Көмірсулардың құрылысы, қасиеттері және қолданылуы. Химия, 11 сынып, қосымша материал.

Полисахаридтер, гликандар — молекуласында гликозидті байланысқан 10-нан артық моносахарид қалдықтары бар көмірсулар. Полисахаридтердің молек. массасы бірнеше мыңнан (ламинарин, инулин) бірнеше млн-ға дейін (гиалурон қышқылы, гликоген) жетеді. Полисахаридтерге моносахаридтердің бір ғана түрінен немесе әр түрінен құралатын целлюлоза, крахмал, хитин, пектиндік заттар, гликопротеиндер, гепарин, т.б. жатады. Полисахаридтер сілтіге төзімді, қышқылда диполимерленеді, суда жақсы ериді. П-дің биологиялық маңызы әр алуан.

Полисахаридтер табиғи жоғары молекулалы қосылыстар. Полисахаридтердің жалпы формуласы (С₆Н₁₀О₅)_n, көптеген моносахарид молекуласының қалдықтарынан тұрады. Макромолекуладағы моносахаридтер қалдықтары полисахаридтерде де оттек "көпіршесі" арқылы жалғасқан:

...R — О — R — О — R...

Өсімдіктер мен жануарлар организмінде ферменттердің әсерінен фотосинтез нәтижесінде түзілген моносахарид молекулалары поликонденсацияланып, полисахаридтер түзіледі:

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

nС₆Н₁₂О₆ → (С₆Н₁₀О₅)_n + nH₂O

Полисахаридтердің маңызды өкілі — крахмал мен целлюлоза.

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n табиғатта кең тараған полисахарид. Күріште 80%-ке дейін, бидай мен жүгеріде 70—75%, картоп түйіндерінде 20% крахмал болады.

Гликоген. Бұл көмірсу крахмалдың аналогы. Крахмал негізінде өсімдіктерде болса, гликоген адам мен жануарлар бауырының тканьдерінде глюкозадан түзіледі. Гликоген ақ түсті ұнтақ, йодпен әрекеттескенде қою қызыл түске боялады. Ол крахмал тәрізді гидролизденеді.

Клетчатка (целлюлоза). Клетчатка немесе целлюлоза формуласы (С₆Н₁₀О₅)_n барлық өсімдіктердің құрамында болады, олар клетка қабықшасын түзеді. Клетчатка суда, эфирде, спиртте ерімейді, сұйытылған қышқылдар мен сілтілердің ерітінділеріне төзімді болады.

Клетчатка тек қана Швейцар реактивінде (сұйытылған Сu(OH)₂, концентрлі NH₃ және концентрлі H₂SO₄) ериді. Таза клетчатка молекулалық массасы 100 000 және одан да астам, түссіз, иіссіз, талшықты, ақ түсті зат. Целлюлозаның әр буынында 3 гидроксил тобы болады, олар минералды қышқылдармен, органикалық қышқылдармен күрделі эфир түзуге қатысады:

С₆Н₇О₂(ОН)₃ + 3HNO₃ С₆Н₇О₂(NО₂)₃ + 3Н₂О

Тринитроцеллюлоза алынады, егер бір не екі гидроксил топтары қышқылдарға алмасса, сәйкесінше нитро-, динитроцеллюлоза түзіледі.

Сірке қышқылымен әрекеттесіп, ацето-, диацето-, триацетоцеллюлоза түзеді. Целлюлоза толық тотығу реакциясына түссе, көмір қышқыл газы және су түзіледі:

(С₆Н₁₀О₅)_n + nO₂ → 6 nСO₂ + 5 n Н₂O

Минералды қышқылдарымен гидролизденеді:

Клетчатканы алуан түрлі өсімдіктерден алады. Ол адам организмінде қорытылмайды, ал жануарлар организмінде ас қорыту органдарындағы микроорганизмдердің, ферменттерінің әсерімен қорытылады. Клетчатка өнеркәсіпте кең қолданылады.

Крахмалдың құрылысы

Крахмал — табиғи полимер. Ол екі полисахаридтен: амилоза мен аминопектиннен тұрады

Полимерлену дәрежесі — n-нің мәні крахмалдың әр түрлі молекуласында шамамен 200-ден 2000-ға дейін болады. Крахмалдың молекулалық массасы бірнеше жүз мыңнан (амилоза) миллионға дейін (амилопектин) жетеді.

