Лекционный курс для учащихся дневного отделения Составила

Вид материала

Содержание

474 1.3 целлюлоза
Технические примемения целлюлозы.
Сложные эфиры целлюлозы
Интересно знать
Опорный конспект
Карбоновые кислоты, входящие в состав жиров
Кислотный состав некоторых жиров

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ПОЛИСАХАРИДЫ

- сложные углеводы, которые при гидролизе распадаются на большое количество составляющих и х моносахаридов, связанных гликозидными связями:

Общая формула: ( С₆Н₁₀О₅) n

ГОМОПОЛИСАХАРИДЫ:
1. Крахмал - представляет собой безвкусный , белый порошок не растворимый в холодной воде . В горячей он набухает, образуя вязкий коллоидный раствор — крахмальный клейстер.

Крахмал – это полимер, мономером которого является глюкоза:

Крахмал широко распространен в природе. Он является для различных растений запасным питательным материалом и содержится в них в виде крахмальных зерен . В промышленности крахмал получают главным образом из клубней картофеля. Крахмал образуется в растениях из глюкозы. Это как бы энергетический резерв растений, который легко можно перевести обратно в глюкозу. Он накапливается в семенах зерновых культур и клубнях картофеля в виде крупинок размером 2— 180 мкм.

По составу это вещество неоднородно - состоит из 2-х фракций:

1) на 20% состоит из амилозы (соединённых в длинную цепь 1000—6000 остатков -глюкозы ). Амилоза не образует клейстер, с йодом даёт слабое фиолетовое окрашивание; является линейным полисахаридом. Внутри спиралевидной молекулы амилозы остаётся свободное пространство, канал диаметром 5 мкм. В этом канале могут располагаться подходящие по размеру молекулы, образуя компдексы особого типа, так называемые соединения включения ( например, йод). Таким соединением включения является и синий комплекс амилозы с йодом.

2) на 80% — из амилопектина (разветвлённого полимера, содержащего до 6000 остатков -глюкозы). Молекула амилопектина имеет шарообразную форму.

При действии ферментов или нагревании с кислотами (ионы водорода служат катализатором ) крахмал, как и все сложные углеводы, подвергается гидролизу . При этом сначала образуется растворимый крахмал, затем менее сложные вещества – декстрины. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Гидролиз крахмала - его важное химическое свойство.

Продукты гидролиза крахмала — циклодекстрины.

Крахмал не дает реакции " серебряного зеркала " , однако ее дают продукты его гидролиза.

Подвергая крахмал гидролизу кислотами, получают глюкозу в виде чистого кристаллического препарата или в виде окрашенного некристаллизующегося сиропа. Наибольшее значение крахмал имеет в качестве пищевого продукта, являясь главным источником углеводов в нашем рационе в виде хлеба, картофеля, круп. Кроме того, чистый крахмал применяют в пищевой промышленности для производства кондитерских и кулинарных изделий, колбас. Значительные количества крахмала употребляюься для проклеивания тканей, склеивания бумаги и картона, производства канцелярского декстринового клея. В химических лабораториях крахмал служит индикатором в йодлметрическом методе объёмного количественного анализа. Для этих целей лучше применять очищенную амилозу, её растворы не загустевают, а даваемая с йодом окраска более интенсивна.

1.2 Полимер, сходный по строению с крахмалом, но с ещё более разветвлённой структурой - гликоген. Он содержится в животных организмах, в частности в печени человека его около 10%. Гликоген хорошо растворим в горячей воде и не образует клейстер. При недостатке питания организм начинает использовать гликоген, расщепляя его до глюкозы. Гликоген по своему строению сходен с амилопектином. В животном мире роль «запасного углевода» играет гликоген, откладывающийся в основном в печени. При недостатке пищи, поступающей извне, животные мобилизуют свои запасы гликогена. Это происходит под действием особых ферментов – амилаз, гидролизующих крахмал и гликоген.

