- •II. ПОЛИСАХАРИДЫ
- ••ПС (полиозы) представляют собой высокомолекулярные углеводы, которые входят в состав почти всех живых
- •Классификация, строение, номенклатура
- •В составе различных ПС обнаружено более 20 МС. Наиболее распространены:
- •По моносахаридному составу различают:
- •В зависимости от строения полигликозидных молекул:
- •Для названия ПС широко применяют тривиальную номенклатуру. При этом, названия ПС обычно отражают
- •Для природных ПС одного и того же типа обычно указывают источник, напр., картофельный,
- •Номенклатура, рекомендованная IUPAC, основана на взаимосвязи названия и строения полиозы.
- •В тех случаях, когда хотят подчеркнуть тип связи и размер цикла, названия следующие:
- •В природе наиболее распространены гомоПС: целлюлоза, хитин, крахмал, гликоген, маннаны, инулин, ксиланы, арабинаны;
- •1.ЦЕЛЛЮЛОЗА (КЛЕТЧАТКА)
- •Содержание Ц
- •Спутниками Ц в растительных материалах являются
- •Выделение Ц из растительных
- •Метод обработки определяется структурой и составом растительного материала.
- •При сульфитном способе
- •Оставшийся р-р (сульфитный щелок) содержит большое кол-во
- •При др. традиционных способах древесную щепу подвергают варке с водным раствором NaOH (
- •С конца прошлого столетия ведутся исследования по разработке новых экологически безопасных способов получения
- •1.1.Строение.
- •1,4- -гликозидная связь
- •В природной Ц пиранозные звенья глюкозы занимают наиболее устойчивую конформацию кресла, в которой
- •Стереоповторяющимся звеном Ц является остаток целлобиозы
- •Физ.-хим. и механические свойства Ц зависят как от пространственного строения отдельных макромолекул так
- •Отдельные нити соединяются межмолекулярными Н-связями в пучки, имеющие форму волокон. Это обеспечивает особые
- •2.Физические свойства
- •К числу немногих соединений, растворяющих Ц, относятся реактив Швейцера (водный раствор медно- аммиачного
- •Химические свойства
- •1).Реакции деструкции.
- •Кислотный катализ обеспечивает протонирование гликозидного О и создание выгодной уходящей группы, поэтому гидролиз
- •Целлюлоза ЦеллодекстриныЦеллобиоза
- •Кислотный гидролиз Ц (в производстве называют осахаривание) имеет большое техническое значение. Обычно осахаривают
- •б) Окисление . Благодаря наличию большого кол-ва ОН –групп Ц чувствительна к действию
- •концевые альдегидные группы
- •- гликолевые ОН-группы
- •Окисление зачастую сопровождается деструкцией за счет разрыва гликозидных связей. Поэтому различают
- •2). Р-ции Ц как многоатомного спирта.
- •Кислотно-основные свойства.
- •При проведении р-ций замещения
- •Если р-ция проводится в кислой среде, в которой происходит активация (субстрата) за счет
- •Обработка Ц Na в жидком NH3 приводит к
- •Обработка Ц конц. р-рами щелочей приводит к получению алкоголята только по одной ОН-гр.
- •Регенерированная Ц имеет по сравнению с исходной измененную
- •Образование простых эфиров
- •Большой интерес представляют производные Ц, полученные алкилированием Ц реагентами,
- •Синтез ДЕАЕ-Ц осуществляют обработкой Ц-хлорэтилдиэтиламмонийхлоридом в щелочной
- •Простые эфиры Ц нашли широкое практ. применение. МетилЦ, карбоксиметилЦ используются вместо крахмала в
- •Образование сложных эфиров
- •Сод-ние воды в реакц. смеси определяет степень замещения. Чем больше сод-е воды, тем
- •Растворимость азотнокислых эфиров Ц в доступных раств-ях, высокие механические св-ва нашли широкое применение
- •Уксуснокислые эфиры (ацетаты) Ц получают при д-вии уксусного ангидрида, уксусной кислоты в присутствии
- •Для синтеза триацетата Ц в пром-сти используют более сильные ацилирующие средства ангидриды в
- •Ксантогенаты Ц. Получение их явл-ся важным промежуточным промышленным звеном при произв-ве вискозного волокна
- •2. КРАХМАЛ
- •2.1.Строение
- •Амилоза – это линейный полимер D- глюкозы, остатки которой соединены между собой 1,4-
- •Амилопектин, как и амилоза построен из остатков D-глюкозы, связанных
- •2.2. Свойства и применение.
