Полісахариди: крохмаль, целюлоза

Полісахариди є високомолекулярними сполуками, що містять сотні та тисячі залишків моносахаридів. Спільним для будови полісахаридів є те, що залишки моносахаридів зв'язуються за рахунок напівацетального гідроксилу однієї молекули та спиртового гідроксилу іншою і т.д. Кожен залишок моносахариду пов'язаний із сусідніми залишками глікозидними зв'язками.

Поліглікозиди можуть містити розгалужені та нерозгалужені ланцюги. Залишки моносахаридів, що входять до складу молекули, можуть бути однаковими або різними. Найбільше значення із вищих полісахаридів мають крохмаль, глікоген (тваринний крохмаль), клітковина (або целюлоза). Всі ці три полісахариди складаються з молекул глюкози, по-різному з'єднаних один з одним. Склад усіх трьох сполук можна виразити загальною формулою: (З 6 Н 10 5) n

Крохмаль

Крохмаль відноситься до полісахаридів. Молекулярна маса цієї речовини точно не встановлена, але відомо, що дуже велика (близько 100000) і для різних зразків може бути різною. Тому формулу крохмалю, як і інших полісахаридів, зображують у вигляді (З 6 Н 10 5) n . Для кожного полісахариду nмає різні значення.

Фізичні властивості

Крохмаль є безсмачним порошком, нерозчинним у холодній воді. У гарячій воді набухає, утворюючи клейстер.

Крохмаль широко поширений у природі. Він є для різних рослин запасним поживним матеріалом і міститься у них у вигляді крохмальних зерен. Найбільш багате на крохмаль зерно злаків: рису (до 86%), пшениці (до 75%), кукурудзи (до 72%), а також бульби картоплі (до 24%). У бульбах картоплі крохмальні зерна плавають у клітинному соку, а злаках вони щільно склеєні білковим речовиною клейковиною. Крохмаль є одним із продуктів фотосинтезу.

Отримання

З рослин витягають крохмаль, руйнуючи клітини та відмиваючи його водою. У промисловому масштабі його отримують головним чином із бульб картоплі (у вигляді картопляного борошна), а також із кукурудзи.

Хімічні властивості

1) При дії ферментів або при нагріванні з кислотами (іони водню є каталізатором) крохмаль, як і всі складні вуглеводи, піддається гідролізу. При цьому спочатку утворюється розчинний крохмаль, потім менш складні речовини – декстрини. Кінцевим продуктом гідролізу є глюкоза. Можна виразити сумарне рівняння реакції наступним чином:

Відбувається поступове розщеплення макромолекул. Гідроліз крохмалю – його важлива хімічна властивість.

2) Крохмаль не дає реакції «срібного дзеркала», але її дають продукти його гідролізу. Макромолекули крохмалю складаються із багатьох молекул циклічної a-глюкози. Процес утворення крохмалю можна виразити так (реакція поліконденсації):

3) Характерною реакцією є взаємодія крохмалю із розчинами йоду. Якщо до охолодженого крохмального клейстеру додати розчин йоду, з'являється синє фарбування. При нагріванні клейстера воно зникає, а при охолодженні знову з'являється. Цією властивістю користуються щодо крохмалю в харчових продуктах. Так, наприклад, якщо краплю йоду нанести на зріз картоплі або скибочка білого хліба, то з'являється синє фарбування.

Застосування

Крохмаль є основним вуглеводом їжі людини, він у великих кількостях міститься у хлібі, крупах, картоплі, овочах. У значних кількостях крохмаль переробляється на декстрини, патоку, глюкозу, що використовуються у кондитерській промисловості. Крохмаль використовується як засіб, що клеїть, застосовується для обробки тканин, накрохмалювання білизни. У медицині на основі крохмалю готують мазі, присипки тощо.

Целюлоза, або клітковина

Целюлоза – ще більш поширений вуглевод, ніж крохмаль. З нього складаються переважно стінки рослинних клітин. У деревині міститься до 60%, у ваті та фільтрувальному папері - до 90% целюлози.

