Жиры.
Жиры – сложные эфиры глицерина и высших одноосновных карбоновых кислот (так называемых ЖИРНЫХ кислот).
Общее название таких соединений – триглицериды или триацилглицерины, где ацил – остаток карбоновой кислоты –
–С= О
ô
R
Жирные кислоты
Предельные кислоты: | Непредельные кислоты: |
1. Масляная кислота С3Н7-СООН 2. Пальмитиновая кислота С15Н31-СООН 3. Стеариновая кислота С17Н35-СООН | 5. Олеиновая кислота С17Н33СООН (1 = связь) СН3—(СН2)7—СН=СН—(СН2)7—СООН 6. Линолевая кислота С17Н31СООН (2 = связи) СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН=СН-СООН 7. Линоленовая кислота С17Н29СООН (3 = связи) СН3СН2СН=CHCH2CH=CHCH2CH=СН(СН2)4СООН |
Физические свойства.
Животные жиры | Растительные жиры (масла) |
Твёрдые, образованы предельными кислотами – стеариновой и пальмитиновой. | Жидкие, образованы непредельными кислотами – олеиновой, линолевой и другими. |
Жиры растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде.
Химические свойства.
1. Гидролиз (омыление) жиров в кислой или в щелочной среде, или под действием ферментов:
а) кислотный гидролиз: под действием кислоты жиры гидролизуются до глицерина и карбоновых кислот, которых входили в молекулу жира.
б) щелочной гидролиз – омыление. Получается глицерин и СОЛИ карбоновых кислот, входивших в состав жира.
Кислотный гидролиз
Щелочной гидролиз
В щелочной среде образуются мыла – соли высших жирных кислот (натриевые – твёрдые, калиевые – жидкие).
2. Гидрирование (гидрогенизация) – процесс присоединения водорода к остаткам непредельных кислот, входящих в состав жира.
При этом остатки непредельных кислот переходят в остатки предельных, жидкие растительные жиры превращаются в твёрдые (маргарин).
3. Жиры, содержащие непредельные кислоты, обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия, реагируют с галогенводородами и водой.
Количественной характеристикой степени ненасыщенности жиров служит йодное число, показывающее сколько грамм йода может присоединиться по двойным связям к 100 г жира.
Синтетические моющие средства.
Обычное мыло плохо стирает в жёсткой воде и совсем не стирает в морской воде, так как содержащие в ней ионы кальция и магния дают с высшими кислотами нерастворимые в воде соли: С17Н35COONa + CaSO4à (С17Н35COO)2Ca↓ + Na2SO4 Поэтому наряду с мылом из синтетических кислот производят синтетические моющие средства из других видов сырья, например из алкилсульфатов — солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты. В общем виде образование таких солей можно изобразить уравнениями: R-CH2-OH + H2SO4 à R-CH2-O-SO2-OH + H2O спирт серная кислота алкилсерная кислота R-CH2-O-SO2-OH + NaOH à R-CH2-O-SO2-ONa + H2O алкилсульфат Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках. |
УГЛЕВОДЫ
Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное строение и свойства, состав большинства которых отражает формула Cx(H2O)y, где x, y ≥ 3.
Исключение составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С5Н10O4.
НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ УГЛЕВОДЫ
Моносахариды | Олигосахариды | Полисахариды |
Глюкоза С6Н12О6 Фруктоза С6Н12О6 Галактоза С6Н12О6 Рибоза С5Н10О5 Дезоксирибоза С5Н10О4 | Дисахариды: Сахароза С12Н22О11 Лактоза (молочный сахар) С12Н22О11 Мальтоза (солодовый сахар) С12Н22О11 | Целлюлоза Крахмал Гликоген |
Физические свойства
Моно - и олигосахариды – твердые, белые кристаллические вещества, имеют сладкий вкус, хорошо растворимы в воде. Полисахариды – твердые, без сладкого вкуса, практически нерастворимые в воде (кроме крахмала).
Моносахариды
Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных.
ГЛЮКОЗА
Получение.
1. Выделение из овощей и фруктов.
2. Гидролиз крахмала:
(C6H10O5)n + nH2O à nC6H12O6
3. Синтез из формальдегида: 6Н2С=О –Са(ОН)2à С6Н12О6
Реакция была впервые изучена .
4. В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO2 и Н2О:
6CO2 + 6 H2O –(хлорофилл, свет)à C6H12O6 + 6O2
Химические свойства глюкозы.
1. В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя циклическими формами - α и β и линейной формой:
2. Реакция комплексообразования с гидроксидом меди (II).
При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.
3. Глюкоза как альдегид
а) реакция серебряного зеркала. Образуется соль глюконовой кислоты.
б) реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании. Образуется глюконовая кислота.
в) Глюкозу также можно окислить до глюконовой кислоты бромной водой, хлором, азотной кислотой (разб.):
г) Каталитическое гидрирование глюкозы – происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, получается шестиатомный спирт – сорбит.
