3) маслянокислое бродіння:
Згадані види бродіння, що викликаються мікроорганізмами, мають широке практичне значення. Наприклад, спиртове - для отримання етилового спирту, у виноробстві, пивоварінні і т.д. а молочнокисле - для отримання молочної кислоти і кисломолочних продуктів.
Дисахариди і полісахариди
Залежно від числа молекул моносахаридів, що утворюються при гідролізі полісахаридів, останні поділяються на олігосахариди (дисахариди, трісахаріди) і полісахариди.
Найбільше практичне значення мають дисахариди. Дисахариди (біоза) при гідролізі утворюють два однакових або різних моносахарида. Дисахариди поділяються на дві групи: відновлюють і невідновних.
Зв'язок між двома молекулами моносахаридів встановлюється за допомогою двох гідроксильних груп - по одній від кожної молекули монози. Однак характер зв'язку з цим може бути різним. Якщо одна з молекул моносахариду завжди надає свій полуацетальний (глікозидний) гідроксил, то друга молекула бере участь в цьому або полуацетальним гідроксилом (утворюється глікозид - гликозидная зв'язок), або спиртовим гідроксилом (утворюється глікозид - глікозная зв'язок).
Відсутність або наявність в молекулі дисахарида полуацетального гідроксилу відбивається на властивостях дисахаридов. Якщо при утворенні дисахарида обидві молекули брали участь своїми полуацетальнимі гидроксилами (глікозид - гликозидная зв'язок), то у обох залишків моноз циклічні форми є закріпленими, альдегидная група такого дисахарида утворитися не може. Такий дисахарид не володіє властивостями, що відновлюють і називається невідновлюваних дисахаридом.
У разі глікозид - глікозной зв'язку циклічна форма одного залишку моносахарида не є закріпленою, вона може перейти в альдегідну форму, і тоді дисахарид буде володіти властивостями, що відновлюють. Такий дисахарид називається відновлює. Відновлюючі дисахариди виявляють реакції, характерні для відповідних моносахаридів.
До відновлює дисахаридам відноситься, в часності, мальтоза (солодовий цукор), що міститься в солоді, тобто пророслих, а потім висушених і подрібнених зернах хлібних злаків.
Мальтоза складена з двох залишків D- глюкопіраноз, які пов'язані (1-4) -глікозидними зв'язком, тобто в освіті простий ефірного зв'язку беруть участь глікозидний гідроксил однієї молекули і спиртової гідроксил при четвертому атомі вуглецю іншої молекули моносахариду. Аномерного атом вуглецю (С1), який бере участь в утворенні зв'язку з цим, має # 945; -конфігурації, а аномерного атом з вільним гликозидная гідроксилом (позначений червоним кольором) може мати як # 945; - (# 945; - мальтоза), так і # 946; - конфігурацію (# 946; - мальтоза).
Мальтоза є білі кристали, добре розчинні у воді, солодкі на смак, проте значно менше, ніж у цукру (сахарози).
Як видно, в мальтозі є вільний глікозидний гідроксил, внаслідок чого зберігається здатність до розкриття циклу і переходу в альдегідну форму. У зв'язку з цим, мальтоза здатна вступати в реакції, характерні для альдегідів, і, зокрема, давати реакцію "срібного дзеркала", тому її називають відновлює дисахаридом. Крім того, мальтоза вступає в багато реакції, характерні для моносахаридів, наприклад, утворює прості і складні ефіри (дивись хімічні властивості моносахаридів).
До невідновлюваних дисахаридам відноситься сахароза (буряковий або тростинний цукор). Вона міститься в цукровій тростині, цукрових буряках (до 28% від сухої речовини), соках рослин і плодах. Молекула сахарози побудована з # 945 ;, D- глюкопіраноз і # 946 ;, D- фруктофуранози.
На противагу мальтозі гликозидная зв'язок (1-2) між моносахаридами утворюється за рахунок глікозидних гидроксилов обох молекул, тобто вільний глікозидний гідроксил відсутня. Внаслідок цього відсутнє відновлює здатність сахарози, вона не дає реакції "срібного дзеркала", тому її відносять до невідновлювальних дисахаридам.
Сахароза - біла кристалічна речовина, солодке на смак, добре розчинний у воді.