474

1.3 целлюлоза :

Макромолекулы целлюлозы, или клетчатки (от лат. cellula — «клетка»), состоят из 2000—3000 остатков -глюкозы, связанных друг с другом в волокна слабыми межмолекулярными взаимодействиями (водородными связями).

Целлюлоза — основной компонент стенок растительных клеток. Она содержится в древесине, в оболочках некоторых плодов (например, семечек подсолнечника). В чистом виде целлюлоза представляет собой белый порошок, не растворимый в воде и не образующий клейстер. Практически чистую целлюлозу представляют собой хлопковая вата и тополиный пух.

Главная причина отличия целлюлозы от крахмала : целлюлоза- типичный представитель линейных полимеров, гиганская молекула которых имеет форму нити; крахмал – столь же типичный представитель глобулярных полимеров с молекулой, имеющей форму объёмной трёхмерной частицы.

Целлюлоза труднее, чем крахмал, подвержена гидролизу. Его проводят в кислотной среде, при этом сначала образуется дисахарид целлобиоза, а затем глюкоза:

На основе очищенной целлюлозы изготавливают прозрачную плёнку — целлофан (в отличие от полиэтиленовой, она не кажется жирной на ощупь и при складывании шуршит), а также искусственное волокно — вискозу (от лат. viscosus — «вязкий»).

Целлюлоза нерастворима в воде и в большинстве других органических и неорганических растворителях. Неспособность целлюлозы растворяться в воде- столь хорошо известное из житейсткой практики свойство, что оно не привлекает особого внимания. Междк тем в сущности нерастворимость в оде вещества, содержащего по три гидроксильные группы на каждые 6 атомов углерода, - свойство неожиданное. Обычно полигидроксильные соединения, наоборот, хорошо растворяются в воде. Нарушение этого правила у целлюлозы связано с тем, что её волокна представляют собой как бы «снопы» из расположенных параллельно нитевидных молекул, сязанных множеством водородных связей за счёт взаимодейсвия гидроксильных групп. Внутрь подобного «снопа» растворитель проникнуть не не может, а следовательно, не происходит и отрыва молекул целлюлозы друг от друга, т.е. не происходит растворения.

Растворяет целлюлозу реактив Швейцера – тёмно-синий раствор гидроксида меди в концентрированном водном аммиаке. Сильные кислоты и концентрированный раствор хлорида цинка также растворяют целлюлозу, но при этом наблюдается сильная деструкция – распад, сопровождающийся уменьшением молекулярной массы.

Технические примемения целлюлозы.

БУМАГА

Бумага (от персидск. «бомбака» — «хлопок») представляет собой материал, состоящий из тонко переплетённых между собой волокон целлюлозы. Отдельные волокна связаны друг с другом посредством водородных связей, которые возникают между гидроксильными группами.

Бумага была изобретена в конце II в. до н. э. в Китае, где её получали из волокон хлопка и бамбука. В VIII в. н. э. секрет изготовления бумаги стал известен арабам, а в IX в. его переняли византийцы.

В Средние века для изготовления бумаги использовали хлопок, пеньку, а также старое тряпьё — хлопковые и льняные ткани. На специальных мельницах их превращали в порошок, который размешивали в воде для получения густой однородной массы. Лишь в XVIII в. было обнаружено, что удобным исходным веществом для производства бумаги может служить древесина. А первые заводы по переработке древесины в целлюлозу появились только в XIX столетии.

