Материал: Ткачёв С.В. Введение в органическую химию

этанола ( = 0,8 г/мл). Вычислите массу этого раствора глюкозы. (Ответ: 1095,6 г)

13.5. ДИСАХАРИДЫ

Дисахариды образуются при отщеплении воды от двух молекул гексоз. Наиболее важными из дисахаридов являются сахароза, мальтоза

илактоза. Все они имеют одну и ту же эмпирическую формулу С12Н22О11

иявляются изомерами.

Сахароза Строение. Молекула сахарозы состоит из остатков глюкозы и фрук-

тозы, соединенных между собой атомом кислорода:

В молекуле сахарозы нет ни альдегидной группы, ни полуацетального гидроксила, но имеются гидроксильные группы.

Получение. Сахароза содержится во многих растениях, но особенно ее много в сахарной свекле и в сахарном тростнике. Из этих растений сахарозу и получают.

Физические свойства. Сахароза — это обычный сахар. Это кристаллическое белое вещество сладкого вкуса, очень хорошо растворяется в воде. Температура плавления сахарозы 160 °С. При охлаждении расплавленной сахарозы она превращается в аморфную прозрачную массукарамель.

Химические свойства. В присутствии разбавленных минеральных кислот и при нагревании происходит гидролиз сахарозы. В результате гидролиза образуются глюкоза и фруктоза.

С12Н22О11 + Н2О С6Н12О6 + С6Н12О6

Сахароза легко взаимодействует с гидроксидами металлов, образуя растворы сахаратов. В отличие от глюкозы сахароза не дает реакции «серебряного зеркала», не восстанавливается другими восстановителями.

Изомеры сахарозы — мальтоза и лактоза. Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы; лактоза — из остатков глюкозы и галактозы.

Применение. Сахароза применяется в основном в пищевой промышленности.

85

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Как отличить растворы глюкозы и сахарозы, находящиеся в разных пробирках?

2.Напишите уравнения реакций, при помощи которых сахарозу можно превратить в этанол.

3.Сколько глюкозы и фруктозы: а) в молях; б) в граммах можно получить при гидролизе 5 моль сахарозы?

ЗАДАЧА

Какая масса сахарозы потребуется для гидролиза, чтобы из образовавшейся глюкозы получить 54 г молочной кислоты при выходе ее 60 %? (Ответ: 171 г)

ТЕСТОВЫЙ САМОКОНТРОЛЬ ПО ТЕМЕ «УГЛЕВОДЫ. МОНОСАХАРИДЫ. ДИСАХАРИДЫ»

1. Укажите общую формулу углеводов:

2.Охарактеризуйте химическое строение глюкозы: а) гексоза; б) альдегидоспирт;

в) в циклической форме присутствует полуацетальный гидроксил; г) в растворе устанавливается равновесие между - и -формами.

3.Какие вещества являются изомерами по отношению друг к другу:

4. Укажите процессы, ведущие к образованию глюкозы:

5.Какие продукты образуются при окислении глюкозы аммиачным раствором оксида серебра:

а) глюконовая кислота и вода; б) глюконовая кислота и металлическое серебро; в) многоатомный спирт и вода; г) фруктоза и вода?

6.Укажите группы веществ, которые дают реакцию «серебряного зеркала»:

а) глюкоза, глицерин, этиленгликоль; б) глицерин, глюкоза, сахароза;

в) глюкоза, формальдегид, метановая кислота; г) глюкоза, молочная кислота, фруктоза.

86

9.Охарактеризуйте химическое строение фруктозы: а) пентоза; б) имеется карбонильная группа в молекуле;

в) кетоноспирт; г) имеются гидроксильные группы.

10.Охарактеризуйте свойства сахарозы:

а) сладкий вкус; б) растворима в воде;

в) в воде распадается на ионы; г) при нагревании в присутствии кислот идет гидролиз.

13.6. ПОЛИСАХАРИДЫ

Молекулы полисахаридов состоят из большого числа остатков гексоз (мономеров). Остатки гексоз связаны между собой в длинные цепи различной длины. Эти цепи имеют разную молекулярную массу. Полисахариды имеют общую молекулярную формулу (С6Н10О5)n, где n — число гексоз. При гидролизе полисахаридов образуются дисахариды или моносахариды. Важнейшие полисахариды — крахмал, целлюлоза (клетчатка).

Крахмал

Строение. Макромолекулы крахмала состоят из остатков молекул циклической -глюкозы.