- •Растворимость компонентов крахмала разл.: амилоза х. р. в теплой воде, амилопектин – плохо.
- •На различии в строении амилозы и амилопектина основано их качественное обнаружение. Так, при
- •Химические свойства.
- •Крахмал, как многоатомный спирт может алкилироваться, ацилироваться. Восстанавливающая способность низкая, т.к. ММ большая
- •Применение.
- •Крахмалсодержащее сырье является исходным сырьем для биохимического получения этанола, бутанола, ацетона, молочной и
- •3. ГЛИКОГЕН
- •Гликоген представляет собой белый аморфный порошок, х. р. в воде. Р-ры обладают правым
- •4.ДЕКСТРАНЫ
- •Впром-сти декстраны получают из
- •5.Пектиновые вещества
- •Извлекают ПВ из растительных материалов экстракцией горячей водой. Более полное выделение можно осуществить
- •ПВ по растворимости в холодной воде подразделяют на :
- •Главным МС, входящим в состав ПВ, является
- •ПВ представляют собой
- •Звенья L-рамнопиранозы образуют характерные тримерные фрагменты, содержащие одно звено галактуроновой кислоты с гликозидными
- •Пектиновая кислота содержит ОСН3- группы, входящие в сложноэфирные группировки, массовая доля которых составляет
- •• пиранозные звенья галактуроновой
- •COOR
- •Отличительным сво-вом ПВ явл-ся их способность при растворении в воде образовывать прочные гели
- •6. Гемицеллюлозы
- •Главная полимерная цепь чаще всего состоит из остатков D-ксилозы,D-маннозы,D-галактозы,D- арабинозы, L-рамнозы,D-глюкозы.
- •Встречаются также и гомополисахариды:
- •Гидролизаты ГЦ идут на производство
- •7. Растительные камеди, слизи
- •Слизи – это ПС, подобные камедям, но присутствующие в неповрежденных растениях. Слизи являются
- •Камеди и слизи по своему хим. строению близки между собой. Принято считать, что
- •В состав камедей входят гексозы (галактоза и манноза), пентозы (арабиноза и ксилоза), метилпентозы
- •Применение
- •8. Хитин
- •Хитин - линейный гомополисахарид,
- •СП нативного ХТ такая же как и у Ц.
- •Полный кислотный гидролиз ХТ приводит к образованию глюкозамина и эквивалентного кол-ва уксусной кислоты,
- •ХЗ в отличие от ХТ х. р. в разб. р-рах кислот органических и
Синтез ДЕАЕ-Ц осуществляют обработкой Ц-хлорэтилдиэтиламмонийхлоридом в щелочной
среде
[C6H7O2(OH)2OH]n + n[ClCH2CH2NH(C2H5)2]+Cl-
[C6H7O2(OH)2OCH2CH2N(C2H5)2]n +2nNaCl +2nН2О диэтиламиноэтилцеллюлоза
Наличие диэтиламиноэтилгруппы
придает ДЕАЕ-Ц анионообменные св-ва.