Фізичні властивості

Чиста целюлоза - біла тверда речовина, нерозчинна у воді та у звичайних органічних розчинниках, добре розчинна у концентрованому аміачному розчині гідроксиду міді (II) (реактив Швейцера). З цього розчину кислоти беруть в облогу целюлозу у вигляді волокон (гідратцелюлоза). Клітковина має досить велику механічну міцність.

Склад та будова

Склад целюлози, як і крохмалю, виражають формулою (З 6 Н 10 Про 5) n . Значення n деяких видах целюлози сягає 10-12 тис., а молекулярна маса сягає кількох мільйонів. Молекули її мають лінійну (нерозгалужену) будову, внаслідок чого целюлоза легко утворює волокна. Молекули ж крохмалю мають як лінійну, і розгалужену структуру. У цьому основна відмінність крохмалю від целюлози.

Є відмінності й у будові цих речовин: макромолекули крохмалю складаються із залишків молекул a-глюкози, а макромолекули целюлози - із залишків b-глюкози. Процес утворення фрагмента макромолекули целюлози можна зобразити схемою:

Хімічні характеристики. Застосування целюлозиНевеликі відмінності у будові молекул зумовлюють значні відмінності у властивостях полімерів: крохмаль – продукт харчування, целюлоза для цієї мети непридатна.

1) Целюлоза не дає реакції «срібного дзеркала» (немає альдегідної групи). Це дозволяє розглядати кожну ланку З 6 Н 10 Про 5 як залишок глюкози, що містить три гідроксильні групи. Останні у формулі целюлози часто виділяють:

За рахунок гідроксильних груп целюлоза може утворювати прості та складні ефіри.

Наприклад, реакція утворення складного ефіру з оцтовою кислотою має вигляд:

[З 6 Н 7 O 2 (ВІН) 3 ] n +3nСН 3 СООН®[С 6 Н 7 O 2 (ОСОСН 3) 3 ] n +3nН 2 O

При взаємодії целюлози з концентрованою азотною кислотою в присутності концентрованої сірчаної кислоти як водовіднімний засіб утворюється складний ефір - тринітрат целюлози:

Це вибухова речовина, що застосовується для виготовлення порохів.

Таким чином, за нормальної температури целюлоза взаємодіє лише з концентрованими кислотами.

2) Подібно до крохмалю, при нагріванні з розведеними кислотами целюлоза піддається гідролізу з утворенням глюкози:

(З 6 Н 10 0 6) n +nН 2 O®nС б Н 12 O 6

Гідроліз целюлози, інакше званий оцукрюванням, - дуже важлива властивість целюлози, він дозволяє отримати з тирси і стружок целюлозу, а зброджуванням останньої - етиловий спирт. Етиловий спирт, отриманий із деревини, називається гідролізним.

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

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

Це лише окремі приклади застосування целюлози. Целюлоза у вигляді бавовни, льону або пеньки йде на виготовлення тканин - бавовняних та лляних. Великі кількості її витрачаються виробництва паперу. Дешеві сорти паперу виготовляють з деревини хвойних порід, найкращі сорти - з лляної та бавовняної макулатури. Піддаючи целюлозу хімічній переробці, одержують кілька видів штучного шовку, пластмаси, кіноплівку, бездимний порох, лаки та багато іншого.

5.Біохімічні перетворення протеїногенних а-амінокислот (аланіну, лізину): дезамінування та декарбоксилювання.

6.Біохімічні перетворення протеїногенних а-амінокислот: а) трансамінування; б) дезамінування.

7. Поняття про ізоелектричну точку а-амінокислот і білків.

8. Первинна структура білків: визначення, пептидна група, тип хімічного зв'язку.

9. Вторинна структура білків: визначення, основні види

10.Третична і четвертинна структури білків: визначення, типи зв'язків що у їх освіті.

11. Будова поліпептидного ланцюга пептидів білків. Навести приклади.

12. Структурна формула трипептиду аланілсерілтірозін.

13. Структурна формула трипептиду цистеілгліцінфенілаланіну.

14.Класифікація білків за: а) хімічною будовою; б) просторової структури.

