Polisakarida: kanji, selulosa
Polisakarida ialah sebatian berat molekul tinggi yang mengandungi ratusan dan ribuan sisa monosakarida. Apa yang biasa kepada struktur polisakarida ialah sisa-sisa monosakarida dikaitkan oleh hidroksil hemiasetal satu molekul dan hidroksil alkohol yang lain, dsb. Setiap residu monosakarida dikaitkan dengan residu bersebelahan oleh ikatan glikosidik.
Poliglikosida boleh mengandungi rantai bercabang dan tidak bercabang. Sisa monosakarida yang membentuk molekul boleh sama atau berbeza. Polisakarida yang paling penting adalah kanji, glikogen (kanji haiwan), serat (atau selulosa). Ketiga-tiga polisakarida ini terdiri daripada molekul glukosa yang dihubungkan bersama dengan cara yang berbeza. Komposisi ketiga-tiga sebatian boleh dinyatakan dengan formula am: (C 6 H 10 O 5) n
kanji
Pati tergolong dalam polisakarida. Jisim molekul bahan ini belum ditetapkan dengan tepat, tetapi diketahui bahawa ia adalah sangat besar (kira-kira 100,000) dan mungkin berbeza untuk sampel yang berbeza. Oleh itu, formula kanji, seperti polisakarida lain, digambarkan sebagai (C 6 H 10 O 5) n. Bagi setiap polisakarida n mempunyai makna yang berbeza.
Ciri-ciri fizikal
Pati adalah serbuk tawar, tidak larut dalam air sejuk. Ia membengkak dalam air panas, membentuk pes.
Kanji diedarkan secara meluas dalam alam semula jadi. Ia adalah bahan nutrien rizab untuk pelbagai tumbuhan dan terkandung di dalamnya dalam bentuk bijirin kanji. Bijirin terkaya dalam kanji adalah bijirin: beras (sehingga 86%), gandum (sehingga 75%), jagung (sehingga 72%), dan ubi kentang (sehingga 24%). Dalam ubi kentang, bijirin kanji terapung di dalam sap sel, dan dalam bijirin ia dilekatkan rapat dengan bahan protein yang dipanggil gluten. Pati adalah salah satu hasil fotosintesis.
resit
Kanji diekstrak daripada tumbuhan dengan memusnahkan sel dan mencucinya dengan air. Pada skala perindustrian, ia diperoleh terutamanya daripada ubi kentang (dalam bentuk tepung kentang), serta dari jagung.
Sifat kimia
1) Di bawah tindakan enzim atau apabila dipanaskan dengan asid (ion hidrogen berfungsi sebagai pemangkin), kanji, seperti semua karbohidrat kompleks, mengalami hidrolisis. Dalam kes ini, kanji larut terbentuk terlebih dahulu, kemudian bahan yang kurang kompleks - dekstrin. Hasil akhir hidrolisis ialah glukosa. Persamaan tindak balas keseluruhan boleh dinyatakan seperti berikut:
Terdapat pecahan makromolekul secara beransur-ansur. Hidrolisis kanji adalah sifat kimianya yang penting.
2) Kanji tidak memberikan tindak balas "cermin perak", tetapi produk hidrolisisnya. Makromolekul kanji terdiri daripada banyak molekul a-glukosa kitaran. Proses pembentukan kanji boleh dinyatakan seperti berikut (tindak balas polikondensasi):
3) Tindak balas ciri ialah interaksi kanji dengan larutan iodin. Jika larutan iodin ditambah kepada pes kanji yang disejukkan, warna biru muncul. Apabila pes dipanaskan, ia hilang, dan apabila disejukkan, ia muncul semula. Sifat ini digunakan dalam menentukan kanji dalam produk makanan. Sebagai contoh, jika setitik iodin digunakan pada kentang yang dipotong atau sekeping roti putih, warna biru muncul.
Permohonan
Pati adalah karbohidrat utama dalam makanan manusia; ia terdapat dalam kuantiti yang banyak dalam roti, bijirin, kentang, dan sayur-sayuran. Kuantiti kanji yang ketara diproses menjadi dekstrin, molase, dan glukosa, yang digunakan dalam industri gula-gula. Kanji digunakan sebagai pelekat, digunakan untuk kemasan fabrik dan kanji linen. Dalam perubatan, salap, serbuk, dll disediakan berdasarkan kanji.