Для сахарози характерні реакції по гідроксильних груп. Як і всі дисахариди, сахароза при кислотному або ферментативному гідролізі перетворюється в моносахариди, з яких вона складена.
Полісахариди є високомолекулярними речовинами. У полисахаридах залишки моносахаридів зв'язуються глікозид - глікознимі зв'язками. Тому їх можна розглядати як поліглікозіди. Залишки моносахаридів, що входять до складу молекули полісахариду можуть бути однаковими, але можуть і різнитися; в першому випадку це гомополісахаріди, у другому - гетерополісахаріди.
Найважливіші з полісахаридів - це крохмаль і целюлоза (клітковина). Вони побудовані із залишків глюкози. Загальна формула цих полісахаридів (C6 H10 O5) n. В освіті молекул полісахаридів зазвичай бере участь глікозидний (при С1 -атоме) і спиртової (при С4 -атоме) гідроксили, тобто утворюється (1-4) -глікозидними.
Крохмаль є сумішшю двох полісахаридів, побудованих з # 945 ;, D- глюкопіранозних ланок: амілози (10-20%) і амілопектину (80-90%). Крохмаль утворюється в рослинах при фотосинтезі і відкладається у вигляді "резервного" вуглеводу в коренях, бульбах і насінні. Наприклад, зерна рису, пшениці, жита та інших злаків містять 60-80% крохмалю, бульби картоплі - 15-20%. Родинну роль у тваринному світі виконує полісахарид глікоген, "запасатися", в основному, в печінці.
Крохмаль - це білий порошок, що складається з дрібних зерен, не розчинний у холодній воді. При обробці крохмалю теплою водою вдається виділити дві фракції: фракцію, розчинну в теплій воді і складається з полісахариду амілози, і фракцію, лише набухає в теплій воді з утворенням клейстеру і складається з полісахариду амілопектину.
Амилоза має лінійну будову, # 945 ;, D- глюкопіранозние залишки пов'язані (1-4) -глікозидними зв'язками. Елементна осередок амілози (і крохмалю взагалі) представляється в такий спосіб:
Молекула амілопектину побудована таким чином, однак має в ланцюзі розгалуження, що створює просторову структуру. У точках розгалуження залишки моносахаридів пов'язані (1-6) -глікозидними зв'язками. Між точками розгалуження розташовуються зазвичай 20-25 глюкозних залишків:
Крохмаль легко піддається гідролізу: при нагріванні в присутності сірчаної кислоти утворюється глюкоза:
Залежно від умов проведення реакції гідроліз може здійснюватися поступово з утворенням проміжних продуктів:
крохмаль декстрини (m Якісною реакцією на крохмаль є його взаємодія з йодом - спостерігається інтенсивне синє забарвлення. Таке фарбування з'являється, якщо на зріз картоплі або скибочку білого хліба помістити краплю розчину йоду. Крохмаль не вступає в реакцію "срібного дзеркала". Крохмаль є цінним харчовим продуктом. Для полегшення його засвоєння продукти, що містять крохмаль, піддають термообробці, тобто картопля та крупи варять, хліб печуть. Процеси декстринізації (освіта декстринів), що здійснюються при цьому, сприяють кращому засвоєнню організмом крохмалю і подальшого гідролізу до глюкози. У харчовій промисловості крохмаль використовується при виробництві ковбасних, кондитерських і кулінарних виробів. Застосовується також для отримання глюкози, при виготовленні паперу, текстильних виробів, клеїв, лікарських засобів і т.д. Целюлоза - найбільш поширений рослинний полісахарид. Вона має велику механічну міцність і виконує роль опорного матеріалу рослин. Деревина містить 50-70% целюлози, бавовна є майже чисту целюлозу. Як і у крохмалю, структурною одиницею целюлози є D- глюкопіраноз, ланки якої пов'язані (1-4) -глікозидними зв'язками. Однак, від крохмалю целюлоза відрізняється # 946; - конфігурацією глікозидних зв'язків між циклами і строго лінійною будовою: Целюлоза складається з ниткоподібних молекул, які водневими зв'язками гідроксильних груп всередині ланцюга, а також між сусідніми ланцюгами зібрані в пучки. Саме