15. Фізико-хімічні властивості білків: а) амфотерність; б) розчинність; в) електрохімічні; г) денатурація; д) реакція осадження.

16. Вуглеводи: загальна характеристика, біологічна роль, класифікація. Доказ будови моносахаридів на прикладі глюкози та фруктози.

Класифікація вуглеводів

17. Реакції окислення та відновлення моносахаридів на прикладі глюкози та фруктози.

18. Глікозиди: загальна характеристика, освіта.

Класифікація глікозидів

19. Бродіння моно- та дисахаридів (спиртове, молочнокисле, маслянокисле, пропіоновокисле).

20. Відновлюючі дисахариди (мальтоза, лактоза): будова, біохімічні перетворення (окислення, відновлення).

21. Невідновлювальні дисахариди (сахароза): будова, інверсія, застосування.

22.Полісахариди (крохмаль, целюлоза, глікоген): будова, характерні біологічні функції.

23.Нуклеїнові кислоти (ДНК, РНК): біологічна роль, загальна характеристика, гідроліз.

24. Структурні компоненти нк: головні пуринові та піримідинові основи, вуглеводна складова.

Азотиста основа Вуглеводний компонент Фосфорна кислота

Пуринові Піримидинові Рибоза Дезоксирибоза

26. Будова полінуклеотидного ланцюга (первинна структура), наприклад, побудувати фрагмент Ade-Thy-Guo; Cyt-Guo-Thy.

27.Вторинна структура днк. Правила Чартгоффа Вторинна структура днк характеризується правилом е. Чаргаффа (закономірність кількісного вмісту азотистих основ):

28. Основні функції т рнк, м рнк, р рнк. Структура та функції рНК.

Етапи реплікації:

Транскрипція

Етапи транскрипції:

29. Ліпіди (омилювані, неомилювані): загальна характеристика, класифікація.

Класифікація ліпідів.

30. Структурні компоненти омилюваних ліпідів (ВЖК, Спирти).

31.Нейтральні жири, олії: загальна характеристика, окиснення, гідрогенізація.

32.Фосфоліпіди: загальна характеристика, представники (фосфатидилетаноламіни, фосфатидилхоліни, фосфатидилсерини, фосфатидилгліцерини).

33.Ферменти: визначення, хімічна природа та будова.

34. Загальні властивості хімічних ферментів та біокаталізаторів.

35.Фактори, що впливають на каталітичну активність ферментів:

36. Механізм дії ферментів.

37. Номенклатура, класифікація ферментів.

38. Загальна характеристика окремих класів ферментів: а) оксидоредуктази; б) трансферази; в) гідролази.

39. Загальна характеристика класів ферментів: а) ліази; б) ізомерази; в) л і гази.

40. Загальна характеристика вітамінів, класифікація вітамінів; представники водорозчинних та жиророзчинних вітамінів. Їхня біологічна роль.

1) По розчинності:

2) За фізіологічною активністю:

41. Поняття про метаболічні процеси: катаболічні та анаболічні реакції.

42.Особливості метаболічних процесів.

22.Полісахариди (крохмаль, целюлоза, глікоген): будова, характерні біологічні функції.

Полісахариди – високомолекулярні продукти поліконденсації моносахаридів, пов'язаних один з одним глікозидними зв'язками та утворюють лінійні або розгалужені ланцюги. Найбільш часто зустрічається моносахаридним ланкою полісахаридів є D-глюкоза. Як компоненти полісахаридів можуть бути також D-манноза, D- і L- галактоза, D-ксилоза і L-арабінозу, D-галактуронова і D-маннуронова кислоти, D- глюкозамін, D-галактозамін та ін. Кожен моносахарид, що входить в склад полімерної молекули, може перебувати у піранозній або фуранозній формі. Полісахариди можна розділити на 2 групи: гомополісахариди та гетерополісахариди.

Гомополісахариди складаються з моносахаридних одиниць лише одного типу. Гетерополісахариди містять два і більше типів мономерних ланок.

Гомополісахариди. За своїм функціональним призначенням гомополісахариди можуть бути поділені на 2 групи: структурні (глікоген і крохмаль) та резервні (целюлоза) полісахариди.