Сегодня целлюлозу, которую выделяют из древесины, по праву можно считать основным сырьём для производства бумаги. В сухой древесине содержится около 40 % целлюлозы, примерно 20 % других углеводов (в форме гемицеллюлозы — полимеров, построенных из молекул фруктозы, галактозы, маннозы и других сахаров), 20—30% лигнина (полимера, состоящего из связанных друг с другом остатков различных фенолоспиртов), а также дубильные вещества, эфирные масла и минеральные соли (натрия, калия, магния). Существует несколько методов выделения целлюлозы. При переработке древесины хвойных пород применяют сульфитный метод, основанный на кипячении древесных опилок в щёлоке — растворе, содержащем сернистый газ и гидросульфит натрия. Эту операцию проводят в течение 10—12 часов в специальных автоклавах при давлении 0,5 МПа. В таких условиях сопутствующие целлюлозе вещества (в первую очередь, лигнин и гемицеллюлоза) переходят в раствор, а нерастворимый осадок представляет собой чистую целлюлозу. Из щёлока, содержащего продукты взаимодействия лигнина с сернистым газом - соли лигносульфокислот, получают дубильные вещества, ванилин, технический этиловый спирт и даже пищевые дрожжи.

ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ: гепарин, гиалуроновая кислота

СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Подобно другим веществам, содержащим гидроксильные группы, целлюлоза вступает в реакцию этерификации с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров. При этом связи между отдельными фрагментами соединения не разрываются, и возникает полимер, включающий сложно-эфирные группы —COOR—. При взаимодействии целлюлозы с уксусной кислотой или её производными (например, уксусным ангидридом) образуются ацетаты целлюлозы, у которых в каждом звене макромолекулы на эфирные остатки замещены одна, две или три гидроксильные группы.

Ацетаты целлюлозы используются в производстве синтетических волокон (ацетатного волокна).

При нитровании целлюлозы смесью дымящей азотной и концентрированной серной кислот образуется тринитрат целлюлозы, который применяют для приготовления бездымного пороха (пироксилина).

Динитрат целлюлозы служит основным компонентом целлулоида — пластмассы, из которой делают некоторые типы искусственных стёкол.

Целлюлозно-бумажный комбинат. Варка целлюлозы.

Целлюлозу размалывают в специальных барабанах (роллах) до частиц с размером волокон 0,5—2,5 мм. При попадании в воду такие волокна легко набухают, образуя однородную бумажную массу — взвесь целлюлозы в воде. Чтобы придать бумаге необходимые качества (цвет, светонепроницаемость, гладкость, плотность, прочность, пористость), в целлюлозную массу вводят наполнители: глину (каолин), тальк, мел, сульфат бария или оксид титана, различные пигменты, клейкие вещества, дополнительно связывающие между собой волокна целлюлозы. Для проклейки обычно используют смоляной клей, получаемый из канифоли. В состав такого клея

входят соли абиетиновой (С₁₉Н₂₉СООН) и сходных с ней по составу кислот — резинаты. При добавлении в клей алюмокалиевых квасцов образуется осадок из резинатов алюминия, который обволакивает волокна целлюлозы и придаёт им большую прочность и влагонепроницаемость.

Через специальные отверстия бумажная масса наносится на непрерывно движущуюся сетку, а затем, после многократного отжима, постепенно высыхает. Так формируется бумажное полотно. Чтобы придать бумаге блеск и большую гладкость, полотно слегка увлажняют, а потом пропускают между металлическими и упругими бумажными валами (этот процесс называют каландрированием бумаги). После чего специальными ножами бумагу нарезают на листы.

Макромолекулы целлюлозы, выделенные из древесины, например, сульфитным методом, состоят из 600— 1000 отдельных звеньев (С₆Н₁₀О₅). Со временем (в результате действия ионов водорода) связи между некоторыми звеньями рвутся. При этом поверхность бумаги подкисляется, а сама она становится хрупкой и теряет прежний цвет. Сохранность печатных изданий представляет серьёзную научную проблему. Простейшее её решение — обработка пожелтевших листов раствором гидрокарбонатов (например, Са(НСО₃)₂). За счёт этого удаётся понизить их кислотность и хотя бы на время приостановить дальнейшее разрушение. Американские учёные предложили использовать более активное вещество — диэтилцинк Zn(C₂H₅)₂, однако применять его надо с осторожностью: он легко воспламеняется на воздухе или в присутствии воды.