Макромолекулы крахмала различаются по строению: наряду с линейными молекулами с молекулярной массой в несколько сотен тысяч (амилоза) имеются молекулы разветвленного строения, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов (амилопектин).

CH2OH

H H H

OH H

O

H OH

87

Получение. Получают крахмал чаще всего из картофеля, риса и кукурузы.

Физические свойства. Крахмал — белый аморфный порошок. Практически нерастворим в холодной воде, но получены водорастворимые формы крахмала. В горячей воде крахмал образует коллоидный раствор, который при охлаждении превращается в клейстер.

Химические свойства.

1.Нагревание. Крахмал не имеет определенной температуры плавления и при нагревании разлагается на декстрин и другие продукты.

2.Взаимодействие с йодом. Крахмал дает характерное синее окрашивание с йодом. Это позволяет обнаруживать крахмал в пищевых продуктах.

3.Гидролиз. При нагревании с водой в присутствии кислоты или при действии ферментов крахмал легко подвергается гидролизу.

(C6H10O5)n (C6H10O5)m xC12H22O11 nC6H12O6

крахмал декстрины мальтоза глюкоза

Применение. Крахмал применяется в производстве антибиотиков, витаминов, колбас, кондитерских изделий, в фармации и медицине, для накрахмаливания белья. В промышленности крахмал перерабатывают

вэтиловый спирт, глюкозу, декстрины и другие вещества.

Ворганизме крахмал гидролизуется до глюкозы.

Целлюлоза

Строение. Макромолекулы целлюлозы состоят из остатков молекул β-глюкозы и имеют только линейное строение. Макромолекулы целлюлозы располагаются в одном направлении и образуют волокна (лен, хлопок, конопля). В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксильные группы, что выражается формулой [C6H7O2(OH)3]n. Общее число остатков глюкозы в макромолекуле целлюлозы равно примерно 6000–12000, что соответствует относительной молекулярной массе 1–2 миллиона.

Получение. Целлюлоза — основная составная часть оболочки растительных клеток. До 98 % целлюлозы содержится в хлопке, в древесине — около 50 %. Вата — это почти чистая целлюлоза и представляет собой очищенный хлопок. Основную массу целлюлозы получают из древесины.

Физические свойства. Целлюлоза — белое волокнистое вещество, нерастворимое в воде и органических растворителях. Не имеет ни вкуса, ни запаха.

Химические свойства

1. Гидролиз. При нагревании с разбавленной серной кислотой под давлением целлюлоза превращается в глюкозу.

88

H SO

(C6H10O5)n + nH2O 2 4 nC6H12O6

2. Реакция этерификации. При взаимодействии целлюлозы с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты образуются сложные эфиры -моно-, ди- и тринитратцеллюлозы:

[C6H7O2(ONO2)(OH)2]n;

[C6H7O2(ONO2)2(OH)]n;

[C6H7O2(ONO2)3]n

Нитраты целлюлозы — горючие вещества. Тринитрат целлюлозы (пироксилин) — сильно взрывчатое вещество.

Взаимодействует целлюлоза и с органическими кислотами:

H SO

[C6H7O2 (OH)3]n + 3nCH3COOH 2 4 [C6H7O2(OCOCH3)3]n + 3nH2O

Обычно образуется смесь моно-, ди- и триацетатов целлюлозы:

[C6H7O2(OCOCH3)(OH)2]n;

[C6H7O2(OCOCH3)2(OH)]n;

[C6H7O2(OCOCH3)3]n

Диацетат и триацетатцеллюлоза используются для получения искусственного ацетатного волокна.

3. Горение (полное окисление)

(C6H10O5)n + 6nO2 t 6nCO2 + 5nH2O

4. Термическое разложение целлюлозы без доступа воздуха. В зависимости от температуры разложения образуются древесный уголь, вода, метан, метанол, уксусная кислота, ацетон и другие продукты.

Применение. Целлюлоза в виде древесины используется в строительстве, в быту. Большое количество целлюлозы перерабатывается на бумагу, этанол, вату, простые и сложные эфиры. Простые и сложные эфиры целлюлозы применяются в различных отраслях промышленности и в медицине.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Что такое полисахариды? Напишите общую молекулярную формулу полисахаридов.

2.В чем отличие крахмала от целлюлозы?

3.Сколько звеньев С6Н10О5 содержится в макромолекуле целлюлозы: а) льняного волокна (Mr = 5900000);

б) хлопкового волокна (Mr = 1750000)?

89