Selulosa atau serat
Selulosa adalah karbohidrat yang lebih biasa daripada kanji. Ia terdiri terutamanya daripada dinding sel tumbuhan. Kayu mengandungi sehingga 60%, bulu kapas dan kertas penapis - sehingga 90% selulosa.
Ciri-ciri fizikal
Selulosa tulen ialah pepejal putih, tidak larut dalam air dan dalam pelarut organik biasa, sangat larut dalam larutan ammonia pekat kuprum (II) hidroksida (reagen Schweitzer). Daripada larutan asid ini, selulosa dimendakkan dalam bentuk gentian (selulosa terhidrat). Serat mempunyai kekuatan mekanikal yang agak tinggi.
Komposisi dan struktur
Komposisi selulosa, serta kanji, dinyatakan oleh formula (C 6 H 10 O 5) n. Nilai n dalam beberapa jenis selulosa mencapai 10-12 ribu, dan berat molekul mencapai beberapa juta. Molekulnya mempunyai struktur linear (tidak bercabang), akibatnya selulosa mudah membentuk serat. Molekul kanji mempunyai struktur linear dan bercabang. Ini adalah perbezaan utama antara kanji dan selulosa.
Terdapat perbezaan dalam struktur bahan ini: makromolekul kanji terdiri daripada sisa molekul a-glukosa, dan makromolekul selulosa terdiri daripada residu b-glukosa. Proses pembentukan serpihan makromolekul selulosa boleh diwakili oleh rajah:
Sifat kimia. Aplikasi selulosa Perbezaan kecil dalam struktur molekul menyebabkan perbezaan ketara dalam sifat polimer: kanji adalah produk makanan, selulosa tidak sesuai untuk tujuan ini.
1) Selulosa tidak memberikan tindak balas "cermin perak" (tiada kumpulan aldehid). Ini membolehkan kita menganggap setiap unit C 6 H 10 O 5 sebagai sisa glukosa yang mengandungi tiga kumpulan hidroksil. Yang terakhir dalam formula selulosa sering dibezakan:
Disebabkan oleh kumpulan hidroksil, selulosa boleh membentuk eter dan ester.
Sebagai contoh, tindak balas untuk membentuk ester dengan asid asetik ialah:
[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] n +3nCH 3 COOH® [C 6 H 7 O 2 (OSOCH 3) 3 ] n +3nH 2 O
Apabila selulosa bertindak balas dengan asid nitrik pekat dengan kehadiran asid sulfurik pekat sebagai agen penyingkiran air, ester terbentuk - selulosa trinitrat:
Ini adalah bahan letupan yang digunakan untuk membuat serbuk mesiu.
Oleh itu, pada suhu biasa, selulosa hanya bertindak balas dengan asid pekat.
2) Seperti kanji, apabila dipanaskan dengan asid cair, selulosa mengalami hidrolisis untuk membentuk glukosa:
(С 6 Н 10 0 6) n +nН 2 O®nС b Н 12 O 6
Hidrolisis selulosa, atau dipanggil sakarifikasi, adalah sifat selulosa yang sangat penting; ia memungkinkan untuk memperoleh selulosa daripada habuk papan dan pencukur, dan dengan menapai yang terakhir, etil alkohol. Etil alkohol yang diperoleh daripada kayu dipanggil hidrolitik.
Di loji hidrolisis, sehingga 200 liter etil alkohol diperoleh daripada 1 tan kayu, yang boleh menggantikan 1.5 tan kentang atau 0.7 tan bijirin.
Glukosa mentah yang diperoleh daripada kayu boleh digunakan sebagai makanan ternakan.