۩ Интересно знать

Попадая в организм, дисахариды (например, сахароза, лактоза) и полисахариды (крахмал) под действием специальных ферментов гидролизуются с образованием глюкозы и фруктозы. Такое превращение можно легко произвести... у себя во рту. Если долго жевать хлебный мякиш, то под действием фермента амилазы содержащийся в хлебе крахмал гидролизуется до глюкозы. При этом во рту возникает сладкий вкус.

И лишь целлюлоза, хотя и состоит из молекул глюкозы, не представляет для человека никакой питательной ценности. Дело в том, что в нашем организме (в отличие, например, от жвачных животных) не вырабатываются ферменты, расщепляющие макромолекулы целлюлозы на молекулы глюкозы.

При окислении 1 г глюкозы выделяется примерно 16 кДж энергии.

Столько же даёт окисление 1 г сахарозы. Ежедневная потребность человека в сахарах составляет около 500 г, но она пополняется в основном за счёт крахмала, содержащегося в хлебе, картофеле, макаронных изделиях. При рациональном питании суточная доза сахарозы не должна превышать 75 г (т. е. 12—14 стандартных кусочков сахара, включая тот, что расходуется на приготовление пищи).

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ

по теме: «ЖИРЫ»

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В 1811 г. французский химик Луи Никола Воклен принёс в лабораторию образец прогорклого жира и предложил своему ученику Мишелю Эжену Шеврёлю (1786—1889) сделать его анализ. Шеврёль занялся исследованием этой новой, в сущности, темы, серьёзно увлёкся и... стал основоположником химии жиров.

Он первым выяснил строение жиров и изучил процесс их омыления, а также получил в индивидуальном виде многие жирные кислоты.

Ко времени начала его исследований о жирах было известно немного. В XVII в. немецкий учёный, один из первых химиков-аналитиков, Отто Тахений (1652—1699) выступил с гипотезой о том, что жиры содержат «скрытую кислоту». В середине следующего столетия французский химик Клод Жозеф Жоффруа (1685—1752) обнаружил, что при разложении мыла (его готовили тогда варкой жира со щёлочью) кислотой образуется жирная масса. А в 1779 г. знаменитый шведский химик Карл Вильгельм Шееле, нагрев оливковое масло с влажным глётом РbО, получил новое жидкое вещество сладковатого вкуса. Повторив опыты со свиным салом, сливочным маслом и другими жирами, учёный убедился в том, что обнаруженное им вещество входит в состав и растительных, и животных жиров, и назвал его «сладким началом масел». Кроме того, Шееле выявил в продуктах гидролиза жиров неизвестные ранее химические соединения — монокарбоновые (жирные) кислоты.

Формула «сладкого начала масел», или глицерина (от греч. «гликис» — «сладкий»), как назвал это вещество Шеврёль, была установлена значительно позднее — лишь в 1854 г. французскими химиками Марселеном Бертло и Шарлем Вюрцем.

Оказалось, что это трёхатомный спирт , т. е. соединение с тремя гидроксильными группами. И каждая может связать остаток карбоновой кислоты с образованием сложного эфира — глицерида. Если это сделают все три гидроксильные группы, получатся триглицериды. Именно из них состоят в основном масла и жиры. При гидролизе они распадаются на глицерин и свободные кислоты:

где R₁, R₂, R₃ — углеводородные радикалы. Они и определяют внешний вид, а также физические и химические свойства жиров. Если углеводородные цепи длинные, а двойных связей в них нет или их немного, получаются твёрдые (при комнатной температуре) вещества, например свиное сало, бараний жир, пальмовое масло. Дело в том, что длинные насыщенные углеводородные цепи отличаются большой гибкостью, что позволяет молекулам жиров плотно упаковываться с образованием кристаллов. Двойные связи затрудняют плотную упаковку углеводородных цепей — вот почему подсолнечное масло, например, жидкое.

В 1854 г. Марселену Бертло удалось осуществить обратную реакцию, т. е. синтезировать жироподобные соединения из глицерина и карбоновых кислот. Для химиков такой синтез — его принято называть «встречным» — лучшее доказательство правильного определения химического строения нового вещества.