Крохмаль. Це високомолекулярна сполука, що включає сотні тисяч залишків глюкози. Він є основним резервним полісахаридом рослин.

Крохмаль являє собою суміш двох гомополісахаридів: лінійного – амілози (10-70%) та розгалуженого – амілопектину (30-90%). Загальна формула крохмалю (З 6 Н 10 Про 5)n. Як правило, вміст амілози в крохмалі становить 10-30%, амілопектину – 70-90%. Полісахариди крохмалю побудовані із залишків D-глюкози, з'єднаних в амілозі та лінійних ланцюгах амілопектину α-1,4-зв'язками, а в точках розгалуження амілопектину – міжланцюжковими α-1,6-зв'язками.

Мал. Структура крохмалю. а - амілоза з характерною для неї спіральною структурою, б - амілопектин.

У молекулі амілози лінійно пов'язані 200-300 залишків глюкози. Завдяки α-конфігурації глюкозного залишку, полісахаридний ланцюг амілози має конфігурацію спіралі. У воді амілоза не дає істинних розчинів, у розчині при додаванні йоду амілоза забарвлюється в синій колір.

Амілопектин має розгалужену структуру. Окремі лінійні ділянки молекули амілопектину містять 20-30 залишків глюкози. У цьому формується деревоподібна структура. Амілопектин забарвлюється йодом у червоно-фіолетовий колір.

Крохмаль має молекулярну масу 105-108 Так. При частковому кислотному гідролізі крохмалю утворюються полісахариди меншою мірою полімеризації – декстрини, за повного ідолізу – глюкоза.

Глікоген.Це головний резервний полісахарид вищих тварин та людини, побудований із залишків D-глюкози. Загальна формула глікогену як і у крохмалю (С6Н10О5)n. Він міститься майже у всіх органах і тканинах тварин та людини, але найбільша кількість глікогену виявлена ​​у печінці та м'язах. Молекулярна маса глікогену 105 -108 Так і більше. Його молекула побудована з поліглюкозидних ланцюгів, що гілкуються, в яких залишки глюкози з'єднані α-1→4-глікозидними зв'язками. У точках розгалуження – α-1→6-зв'язками. Глікоген характеризується більш розгалуженою структурою ніж амілопектин; лінійні відрізки молекули глікогени включають 11-18 залишків α-D-глюкози.

При гідролізі глікоген, подібно до крохмалю, розщеплюється з утворенням спочатку декстринів, потім мальтози та глюкози.

Головні функції крохмалю та глікогену: 1) енергетична функція (є джерелом енергії в метаболічних процесах);

Целюлоза (клітковина) –Найбільш поширений структурний полісахарид рослинного світу. Він складається з β-глюкопіранозних мономерних (D-глюкози), з'єднаних між собою β-(1→4)-зв'язками. При частковому гідроліз целюлози утворюються целлодекстрини, дисахарид целобіозу, а при повному гідролізі D-глюкозу. Молекулярна маса целюлози системи 10 6 Так. Клітковина не перетравлюється ферментами травного тракту, т.к. набір цих ферментів у людини не містить гідролаз, що розщеплюють β-зв'язки.

Структурна ф-я целюлози-основа рослин, клітин стебла, листя, дерев, грибів, лишайників. Целюлоза виконує в організмі функцію харчових волокон.

Полісахариди. Крохмаль та целюлоза Філон М.В. вчитель хімії МБОУ ЗОШ № 266

Порівняльна характеристика крохмалю та целюлози

Ознаки порівняння

Крохмаль

Формула

Целюлоза

Структурна ланка

Структура молекули

Фізичні властивості

Хімічні властивості

Застосування

Структурна формула крохмалю

Залишки α - глюкози

Структурна формула целюлози

Залишки β-глюкози

Фізичні властивості

крохмалю

целюлози

• тверда волокниста біла речовина

• білий аморфний порошок

• не розчиняється у холодній воді

• не розчиняється у воді

• у гарячій воді набухає

• не має солодкого смаку

• не має солодкого смаку

Хімічні властивості крохмалю

• Якісна реакція

(З 6 Н 10 О 5) n + I 2 → синє фарбування

2. Гідроліз

Крохмаль → декстрини → мальтоза → глюкоза

Хімічні властивості целюлози

1. Гідроліз

(З 6 Н 10 О 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6

2. Утворення складних ефірів

Перевіримо себе

1. Макромолекула крохмалю складається з залишків молекул.