Ini hanyalah beberapa contoh penggunaan selulosa. Selulosa dalam bentuk kapas, rami atau rami digunakan untuk membuat kain - kapas dan linen. Sebilangan besar daripadanya dibelanjakan untuk pengeluaran kertas. Gred kertas murah diperbuat daripada kayu konifer, gred terbaik diperbuat daripada kertas sisa linen dan kapas. Dengan menundukkan selulosa kepada pemprosesan kimia, beberapa jenis sutera tiruan, plastik, filem, serbuk tanpa asap, varnis dan banyak lagi diperolehi.
22.Polysaccharides (kanji, selulosa, glikogen): struktur, fungsi biologi tersendiri.
Polisakarida ialah produk polikondensasi berat molekul tinggi bagi monosakarida yang dihubungkan antara satu sama lain melalui ikatan glikosidik dan membentuk rantai linear atau bercabang. Unit monosakarida yang paling biasa bagi polisakarida ialah D-glukosa. Komponen polisakarida juga boleh termasuk D-mannose, D- dan L-galaktosa, D-xylose dan L-arabinose, D-galakturonik dan asid D-mannuronic, D-glucosamine, D-galactosamine, dsb. Setiap monosakarida termasuk dalam komposisi daripada molekul polimer boleh dalam bentuk piranosa atau furanose. Polisakarida boleh dibahagikan kepada 2 kumpulan: homopolysaccharides dan heteropolysaccharides.
Homopolisakarida hanya terdiri daripada satu jenis unit monosakarida. Heteropolysaccharides mengandungi dua atau lebih jenis unit monomer.
Homopolisakarida. Menurut tujuan fungsinya, homopolisakarida boleh dibahagikan kepada 2 kumpulan: polisakarida struktur (glikogen dan kanji) dan rizab (selulosa).
kanji. Ini adalah sebatian molekul tinggi yang mengandungi ratusan ribu sisa glukosa. Ia adalah polisakarida simpanan utama tumbuhan.
Kanji adalah campuran dua homopolisakarida: linear - amilosa (10-70%) dan bercabang - amilopektin (30-90%). Formula am kanji ialah (C 6 H 10 O 5)n. Sebagai peraturan, kandungan amilosa dalam kanji adalah 10-30%, amilopektin - 70-90%. Polisakarida kanji dibina daripada sisa-sisa D-glukosa yang disambungkan dalam rantai amilosa dan amilopektin linear oleh ikatan α-1,4, dan pada titik cawangan amilopektin oleh ikatan α-1,6 interchain.
nasi. Struktur kanji. a - amilosa dengan struktur lingkaran cirinya, b - amilopektin.
Dalam molekul amilosa, 200-300 sisa glukosa dikaitkan secara linear. Disebabkan oleh konfigurasi α sisa glukosa, rantai polisakarida amilosa mempunyai konfigurasi heliks. Dalam air, amilosa tidak memberikan penyelesaian yang benar; dalam larutan, apabila iodin ditambah, amilosa menjadi biru.
Amilopektin mempunyai struktur bercabang. Bahagian linear individu molekul amilopektin mengandungi 20-30 sisa glukosa. Dalam kes ini, struktur seperti pokok terbentuk. Amilopektin diwarnakan merah-ungu dengan iodin.
Pati mempunyai berat molekul 10 5 -10 8 Da. Dengan hidrolisis asid separa kanji, polisakarida dengan tahap pempolimeran yang lebih rendah terbentuk - dekstrin, dengan idolisis lengkap - glukosa.
Glikogen. Ini adalah polisakarida rizab utama haiwan dan manusia yang lebih tinggi, dibina daripada sisa-sisa D-glukosa. Formula am glikogen adalah sama dengan kanji (C 6 H 10 O 5) n. Ia ditemui dalam hampir semua organ dan tisu haiwan dan manusia, tetapi jumlah glikogen terbesar terdapat dalam hati dan otot. Berat molekul glikogen ialah 10 5 -10 8 Ya atau lebih. Molekulnya dibina daripada rantai poliglukosidik bercabang, di mana residu glukosa disambungkan oleh ikatan α-1→4-glikosidik. Pada titik bercabang - ikatan α-1→6. Glikogen dicirikan oleh struktur yang lebih bercabang daripada amilopektin; segmen linear dalam molekul glikogen termasuk 11-18 residu α-D-glukosa.