така упаковка ланцюгів забезпечує високу механічну міцність, волокнистість, нерозчинність у воді і хімічну інертність, що робить целюлозу ідеальним матеріалом для побудови клітинних стінок. # 946; - Глікозидна зв'язок не руйнується травними ферментами людини, тому целюлоза не може служити йому їжею, хоча в певній кількості є необхідною для нормального харчування баластовим речовиною. У шлунках жуйних тварин є ферменти, що розщеплюють целюлозу, тому такі тварини використовують клітковину в якості компонента їжі. Незважаючи на нерозчинність целюлози у воді і звичайних органічних розчинниках, вона розчинна в реактиве Швейцера (розчин гідроксиду міді в аміаку), а також в концентрованому розчині хлористого цинку і в концентрованої сірчаної кислоти. Як і крохмаль, целюлоза при кислотному гідролізі дає глюкозу. Целюлоза - багатоатомний спирт, на елементну клітинку полімеру припадають три гідроксильних групи. У зв'язку з цим, для целюлози характерні реакції етерифікації (утворення складних ефірів). Найбільше практичне значення мають реакції з азотною кислотою і оцтовим ангідридом. Триацетилцеллюлоза (або ацетилцелюлози) є цінним продуктом для виготовлення негорючої кіноплівки і ацетатного шовку. Для цього ацетилцелюлозу розчиняють в суміші дихлорметана і етанолу і цей розчин продавлюють через фільєри в потік теплого повітря. Розчинник випаровується і струмки розчину перетворюються в найтонші нитки ацетатного шовку. Целюлоза не дає реакції "срібного дзеркала". Говорячи про застосування целюлози, не можна не сказати про те, що велика кількість целюлози витрачається для виготовлення різної паперу. Папір - це тонкий шар волокон клітковини, проклеєний і спресований на спеціальній папероробної машині. З наведеного вище вже видно, що використання целюлози людиною настільки широко і різноманітно, що застосування продуктів хімічної переробки целюлози можна присвятити самостійний розділ. Питання для самоконтролю 1. Напишіть альдегідні формули Д- глюкози, Д- фруктози. 2. Що таке L- і D-, # 945; - і # 946; - форми цукру? 3. Напишіть можливі циклічні форми глюкози. 4. Що таке полуацетальний гідроксил? Які хімічні властивості цукрів він визначає? 5. Напишіть рівняння реакцій утворення мальтози і целлобіози. Чим відрізняються формули цих дисахаридів? 6. Наведіть приклади відновлюють і невідновних дисахаридів. 7. Гідроліз крохмалю і клітковини. Які проміжні і кінцеві продукти при цьому утворюються? 34. Напишіть реакції окислення (в різних умовах) і відновлення D-глюкози. 35. Напишіть проекційні формули по Фішеру наступних моносахаридів: а) D- і L-галактози; б) D- і L-фруктози. Для галактози напишіть рівняння реакцій окислення. 36. Зобразіть перспективні (по Хеуорсу) формули моносахаридів: а) # 945; - і # 946; -D-глюкопіраноз; б) # 945; - і # 946; -D-галактопіранози. Для однієї з них напишіть рівняння реакції взаємодії з етиловим спиртом в присутності хлороводню. 37. Складіть схеми реакцій відновлення D-глюкози і D-рибози. До яких груп моносахаридів вони відносяться? 38. Напишіть рівняння реакцій окиснення D-глюкози і D-рибози аміачним розчином гідроксиду срібла (до альдонових кислот). Назвіть. 39. Напишіть рівняння реакцій окиснення D-глюкози: а) бромної водою (освіта альдоновой кислоти); б) азотною кислотою (утворення альдаровой кислоти); в) пероксидом водню в присутності хлориду заліза (III). 40. Напишіть рівняння реакції взаємодії D-глюкози з гідроксидом міді (II)? Яка кислота при цьому утворюється? 41. Напишіть рівняння реакцій D-глюкози з наступними речовинами: а) азотною кислотою; б) синильною кислотою; в) воднем (в присутності нікелю). Назвіть отримані речовини. 42. Напишіть рівняння реакцій D-глюкози з наступними реагентами: а) C2 H5 OH в присутності сухого; б) оцтовим ангідридом; в) йодистим етилен. 