Получение и применение глюкозы

В промышленности глюкозу получают гидролизом крах­мала и целлюлозы.

Полисахариды. Крахмал и гликоген, их строение. Понятие о катаболизме полисахаридов в организме. Целлюлоза, строение и свойства. Химическая переработка целлюлозы и применение ее производных.

Полис-ды, предст. собой полимеры, построенные из монос-в или их произв-х, соед-х между собой гликозидными связями, с числом мономерных ед-ц от неск-х десятков до неск-х десятков тысяч. Эти полис-ды могут сост-ть из одинак-х мономерных ед-ц, т.е. явл-ся гомополисах-ми, или в их состав могут входить разл-е мономерные ед-цы – гетерополисах-ды. Единств-м гомополис-м в орг-ме чел-ка явл-ся гликоген, сост-й из остатков a-D - глюкозы. Более разнообразен набор гетерополис-в - в орг-ме прис-ют гиалуроновая к-та, хондроитинсульфаты, кератансульфат, дерматансульфат, гепарансульфат и гепарин. Каждый из них сост-т из индивид-го набора мономерных ед-ц.

Крахмал сост-т из 2 полис-в - амилозы и амилопектина, обр-х остатками глюкозы. Хим. ф-ла крахмала (C₆H₁₀O₅)n. Сост-т не только из линейных молекул, но и из мол-л разветвлен-й стр-ры. Этим объясн-ся зернистое стр-е крахмала. Накапл-ся в виде зерен, главн. образом в кл-х семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях. Крахмал - белый порошок, нераств-й в холл-й воде. В горяч. воде он набухает и образует клейстер.

Состав гликогена такой же, как у крахмала, - (C₆H₁₀O₅)n, но его мол-лы более разветвл-е. Ос-но много гликогена сод-ся в печени (до 10%). В орг-ме гликоген явл-ся резервным в-вом, кот-е превр-ся в глюкозу по мере ее расходования в кл-х.

Молек-я формула целлюлозы (-C₆H₁₀O₅-)n, как и у крахмала. Цел-за тоже явл-ся прир-м полимером. Ее макромол-ла сост-т из многих остатков мол-л глюкозы. Почему крахмал и цел-за – в-ва с одинак-й молекул-й формулой – обладают разл-ми св-ми? - Степень полимер-ции у цел-зы намного больше, чем у крахмала. Кроме того, сравнивая стр-ры этих прир-х полимеров, уст-ли, что макромол-лы цел-зы, в отл-е от крахмала, состоят из ост-в мол-лы (-глюкозы и имеют только линейное стр-е. Макромол-лы цел-зы распол-ся в одном напр-ии и обр-ют волокна (лен, хлопок, конопля). В каждом остатке мол-лы глюкозы сод-ся 3 гидроксильные группы.

Физ-е св-ва. Цел-за – волокн-е в-во. Не плавится и не перех-т в парообр-е сост-е: при нагрев-и ≈ до 350^оС цел-за разлаг-ся – обугл-ся. Цел-за нераств-ма ни в воде, ни в больш-ве др-х неорг-х и орг-х раствор-х. Нераств-сть цел-зы объясн-ся тем, что ее волокна предст-ют собой как бы «пучки» располож-х парал-но нитевидных мол-л, связ-х множ-м водор-х связей, кот-е образ-ся в рез-те взаимод-я гидрокс-х групп. Внутрь подобного «пучка» раств-тель проникнуть не может, а след-но, не происх-т и отрыва мол-л др от др. Раств-телем цел-зы явл-ся реактив Швейцера – р-р гидроксида меди(II) с аммиаком, с кот-м она одновр-но и взаимод-ет.
Концентр-е к-ты (серная, фосфорная) и конц-й р-р хлорида цинка также раств-ют цел-зу, но при этом происх-т ее частичный распад (гидролиз), сопров-ся умень-ем молекул-й массы.

Хим-е св-ва цел-зы опр-ся прежде всего прис-ем гидроксильных групп. Действуя мет-м натрием, можно получить алкоголят цел-зы [C₆H₇O₂(ONa)₃]n. Под действием конц-х водных р-ров щелочей происх-т так наз-мая мерсиризация – частичное обр-е алкоголятов цел-зы, прив-я к набуханию волокна и повыш-ю его восприимч-сти к красителям. В рез-те окисл-я в макромол-ле цел-зы появл-ся некот-е число карбонильных и карбоксильных групп. Под влиянием сильных окислит-й происх-т распад макромол-лы. Гидроксильные гр-пы целл-зы способны алкилироваться и ацилироваться, давая простые и сложные эфиры. Одно из наиб-е хар-х св-в цел-зы – спос-сть в прис-ии к-т подвергаться гидролизу с обр-ем глюкозы. Анал-но крахмалу гидролиз цел-зы протекает ступенчато. Суммарно этот процесс можно изобразить так: (C₆H₁₀O₅)n + nH₂O →^H2SO4 nC₆H₁₂O₆

Т.к. в мол-х цел-зы им-ся гидрокс-е гр-пы, то для нее хар-ны р-ции этерификации. Из них практич-е знач-е им-ют р-ции цел-зы с азотной к-той (в зав-сти от усл-й обр-ся динитроцел-за и тринитроцел-за,)и с ангидридом уксусной к-ты (пол-ся триацетилцел-за или диацетилцел-за).

Цел-за горит. При этом обр-ся СО₂ и вода.При нагревании древесины без доступа воздуха происх-т разлож-е целл-зы и др в-в. При этом пол-ся древесный уголь, метан, метиловый спирт, уксусная к-та, ацетон и др продты.