д) С NaHSO3 – НЕ реагирует!!!
4. Реакции брожения.
а) спиртовое брожение C6H12O6 à 2C2H5OH + 2CO2
этанол
б) молочнокислое брожение C6H12O6 à 2CH3-CH(OH)-COOH
молочная кислота
в) маслянокислое брожение C6H12O6 à C3H7COOH + 2CO2 + 2H2O
масляная кислота
5. Реакции образования эфиров глюкозы.
Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры. Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила:
Простые эфиры получили название гликозидов.
В более жестких условиях (например, с CH3-I ) возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.
Моносахариды способны образовывать сложные эфиры с карбоновыми кислотами (реакция проходит с ангидридами, а не с самими кислотами) и с минеральными кислотами.
6. Реакция горения глюкозы.
C6H12O6 + 6О2 à 6CO2 + 6H2O
Фруктоза
Это структурный изомер глюкозы - кетоноспирт:
СН2- СН - СН - СН - С - СН2
| | | | ║ |
OH OH OH OH O OH
Кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза. В свободном виде содержится в мёде и фруктах.
Химические свойства фруктозы обусловлены наличием кетонной и пяти гидроксильных групп. Так же, как и глюкоза, реагирует с гидроксидом меди (ярко-синий раствор) без нагревания; образует простые и сложные эфиры, горит. При гидрировании фруктозы также получается СОРБИТ. С бромной водой, Сu(OH)2 при нагревании, аммиачным раствором оксида серебра – не реагирует.
Дисахариды
Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).
1. Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С12Н22О11
Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом.
В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы СВЯЗАН, поэтому она не образует ОТКЫТУЮ (альдегидную) форму.
Вследствие этого сахароза не вступает в реакции альдегидной группы – с аммиачным раствором оксида серебра с гидроксидом меди при нагревании. Подобные дисахариды называют невосстанавливающими, т. е. не способными окисляться.
Сахароза реагирует с Сu(OH)2 без нагревания (ярко-синий раствор), с Са(ОН)2 (образуется сахарат кальция).
Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой:
С12Н22О11 + Н2О à С6Н12О6 (глюкоза) + С6Н12О6 (фруктоза)
2. Мальтоза
Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.
остаток остаток
α-глюкозы α-глюкозы
Мальтоза – является восстанавливающим дисахаридом и вступает в реакции, характерные для альдегидов.
2. К восстанавливающим сахаром относятся также целлобиоза
и лактоза
Эти дисахариды так же могут гидролизоваться.
Полисахариды.
Полисахариды - это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.
Основные представители - крахмал и целлюлоза - построены из остатков одного моносахарида - глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу (C6H10O5)n, но совершенно различные свойства. Это объясняется особенностями их пространственного строения.
Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы (выделена цветом):
Крахмал.
Крахмалом называется смесь двух полисахаридов, построенных из остатков циклической α-глюкозы.
В его состав входят:
· амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
· амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%
Цепь амилозы включает остатков α-глюкозы (средняя Mr=и имеет неразветвленное строение.
Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев α-глюкозы.
Свойства крахмала:
1. Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется.
2. Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).
3. Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.
Получение
Получают крахмал из природных крахмалосодержащих продуктов, чаще всего картофеля и кукурузы. Он широко используется в качестве продукта питания, а также как сырье для производства глюкозы и этилового спирта.
Целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.
Молекулярная масса целлюлозы – от до 2 млн.
Свойства целлюлозы.
1. Горение
(С6Н10О5)n + О2 à CO2 + Н2О
Без доступа кислорода – до угля и воды
(С6Н10О5)n à C + Н2О
2. С йодом целлюлоза сине-фиолетовое окрашивание не дает.
3. Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.
а) нитрование целлюлозы. Т. к. в звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:
(С6Н7О2(ОН)3)n + 3n HNO3 à 3nH2O + (С6Н7О2(ОNO2)3)n
целлюлоза тринитрат целлюлозы
(пироксилин)
б) ацилирование целлюлозы. При действии на целлюлозу уксусного ангидрида происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН. Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.
(С6Н7О2(ОН)3)n +3n(СН3СО)2Оà 3nСН3-СООН + (С6Н7О2(ОСОСН3)3)n
целлюлоза уксусный ангидрид уксусная кислота триацетат целлюлозы
4. Гидролиз целлюлозы.
Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой среде гидролизуется:
Биологическая роль и применение крахмала и целлюлозы.
Крахмал является основным компонентом картофеля (20—24%), кукурузы (50—70%), пшеницы (~70%), риса (~80%).
Целлюлоза является главной составной частью древесины (~50%), льна (~ 80%), хлопка (90—97%). Целлюлоза широко применяется для изготовления бумаги, ее ацетатные производные — для изготовления пленок (целлофан), искусственного шелка, нитропроизводные — для изготовления бездымного пороха (тринитроцеллюлоза — пироксилин).
