахарозы?

8.Какими связями соединены структурные звенья в молекуле целлюлозы?

.А α-1,4-гликозидная связь

.Б β-1,4-гликозидная связь

.В α-1,6-гликозидная связь

.Г β-1,6-гликозидная связь

Вариант II

1. Определите, остатки каких ВКК входят в состав следую-

2.Какие вещества можно получить при кислотном гидролизе олеодистеарина?

3.Какие два вещества из указанных ниже при взаимодействии образуют твердый жир?

679