43. У чому виявляються особливі властивості полуацетального (гликозидного) гідроксилу в порівнянні зі спиртовими гидроксилами? Напишіть схеми взаємодії (в присутності HCl як каталізатора) # 945; - і # 946; -D-глюкопіраноз з пропилові спиртом. До якого класу належать утворюються сполуки? 44. Напишіть рівняння реакцій з хлорангідридом оцтової кислоти: а) для D-фруктози в фуранозной формі; б) # 945; -D-галактопіранози. 45. Напишіть схеми освіти: а) мальтози; б) целлобіози. До яких типів дисахаридов вони відносяться? Чому? 46. Напишіть схеми освіти: а) лактози; б) сахарози. До яких типів дисахаридов вони відносяться? Чому? 47. Напишіть схеми дії метилового спирту (в присутності каталізатора HCl): а) на мальтозу; б) на лактозу. 48. Напишіть схеми реакцій, що протікають при дії надлишку хлорангидрида оцтової кислоти на целлобіоза в # 945; -форме. 49. Чи здатна сахароза до таутомерії? У чому подібність і відмінність сахарози з мальтозою в наступних реакціях: а) ставлення до гідролізу; б) відношення до окислення аміачним розчином срібла? 50. Напишіть схему реакції гідролізу сахарози. В чому полягає явище інверсії? Що таке інвертний цукор? 51. За допомогою яких хімічних реакцій можна відрізнити сахарозу від лактози? 52. Напишіть схеми реакцій гідролізу мальтози і сахарози. Які сполуки при цьому утворюються? 53. При обережному окисленні мальтози утворюється мальтобіоновая кислота. Напишіть рівняння цієї реакції. 54. Напишіть рівняння реакції окислення целлобіози в м'яких умовах. 55. Напишіть рівняння реакції окислення лактози в м'яких умовах. 56. Напишіть фрагменти будови крохмалю і целюлози, поясніть подібності та відмінності в будові їх молекул. 57. Вкажіть, чим відрізняється амилоза від амілопектину. Наведіть їх структурну формули. Напишіть схему гідролізу крохмалю. Які проміжні і який кінцевий продукт виходять при його гідролізі? 58. За допомогою яких якісних реакцій можна розрізнити глюкозу, сахарозу і крохмаль? Наведіть пояснення і рівняння реакцій. 59. Зобразіть перспективні формули (по Хеуорсу) наступних дисахаридов: а) мальтоза; б) целлобиоза; в) сахароза; г) лактоза. Які з перерахованих дисахаридов відносяться до відновлює і які - до невідновлюваних? У чому подібність і відмінність в будові? 60. Яка речовина вийде при взаємодії лактози з метиловим спиртом в присутності сухого хлороводню? 61. Напишіть рівняння реакції сахарози з надлишком оцтового ангідриду. Назвіть отримане речовина. 62. Напишіть схеми гідролізу: а) крохмалю; б) целюлози. Які проміжні продукти утворюються? Що виходить при повному гідролізі? 63. Напишіть схеми освіти ефірів целюлози: а) нітрату; а) ацетату. Яке їхнє практичне значення? 64. Напишіть схеми реакцій дії на сахарозу: а) надлишку хлористого ацетил; б) надлишку оцтового ангідриду. Назвіть продукти реакцій. 65. Напишіть схеми реакцій, що протікають при дії надлишку хлорангидрида оцтової кислоти а) на мальтозу в # 945; -форме; б) на лактозу в # 946; -форме. Назвіть продукти реакцій. 66. Отримайте з целюлози метилцеллюлозу, етилцелюлозу, умовно вважаючи, що алкілування піддаються всі гідроксильні групи. 67. За допомогою яких хімічних реакцій можна відрізнити сахарозу від мальтози? 68. Напишіть схеми будови крохмалю і целюлози. Застосування цих полісахаридів в харчовій промисловості. 69. Напишіть гідроліз сахарози, використовуючи структурні формули. В чому полягає явище інверсії? Що таке інвертний цукор? 70. Напишіть реакції взаємодії лактози з наступними речовинами: ангідридом метанова кислоти, гідроксиламіном, фенилгидразином. 71. Як реагує амилоза з диметилсульфатом? Напишіть схему реакції. 72. Напишіть структурну формулу фрагмента пектину. Застосування пектину в харчовій промисловості. 73. Напишіть структурну формулу фрагмента хітину і хітозану.Схожі статті