Semasa hidrolisis, glikogen, seperti kanji, dipecahkan kepada mula-mula membentuk dekstrin, kemudian maltosa dan glukosa.
Selulosa (serat) - polisakarida struktur yang paling meluas di dunia tumbuhan. Ia terdiri daripada monomer β-glucopyranose (D-glukosa) yang dihubungkan oleh ikatan β-(1→4). Dengan hidrolisis separa selulosa, cellodextrins, disakarida cellobiose, terbentuk, dan dengan hidrolisis lengkap, D-glukosa. Berat molekul selulosa adalah kira-kira 10 6 Da. Serat tidak dicerna oleh enzim dalam saluran pencernaan, kerana set enzim ini pada manusia tidak mengandungi hidrolase yang membelah ikatan β.
Polisakarida. Kanji dan selulosa Philon M.V. guru kimia sekolah menengah MBOU No 266
Ciri perbandingan kanji dan selulosa
Tanda-tanda perbandingan
kanji
Formula
Selulosa
Pautan struktur
Struktur molekul
Ciri-ciri fizikal
Sifat kimia
Permohonan
Formula struktur kanji
Sisa α-glukosa
Formula struktur selulosa
Sisa β-glukosa
Ciri-ciri fizikal
kanji
selulosa
- bahan putih yang keras dan berserabut
- serbuk amorf putih
- tidak larut dalam air sejuk
- tidak larut dalam air
- membengkak dalam air panas
- tidak mempunyai rasa manis
- tidak mempunyai rasa manis
Sifat kimia kanji
- Reaksi kualitatif
(C 6 H 10 O 5) n + I 2 → warna biru
2. Hidrolisis
Kanji → dekstrin → maltosa → glukosa
Sifat kimia selulosa
1. Hidrolisis
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6
2. Pembentukan ester
Jom semak diri kita
1. Makromolekul kanji terdiri daripada sisa molekul...
α - glukosa
fruktosa
β - glukosa
Jom semak diri kita
2. Tindak balas kualitatif terhadap kanji - interaksi dengan...
kuprum(II) hidroksida
larutan ammonia oksida perak
Jom semak diri kita
3. Hidrolisis selulosa menghasilkan...
Jom semak diri kita
4. Selulosa trinitrat digunakan sebagai...
ubat
bahan letupan
untuk memadam kebakaran
Kanji dan selulosa adalah wakil polisakarida yang paling penting
Pelajaran menggunakan teknologi pembangunan
pemikiran kritis darjah 10
Teknologi untuk membangunkan pemikiran kritis melalui membaca dan menulis membolehkan pelajar mengembangkan pemikiran kritis apabila mengatur kerja mereka dengan pelbagai sumber maklumat (teks bertulis khas, perenggan buku teks, video, kuliah guru). Pelajar bermotivasi untuk mempelajari bahan baharu dengan melibatkan mereka dalam penetapan matlamat dan refleksi bebas, serta dengan menganjurkan kerja bebas kolektif, berpasangan dan individu di dalam bilik darjah. Penggunaan teknologi ini memungkinkan untuk mengambil kira ciri-ciri individu minat kognitif pelajar dan untuk melatih semua orang dalam zon perkembangan proksimal*.
Selaras dengan teknologi ini, proses pembelajaran terdiri daripada tiga peringkat. pertama - peringkat panggilan ; ia terdiri daripada mengemas kini dan meringkaskan pengetahuan sedia ada mengenai topik yang dipelajari, menimbulkan minat terhadapnya, dan memotivasikan pelajar untuk aktiviti pembelajaran aktif.
Pada peringkat kedua - peringkat kefahaman – tugas adalah berbeza: mendapatkan maklumat baharu, memahaminya dan mengaitkannya dengan pengetahuan sendiri.
Peringkat akhir - peringkat refleksi dan refleksi, membayangkan pemahaman holistik, pengagihan dan generalisasi maklumat yang diterima, membangunkan sikap sendiri terhadap bahan yang dikaji, mengenal pasti perkara yang belum dipelajari - soalan dan masalah untuk kerja selanjutnya ("cabaran baru"), analisis keseluruhan proses mengkaji bahan tersebut.
