"Химия (углублённый уровень)", Пузаков С.А., Машнина Н.В., Попков В.А.
Дисахариды и полисахариды — углеводы, образованные остатками моносахаридов. К дисахаридам относится сахароза, которая при гидролизе даёт глюкозу и фруктозу. Полисахариды крахмал и целлюлоза построены из остатков глюкозы, но различаются строением цепей и свойствами. При соединении остатков отщепляется вода и возникает гликозидная связь. Эти вещества важны как источники энергии, запасные вещества и материалы клеточных стенок.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Дисахариды — углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов. Их общую формулу часто записывают как C12H22O11. При гидролизе дисахарид распадается на моносахариды, поэтому по продуктам реакции можно установить его состав.
Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, построенные из большого числа остатков моносахаридов. Для крахмала и целлюлозы состав повторяющегося звена выражают формулой (C6H10O5)n. Такая запись показывает, что молекула состоит из множества одинаковых звеньев.
Гликозидная связь — связь между остатками моносахаридов, возникающая при отщеплении воды. Она соединяет части молекулы в дисахаридах и длинные цепи в полисахаридах. По типу этой связи объясняются различия между крахмалом и целлюлозой.
Гидролиз — расщепление дисахаридов или полисахаридов водой с образованием моносахаридов. Вода расходуется на разрыв гликозидных связей. Реакция гидролиза важна при пищеварении и при промышленном получении глюкозы.
При соединении двух молекул моносахаридов одна гидроксильная группа и атом водорода другой группы образуют воду. Оставшиеся фрагменты соединяются через атом кислорода, поэтому между ними возникает гликозидная связь. Так из двух молекул C6H12O6 получается дисахарид C12H22O11 и H2O.
Сахароза образована остатками глюкозы и фруктозы, соединёнными через их аномерные центры. При гидролизе вода присоединяется по месту связи, поэтому образуются одна молекула глюкозы и одна молекула фруктозы. Следовательно, при полном гидролизе сахарозы эти моносахариды возникают в равных количествах.
Сахароза не проявляет восстановительных свойств, потому что в образовании связи участвуют оба аномерных центра её моносахаридов. У глюкозного и фруктозного остатков не остаётся свободной полуацетальной группы, способной переходить в открытую форму. Поэтому сахароза не даёт реакцию «серебряного зеркала».
При образовании полисахарида одна молекула глюкозы соединяется с соседней, затем цепь удлиняется повторением этого процесса. На каждую новую связь приходится отщепление одной молекулы воды. Поэтому из состава C6H12O6 вычитается H2O и повторяющееся звено имеет состав C6H10O5, что отражает формула (C6H10O5)n.
Крахмал построен из остатков α-глюкозы, поэтому его цепи могут быть разветвлёнными и удобны для запаса питательных веществ. Целлюлоза состоит из остатков β-глюкозы, из-за чего её цепи линейны и соединяются в прочные волокна. Такая структура делает крахмал запасным веществом растений, а целлюлозу основой клеточных стенок.
| Признак | Дисахариды | Сахароза | Крахмал | Целлюлоза |
|---|---|---|---|---|
| Состав и формула | 2 остатка моносахаридов; обычно C12H22O11 | Глюкоза + фруктоза; C12H22O11 | Остатки α-глюкозы; (C6H10O5)n | Остатки β-глюкозы; (C6H10O5)n |
| Тип моносахаридов и характер гликозидной связи | Связь между двумя остатками | Связь аномерных центров глюкозы и фруктозы | α-связи; цепи могут ветвиться | β-связи; линейные цепи |
| Продукты гидролиза | Моносахариды | Глюкоза и фруктоза | Глюкоза | Глюкоза |
| Восстановительные свойства | Зависят от строения | Не проявляет | Не проявляет как типичный полисахарид | Практически не проявляет |
| Качественная реакция | Зависит от вещества | Специфической реакции в теме нет | С йодом — синее окрашивание | С йодом синего окрашивания нет |
| Биологическая роль | Энергетическое питание | Пищевой сахар, источник энергии | Запас глюкозы у растений | Клеточные стенки растений |
| Растворимость и физические свойства | Обычно хорошо растворимы, часто сладкие | Кристаллическое, сладкое, растворимое вещество | Белое вещество, в холодной воде набухает | Волокнистое, прочное, нерастворимое вещество |
Сначала по таблице определяют число остатков и формулу вещества, затем сравнивают тип связи и продукты гидролиза. Для различения крахмала и целлюлозы особенно полезны качественная реакция с йодом и сведения о строении цепей.
