Polisacharydy
Budowa polisacharydów
Polisacharydy to węglowodany zbudowane z wielu reszt monosacharydów (cukrów prostych). Wywodzą się z aldoz lub ketoz, które uległy polimeryzacji. Podobnie jak w disacharydach, jednostki monosacharydowe połączone są wiązaniami glikozydowymi, które mogą ulec rozerwaniu w wyniku reakcji hydrolizy. Są to związki nieredukujące, ponieważ nie mają grup hydroksylowych przyłączonych do anomerycznego atomu węgla wewnątrz łańcucha.
Skrobia i celuloza to polisacharydy wywodzące się z heksoz (oba są zbudowane z jednostek glukozowych). Ich ogólny wzór sumaryczny możemy przedstawić jako (CIndeks dolny 66HIndeks dolny 1010OIndeks dolny 55)Indeks dolny nn. Taki zapis mówi jednak niewiele o tym, jak jednostki monosacharydowe są ze sobą połączone, dlatego przyjrzymy się tym polisacharydom.
Skrobia
Skrobia występuje głównie w nasionach jako materiał zapasowy roślin. Przyjmujemy ją wraz z pożywieniem, takim jak: ziemniaki, ryż, kukurydza czy pszenica.
Budowa
Skrobia składa się z dwóch frakcji: amylozy oraz amylopektyny, występujących w różnych stosunkach ilościowych w zależności od pochodzenia skrobi. Przyjmuje się jednak, że amyloza stanowi około 20% masy skrobi.
Amyloza tworzy łańcuch prosty (bardzo rzadko występuje rozgałęzienie łańcucha) lub czasami ma kształt linii śrubowej (struktura helikalna), jak na poniższym rysunku:
Właściwości fizyczne
Skrobia jest ciałem stałym o białej barwie, pozbawionym smaku i zapachu. Podczas jej dotykania słychać skrzypienie. Nie rozpuszcza się w zimniej wodzie, ale dość dobrze rozpuszcza się w gorącej, tworząc roztwór koloidalny, tzw. kleik skrobiowy lub krochmal.
Właściwości chemiczne
W celu wykrycia skrobi stosuje się płyn Lugola, czyli z roztwór jodu w jodku potasu. Jest to tzw. próba jodowa. Helikalna struktura amylozy umożliwia „uwięzienie” cząsteczek jodu wewnątrz spirali (helisy) i pojawienie się charakterystycznego, niebieskiego zabarwienia. Nie jest to reakcja chemiczna, ponieważ nie tworzą się nowe wiązania.
Zdjęcie z mikroskopu świetlnego przedstawia ziarna skrobi zbożowej barwione jodyną w powiększeniu 40×.
Ogrzewając skrobię z roztworami mocnych kwasów, następuje wieloetapowy proces jej rozpadu na mniejsze fragmenty. W końcowym etapie otrzymuje się maltozę, która ostatecznie hydrolizuje do glukozy. Cały proces można zapisać w następujący ogólny sposób:
Badanie właściwości redukujących skrobi przeprowadza się ze świeżo strąconym wodorotlenkiem miedzi(II) - odczynnikiem Trommera.
Wynik próby Trommera dla skrobi jest negatywny. Produktem reakcji jest czarny osad tleneku miedzi(II), który powstał z termicznego rozkładu wodorotlenku miedzi(II). Nie zachodzi reakcja utlenienia i redukcji, ponieważ anomeryczna grupa hydroksylowa znajduje się tylko na jednym końcu łańcucha, co nie wpływa istotnie na właściwości skrobi. Jest to zatem cukier nieredukujący.
Celuloza
Celuloza (inaczej błonnik) to materiał budulcowy roślin. Bawełna to praktycznie czysta celuloza, a w drewnie znajdziemy jej aż ok. 50%.
Budowa
Poniżej przedstawiono fragment łańcucha cząsteczki celulozy.
Długie, nierozgałęzione łańcuchy mogą oddziaływać na siebie, tworząc wiązania wodorowe, co powoduje, że włókna celulozowe charakteryzują się dużą wytrzymałością mechaniczną oraz elastyczną.
Właściwości fizyczne
Celuloza, podobnie jak skrobia, jest białym ciałem stałym pozbawionym smaku i zapachu. Ma ona budowę włóknistą i nie rozpuszcza się ani w zimniej wodzie, ani w goracej.
Poniższej przedstawiono przykłady celulozowych materiałów naturalnych i tych wytworzonych przez człowieka.