α - глюкози

фруктози

β - глюкози

Перевіримо себе

2. Якісна реакція на крохмаль - взаємодія з ...

гідроксидом міді (II)

аміачним розчином оксиду срібла

Перевіримо себе

3. При гідроліз целюлози утворюється ...

Перевіримо себе

4. Тринітрат целюлози використовується як…

лікарський засіб

вибухова речовина

для гасіння пожеж

Крохмаль та целюлоза – найважливіші представники полісахаридів

Урок із використанням технології розвитку
критичного мислення 10 клас

Технологія розвитку критичного мислення через читання і лист дозволяє розвивати критичне мислення учнів з організацією їх роботи з різними джерелами інформації (спеціально написані тексти, параграфи підручника, відеофільми, лекції вчителя). Мотивацію учнів до вивчення нового матеріалу здійснюють, залучаючи їх до самостійного цілепокладання, рефлексії, а також організуючи колективну, парну та індивідуальну самостійну роботу на уроці. Використання цієї технології дає змогу врахувати індивідуальні особливості пізнавальних інтересів учнів, навчати кожного у зоні найближчого розвитку*.

Відповідно до цієї технології процес навчання складається з трьох стадій. Перша – стадія виклику ; вона полягає в актуалізації та узагальненні наявних знань з теми, що вивчається, порушення інтересу до неї, мотивації учнів до активної навчальної діяльності.

На другій стадії – стадії осмислення - Завдання інші: отримання нової інформації, її осмислення та співвіднесення з власними знаннями.

Заключна стадія – стадія роздумів та рефлексії, що передбачає цілісне осмислення, присвоєння та узагальнення отриманої інформації, вироблення власного ставлення до матеріалу, що вивчається, виявлення ще не пізнаного – питань і проблем для подальшої роботи («новий виклик»), аналіз всього процесу вивчення матеріалу.

Що дає учням ця розробка? По-перше, підвищується відповідальність за якість власної освіти. По-друге, розвиваються навички роботи з текстами будь-якого типу та з великими обсягами інформації. По-третє, формуються творчі та аналітичні здібності, вміння ефективно працювати спільно з іншими людьми.

Технологія розвитку критичного мислення найбільш ефективна щодо матеріалу, яким може бути складений цікавий, пізнавальний текст. Можливі кілька форм (стратегій) застосування цієї технології: Читання тексту з позначками, Заповнення таблиці ЗХУ (знаю, хочу дізнатися, дізнався), Зигзаг, Просунута лекція.

Позитивні сторони запропонованої технології: самостійне добування знань, осмислення своєї діяльності у процесі, підвищення відповідальності учнів. Повноцінне заняття виходить за здвоєного уроку. Можлива організація практичного заняття та вивчення нового матеріалу. Складність полягає у неоднаковому темпі читання та оформлення письмової роботи учнями.

Цілі уроку.Узагальнити знання учнів про класифікацію вуглеводів та відмінності полісахаридів від моносахаридів; вивчити особливості будови, знаходження у природі, фізичні та хімічні властивості крохмалю та целюлози в порівнянні; розглянути біологічну роль полісахаридів

ХІД УРОКУ

Стадія виклику

Вчитель. На попередніх уроках ви вивчили класифікацію вуглеводів та детально розглянули особливості моносахаридів. Сьогодні вам належить вивчити будову, знаходження у природі, фізичні та хімічні властивості полісахаридів. Але спочатку згадаємо основні відмінності полісахаридів від моносахаридів. Для цього він пропонується виконати тест.(Листи з тестом заздалегідь розкладені на столах у учнів.)

Тест

Виберіть із запропонованих тверджень лише ті, які справедливі:

I в а р і а н т - для моносахаридів;

II в а р і а н т - для полісахаридів.

