ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина III . ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 17. КИСНЕВМІСНІ ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ

§ 17.18. Полісахариди

Крохмаль. Крохмаль, а також целюлоза (див. нижче) належать до третьої групи вуглеводів — полісахаридів.

Молекулярну масу цих сполук точно не встановлено, але відомо, що вона дуже велика (приблизно 100 000) і для різних зразків може бути різною. Тому формулу крохмалю, як і інших полісахаридів, зображують у вигляді (С₆Н₁₀О₅)_n. Для кожного полісахариду n матиме різні значення.

Крохмаль - це білий порошок, без смаку, нерозчинний у холодній воді. В гарячій воді набухає, утворюючи клейстер.

Крохмаль широко поширений у природі. Він є для різних рослин запасним поживним матеріалом і міститься в них у вигляді крохмальних зерен. Найбагатші на крохмаль зерна злаків: рису (до 86%), пшениці (до 75%), кукурудзи (до 72%), а також бульби картоплі (до 24%). У бульбах картоплі зерна крохмалю плавають у клітинному соку, у злаках вони міцно склеєні білковою речовиною — клейковиною. Крохмаль є одним з продуктів фотосинтезу.

Із рослин крохмаль добувають руйнуванням клітин і відмиванням його водою. У промисловості його виробляють переважно з бульб картоплі (у вигляді картопляного борошна), а також з кукурудзи.

Під впливом ферментів або при нагріванні з кислотами (іони водню є каталізатором) крохмаль, як і всі складні вуглеводи, гідролізує. При цьому спочатку утворюється розчинний крохмаль, потім менш складні речовини — декстрини. Кінцевим продуктом гідролізу є глюкоза. Сумарне рівняння реакції можна виразити так:

(С₆Н₁₀ O₅)_n + nН₂О —> nС₆Н₁₂О₆.

Гідроліз крохмалю — його важлива хімічна властивість.

Крохмаль не дає реакції “срібного дзеркала”, однак її дають продукти його гідролізу. Макромолекули крохмалю складаються із багатьох молекул циклічної а-глюкози. Тоді процес утворення крохмалю можна зобразити так:

Як видно, сполучення молекул глюкози відбувається за участю найбільш реакційноздатних гідроксильних груп, а зникнення останніх виключає можливість утворення альдегідних груп, і їх у молекулі крохмалю немає. Так хімічні властивості крохмалю пояснюються його будовою.

Розчин йоду забарвлює крохмаль у синій колір. При нагріванні це забарвлення зникає, при охолодженні знову з’являється. Розчин йоду використовується для виявлення крохмалю, а розчин крохмалю (клейстер) — для виявлення йоду.

Застосування крохмалю різноманітне. Він є основним вуглеводом продуктів харчування людини — хліба, крупів, картоплі. Значні кількості його переробляють на декстрини, патоку і глюкозу, які використовують у кондитерському виробництві. З крохмалю, який є в картоплі і зернах злаків, добувають етиловий спирт. Крохмаль використовують як клеючий засіб, застосовують для обробки тканин, крохмалення білизни. У медицині на основі крохмалю виготовляють мазі, присипки тощо.

Целюлоза. Целюлоза, або клітковина, — ще більш поширений вуглевод, ніж крохмаль. З неї складаються в основному стінки рослинних клітин. У деревині міститься до 60 % целюлози, у ваті й фільтрувальному папері — до 90%.

Чиста целюлоза — біла тверда речовина, не розчинна у воді і звичайних органічних розчинниках, але добре розчинна в аміачному розчині гідроксиду купруму(ll) (реактиві Швейцера). З цього розчину кислоти осаджують целюлозу у вигляді волокон (гідратцелюлоза).

Склад целюлози, як і крохмалю, зображують формулою (С₆Н₁₀О₅)_n. Величина n у деяких видах целюлози досягає 40 000, а молекулярна маса становить кілька мільйонів. Молекули її мають лінійну (нерозгалужену) будову, тому целюлоза легко утворює волокна. Молекули ж крохмалю мають як лінійну, так і розгалужену будову. У цьому основна відмінність крохмалю від целюлози.

Існують відмінності і в будові цих речовин: макромолекули крохмалю складаються із залишків молекул а-глюкози, а макромолекули целюлози — із залишків молекул (β-глюкози. Процес утворення макромолекули целюлози можна зобразити схемою:

Невеликі відмінності у будові молекул зумовлюють значні відмінності у властивостях полімерів: крохмаль — продукт харчування, целюлоза для цієї мети непридатна.

Целюлоза також не дає реакції “срібного дзеркала” (не має альдегідної групи), але з кислотами вступає в реакції етерифікації. Це дає підставу розглядати кожну ланку С₆Н₁₀О₅ як залишок глюкози, що має три гідроксильні групи. Останні у формулі целюлози часто виділяють:

За рахунок гідроксильних груп целюлоза може утворювати прості і складні ефіри (етери й естери).

При взаємодії целюлози з концентрованою нітратною кислотою за наявності концентрованої сульфатної кислоти як водовідбираючого засобу утворюється складний ефір — тринітрат целюлози:

Це вибухова речовина, яка застосовується при виготовленні порохів.

При звичайній температурі целюлоза взаємодіє лише з концентрованими кислотами.

Подібно до крохмалю целюлоза при нагріванні з розведеними кислотами піддається гідролізу, утворюючи глюкозу:

(С5Н10О5)_n + nН₂О —> nС₆Н₁₂ O₆.

Гідроліз целюлози, відомий також під назвою оцукрювання, дуже важлива властивість целюлози, він дає змогу добувати з деревної тирси і стружок глюкозу, а зброджуванням останньої — етиловий спирт.. Етиловий спирт, добутий з деревини, називається гідролізним.

На гідролізних заводах з 1 т деревини виробляють до 200 л етилового спирту, що замінює 1,5 т картоплі або 0,7 т зерна.

Сира глюкоза, добута з деревини, може бути кормом для худоби.

Це лише окремі приклади застосування целюлози. Целюлоза у вигляді бавовнику, льону і прядива йде на виготовлення тканин — бавовняних і льняних. Великі кількості її витрачаються на виробництво паперу. Дешеві сорти паперу виготовляють з деревини хвойних порід, кращі сорти — з льняного і бавовняного ганчір’я. Піддаючи целюлозу хімічній переробці, виробляють кілька видів штучного шовку, пластмаси, кіноплівку, бездимний порох, лаки та багато іншого.