Właściwości chemiczne
Celulozę można hydrolizować, ale jest to trudniejszy proces niż w przypadku skrobi. W wyniku całkowitej hydrolizy celulozy, pod wpływem kwasu, powstaje glukoza, zgodnie z poniższym równaniem:
W istocie proces hydrolizy jest taki sam, jak w przypadku skrobi.
Podobnie jak w przypadku skrobi, wynik próby Trommera dla celulozy jest negatywny. Po dodaniu odczynnika Trommera (świeżo strąconego wodorotlenku miedzi(II)) do probówki z pociętą bibułą filtracyjną oraz wodą destylowaną i podgrzaniu na łaźni wodnej, otrzymujemy czarny osad. Właściwości nieredukujące celulozy wynikają częściowo z jej dużej masy cząsteczkowej.
Wykonaj mapę, w której podsumujesz podobieństwa oraz różnice skrobi i celulozy. Możesz skorzystać z podpowiedzi, gdzie zawarte zostały przykładowe cechy budowy oraz właściwości.
Rozwiąż interaktywny quiz i sprawdź swoją wiedzę dotyczącą powstawania, budowy oraz występowania cukrów złożonych.
Sprawdź swoją wiedzę
Hydroliza polisacharydów
Przeprowadź doświadczenie w laboratorium chemicznym. Rozwiąż problem badawczy i zweryfikuj hipotezę. W formularzu zapisz swoje obserwacje i wyniki, a następnie sformułuj wnioski.
Szafa laboratoryjna
Badanie procesu hydrolizy sacharozy
Zapoznaj się z opisem doświadczenia w laboratorium chemicznym. Rozwiąż problem badawczy i zweryfikuj hipotezę. W formularzu zapisz wyniki, a następnie sformułuj wnioski oraz wykonaj poniższe ćwiczenia.
Analiza doświadczenia:
Badanie procesu hydrolizy sacharozy.
Problem badawczy:
Czy niskie środowiska powoduje hydrolizę sacharozy?
Hipoteza:
Sacharoza w kwasowym środowisku ulega hydrolizie.
Odczynniki chemiczne:
–procentowy roztwór sacharozy;
–procentowy roztwór kwasu chlorowodorowego;
–procentowy roztwór wodorotlenku sodu;
roztwór siarczanu() miedzi() o stężeniu
woda destylowana.
Sprzęt laboratoryjny:
dwie probówki – podłużne U–kształtne naczynia szklane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
zlewka ( ) – naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
trójnóg laboratoryjny;
palnik gazowy – urządzenie techniczne umożliwiające podtrzymywanie płomienia spalanego gazu w kontrolowany sposób;
zapałki – drewniane patyczki nasączone substancją ułatwiającą spalanie i zakończone substancją ulegającą zapłonowi, która obecna jest w tak zwanej główce zapałki;
papierki wskaźnikowe – kawałki bibuły nasączone substancją będącą indykatorem, a następnie wysuszone, które umożliwiają badanie odczynu roztworu;
zlewka ( ) – naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
pipeta Pasteura – wąska rurka służąca do pobierania i przenoszenia niewielkiej ilości cieczy przy pomocy ssawki;
cylinder miarowy – podłużne szklane naczynie laboratoryjne w kształcie walca z umieszczoną na ściance podziałką objętości służące do odmierzania cieczy;
waga laboratoryjna – urządzenie do odmierzania masy substancji chemicznych.
Przebieg doświadczenia:
Przygotowano łaźnię wodną: a) włączono palnik; b) umieszczono nad nim trójnóg; c) postawiono na trójnogu zlewkę wypełnioną wodą.
Sporządzono w zlewce roztwór sacharozy i wlano do probówki.
Dodano do probówki kilka kropli roztworu kwasu chlorowodorowego i ogrzano w łaźni wodnej.
Sprawdzono odczyn roztworu za pomocą papierka wskaźnikowego.
Następnie dodano kilka kropli roztworu wodorotlenku sodu w celu zneutralizowania roztworu.
Sprawdzono odczyn roztworu za pomocą papierka wskaźnikowego.
Do innej suchej probówki dodano roztworu wodorotlenku sodu oraz kilka kropli roztworu siarczanu() miedzi().
Następnie do probówki z powstałym roztworem wlano roztworu sacharozy po dodaniu kwasu.
Probówkę włożono do gorącej łaźni wodnej i obserwowano zmiany.
Obserwacje:
Po dodaniu roztworu kwasu do roztworu sacharozy, papierek wskaźnikowy zmienił kolor na pomarańczowoczerwony. Po zneutralizowaniu roztworu i wykonaniu testu z wodorotlenkiem miedzi(), niebieski, galaretowaty osad zmienił zabarwienie na ceglastoczerwone.