Крохмаль і целлюлоза – природні полімери

Тема уроку. Крохмаль і целлюлоза – природні полімери.

На сьогоднішньому уроці ми з вами розглянемо будову полісахаридів, серед них найпоширенішими є крохмаль і целюлоза. Це природні полімери, склад яких передається однією загальною формулою (С₆Н₁₀О_5)n. На крохмаль багаті бульби картоплі, зерна злакових рослин. Із целюлози утворені оболонки клітин, вона є своєрідним скелетом рослин, надаючи їх тканинам механічної міцності. Тому целюлоза становить основу стовбурів дерев (50% і більше), рослинних волокон. У крохмалі і целюлозі молекули мономерів сполучені в молекули полімерів за до­помогою оксигенових містків.

Незважаючи на те, що крохмаль і целюлоза мають однакову загальну формулу, властивості у них різні. По-перше вони за різних умов розчиняються, що можна проспостерігати, провівши наступне дослідження.

Лабораторний дослід № 13 Відношення крохмалю до води

У пробірку насипте трохи крохмалю та долийте холодну воду. Суміш перемішайте. Чи розчиняється крохмаль у холодній воді?

Закип’ятіть воду і пробірці, вилийте у гарячу воду суміш крохмалю з водою. Що спостерігаєте? Зробіть висновки про відношення крохмалю до води

Фізичні властивості крохмалю і целюлози

Крохмаль (нім. kraftmehl) – безбарвний аморфний хрусткий порошок, нерозчинний у холодній воді. В гарячій воді він набухає з утворенням клейстеру, який називають крохмальний клейстер.

Целюлоза – біла речовина, не розчинна у більшості відомих розчинників. Розчиняється в аміачному розчині Купрум (II) гідроксиду – реактиві Швейцера.

Порівняльна характеристика фізичних властивостей крохмалю та целюлози

Будова молекул крохмалю і целюлози

Найпростіша формула крохмалю (і целюлози) — (С₆Н₁₀О₅)_n.

Крохмаль і целюлоза побудовані із залишків глюкози, різниця між ним полягає лише у тому, що крохмаль складається із залишків α-глюкози, а целюлоза – із β-глюкози.

Крохмаль складається із двох полісахаридів: амілози та амілопектину. Амілоза (її в крохмалі 20%) має лінійні молекули й більш розчинна.

Молекули амілопектину (його 80%) розгалужені, і він менш розчинний у воді. Ці молекули відрізняються й за відносною молекулярною масою: для лінійних молекул (амілози) вона сягає близько сотень тисяч, для розгалужених молекул (амілопектину) — кількох мільйонів.

Глікоген (тваринний крохмаль) відрізняється від рослинного більшим розгалуженням, ніж амілопектин, між місцями розгалуження – 10 – 12 залишків глюкози.

Молекула целюлози має лінійну будову.

Найпростіша й молекулярна формули целюлози аналогічні до формул крохмалю. Очевидно, що при однаковому складі ці речовини істотно відрізняються за властивостями. Порівняно із крохмалем у целюлози більш висока відносна молекулярна маса. Причина міцності й нерозчинності целюлози полягає в тому, що вона має просторову тривимірну структуру. Однак целюлоза не має не тільки тривимірної, але й розгалуженої структури. Але в цьому й полягає причина міцності молекул целюлози, тому що вони мають лінійну структуру, і окремі макромолекули розташовані упорядковано щільно одна до одної. Унаслідок цього значно зростає сила міжмолекулярної взаємодії між окремими макромолекулами. Між упорядковано розташованими макромолекулами целюлози встановлюються численні водневі зв’язки: атоми Оксигену гідроксильних груп однієї молекули електростатично взаємодіють із атомами Гідрогену гідроксильних груп іншої молекули. Із цієї ж причини целюлоза утворює міцні волокна, що не характерно для крохмалю.

Утворення в природі

Спочатку з вуглекислого газу і води внаслідок низки біохімічних реакцій (фотосинтез) утворюється α-глюкоза (у присутності хлорофіла на світлі):

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

А далі з α-глюкози синтезується крохмаль:

nС₆Н₁₂О₆ → (С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О,

або сумарно:

6nСО₂ + 6nН₂О → (С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О

Хімічні властивості крохмалю

1. Гідроліз:

Для сахарози була характерною реакція гідролізу. Така сама властивість притаманна й крохмалю. При тривалому кип’ятінні крохмалю в присутності кислоти (найчастіше сульфатної) молекули піддаються гідролізу. Причому кінцевим продуктом гідролізу є тільки α-глюкоза.

(С₆Н₁₀О₅)_n+ nH₂O → nС₆Н₁₂О₆

Однак процес гідролізу відбувається ступінчасто з утворенням проміжних продуктів гідролізу. Ступінчастий процес гідролізу може бути виражений наступною схемою:

(С₆Н₁₀О₅)_n → (С₆Н₁₀О₅)_n → С₁₂Н₂₂О₁₁ → С₆Н₁₂О₆

_{крохмаль декстрини мальтоза глюкоза}

Декстріни утворюються під час термічної обробки продуктів, які містять крохмаль,- варення, смаження картоплі, випікання хліба тощо. Декстрини легше засвоюються організмом людини, оскільки складаються з менших за розміром молекул і краще розчиняються у воді.

Крохмаль гідролізується також під дією ферментів.

1. Повне окиснення (відбувається в живих організмах) з виділенням енергії:

(С₆Н₁₀О₅)_n +6nO₂→ 6nCO₂+5nH₂O

2. Взаємодія з йодом (йодокрохмальна реакція) – якісна реакція, утворюється сполука темно-синього кольору

При додаванні до крохмалю розчину йоду, виникає синє забарвлення, яке при нагріванні зникає, а при охолодженні знову з’являється. Вперше це спостерігав Ф. Штромейєр у 1815 р. Цю реакцію застосовують для відкриття крохмалю розчином йоду і для відкриття йоду розчином крохмалю.

Лабораторний дослід №14. Взаємодія крохмалю з йодом

У пробірку з крохмальним клейстером додайте краплю спиртового розчину йоду. Що спостерігаєте? Утворення речовини синього кольору свідчить про наявність крохмалю.

Пропоную вам провести домашній експеримент: визначте, чи містить крохмаль бульба картоплі, свіжий хліб та інші продукти, що є вдома (або подивиться відео )

Хімічні властивості целюлози

1. Гідроліз.

Гідроліз целюлози проходить у більш жорстких умовах, і кінцевим продуктом гідролізу є β-глюкоза. Проміжні продукти гідролізу целюлози не становлять особливого інтересу, тому їх можна не зазначати й рівняння реакції складати в сумарному вигляді:

(С₆Н₁₀О₅)_n+ nH₂O → nС₆Н₁₂О₆

Частково гідролізовану целюлозу застосовують у харчовій промисловості для освітлення соків.

Целюлоза також гідролізується у шлунку жуйних тварин за допомогою бактерій-симбіонтів.

1. Горіння

Целюлоза добре горить з виділенням великої кількості енергії:

(С₆Н₁₀О₅)_n +6nO₂→ 6nCO₂+5nH₂O

2. Термічний розклад:

Під час нагрівання без доступу кисню целюлоза розкладається на деревне вугілля (С) та леткі органічні речовини (метанол, ацетон, оцтову кислоту та інші оксигеновмісні органічні сполуки).

Завдання до теми

Завдання 1. Доповнити таблицю