Сахароза.

Молекулярная формула C₁₂H₂₂O_11. Сахароза – столовый сахар, получаемый из сахарной свеклы, тростника, а также коричневый сахар, черная патока. Содержится в небольшом количестве в овощах и фруктах. Сахароза представитель дисахаридов класса углеводов. Её молекула состоит из взаимно связанных остатков молекул глюкозы и фруктозы.

При исследовании химических свойств сахарозы можно убедиться, что для неё характерна реакция многоатомных спиртов – образование ярко-синего раствора при взаимодействии с гидроксидом меди (II). Реакцию серебряного зеркала с сахарозой осуществить не удаётся. Следовательно, в её молекуле имеются гидроксильные группы, но нет альдегидных.

Физические свойства.

Сахароза является органическое соединение, широко известный как столовый сахар и иногда называется сахарозой. Белый, без запаха, кристаллический порошок со сладким вкусом. Чистая сахароза – бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, растворимое в воде. Плотность 1,587г/см³. Температура плавления 186°C. Растворимость в воде 2000г/л (25°С). При температуре 190-200⁰ превращается в бурую массу (карамель) с выделением воды. Как и другие углеводы, сахароза сгорает до диоксида углерода и воды.

Химические свойства.

Важнейшее химическое свойство сахарозы – способность в присутствии минеральных кислот и при повышенной температуре подвергаться гидролизу:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

(сахароза + вода = глюкоза + фруктоза)

Нахождение в природе.

Сахароза входит в состав сока сахарной свеклы (16-20%) и сахарного тростника (14-26%). В небольших количествах сахароза вместе с глюкозой содержится в плодах и листьях многих зелёных растений.

История сахара.

Первое производство сахара из сахарного тростника состоялась в Индии. Воины Александра Великого сообщили, что видели мед, который производится без вмешательства пчелы. И сахар оставался экзотическим продуктом в Европе, пока арабы не начали производить его в Сицилии и Испании. Только после крестовых походов сахар начал конкурировать с медом в качестве подсластителя в Европе.

Применение сахара.

Сахароза является самым известным углеводом за её роль в питании человека. Рафинированный сахар только первоначально был роскошью, но в конечном счете стал достаточно дешевым и обычным продуктом. Сахар основной элемент в кондитерской продукции и десертах. Сахароза имеет важное значение для структуры многих пищевых продуктов, в том числе печенья, тортов, пирогов, конфет, мороженого, шербетов и т.д…

Целлюлоза.

Целлюлоза органическое соединение с формулой (C₆H₁₀O₅)n, полисахарид, состоящий из линейной цепочки от нескольких сотен до более десяти тысяч остатков глюкозы. Целлюлоза один из полисахаридов сложного строения. Отличие целлюлозы от крахмала в характере сочленения циклических фрагментов глюкозы, из которых образованы оба полисахарида. В целом в гигантских молекулах целлюлозы (клетчатки) больше линейных, а не разветвлённых как в крахмале участков. Цепочка целлюлозы имеет вид нити, спиралеобразно закрученной вокруг своей оси и удерживаемой в таком положении водородными связями гидроксильных остатков глюкозы.

Содержание в природе.

Целлюлоза структурный компонент клеточной стенки растений. Некоторые виды бактерий выделяют её в форме биопленок. Целлюлоза является самым распространенным органическим соединением на Земле. Она составляет около 33% от массы всех произведённых растениями органических веществ. Содержание целлюлозы в хлопчатнике составляет 90%, а в древесине составляет 40-50%. Целлюлоза является главной составной частью оболочек растительных клеток, образуется в растениях в результате фотосинтеза.

Большинство млекопитающих имеют очень ограниченную способность переваривать пищевые волокна, такие как целлюлоза. Некоторые жвачные животные, такие как коровы и овцы содержат определенные симбиотические анаэробные бактерии во флоре рубца, и эти бактерии производят ферменты - целлюлазы, которые помогают микроорганизмам разрушать целлюлозу. Аналогичным образом, термиты содержат в своем организме простейших жгутиконосцев, которые производят такие ферменты; которые содержат бактерии для переваривания целлюлозы. Некоторые термиты могут также произвести свои собственные целлюлазы. Грибы, которые в природе отвечают за переработку питательных веществ, также в состоянии расщеплять молекулы целлюлозы.

Физические свойства.

Целлюлоза - волокнистое вещество, нерастворимое ни в воде, ни в обычных органических растворителях. Растворителем её является реактив Швейцера – раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с которым она одновременно и взаимодействует.

Химические свойства.