Крахмалдың макромолекуласы циклді α-глюкозаның қалдықтарынан тұрады. Крахмал түзілу процесінің сызбанұсқасы:

Яғни, крахмалдың қарапайым буыны, - C₆H₁₀O₅ -

Крахмалды алу.Өндірісте крахмалды картоптан немесе жүгеріден алады. Картоптан крахмал алу үшін оны ұнтақтап турап, сүзгіге салып, сумен шаяды. Сумен шайылған крахмалды ыдыстарда тұнғаннан кейін бөліп алып кептіреді.

Крахмалдың қасиеттері

Крахмал салқын суда ерімейтін ақ түсті ұнтақ зат. Ыстық суда ісініп, коллоид ерітінді — клейстер түзеді.

Крахмалдың маңызды химиялық қасиеттерінің бірі — йодпен әрекеттескенде көк түстің пайда болуы. Оны картоптың немесе ақ нанның кесіндісіне, крахмал клейстріне йод ерітіндісін тамызып көруге болады. Бұл реакцияны тағам өнімдерінде крахмалдың бар-жоғын анықтау үшін қолданады.

Крахмал минерал қышқылдың (H₂SО₄) немесе ферменттердің әсерінен гидролизденіп, глюкоза түзеді:

(С₆Н₁₀О₅)_n + nH₂O → C₆H₁₂O₆

Реакция жағдайына байланысты әр түрлі аралық өнімдер түзіліп, гидролиз сатылап жүруі мүмкін:

(С₆Н₁₀О₅)_n → (C₆Н₁₀О₅)m → xС₁₂Н₂₂O₁₁ → nС₆Н₁₂O₆

Макромолекуланың ыдырауы біртіндеп іске асады, әуелі ірі молекулалы қосылыс декстрин, содан кейін дисахарид мальтоза және гидролиздің соңғы өнімі глюкоза түзіледі.

Крахмалдың маңызы мен қолданылуы

Крахмал — негізгі азығымыздың бірі. Бірақ оны организм бірден сіңіре алмайды. Тағамның құрамындағы крахмал майлар сияқты әуелі гидролизге ұшырайды. Гидролиздену процесі тамақты шайнағанда сілекеймен бөлінетін ферменттердің әсерінен ауызда басталады. Гидролиздену одан әрі асқазан мен ішекте жалғасады. Түзілген глюкоза ішектен қанға сіңіп, одан бүкіл организмге тарайды. Глюкозаның артық мөлшері гликогенге "жануар крахмалына" айналып, бауырда қор болып жиналады. Оның құрамы крахмал сияқты (С6Н10О5)n бірақ құрылысы крахмалдан тармақты (45, б-сурет) және молекулалық массасы да үлкен болады.

Организмнің гликоген жинауы шектеулі. Адам салмағының 1 килограмына 50—60 г гликоген жиналған соң, одан артық мөлшері майға айналып, адам толысып кетуі мүмкін. Гликоген қажеттілікке байланысты глюкозаға айналып, биохимиялық процестерге қатысады.

Крахмал гидролизінің аралық өнімдері декстрин мен мальтозаны организм оңай сіңіреді. Тамақ дайындаған кезде крахмал декстринге айналады. Нан өнімдерін және картопты пісірген кезде крахмалдың аздап гидролизденуінен декстрин түзіледі.

Өнеркәсіпте крахмалды гидролиздеп, сірне мен глюкозаға айналдырады. Ол үшін крахмалға сұйылтылған күкірт қышқылын қосып қыздырады. Күкірт қышқылының артық мөлшерін бормен бейтараптап, кальций сульфатына айналдырып бөліп тастайды. Егер гидролизді соңына дейін жүргізбесе, декстрин мен глюкозаның қоспасы сірне алынады. Сірнеден кондитер тағамдарын, кәмпиттер, мармелад, джем, тосап жасайды.

Декстрин желім ретінде пайдаланылады. Крахмал мата өнеркәсібінде қолданылады. Ыстық үтіктің әсерінен крахмал декстринге айналып, жұқа қабықша түзеді. Ол матаға әр береді және тез кірлеуден сақтайды.

Крахмалдан химия өнеркәсібінде глюкоза, этил спиртін, ацетон және лимон қышқылын алады. Крахмал қағаз және картон өндірісінде қолданылады.