В дивата природа са широко разпространени много вещества, чието значение е трудно да се надцени. Например, те включват въглехидрати. Те са изключително важни като източник на енергия за животните и хората, а някои свойства на въглехидратите ги правят незаменима суровина за индустрията.
Какво е това?
Това са всички вещества, чиято структура може да се опише с формулата Cn(H2O)m. Те са от голямо биологично значение, играят решаваща роля в живота на много живи същества.
Учените измислиха името на тази група, след като беше направен първоначалният анализ на веществата, включени в нея. Тогава се установи, че основните им компоненти са въглеродът и водата. По-късно се оказа, че името се оказа изключително точно, тъй като свойствата на въглехидратите са такива, че съотношението на водородните и кислородните атоми в тях е напълно идентично с това във водата. Просто казано, има един кислород за всеки два водородни атома. За първи път руската версия на името е предложена през 1844 г. от професор К. Шмид.
Някоидопълнения
Ако леко модифицираме горната формула, като извадим "n" от скоби, тогава изразът ще стане малко по-различен: Сm(Н2О)n. Може би именно той отразява идеално самата същност на името "въглища - вода".
Към днешна дата учените са установили точно, че има редица вещества, които имат свойствата на въглехидрати, но не отговарят съвсем на формулата, която описахме. Затова в чуждата литература често може да се натъкне на думата „глициди“, която е съвременен синоним на термина от 1844 г., който се оказа не съвсем точен..
Проста класификация
Целият огромен клас вещества може да бъде разделен на две големи групи: прости и сложни глициди. Какви са свойствата на въглехидратите, които включват? Всъщност те също не се различават по голяма сложност:
- Прости са тези вещества от групата, които не се поддават на хидролиза с последващо образуване на други въглехидрати. Но основната разлика е, че броят на кислородните атоми в тяхната структура е равен на същия брой въглеродни атоми. Наричат се монозахариди.
- Съответно дефиницията на "комплекс" включва всички онези глициди, които се разлагат по време на хидролиза, за да образуват няколко прости въглехидрати. Разбира се, те имат различно съотношение на кислородни и въглеродни атоми. Те се наричат дизахариди. Много важна роля в природата играят сложните въглехидрати, чийто списък предоставяме частично в статията.
Освен това има и друга класификация, според която въглехидратите се делят на три вида. Ето ги:
- Монозахариди.
- Олигозахариди.
- Полизахариди.
Въглехидратната диаграма по-долу със сигурност ще ви помогне да разберете основните разлики.
|
Моно- (1 молекула) |
Oligo- (< 10 молекули) |
Poly- (>10 молекули) |
| Алдози, кетози | Това включва само дизахариди, тризахариди и др. |
Има два вида:
От името можете да разберете, че вътрешната молекулярна структура на тези две разновидности е напълно различна |
Разбира се, дадохме кратка таблица на въглехидратите, но е просто невъзможно да вместим в нейната рамка всички специфични характеристики, които са характерни за някои представители на този огромен клас. Затова ще анализираме основните групи всяка поотделно, като се спрем по-подробно на свойствата на някои отделни, най-често срещани вещества. И така, какви са класовете въглехидрати?
Монозахариди
Трябва да се помни, че всички те принадлежат към категорията твърди вещества, лесно способни да преминат в кристално състояние. Те са изключително хигроскопични, разтворими във вода, образуват сироп. Може да бъде много трудно да ги изолирате под формата на кристали от там. Техните разтвори имат неутрална реакция, най-често сладникава на вкус. Интензивността на вкуса варира: например, фруктозата е приблизително 3-3,5 пъти по-сладка от най-разпространената глюкоза.
Относно структурната форма
Всички тези вещества са съединения с бифункционална структура, които задължително включват въглероден скелет, една карбонилна група и няколко хидроксилни групи. Ако алдехидна група действа като карбонилна група, веществото се нарича алдоза. Съответно, в случай на наличие на кетонна "опашка", те се наричат кетози.
Тъй като тези вещества са изключително разпространени в природата, те могат да бъдат намерени както в свободно състояние, така и под формата на анхидридни форми. Като цяло, почти всички сложни въглехидрати, в една или друга степен, са анхидриди на прости захари, които съвсем просто се получават чрез отнемане на няколко (или една) водни молекули (префиксът "an" - отсъствие).
Глюкозата като най-типичен представител
Формулата на този най-типичен представител на неговата група е C6H12O6. Тези въглехидрати са много често срещани в растителните клетки. Той е не само широко разпространен, но и много важен за организма, тъй като е основният източник на енергия за него (говорим за животни и хора, разбира се). По принцип това са общите свойства на протеините, въглехидратите и мазнините за всички животински организми. В допълнение, той се използва широко в медицината, ветеринарната медицина, промишлеността (включително храните).