Простые эфиры Ц нашли широкое практ. применение. МетилЦ, карбоксиметилЦ используются вместо крахмала в косметической, текстильной, пищевой пром- ности. ЭтилЦ, представляющая собой термопластичный полимер, используется для произв-ва пластмасс, спецлаков, эмалей, упаковочной пленки, искусственной кожи и т. д. КМЦ и ДЕАЕ-Ц широко используются как ионообменники, в биотехнологии, в ионообменной хроматографии для разделения аминокислот, белков, нуклеиновых к-т.
Образование сложных эфиров
Наибольшее практическое значение получили азотнокислые, уксуснокислые эфиры и ксантогенаты Ц.
|
Азотнокислые эфиры Ц чаще всего получают |
||||||||
|
обработкой Ц смесью конц. HNO3 и H2SO4. |
||||||||
|
|
CH2OH |
|
|
|
OH |
HNO3 |
||
|
|
O |
O |
HO |
|
|
|||
|
|
OH |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
O... |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
...O |
|
|
|
O |
H2SO4 |
||||
|
|
OH |
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
CH2ONO2 |
|
|
ONO |
||||
|
|
|
|
O |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
O |
|
ONO2 |
|
|
|
|
|
ONO2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
O... |
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
...O |
|
ONO2 |
|
O |
|||
|
|
|
|
|
CH2ONO2 |
|
|
тринитрат целллюлозы
Сод-ние воды в реакц. смеси определяет степень замещения. Чем больше сод-е воды, тем ниже % N в нитрате Ц. Степень замещения определяет св-ва продукта и область его применения.
Тринитрат Ц (сод-е N 13,3%) – пироксилин используется в произв-ве бездымного пороха. Азотнокислые эфиры Ц, сод-щие 10,7-12,5% N – динитрат (используют в медицине (коллоксилин) спиртовый р-р – колодий).
Растворимость азотнокислых эфиров Ц в доступных раств-ях, высокие механические св-ва нашли широкое применение им для произв-ва кинопленки и лаковых покрытий (нитролаки).
Уксуснокислые эфиры (ацетаты) Ц получают при д-вии уксусного ангидрида, уксусной кислоты в присутствии кислотного кат-ра (этерификацией).
Низкозамещенные ацетаты Ц получают этерификацией.
[C H O (OH) ] + nCH COOH |
|
|
[C H O (OH) OCOCH ] |
|||
|
|
|||||
6 7 2 3 n |
3 |
_ nH O |
6 7 2 2 |
3 n |
||
|
|
2 |
моноацетат целлюлоз |
Для синтеза триацетата Ц в пром-сти используют более сильные ацилирующие средства ангидриды в присутствии каталитических кол-в H2SO4 или ZnCl2.
Частичный гидролиз этого продукта приводит к образованию диацетата Ц.
[C6H7O2(OH)3]n+ 3n(CH3CO)2O _3nCH3COOH
[C6H7O2(OCOCH3)3]n
триацетат целлюлозы
nH2O, H+
[C6H7O2(OCOCH3)2OH]n
диацетат целлюлозы
Ацетаты широко используются в пром-сти для получения ацетатного шелка, оргстекла, пластмасс, негорючих кино- и фотопленок, лаков и т.п.
Ксантогенаты Ц. Получение их явл-ся важным промежуточным промышленным звеном при произв-ве вискозного волокна и целлофана. Под д-ем NaOH и CS2 получают растворимый в воде ксантогенат Ц - натриевую соль кислого эфира Ц и ксантогеновой кислоты (дитиоугольной).
Ксантогенат легко подвергается гидролизу, регенерируя при этом Ц. При продавливании вязкого щелочного р-ра ксантогената (вискозы) через фильеры в прядильную ванну с H2SO4 получаются нити вискозного шелка,
через узкие щели – целлофан.
[C H O |
(OH) ] + nNaOH |
|
[C6H7O2(OH)2ONa]n nCS2 |
|
|||
6 7 2 |
3 n |
[C6H7O2(OH)2O-CSSNa]n
H2SO4
[C6H7O2(OH)3]n + nCS2 + nNaHSO4