Apakah fungsi teknologi ini untuk pelajar? Pertama, tanggungjawab terhadap kualiti pendidikan sendiri meningkat. Kedua, mereka mengembangkan kemahiran dalam bekerja dengan apa-apa jenis teks dan dengan sejumlah besar maklumat. Ketiga, kebolehan kreatif dan analitikal dibangunkan, serta keupayaan untuk bekerja secara berkesan bersama orang lain.
Teknologi untuk membangunkan pemikiran kritis adalah paling berkesan apabila mengkaji bahan dari mana teks pendidikan yang menarik boleh disusun. Terdapat beberapa bentuk (strategi) yang mungkin untuk menggunakan teknologi ini: "Membaca teks dengan nota", "Mengisi jadual ZKH (saya tahu, saya ingin tahu, saya tahu)", "Zigzag", "Kuliah lanjutan ”.
Aspek positif teknologi yang dicadangkan: pemerolehan pengetahuan bebas, pemahaman tentang aktiviti sendiri dalam proses pendidikan, meningkatkan tanggungjawab pelajar. Pelajaran penuh diperoleh dengan pengajaran berganda. Adalah mungkin untuk menganjurkan pelajaran praktikal dan mempelajari bahan baru. Kesukarannya terletak pada kadar bacaan dan pemformatan kerja bertulis yang tidak sama oleh pelajar.
Objektif pelajaran. Merumuskan pengetahuan pelajar tentang klasifikasi karbohidrat dan perbezaan antara polisakarida dan monosakarida; mengkaji ciri-ciri struktur, kejadian dalam alam semula jadi, sifat fizikal dan kimia kanji dan selulosa secara perbandingan; pertimbangkan peranan biologi polisakarida.
SEMASA KELAS
Peringkat panggilan
cikgu. Dalam pelajaran lepas, anda telah mempelajari klasifikasi karbohidrat dan meneliti secara terperinci ciri-ciri monosakarida. Hari ini anda perlu mengkaji struktur, kejadian dalam alam semula jadi, sifat fizikal dan kimia polisakarida. Tetapi pertama-tama, mari kita ingat perbezaan utama antara polisakarida dan monosakarida. Untuk tujuan ini, anda diminta untuk melengkapkan ujian.(Lembaran dengan ujian dibentangkan terlebih dahulu di atas meja pelajar.)
Ujian
Pilih daripada pernyataan yang diberikan hanya yang benar:
I v a r i a n t – untuk monosakarida;
Pilihan II – untuk polisakarida.
1. Wakil mereka adalah glukosa, fruktosa, galaktosa, ribosa, deoksiribosa.
2. Wakil mereka adalah kanji, glikogen, dekstrin, selulosa, kitin.
3. Molekul terdiri daripada banyak kumpulan atom berulang yang serupa.
4. Mereka dibahagikan kepada trioses, tetroses, pentosa, dan heksosa.
5. Mereka mempunyai formula am (C 6 H 10 O 5) n .
6. Jisim molar adalah kecil dan biasanya tidak melebihi beberapa ratus g/mol.
7. Jisim molar adalah besar dan boleh mencapai beberapa juta g/mol.
8. Mereka tidak mengalami tindak balas hidrolisis.
9. Mampu menjalani hidrolisis.
10. Sisa molekul sebahagian daripadanya adalah sebahagian daripada nukleotida DNA dan RNA.
| Jawapan. Pilihan I: 1, 4, 6, 8, 10; Pilihan II: 2, 3, 5, 7, 9. |
Pelajar mengambil ujian dan kemudian menyemak antara satu sama lain secara berpasangan.
Peringkat konsepsi
Guru meminta murid selama 20 minit. berdasarkan buku teks oleh O.S. Gabrielyan “Kimia. Gred ke-10" (M.: Bustard, 2004) bekerja melalui teks - § 24, hlm. 206–210, menggunakan tanda pensel khas:
"V" - Saya tahu ini;
“+” – maklumat baharu;
“–” – maklumat yang bercanggah dengan pengetahuan saya;
"?" – maklumat yang memerlukan penjelasan;
"!" - ini menarik.