ЖИРЫ – это сложные эфиры 3-х атомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот ( 2-е название триацилглицериды ТАГ).

Общая формула жиров:

Карбоновые кислоты, входящие в состав жиров:

если выписать названия насыщенных жирных кислот с числом атомов углерода в цепочке n, то обнаружится удивительная вещь: при n>10 все кислоты с чётным числом атомов углерода именуются по природному источнику, в котором они встречаются или из которого впервые выделены. Названия же «нечётных» кислот (кроме маргариновой), как и соответствующих углеводородов, образованы от греческих или латинских числительных; например, ундециловая означает просто «одиннадцатая» (лат. undecim — «одиннадцать»).

Объясняется такое «неравноправие» тем, что природные жиры за очень редким исключением содержат жирные кислоты только с чётным числом атомов углерода в цепи. Это связано с особенностями синтеза таких кислот в организме. Процесс идёт в печени, стенках кишечника, лёгочной ткани, костном мозге; а начинается с производного уксусной кислоты (n=2), к которому в результате цепочки превращений каждый раз присоединяются по два углеродных атома. В итоге образуются только цепи с чётным числом атомов углерода и, как правило, неразветвлённые. Лишь в отдельных случаях биосинтез жирных кислот начинается с производного пропионовой кислоты (n=3); вот тогда у кислот нечётное число атомов углерода.

Формулы кислот:

предельные, насыщенные (твёрдые)

пальмтиновая кислота C₁₅Н₃₁СООН
стеариновая кислота C₁₇Н₃₅СООН
лауриновая кислота C₁₁Н₂₃СООН
миристиновая кислота C₁₃Н₂₇СООН

непредельные ненасыщенные (жидкие)

оленовая кислота C₁₇Н₃₃СООН
линолевая кислота C₁₇Н₃₁СООН
линоленовая кислота C₁₇Н₂₉СООН

Классификация:

В зависимостиот химического состава:

простые – содержат остаток высшей карбоновой кислоты и глицерина
сложные – кроме остатка высшей карбоновой кислоты и глицерина имеют дополнительные компоненты: аминогруппы, фосфатные группы и т.д.

По агарегатному состоянию:

твёрдые жиры (животные жиры) : образованы преимущественно предельными карбоновыми кислотами, например, говяжий, бараний, молочный жиры
жидкие жиры ( растительные жиры) – масла : образованы преимущественно непредельными карбоновыми кислотами, например, льняное, подсолнечное, оливковое масла.

Источники природных жирных кислот

Физические свойства:

с увеличеснием содержания непредельных кислот температура плавления уменьшается;
легче воды;
нерастворимы в воде;
хорошо ратсоримы в бензоле, частично в этаноле;

Название жиров: строится от названия высшей карбоновой кислоты с сприставкой три и окончанием ин, например,

Н₂С – О – СО – С₁₅Н₃₁

|

НС – О – СО – С₁₅Н₃₁

|

Н₂С – О – СО – С₁₅Н₃₁

трипальмитин

Кислотный состав некоторых жиров

Жир	Насыщенные кислоты		Ненасыщенные кислоты
Жир	Пальмитиновая	Стеариновая	Олеиновая	Линолевая
Подсолнечное масло	6	3	32	54
Оливковое масло	6	4	83	7
Сливочное масло	25	9	29	4
Говяжий жир	24-29	21-24	41-42	2-5
Бараний жир	23-30	20-31	35-41	3-4
Свиной жир	27-3-	13-18	37-44	8-9
Птичий жир	20-26	4-9	33-46	10-22
Жир трески	8-19	-	17-31	0,3-2
Жир сельди	10-29	0,7-4	7-26	0,5-3
Лососевый жир	10-17	2-6	18-29	1-2

Blog

Лекционный курс для учащихся дневного отделения Составила

Содержание