1. Їхніми представниками є глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза.

2. Їхніми представниками є крохмаль, глікоген, декстрини, целюлоза, хітин.

3. Молекули складаються з безлічі однакових груп атомів, що повторюються.

4. Поділяються на тріози, тетрози, пентози, гексоз.

5. Мають загальну формулу (З 6 Н 10 5) n .

6. Молярна маса невелика і зазвичай не перевищує кількох сотень г/моль.

7. Молярна маса велика і може досягати кількох мільйонів г/моль.

8. Чи не вступають у реакцію гідролізу.

9. Чи здатні піддаватися гідролізу.

10. Залишки молекул деяких із них входять до складу нуклеотидів ДНК та РНК.

Відповіді. I варіант: 1, 4, 6, 8, 10; ІІ варіант: 2, 3, 5, 7, 9.

Учні виконують тест, після чого здійснюють взаємну перевірку у парах.

Стадія осмислення

Вчитель пропонує учням протягом 20 хв. за підручником О.С.Габрієляна «Хімія. 10 клас» (М.: Дрофа, 2004) опрацювати текст - § 24, с. 206–210, використовуючи спеціальні позначки олівцем:

"V" - це я знаю;

"+" - нова інформація;

«–» – інформація, що суперечить моїм знанням;

"?" - інформація, яка потребує пояснення;

"!" – це цікаво.

Учні працюють у групах по 3–4 людини, обмінюються думками з питання, що вивчається, допомагають один одному подолати виникаючі труднощі, роблячи необхідні пояснення.

Стадія роздумів та рефлексії

Учні повертаються в пари і складають таблицю за характеристикою крохмалю і целюлози (таблиця). При цьому в кожній парі один учень заповнює стовпець про крохмаль, а другий - про целюлозу, після чого обмінюються результатами.

Таблиця

Характеристика крохмалю та целюлози

Характеристика	Полісахарид
		Целюлоза
Молекулярна формула	(З 6 Н 10 O 5) n	(З 6 Н 10 O 5) n
Особливості будови	Структурна ланка - залишок циклічної молекули глюкози. Ступінь полімеризації від кількох сотень до кількох тисяч. Молярна маса досягає кількох сотень тисяч г/моль. Структура макромолекул: лінійна (амілоза) та розгалужена (амілопектин). У крохмалі частку амілози припадає 10–20 %, але в частку амілопектину – 80–90 %	Структурна ланка – залишок циклічної молекули глюкози. Ступінь полімеризації від кількох тисяч до кількох десятків тисяч. Молярна маса досягає кількох мільйонів г/моль. Структура макромолекул: лінійна
Знаходження в природі та біологічні функції	У цитоплазмі рослинних клітин у вигляді зерен запасної поживної речовини. Зміст (за масою): у рисі – до 80 %, у пшениці та кукурудзі – до 70 %, у картоплі – до 20 %	Обов'язковий елемент клітинної оболонки рослин, що виконує будівельну конструкційну функцію. Зміст (за масою): у волокнах бавовни – до 95 %, у волокнах льону та коноплі – до 80 %, у деревині – до 50 %
Фізичні властивості	Білий аморфний порошок, що не розчиняється в холодній воді, у гарячій воді набухає і утворює колоїдний розчин – крохмальний клейстер (при цьому амілоза, як складова частина крохмалю, розчиняється у гарячій воді, а амілопектин тільки набухає)	Тверда волокниста речовина, нерозчинна у воді
Хімічні властивості	(З 6 Н 10 O 5) n + nН 2 Про -> n 6 Н 12 O 6 . 2) Утворення складних ефірів за рахунок гідроксигруп (практичного значення не має). 3) Якісна реакція з йодом – синє фарбування	1) Утворення глюкози внаслідок повного гідролізу: (З 6 Н 10 O 5) n + nН 2 Про -> n 6 Н 12 O 6 . 2) Утворення складних ефірів за рахунок гідроксигруп: при взаємодії з азотною кислотою (у присутності сірчаної кислоти) – мононітратів, динітратів та тринітратів; при взаємодії з оцтовою кислотою (або оцтовим ангідридом) – діацетатів та тріацетатів. Усі складні ефіри набули широкого застосування. 3) Реакції з йодом не дає

Домашнє завдання.Доповнити таблицю рядками «Отримання» та «Застосування», використовуючи § 24 підручника та довідкову літературу; розв'язати задачу № 1, стор. 210.