Pelajar bekerja dalam kumpulan 3-4 orang, bertukar pendapat tentang isu yang dikaji, membantu antara satu sama lain mengatasi kesulitan yang timbul, membuat penjelasan yang diperlukan.
Peringkat refleksi dan refleksi
Pelajar kembali kepada pasangan dan membuat jadual tentang ciri-ciri kanji dan selulosa (jadual).Dalam setiap pasangan, seorang pelajar mengisi lajur tentang kanji, dan seorang lagi tentang selulosa, selepas itu mereka bertukar-tukar hasilnya.
Jadual
Ciri-ciri kanji dan selulosa
Ciri |
Polisakarida |
|
Selulosa |
||
| Formula molekul | (C 6 H 10 O 5) n | (C 6 H 10 O 5) n |
| Ciri-ciri struktur | Unit struktur ialah baki molekul glukosa kitaran. Tahap pempolimeran berkisar antara beberapa ratus hingga beberapa ribu. Jisim molar mencapai beberapa ratus ribu g/mol. Struktur makromolekul: linear (amilosa) dan bercabang (amilopektin). Dalam kanji, amilosa menyumbang 10-20%, dan amilopektin menyumbang 80-90% | Unit struktur ialah baki molekul glukosa kitaran. Tahap pempolimeran berkisar antara beberapa ribu hingga beberapa puluh ribu. Jisim molar mencapai beberapa juta g/mol. Struktur makromolekul: linear |
| Kejadian dalam alam semula jadi dan fungsi biologi | Dalam sitoplasma sel tumbuhan dalam bentuk butiran nutrien simpanan. Kandungan (mengikut berat): dalam beras - sehingga 80%, dalam gandum dan jagung - sehingga 70%, dalam kentang - sehingga 20% | Unsur penting membran sel tumbuhan, melaksanakan bangunan, fungsi struktur. Kandungan (mengikut berat): dalam gentian kapas - sehingga 95%, dalam gentian rami dan rami - sehingga 80%, dalam kayu - sehingga 50% |
| Ciri-ciri fizikal | Serbuk amorf putih, tidak larut dalam air sejuk, membengkak dalam air panas dan membentuk larutan koloid - pes kanji (manakala amilosa, sebagai komponen kanji, larut dalam air panas, dan amilopektin hanya membengkak) | Bahan gentian pepejal, tidak larut dalam air |
| Sifat kimia | (C 6 H 10 O 5) n + n H 2 O -> n C 6 H 12 O 6 . 2) Pembentukan ester disebabkan oleh kumpulan hidroksi (tiada kepentingan praktikal). 3) Tindak balas kualitatif dengan iodin - warna biru |
1) Pembentukan glukosa hasil daripada hidrolisis lengkap: (C 6 H 10 O 5) n + n H 2 O -> n C 6 H 12 O 6 . 2) Pembentukan ester kerana kumpulan hidroksi: apabila berinteraksi dengan asid nitrik (dengan kehadiran asid sulfurik) - mononitrat, dinitrat dan trinitrat; apabila berinteraksi dengan asid asetik (atau anhidrida asetik) - diasetat dan triasetat. Semua ester digunakan secara meluas. 3) Tidak bertindak balas dengan iodin |
Kerja rumah. Lengkapkan jadual dengan baris "Mendapatkan" dan "Permohonan", menggunakan § 24 buku teks dan buku rujukan; selesaikan masalah No. 1, ms 210.
kesusasteraan
Gabrielyan O.S., Maskaev F.N., Ponomarev S.Yu., Terenin V.I. Kimia. Darjah 10. Buku teks untuk institusi pendidikan am. M.: Bustard, 2004, hlm. 206–210; Bessudnova N.V., Evdokimova T.A., Klochkova V.A.. Membangunkan pemikiran kritis pelajar dalam pelajaran biologi. Biologi di sekolah, 2008, No 3, hlm. 24–30.
A.S.GORDEEV,
guru kimia dan ekologi
gimnasium No. 20
(Donskoy, wilayah Tula)
* Konsep yang diperkenalkan oleh L.S. Vygotsky, menunjukkan percanggahan antara tahap perkembangan sedia ada kanak-kanak dan potensi yang dia mampu capai di bawah bimbingan guru dan dengan kerjasama rakan sebaya.