Физически свойства
Какви са общите физични свойства на въглехидратите от тази група? Външен вид - малки кристали с бял цвят, сладникави на вкус, разтворими добре във вода. Разтворимостта се увеличава рязко, ако разтворъттоплина: по този начин се получава глюкозен сироп.
Кратка информация за химическата структура
Ако погледнете линейната формула, тогава в състава на този въглехидрат ясно се виждат един алдехид и пет хидроксилни групи. Когато веществото е в кристално състояние, тогава неговите молекули могат да бъдат в една от двете възможни форми (α- или β-глюкоза). Факт е, че хидроксилната група, свързана с петия въглероден атом, може да взаимодейства с карбониловия остатък.
Естествено разпространение
Тъй като е изключително богата на гроздов сок, глюкозата често се нарича "гроздова захар". Под това име са я познавали нашите далечни предци. Можете обаче да го намерите във всеки друг сладък зеленчук или плод, в меките тъкани на растението. В животинското царство разпространението му е не по-малко: приблизително 0,1% от кръвта ни е именно глюкоза. Освен това тези въглехидрати могат да бъдат намерени в клетката на почти всеки вътрешен орган. Но те са особено изобилни в черния дроб, тъй като именно там глюкозата се преработва в гликоген.
Тя (както вече казахме) е ценен източник на енергия за нашето тяло, част е от почти всички сложни въглехидрати. Подобно на други прости въглехидрати, в природата се появява след реакцията на фотосинтезата, която протича изключително в клетките на растителните организми:
6CO2 + 6H2O хлорофил C6H 12 O6 + 6O2 - Q
Растенията в същото време се представят невероятноважна функция за биосферата, натрупвайки енергията, която получават от слънцето. Що се отнася до промишлените условия, от древни времена гроздовата захар се получава от нишесте чрез хидролиза и реакцията се катализира от концентрирана сярна киселина:
(C6H10O5)n + nH2O H2SO4, t nC6H12O6
Химически свойства
Какви са химичните свойства на този вид въглехидрати? Те имат всички същите характеристики, които са характерни за чисто алкохоли и алдехиди. Освен това те имат и някои специфични характеристики. За първи път синтезът на прости въглехидрати (включително глюкоза) е извършен от най-талантливия химик А. М. Бутлеров през 1861 г. и той използва формалдехид като суровина, като го разделя в присъствието на калциев хидроксид. Ето формулата за този процес:
6НSON -----С6Н12O6
А сега нека разгледаме някои от свойствата на другите двама представители на групата, чието естествено значение е не по-малко голямо и затова те се изучават от биологията. Тези видове въглехидрати играят много важна роля в нашето ежедневие.
Фруктоза
Формулата на този глюкозен изомер е CeH12Ob. Подобно на „прародител“, той може да съществува в линейна и циклична форма. Той влиза във всички реакции, които са характерни за многовалентните алкохоли, но по този начин се различава от глюкозата, не взаимодейства по никакъв начин с амонячен разтвор на сребърен оксид.
Ribose
Изключително голям интерес представляват рибозата и дезоксирибозата. Ако си спомняте поне малко програмата по биология, тогава вие сами сте добре наясно, че именно тези въглехидрати в тялото са част от ДНК и РНК, без които самото съществуване на живот на планетата е невъзможно. Името "дезоксирибоза" означава, че има един кислороден атом по-малко в неговата молекула (в сравнение с обикновената рибоза). Тъй като в това отношение са подобни на глюкозата, те също могат да имат линейна и циклична структура.
Дизахариди
По принцип тези вещества по своята структура и функции до голяма степен повтарят предишния клас и следователно няма смисъл да се спираме на това по-подробно. Какви са химичните свойства на въглехидратите, принадлежащи към тази група? Най-важните членове на семейството са захарозата, малтозата и лактозата. Всички те могат да бъдат описани с формулата C12H22O11, тъй като те са изомери, но това не отменя огромните разлики в тяхната структура. И така, какви са характеристиките на сложните въглехидрати, чийто списък и описание можете да видите по-долу?
захароза
Молекулата му има два цикъла наведнъж: единият от тях е шестчленен (α-глюкозен остатък), а другият е петчленен (β-фруктозен остатък). Цялата тази конструкция е свързана благодарение на гликозидния хидроксил на глюкозата.
Получаване и обща стойност
Според оцелелите исторически сведения, три века преди раждането на Христос хората са се научили да получават захар от захарна тръстика в Древна Индия. Едва в средата на 19 век се оказва, че много повече захароза с по-малко за товаусилие може да се получи от захарно цвекло. Някои от неговите разновидности съдържат до 22% от този въглехидрат, докато съдържанието на тръстика може да бъде в рамките на 26%, но това е възможно само при идеални условия за отглеждане и благоприятен климат.
