Общие понятия о гидролизе полисахаридов

Гидролиз полисахаридов (целлюлозы и гемицеллюлоз) – это реакция гетеролитического разрыва гликозидных связей, протекающая по ионному механизму.

Наличие в макромолекулах полисахаридов гликозидных связей делает их способными к гидролизу (гетеролитической деструкции). При гидролизе полисахаридов происходит разрыв гликозидных связей с присоединением по месту разрыва элементов воды (Н⁺ и ОН^–). Схематически разрыв цепи целлюлозы при гидролизе можно представить следующим образом:

редуцирующее нередуцирующее

звено звено

В месте разрыва гликозидной связи образуется одно редуцирующее концевое звено и одно нередуцирующее. При гидролизе происходит уменьшение степени полимеризации полисахаридов. При кислотном гидролизе катализатором служит протон (Н⁺), существующий в водных растворах кислот в виде иона гидроксония: Н⁺+Н₂О=Н₃О⁺. Чем больше концентрация протонов, тем быстрее идет гидролиз. Поэтому в качестве катализаторов применяют сильные минеральные кислоты (обычно серную или соляную).

По скорости гидролиза в кислой среде полисахариды древесины разделяют на легко- и трудногидролизуемые.

Легкогидролизуемые полисахариды гидролизуются разбавленными кислотами (3–5 %-ным раствором НСl или Н₂SО₄) при 100 °С. К ним относятся гемицеллюлозы, как аморфные вещества, и аморфная часть целлюлозы.

Трудногидролизуемые полисахариды гидролизуются концентрирован-ными кислотами (70–80 %-ной Н₂SО₄ или 40–42 %-ной НСl) при комнатной тем-

пературе или разбавленными кислотами при температуре 160–190 ºС. Трудно гидролизуются целлюлоза, как кристаллический полимер, и целлюлозаны – это гемицеллюлозы, закристаллизованные вместе с целлюлозой в кристаллической части микрофибрилл.

При полном гидролизе полисахаридов происходит расщепление всех гликозидных связей и полисахарид превращается в моносахариды, причем гликозидные связи разрываются в случайных местах и степень полимеризации (СП) резко понижается.

Н+

Реакции полного гидролиза:

(С₆Н₁₀О₅) _n + n Н₂О n С₆Н₁₂О₆,

целлюлоза D -глюкоза

Н+

гексозаны гексозы

(С₅Н₈О₄) _n + n Н₂О n С₅Н₁₀О_5.

пентозаны пентозы

Процесс гидролиза полисахаридов до моносахаридов идет через ряд промежуточных продуктов с постепенным снижением степени полимеризации. В разбавленных и концентрированных кислотах гидролиз идет по разным схемам.