Kanji adalah serbuk amorf dengan ciri-ciri rangup (kanji kentang), tidak larut dalam air dalam keadaan normal. Apabila bijirin kanji masuk ke dalam air panas, merekamembengkak, cangkerangnya pecah, dan larutan koloid terbentuk.
Selulosa adalah bahan berserat putih yang tidak larut dalam air. Tidak seperti kanji, selulosa tidak bertindak balas dengan air sama sekali, walaupun direbus. Selulosa tulen ditemui dalam kehidupan kita dalam bentuk bulu kapas.
Struktur molekul kanji dan selulosa
Formula paling ringkas bagi kanji (selulosa dan) ialah (C 6 H 10 O 5) n . Dalam formula ini nilai n - dari beberapa ratus hingga beberapa ribu. Jadi, kanji ialah polimer semula jadi yang terdiri daripada unit struktur berulang C 6 H 10 O 5 . Ia terdiri daripada dua jenis molekul. Atas sebab ini, kanji dianggap sebagai campuran dua bahan - amilosa dan amilopektin. Amilosa (20% daripadanya dalam kanji) mempunyai molekul linear dan lebih larut. Molekul amilopektin (80%) bercabang, dan ia kurang larut dalam air. Molekul ini juga berbeza dalam berat molekul relatif: untuk molekul linear (amilosa) ia mencapai ratusan ribu, untuk molekul bercabang (amilopektin) - beberapa juta.
Formula paling ringkas dan molekul selulosa adalah serupa dengan kanji. Jelas sekali, dengan komposisi yang sama, bahan-bahan ini berbeza dengan ketara dalam sifat. Berbanding dengan kanji, selulosa mempunyai berat molekul relatif yang lebih tinggi. Sebab selulosa kuat dan tidak larut adalah kerana ia mempunyai struktur tiga dimensi. Walau bagaimanapun, selulosa bukan sahaja tidak mempunyai struktur tiga dimensi, tetapi juga tidak mempunyai struktur bercabang. Tetapi inilah sebab mengapa molekul selulosa kuat, kerana ia mempunyai struktur linear, dan makromolekul individu disusun rapat bersama dengan cara yang teratur. Akibatnya, kekuatan interaksi antara molekul antara makromolekul individu meningkat dengan ketara. Banyak ikatan hidrogen diwujudkan antara makromolekul selulosa tertib: atom Oksigen kumpulan hidroksil satu molekul berinteraksi secara elektrostatik dengan atom Hidrogen kumpulan hidroksil molekul lain. Atas sebab yang sama, selulosa membentuk serat yang kuat, yang tidak tipikal untuk kanji. Sementara itu, dalam kanji, kebanyakan molekul mempunyai struktur bercabang, jadi ada kemungkinan untuk... kurang ikatan hidrogen.
Molekul kanji terdiri daripada sisaα -glukosa, dan selulosa - daripada sisa molekulβ -glukosa. Ini juga merupakan sebab perbezaan sifat kimia kanji dan selulosa:
kanji
Selulosa
Sifat kimia kanji dan selulosa
1. Pengkompleksan kanji dengan iodin.
Sifat kanji untuk membentuk warna biru dengan iodin digunakan sebagai tindak balas kualitatif untuk pengesanan kanji. Terutamanya amilosa bertindak balas dengan iodin, membentuk sebatian berwarna. Molekul amilosa dalam bentuk lingkaran mengelilingi molekul iodin, dan di sekeliling setiap molekul iodin terdapat enam residu glukosa. Pemanasan memusnahkan kompleks sedemikian dan warnanya hilang.