Одно из наиболее характерных свойств целлюлозы – способность в присутствии кислот подвергаться гидролизу с образованием глюкозы. Гидролиз целлюлоза протекает ступенчато. Суммарно этот процесс можно выразить так:

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О = nС₆Н₁₀О₅

(целлюлоза + вода = глюкоза)

Так как в молекулах целлюлозы имеются гидроксильные группы, то для неё характерны реакции этерификации. Из них практическое значение имеют реакции целлюлозы с азотной кислотой и ангидридом уксусной кислоты. При взаимодействии целлюлозы с азотной кислотой, в присутствии концентрированной серной кислоты, в зависимости от условий образуются динитроцеллюлоза и тринитроцеллюлоза, являющиеся сложными эфирами:

(С₆H₇O₂(OH)₃)n + 2nHONO₂ = (С₆H₇O₂(OH)(ONO₂)₂)n + 2nH₂O

(целлюлоза + азотная кислота = динитроцеллюлоза + вода)

или

(С₆H₇O₂(OH)₃)n + 3nHONO₂ = (С₆H₇O₂(ONO₂)₃)n + 3nH₂O

(целлюлоза + азотная кислота = тринитроцеллюлоза + вода).

Целлюлоза горит. При этом образуются оксид углерода (IV) и вода.

При нагревании древесины без доступа воздуха происходит разложение целлюлозы. При этом получают древесный уголь, метан, метиловый спирт, уксусную кислоту, ацетон и другие продукты.

Применение целлюлозы.

Целлюлоза была обнаружена в 1838 году французским химиком Ансельмом Пайеном. Целлюлоза используется человеком с древних времён. Применение её весьма разнообразно.

Целлюлоза основной компонент бумаги, картона, а также текстиля и других растительных волокон. Для промышленного использования, целлюлозу получают из древесины и хлопка. Образцом почти чистой целлюлозы является вата, полученная из очищенного хлопка. Наиболее распространённым в нашей стране является способ получения целлюлозы из древесины. Далее целлюлоза используется для производства картона и бумаги, в меньшей степени для получения таких продуктов как целлофан.

Большое значение имеют продукты этерификации целлюлозы. Так, например, из ацетилцеллюлозы получают ацетатный шёлк.

Ацетилцеллюлоза идёт на производство негорючей плёнки и органического стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи.

Целлюлоза используется в качестве сырья в производстве нитроцеллюлозы, которая исторически использовалась для получения бездымного пороха. Для этого тринитроцеллюлозу растворяют в этилацетате или ацетоне. После испарения растворителей компактную массу размельчают и получают бездымный порох.

Динитроцеллюлоза является базовым материалом для получения коллодия. В этих целях её растворяют в смеси спирта и эфира. После испарения растворителей образуется плотная плёнка – коллодий, применяемый в медицине. Динитроцеллюлоза идёт также на производство целлулоида, который использовался для фото- и кинофильмов до середины 1930-х годов.

Целлюлоза используется для изготовления водорастворимых клеев, в том числе обойных. Целлюлоза используется в лаборатории для тонкослойной хроматографии. Её волокна используются для создания фильтрующего слоя из инертного материала.

Целлюлозная изоляция из переработанной бумаги становится популярной, как экологически предпочтительный материал для изоляции зданий.

Преобразование целлюлозы в биотопливо, такое как целлюлозный этанол рассматривается в качестве альтернативного источника топлива.

Микрокристаллическая целлюлоза и порошкообразная целлюлоза используются в качестве неактивных наполнителей в таблетках и в качестве загустителей и стабилизаторов в обработанных пищевых продуктах.

Волокна целлюлозы широко известны в качестве диетического компонента. Диетические волокна целлюлозы в продуктах питания не разрушаются пищеварительными ферментами и секрецией желудочно-кишечного тракта. Диеты с высоким содержанием клетчатки взывают увеличение размера стула и могут помочь предотвратить или вылечить запор. Целлюлозное волокно может защитить от развития рака толстой кишки.

Пищевые волокна могут ограничивать поглощение холестерина путем связывания желчных кислот. Диеты с высоким содержанием клетчатки (ниже холестерина) могут предотвратить сердечнососудистые заболевания. Некоторые волокна, такие как пектин и геркулес, являются более эффективными, чем другие, такие как пшеница, для понижения холестерина. Пищевые волокна можно найти только в растительных продуктах, таких как фрукты, овощи, орехи и зерна. Хлеб из пшеницы грубого помола содержит больше клетчатки, чем обычный хлеб, а яблоки содержат больше клетчатки, чем яблочный сок, что показывает, что переработка пищевых продуктов удаляет волокна.