Часть II
   На главную I. Теоретические основы II. Углеводороды III. Кислородсодержащие соединения IV. Азотсодержащие соединения V. Высокомолекулярные соединения VI. Решение задач
Часть III. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Полисахариды
Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями.
Эти вещества составляют основную массу органической материи в биосфере Земли. В живой природе они выполняют важные биологические функции, выступая в качестве:
• структурных компонентов клеток и тканей,
• энергетического резерва,
• защитных веществ.
В основе процесса образования полисахаридов лежит реакция поликонденсацииКонденсация — реакция, приводящая к усложнению углеродного скелета, когда из относительно простых молекул образуется новая, более сложная молекула.
При конденсации моносахаридов между их остатками образуются гликозидные связи и отщепляется вода. Конденсация, приводящая к образованию высоко-молекулярных соединений, называется реакцией поликонденсации.
моно- и олигосахаридов, обладающих восстановительными свойствами.
Схема поликонденсации β-глюкозы
 
Полисахаридная цепь всегда оканчивается остатком восстанавливающего моносахарида, но доля его очень мала, поэтому полисахариды практически не проявляют восстанавливающих свойств. Однако именно полуацетальная ОН-группа концевого звена определяет возможность присоединения молекул полисахаридов к молекулам неуглеводной природы, например, к белкам или липидам, с образованием смешанных биополимеров — гликопротеинов или гликолипидов.

Основные представители полисахаридов – крахмал и целлюлоза (клетчаткаот лат. cellula - клеточка) – построены из остатков одного моносахарида – глюкозы (точнее, D-глюкозы). Они образуются в растениях из CO2 и H2O в процессе фотосинтеза. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковый состав (C6H10O5)n, но совершенно различные свойстваКрахмал — белое аморфное вещество, нерастворимое в холодной воде, в горячей воде набухает и частично растворяется, образуя вязкий коллоидный раствор (крахмальный клейстер). Целлюлоза — твердое волокнистое вещество белого цвета, нерастворимое в воде и органических растворителях (растворяется только в аммиачном растворе гидроксида меди(II) — реактиве Щвейцера). Волокна целлюлозы обладают высокой механической прочностью. и биологические функции.Крахмал — резервный углевод питания, служит источником энергии для реакций обмена веществ в растениях и животных. Целлюлоза — основная составная часть стенок клеток растений. Это обьясняется особенностями их пространственного строения. Целлюлоза состоит из остатков β-глюкозы, а крахмал — из α-глюкозы, которые, являясь стереоизомерами, формируют полимерные цепи различной пространственной структуры.
К важнейшим полисахаридам относится также гликоген (C6H10O5)n, образующийся в организмах животных в результате биохимических превращений из растительных углеводов. Как и крахмал, гликоген состоит из остатков α-глюкозы и выполняет подобные функции (поэтому часто называется животным крахмалом).
Большинство полисахаридов — бесцветные аморфные вещества, разлагающиеся при нагревании выше 200 °C.

Практически важные химические свойства полисахаридов определяют:
• гликозидные связи между моносахаридными звеньями, с разрывом которых идут реакции гидролиза;
• спиртовые ОН-группы моносахаридных звеньев, участвующие в реакциях образования производных.

Гидролиз полисахаридов
В кислой среде или под действием ферментов происходит разрыв гликозидных связей между моносахаридными звеньями. В щелочной среде полисахариды не расщепляются, так как по своей природе они являются гликозидами (ацеталями), устойчивыми к действию щелочей.

Полный гидролиз полисахаридов приводит к образованию моносахаридов:
(C6H10O5)n + n H2O(H+)     nC6H12O6
При неполном гидролизе образуются промежуточные олигосахариды, в том числе и дисахариды.
Способность к гидролизу увеличивается в ряду: целлюлоза < крахмал < гликоген.

Схема гидролиза крахмала

(декстрины — осколки макромолекул крахмала,
содержащие несколько десятков остатков глюкозы)
 

Крахмал гидролизуется в пищеварительном тракте человека под действием ферментов с образованием глюкозы, которая служит непосредственным источником энергии для клеточных реакций, входит в состав крови и тканей, участвует в обменных процессах. Целлюлоза (клетчатка) не расщепляется обычными ферментами желудочно-кишечного тракта, но она является необходимым для нормального питания балластным веществом.
В отличие от человека, в организмах травоядных животных имеются соответствующие ферменты, расщепляющие целлюлозу. Поэтому для таких животных клетчатка составляет основу питания.
Гидролиз крахмала и целлюлозы до глюкозы ("осахаривание") и ее брожение используется в производстве этанола (гидролизный спирт), молочной, масляной и лимонной кислот, ацетона, бутанола.

Образование производных полисахаридов
За счет реакций по спиртовым ОН-группам из полисахаридов получают их производные. Наибольшее значение имеют сложные и простые эфиры целлюлозы, при образовании которых длина цепных макромолекул остается практически неизменной.
В отличие от целлюлозы ее эфиры термопластичны и растворимы в доступных растворителях, что облегчает их переработку в различные изделия: искусственныеПолимеры, полученные при химической модификации природных полимеров, называют искусственными. Например, ацетилцеллюлоза (ацетатный шелк), моно- ди- и тринитраты целлюлозы - продукты химических превращений природного полимера - целлюлозы. волокна, пластмассы, пленки, лакокрасочные материалы, бездымный порох, взрывчатка, твердые ракетные топлива и др.

        

Учебное видео "Полисахариды"