2. Hidrolisis.
Sukrosa dicirikan oleh tindak balas hidrolisis. Sifat yang sama adalah wujud dalam kanji. Apabila kanji direbus untuk masa yang lama dengan kehadiran asid (biasanya sulfat), molekul-molekul mengalami hidrolisis. Selain itu, produk akhir hidrolisis adalah sahajaα -glukosa. Walau bagaimanapun, proses hidrolisis berlaku secara berperingkat dengan pembentukan produk hidrolisis perantaraan. Proses hidrolisis berperingkat boleh dinyatakan dalam skema berikut:
Selulosa mempunyai sifat yang serupa. Walau bagaimanapun, hidrolisis selulosa berlaku dalam keadaan yang lebih teruk, dan produk akhir hidrolisis adalahβ-glukosa.
Produk perantaraan hidrolisis selulosa tidak mempunyai kepentingan tertentu, jadi mereka boleh diketepikan dan persamaan tindak balas boleh diringkaskan:
3. Penguraian terma.
Apabila kayu dipanaskan pada suhu tinggi tanpa akses udara, sejumlah besar produk dikeluarkan. Selain karbon dan air, produk cecair terbentuk, termasuk metil alkohol (itulah sebabnya ia dipanggil alkohol kayu), aseton, dan asid asetik.
4. Pengesteran.
Oleh kerana sisa glukosa yang membentuk selulosa mengekalkan kumpulan hidroksil, ia dapat bertindak balas dengan pengesteran dengan asid.
Setiap unit selulosa mengandungi tiga kumpulan hidroksil. Kesemuanya boleh memasuki tindak balas pembentukan ester. Dalam formula biasa selulosa, kumpulan hidroksil ini dipisahkan seperti berikut:
Yang paling penting ialah ester selulosa dengan asid nitrat (nitroselulosa) dan asid asetik (asetilselulosa).
Pati adalah karbohidrat utama dalam makanan kita; Seperti lemak, ia tidak langsung diserap oleh badan. Hidrolisis kanji di bawah tindakan enzim bermula di dalam mulut apabila mengunyah makanan, dan berterusan di dalam perut dan usus. Dibentuk sebagai hasil daripada hidrolisis, glukosa diserap ke dalam darah dan memasuki hati, dan dari sana ke semua tisu badan. Lebihan glukosa disimpan di dalam hati dalam bentuk glikogen karbohidrat berat molekul tinggi, yang sekali lagi dihidrolisiskan kepada glukosa kerana ia digunakan dalam sel-sel badan.
Untuk menghasilkan glukosa, kanji dipanaskan dengan asid sulfurik cair selama beberapa jam. Apabila proses hidrolisis selesai, asid dinetralkan dengan kapur, mendakan kalsium sulfat yang terhasil ditapis dan larutannya disejat. Apabila disejukkan, glukosa menghablur daripada larutan.
Sekiranya proses hidrolisis tidak selesai, hasilnya adalah jisim manis yang tebal - campuran dekstrin dan glukosa - molase.
Dextrins, yang diekstrak daripada kanji, digunakan sebagai gam. Kanji digunakan untuk kanji linen; apabila dipanaskan dengan seterika panas, ia bertukar menjadi dekstrin, yang melekatkan gentian fabrik bersama-sama dan membentuk filem padat yang melindungi fabrik daripada pencemaran yang cepat. Di samping itu, ini menjadikan cucian seterusnya lebih mudah, kerana zarah kotoran yang dikaitkan dengan dekstrin lebih mudah dicuci dengan air.
Pati digunakan untuk menghasilkan etil alkohol. Semasa proses ini, ia mula-mula dihidrolisiskan oleh enzim yang terkandung dalam malt, dan kemudian produk hidrolisis ditapai dengan kehadiran yis menjadi alkohol.
Etil alkohol, yang digunakan untuk keperluan industri (sintesis getah), dihasilkan secara sintetik daripada etilena dan hidrolisis selulosa.
Oleh kerana kekuatan mekanikalnya, selulosa dalam kayu digunakan dalam pembinaan; semua jenis produk kayu dibuat daripadanya. Dalam bentuk bahan gentian (kapas, rami, rami), ia digunakan untuk membuat benang, kain, dan tali. Selulosa yang diasingkan daripada kayu (dibebaskan daripada bahan yang disertakan) digunakan untuk membuat kertas.
Ester selulosa digunakan untuk pembuatan nitrovarnis, filem, kolodion perubatan, gentian tiruan dan bahan letupan.