Если нужно объяснить свойство, связывайте его со строением: α- или β-связи влияют на форму цепи, а отсутствие свободного аномерного центра — на восстановительные свойства.
Запишем уравнение гидролиза сахарозы и определим её восстановительные свойства. Сахароза содержит остатки глюкозы и фруктозы, поэтому вода расщепляет связь между ними. Свободной полуацетальной группы в молекуле нет.
Ответ: при гидролизе образуются глюкоза и фруктоза; сахароза восстановительных свойств не проявляет.
При полном гидролизе 34,2 г сахарозы определить массу образовавшейся глюкозы. По уравнению реакции 1 моль сахарозы даёт 1 моль глюкозы. Молярные массы равны M(C12H22O11) = 342 г/моль и M(C6H12O6) = 180 г/моль.
Ответ: образуется 18 г глюкозы.
При полном гидролизе 162 г крахмала теоретически образуется глюкоза. Масса 162 г соответствует одному структурному звену C6H10O5, которое при присоединении воды превращается в глюкозу массой 180 г. Реальный выход составляет 80%, поэтому теоретическую массу нужно уменьшить в 0,8 раза.
Ответ: фактически получится 144 г глюкозы.
Сахарозу иногда называют полисахаридом, потому что она состоит из двух моносахаридов. Ошибка появляется из-за смешения понятий «много частей» и «два остатка». Проверьте число остатков: два — это дисахарид, большое число — полисахарид.
В уравнении гидролиза иногда забывают воду или продукты реакции. Причина в том, что внимание сосредотачивают на разрыве связи, а не на присоединении элементов воды. Проверьте баланс атомов: вода должна быть слева, а после реакции должны появиться моносахариды.
Формулу глюкозы C6H12O6 путают с формулой звена полисахарида C6H10O5. При образовании каждой связи отщепляется вода, поэтому состав повторяющегося звена меняется. Сопоставьте формулу с процессом: свободная глюкоза содержит H12, звено цепи — H10.
Крахмал и целлюлозу считают одинаковыми из-за общей формулы. Но одинаковый состав не означает одинаковое строение: α- и β-связи создают разные формы цепей. Проверьте себя по трём признакам: тип глюкозы, форма цепи и реакция с йодом.
Для понимания темы нужны знания о глюкозе и фруктозе, их функциональных группах, строении циклических форм, реакциях окисления и химических связях. Эти сведения объясняют образование гликозидной связи и восстановительные свойства.
Углеводы участвуют в пищеварении и обмене веществ: гидролиз превращает крупные молекулы в моносахариды, а их окисление даёт организму энергию. Поэтому состав углеводов связан с пищевой ценностью продуктов.
Дальше тема соединяется с природными полимерами, клеточными стенками и биологическими мембранами. Она также нужна для расчётов по уравнениям органических реакций и определения выхода продукта.
Почему сахароза не даёт реакцию «серебряного зеркала»?
В сахарозе оба аномерных центра глюкозы и фруктозы участвуют в образовании гликозидной связи. Свободной полуацетальной группы нет, поэтому сахароза не проявляет восстановительных свойств и не восстанавливает ионы серебра.
Чем дисахариды отличаются от полисахаридов?
Молекула дисахарида состоит из двух остатков моносахаридов, а полисахарид содержит большое число таких остатков. Поэтому дисахариды обычно имеют сравнительно небольшие молекулы, а полисахариды являются высокомолекулярными веществами.
Почему при образовании полисахарида формула звена отличается от формулы глюкозы?
При соединении остатков глюкозы образуется гликозидная связь и отщепляется вода. Поэтому в повторяющемся звене остаётся состав C₆H₁₀O₅, а не C₆H₁₂O₆.
Как отличить крахмал от целлюлозы?
Крахмал даёт с йодом синее окрашивание, а целлюлоза такой реакции не даёт. Кроме того, крахмал построен из остатков α-глюкозы и служит запасным веществом, тогда как целлюлоза состоит из остатков β-глюкозы и образует линейные волокна.
Зачем организму нужны крахмал и целлюлоза?
Крахмал является запасом глюкозы и при пищеварении расщепляется до веществ, используемых для получения энергии. Целлюлоза образует клеточные стенки растений, а для человека служит пищевым волокном и помогает работе кишечника.
§ 23. Углеводы. Дисахариды и полисахариды