Литература

Габрієлян О.С., Маскаєв Ф.М., Пономарьов С.Ю., Теренін В.І.Хімія. 10 клас. Підручник для загальноосвітніх установ. М: Дрофа, 2004, с. 206-210; Бессуднова Н.В., Євдокимова Т.А., Клочкова В.А.. Розвиток критичного мислення учнів під час уроків біології. Біологія у школі, 2008, № 3, с. 24–30.

А.С.ГОРДЄЄВ,
вчитель хімії та екології
гімназії №20
(м. Донський, Тульська обл.)

* Поняття, введене Л.С.Выготским, що означає розбіжність між існуючим рівнем розвитку і потенційним, якого він здатний досягти під керівництвом педагога й у співпраці з однолітками.

Крохмаль - це аморфний порошок з характерним хрускотом (картопляного крохмалю), нерозчинний у воді у звичайних умовах. При попаданні в гарячу воду зерна крохмалю сильнонабухають, їх оболонки розриваються, утворюється колоїдний розчин.

Целюлоза є волокнистою речовиною білого кольору, не розчинний у воді. На відміну від крохмалю, целюлоза зовсім не взаємодіє з водою навіть кип'ятіння. Чиста целюлоза у житті зустрічається як вати.

Будова молекул крохмалю та целюлози

Найпростіша формула крохмалю (целюлози та) - (З 6 Н 10 Про 5) n . У цій формулі значення n - від кількох сотень до кількох тисяч. Отже, крохмаль - це природний полімер, що складається з багаторазово повторюваних структурних ланок С 6 Н 10 5 . Він складається із молекул двох типів. З цієї причини крохмаль навіть вважають сумішшю двох речовин – амілози та амілопектину. Амілоза (її в крохмалі 20%) має лінійні молекули та більш розчинна. Молекули амілопектину (80%) розгалужені, і він менш розчинний у воді. Ці молекули відрізняються і відносною молекулярною масою: для лінійних молекул (амілози) вона сягає близько сотень тисяч, для розгалужених молекул (амілопектину) - кількох мільйонів.

Найпростіша та молекулярна формули целюлози аналогічні формул крохмалю. Очевидно, що за однакового складу ці речовини суттєво відрізняються за властивостями. Порівняно з крохмалем у целюлози вища відносна молекулярна маса. Причина міцності та нерозчинності целюлози полягає в тому, що вона має просторову тривимірну структуру. Проте целюлоза немає як тривимірної, а й розгалуженої структури. Але в цьому і полягає причина міцності молекул целюлози, тому що вони мають лінійну структуру, і окремі макромолекули розташовані щільно впорядковано один до одного. Внаслідок цього значно зростає сила міжмолекулярної взаємодії між окремими макромолекулами. Між упорядковано розташованими макромолекулами целюлози встановлюються численні водневі зв'язки: атоми Кисню гідроксильних груп однієї молекули електростатично взаємодіють із атомами Гідрогену інших молекул. З цієї причини целюлоза утворює міцні волокна, що характерно для крохмалю. Тим часом у крохмалі більшість молекул має розгалужену структуру, тому можливостей для. встановлення водневих зв'язків менше.

Молекули крохмалю складаються із залишківα -глюкози, а целюлози - із залишків молекулβ -глюкози, У цьому також полягає причина відмінностей хімічних властивостей крохмалю та целюлози:

Крохмаль

Целюлоза

Хімічні властивості крохмалю та целюлози

1.Комплексоутворення крохмалю з йодом.

Властивість крохмалю утворювати синє фарбування з йодом використовують як якісну реакцію виявлення крохмалю. З йодом реагує в основному амілоза, утворюючи пофарбовану сполуку. Молекула амілози у вигляді спіралі оточує молекули йоду, причому навколо кожної молекули йоду виявляється шість глюкозних залишків. Нагрівання руйнує такий комплекс і забарвлення зникає.

