Строение крахмала и целлюлозы

Состав этих полисахаридов, как вы уже знаете, можно выра­зить общей формулой (С_бН₁₀О₅)„. Число повторяющихся звень­ев в макромолекуле крахмала может колебаться от несколь­ких сотен до нескольких тысяч. Целлюлоза же отличается значительно большим числом звеньев и, следовательно, моле­кулярной массой, которая достигает нескольких миллионов.

Различаются углеводы не только молекулярной массой, но и структурой. Для крахмала характерны два вида структур макромолекул: линейная и разветвленная. Линейную струк­туру имеют более мелкие макромолекулы той части крахма­ла, которую называют амилозой, а разветвленную структуру имеют молекулы другой составной части крахмала — амило- пектина (рис. 32).

В крахмале на долю амилозы приходится 10—20%, а на до­лю амилопектина — 80—90%. Амилоза крахмала растворяет­ся в горячей воде, а амилопектин только набухает.

Структурные звенья крахмала и целлюлозы построены по- разному. Если звено крахмала включает остатки-глюкозы, то целлюлоза (рис. 33) — остатки (3-глюкозы, ориентирован­ные в природные волокна

структурное звено крахмала структурное звено целлюлозы

Химические свойства

1. Образование глюкозы. Крахмал и целлюлоза подверга­ются гидролизу с образованием глюкозы в присутствии мине­ральных кислот, например серной:

(С₆Н₁₀О₅) n + (n -1) Н₂О nС₆Н₁₂О₆

полисахарид глюкоза

В пищеварительном тракте животных крахмал подвергается сложному ступенчатому гидролизу:

крахмал —> декстрины — >мальтоза —> глюкоза. Организм человека; не приспособлен к перевариванию цел­люлозы, так как не имеет ферментов. Лишь у термитов и жвачных животных (например, коров) в пищеварительной системе живут микроорганизмы, выраба­тывающие необходимые для этого ферменты.

2. Образование сложных эфиров. Крахмал может образо­вывать эфиры за счет гидроксигрупп, однако эти эфиры не на­шли практического применения. Другое дело целлюлоза. Проанализируйте состав структур­ного звена целлюлозы, и вы увидите, что каждое звено содер­жит три свободные спиртовые гидроксигруппы. Поэтому об­щую формулу целлюлозы можно записать и таким образом:[С₆Н₇0₂(OН)₃]n За счет этих спиртовых гидроксигрупп целлюлоза и может образовывать сложные эфиры, которые широко применяются.

С уксусной кислотой (в промыш­ленности для этих целей использу­ют более мощное этерифицирующее вещество — уксусный ангидрид) по­лучают аналогичные (ди- и три-) сложные эфиры целлюлозы и уксус­ной кислоты, которые называются ацетилцеллюлозой:

[C₆H₇О₂(ОH)₃] n + 3n СН₃СООН —> [С₆Н₇О₂(ОСОСН₃)₃]n + 3n Н₂0

триацетилцеллюлоза

Ацетилцеллюлозу используют для получения лаков и красок, она служит также сырьем для изготов­ления искусственного шелка. Для этого ее растворяют в ацетоне, а за­тем этот раствор продавливают че­рез тонкие отверстия фильер (метал­лических колпачков с многочислен­ными отверстиями). Вытекающие струйки раствора обдувают теплым воздухом. При этом ацетон быстро испаряется, а высыхающая ацетил­целлюлоза образует тонкие блестя­щие нити, которые идут на изготов­ление пряжи (рис. 34). Ткани из такой пряжи называют ацетатным шелком. Из ацетилцеллюлозы изго­товляют также негорючие рентге­новскую и кинопленку.

При обработке целлюлозы смесью азотной и серной кислот получают в зависимости от условий моно-, ди- и тринитроцел- люлозу:

Смесь моно- и динитроцеллюлозы называют коллоксили­ном. Раствор коллоксилина в смеси спирта и диэтилового эфи­ра — коллодий — применяют в медицине для заклеивания не­больших ран и для приклеивания повязок к коже.

При высыхании раствора коллоксилина и камфары в спир­те получается целлулоид — одна из пластмасс, которая впер­вые стала широко использоваться в повседневной жизни чело­века (из нее делают фото- и кинопленку, а также различные предметы широкого потребления). Растворы коллоксилина в органических растворителях применяются в качестве нитро­лаков. А при добавлении к ним красителей получаются проч­ные и эстетичные нитрокраски, широко используемые в быту и технике.

Как и другие органические вещества, содержащие в составе молекул нитрогруппы, все виды нитроцеллюлозы огнеопас­ны. Особенно опасна в этом отношении тринитроцеллюлоза — сильнейшее взрывчатое вещество. Под названием «пирокси­лин» она широко применяется для производства оружейных снарядов и проведения взрывных работ, а также для получе­ния бездымного пороха.

Крахмал, в отличие от целлюло­зы, дает синее окрашивание при взаимодействии с иодом. Эта реакция является качественной на крахмал или иод в зависимости от того, наличие какого ве­щества требуется доказать.