Вече казахме, че въглехидратите се разтварят добре във вода. На този принцип се основава производството на захароза, когато за целта се използват дифузори. За утаяване на възможни примеси разтворът се филтрира през филтри, които включват вар. За да се отстрани калциевият хидроксид от получения разтвор, през него се пропуска обикновен въглероден диоксид. Утайката се филтрира, а захарният сироп се изпарява в специални пещи, като се получава вече познатата ни захар.
Лактоза
Този въглехидрат е промишлено изолиран от обикновеното мляко, което съдържа излишък от мазнини и въглехидрати. Съдържа доста от това вещество: например кравето мляко съдържа приблизително 4-5,5% лактоза, а в женското мляко обемната му фракция достига 5,5-8,4%.
Всяка молекула на този глицид се състои от 3-галактоза и а-глюкозни остатъци в пиранозна форма, които образуват връзки през първия и четвъртия въглероден атом.
За разлика от други захари, лактозата има едно уникално свойство. Говорим за пълната липса на хигроскопичност, така че дори във влажна стая този глицид изобщо не се овлажнява. Това свойство се използва активно във фармацевтиката: ако съставът на някакво лекарство под формата на прах включваобикновена захароза, след което към нея трябва да се добави лактоза. Той е напълно естествен и безвреден за човешкия организъм, за разлика от много изкуствени добавки, които предотвратяват слепването и намокрянето. Какви са функциите и свойствата на този вид въглехидрати?
Биологичното значение на лактозата е изключително голямо, тъй като лактозата е най-важният хранителен компонент на млякото на всички животни и хора. Що се отнася до малтозата, нейните свойства са малко по-различни.
малтоза
Това е междинен продукт, получен чрез хидролиза на нишесте. Името "малтоза" се дължи на факта, че се образува до голяма степен под влиянието на малца (на латински малцът е m altum). Той е широко разпространен не само в растенията, но и в животните. Произвежда се в големи количества в храносмилателния тракт на преживните животни.
Химична структура и свойства
Молекулата на този въглехидрат се състои от две части α-глюкоза в пиранозна форма, които са свързани помежду си чрез първия и четвъртия въглероден атом. Външният вид е безцветен, бели кристали. Вкусът е сладникав, разтваря се перфектно във вода.
Полизахариди
Трябва да се помни, че всички полизахариди могат да се разглеждат от гледна точка, че са продукти на поликондензация на монозахариди. Общата им химическа формула е (CbH10O5)p. В тази статия ще разгледаме нишестето, тъй като то е най-типичният член на семейството.
нишесте
Произвежда се в резултат на фотосинтезата, отлага се в големи количества в корените и семената на растителните организми. Какви са физичните свойства на този вид въглехидрати? Външен вид е бял прах със слабо изразена кристалност, неразтворим в студена вода. В гореща течност образува колоидна структура (паста, желе). В храносмилателния тракт на животните има много ензими, които насърчават хидролизата му до образуване на глюкоза.
е най-разпространеният естествен полимер, който се образува от много остатъци от a-глюкоза. В природата две от неговите форми се срещат едновременно: амилоза и амхопектин. Амилозата, като линеен полимер, може да се разтвори във вода. Молекулата се състои от алфа-глюкозни остатъци, които са свързани чрез първия и четвъртия въглероден атом.
Трябва да се помни, че нишестето е първият видим продукт от фотосинтезата на растенията. В пшеницата и другите зърнени храни се съдържа до 60-80%, докато в картофените клубени е само 15-20%. Между другото, по появата на нишестени зърна под микроскоп може точно да се определи вида на растението, тъй като те са различни за всеки.
Ако въглехидратът се нагрява бързо, неговата огромна молекула бързо ще се разложи на малки полизахариди, известни като декстрини. Те имат една обща химическа формула с нишесте (C6H12O5)x, но има разликата в стойността на променливата "x", която е по-малка от стойността на "n" в нишесте.
Най-накраядаваме таблица, която отразява не само основните класове въглехидрати, но и техните свойства.
| Основни групи | Характеристики на молекулярната структура | Отличителни свойства на въглехидратите |
| Монозахариди |
Различна по броя на въглеродните атоми:
|
Безцветни или бели кристали, силно разтворими във вода, сладък вкус |
| Олигозахариди | Сложна структура. В зависимост от вида, те съдържат 2-10 прости монозахаридни остатъка | Външният вид е същият, малко по-малко разтворим във вода, по-малко сладък вкус |
| Полизахариди | Състои се от много голямо количество монозахаридни остатъци | Бял прах, кристалната структура е слабо изразена, не се разтварят във вода, но са склонни да набъбват в нея. Вкус е неутрален |
Ето функциите и свойствата на въглехидратите от основните класове.