2.Гідроліз.

Для сахарози характерна реакція гідролізу. Така сама властивість властива і крохмалю. При тривалому кип'ятінні крохмалю в присутності кислоти (найчастіше сульфатної) молекули піддаються гідролізу. Причому кінцевим продуктом гідролізу є лишеα -Глюкоза. Однак процес гідролізу відбувається східчасто з утворенням проміжних продуктів гідролізу. Ступінчастий процес гідролізу може бути виражений наступною схемою:

Аналогічну властивість має целюлоза. Однак гідроліз целюлози проходить у більш жорстких умовах, і кінцевим продуктом гідролізу єβ-глюкоза.

Проміжні продукти гідролізу целюлози не мають особливого інтересу, тому їх можна не вказувати і рівняння реакції складати в сумарному вигляді:

3. Термічне розкладання.

При нагріванні деревини до високої температури без доступу повітря виділяється досить багато продуктів. Крім вуглецю та води, утворюються рідкі продукти, у тому числі й метиловий спирт (який саме тому називають деревним спиртом), ацетон, оцтова кислота.

4. Естерифікація.

Оскільки залишки глюкози, що входять до складу целюлози, зберігають гідроксильні групи, вона здатна вступати в реакцію естерифікації з кислотами.

У кожній ланці целюлози містяться три гідроксильні групи. Усі вони можуть вступати у реакції утворення естеріз. У звичайній формулі целюлози ці гідроксильні групи виділяють так:

Найбільше значення мають ефіри целюлози з нітратною кислотою (нітроцелюлоза) та оцтовою кислотою (ацетилцелюлоза).

Застосування крохмалю

Крохмаль – це основний вуглевод нашої їжі; безпосередньо він, подібно до жирів, організмом не засвоюється. Гідроліз крохмалю під дією ферментів починається в роті при пережовуванні їжі, продовжується в шлунку та кишечнику. Утворена в результаті гідролізу глюкоза всмоктується в кров і надходить у печінку, а звідти – у всі тканини організму. Надлишок глюкози відкладається у печінці у вигляді високомолекулярного вуглеводу глікогену, який знову гідролізується до глюкози в міру витрачання її у клітинах організму.

Для добування глюкози крохмаль нагрівають із розведеною сірчаною кислотою протягом кількох годин. Коли процес гідролізу закінчиться, кислоту нейтралізують крейдою, осад кальцій сульфату, що утворюється, відфільтровують і розчин упарюють. При охолодженні розчину кристалізується глюкоза.

Якщо процес гідролізу не доводити до кінця, то в результаті утворюється солодка густа маса - суміш декстринів і глюкози - патока.

Декстрини, видобуті з крохмалю, використовують як клей. Крохмаль застосовують для накрохмалювання білизни під дією нагрівання гарячою праскою він перетворюється на декстрини, які склеюють волокна тканини та утворюють щільну плівку, яка оберігає тканину від швидкого забруднення. Крім того, це полегшує наступне прання, оскільки частинки бруду, пов'язані з декстринами, значно легше змиваються водою.

Крохмаль використовують для виробництва етилового спирту. Під час цього процесу його спочатку гідролізують під дією ферменту, що міститься в солоді, а потім продукт гідролізу зброджують у присутності дріжджів у спирт.

Етиловий спирт, який використовують для промислових потреб (синтез каучуку), добувають синтетичним шляхом з етилену та гідролізом целюлози.

Застосування целюлози

Завдяки своїй механічній міцності целюлоза у складі деревини використовується у будівництві, з неї виготовляють усілякі столярні вироби. У вигляді волокнистих матеріалів (бавовни, льону, конопель), її використовують для виготовлення ниток, тканин, канатів. Виділена з деревини (звільнена від супутніх речовин), целюлоза йде виготовлення паперу.

Естери целюлози використовують для виготовлення нітролаків, кіноплівки, медичного колодію, штучного волокна та вибухових речовин.