Углеводы. Моносахариды (глюкоза, фруктоза). Строение (открытая и циклическая формы). Способы получения. Химическая идентификация (восстанавливающие свойства)

Углеводы — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп.

Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы.

Глюкоза (C₆H₁₂O₆), или виноградный сахар, или декстроза встречается в соке многих фруктов и ягод, в том числе и винограда, от чего и произошло название этого вида сахара. Является шестиатомным сахаром (гексозой). Глюкозное звено входит в состав ряда ди- (мальтозы, сахарозы и лактозы) и полисахаридов (целлюлоза, крахмал).

Фруктоза — моносахарид - кетогексоза, в живых организмах присутствует исключительно D-изомер - в свободном виде почти во всех сладких ягодах и плодах, в качестве моносахаридного звена входит в состав сахарозы и лактулозы.

Получение углеводов

· В растениях углеводы образуются из двуокиси углерода и воды в процессе сложной реакции фотосинтеза, осуществляемой за счет солнечной энергии с участием зелёного пигмента растений - хлорофилла.

Восстанавливающие свойства моно- и дисахаридов. Моносахариды и дисахариды, имеющие свободную альдегидную или кетонную группу, восстанавливают CuO и Cu2O, что сопровождается появлением осадка красного цвета. При этом углеводороды окисляются до соответствующих кислот, например:

Глюкоза + СuO = глюконовая кислота + Сu2O

Дисахариды, не имеющие свободных альдегидных групп, восстанавливающей способностью не обладают.

№22.

Дисахариды (мальтоза, целлобиоза, сахароза). Строение. Получение. Химические свойства. Химическая идентификация восстанавливающих дисахаридов.

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счёт взаимодействия гидроксильных групп.

Мальтоза — состоит из двух остатков глюкозы. Сахароза — состоит из остатков глюкозы и фруктозы.

Целлобиоза — состоит из двух остатков глюкозы.

Способы получения дисахаридов:

· Взаимодействие ацетогалогенозы с натриевым производным моносахарида с последующим омылением ацетильных остатков

· Взаимодействие ацетогалогенозы с ацетилированной монозой, обладающей лишь одним свободным гидроксилом, в присутствии карбоната или окиси серебра

· Взаимодействие ацетогалогенозы с изопропилидензамешенными сахарами или изопропил-иденангидросахарами.

· Энзиматические синтезы

Химические свойства

• При гидролизе расщепляются на составляющие их моносахариды за счёт разрыва гликозидных связей между ними. Эта реакция является обратной процессу образования дисахаридов из моносахаридов.
• При конденсации дисахаридов образуются молекулы полисахаридов.

Возможно два варианта образования гликозидной связи:

1) за счет гликозидного гидроксила одного моносахарида и спиртового гидроксила другого моносахарида;

2) за счет гликозидных гидроксилов обоих моносахаридов.

Дисахарид, образованный первым способом, содержит свободный гликозидный гидроксил, сохраняет способность к цикло-оксо-таутомерии и обладает восстанавливающими свойствами.

В дисахариде, образованном вторым способом, нет свободного гликозидного гидроксила. Такой дисахарид не способен к цикло-оксо-таутомерии и является невосстанавливающим.

№23.

Полисахариды (крахмал и целлюлоза). Строение макромолекул и различие свойств. Продукты гидролиза крахмала, практическое использование. Целлюлоза. Практическое использование (искусственные волокна, нитроцеллюлоза).

Полисахариды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов.

Строение макромолекул:целлюлоза - линейное строение, крахмал - разветвленное строение.

Крахмал (C₆H₁₀O₅)_n — полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза.

Конечным продуктом гидролиза крахмала является глюкоза, она широко применяется в пищевой промышленности в виде кристаллической глюкозы. Гидролизаты крахмала - продукты частичного гидролиза крахмала разбавленными кислотами, ферментами или и теми, и другими.

В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола. В текстильной — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя.

Целлюлоза — (C₆H₁₀O₅)_n - белое твердое вещество, нерастворимое в воде, молекула имеет линейное (полимерное) строение, структурная единица — остаток β-глюкозы [С₆Н₇О₂(OH)₃]_n. Полисахарид, главная составная часть клеточных оболочек всех высших растений.

Целлюлозу и её эфиры используют для получения искусственного волокна (вискозный, ацетатный, медно-аммиачный шёлк, искусственная шерсть). Хлопок, состоящий большей частью из целлюлозы, идёт на изготовление тканей. Древесная целлюлоза используется для производства бумаги, пластмасс, кино- и фотоплёнок, лаков, бездымного пороха и т.д.

Нитроцеллюлоза — волокнистая рыхлая масса белого цвета, по внешнему виду похожа на целлюлозу. Одна из важнейших характеристик — степень замещения гидроксильных групп на нитрогруппы. В практике чаще всего применяется не прямое обозначение степени замещения, а содержание азота, выраженное в процентах по массе.

№24.

Высокомолекулярные органические соединения (ВМС). Основные понятия (мономер, мономерное или элементарное звено; степень полимеризации, макромолекула, сополимеры и гомополимеры). Классификация полимеров (гомоцепные, гетероцепные). Номенклатура карбоцепных и гетероцепных полимеров.

Высокомолекулярными соединениями (полимерами) называются органические вещества, молекулы которых состоят из большого количества повторяющихся звеньев.

Мономер — это низкомолекулярное вещество, образующее полимер в реакции полимеризации.

Если при получении полимера мономер полностью входит в его состав, то повторяющееся составное звено является мономерным звеном.

Степень полимеризации — число мономерных звеньев в молекуле полимера или олигомера.

Макромолекула - совокупность большого числа атомов, соединенных между собой химическими связями.

Сополимеры - полимеры, макромолекулы которых содержат мономерные звенья нескольких типов.

Гомополимер- полипропилен, у которого макромолекулы содержат одинаковые мономерные звенья.

Классификация полимеров:

· К первому классу относится обширная группа карбоцепных полимеров, макромолекулы которых имеют скелет, построенный из атомов углерода.

· Ко второму классу относится не менее обширная группа гетероцепных полимеров, макромолекулы которых в основной цепи помимо атомов углерода содержат гетероатомы (например, кислород, азот, серу и др.).

· Третий класс полимеров - высокомолекулярные соединения с сопряженной системой связей.

Номенклатура. Название полимера начинается с приставки «поли-», за которой в скобках следует название звена полимерной цепи. СПЗ может быть простым или состоять из нескольких подзвеньев. В качестве подзвена выбирается наибольшая группа атомов (или циклов основной цепи), которая может быть названа в соответствии с номенклатурными правилами ИЮПАК для низкомолекулярных органических соединений. Атомы и подзвенья располагаются в СПЗ в порядке убывания старшинства слева направо, путь между подзвеньями должен быть наиболее коротким. Правила старшинства состоят в следующем:

Гетероциклы по старшинству расположены в ряд: азотсодержащие > гетероциклы, содержащие, наряду с азотом, другие гетероатомы > системы с наибольшим количеством колец > системы с наибольшим циклом > цикл с наибольшим количеством гетероатомов > системы с наибольшим количество гетероатомов > системы с наибольшим ассортиментом гетероатомов. При иных равных условиях ненасыщенные циклы имеют преимущество.

Среди карбоциклических группировок главенствуют имеющие наибольшее количество циклов, далее идут системы: с наибольшим индивидуальным циклом > с наибольшим количеством общих атомов у всех циклов > с наименьшим числом, характеризующим места соединения циклов, > системы с наибольшей ненасыщенностью.

№25.