Polisacharydy to węglowodany zbudowane z wielu reszt monosacharydów (cukrów prostych). Wywodzą się z aldozAldozyaldoz lub ketozketozyketoz, które uległy polimeryzacji. Podobnie jak w disacharydach, jednostki monosacharydowe połączone są wiązaniami glikozydowymiwiązanie glikozydowe w polisacharydachwiązaniami glikozydowymi, które mogą ulec rozerwaniu w wyniku reakcji hydrolizy. Są to związki nieredukującecukry nieredukującezwiązki nieredukujące, ponieważ nie mają grup hydroksylowych przyłączonych do anomerycznego atomu węglaanomeryczny atom węglaanomerycznego atomu węgla wewnątrz łańcucha.

Skrobia i celuloza to polisacharydy wywodzące się z heksozHeksozyheksoz (oba są zbudowane z jednostek glukozowych). Ich ogólny wzór sumaryczny możemy przedstawić jako (CIndeks dolny 6₆HIndeks dolny 10₁₀OIndeks dolny 5₅)Indeks dolny n_n. Taki zapis mówi jednak niewiele o tym, jak jednostki monosacharydowe są ze sobą połączone, dlatego przyjrzymy się tym polisacharydom.

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:

R1UIoDo9l2NTM

Ilustracja przedstawia strukturę amylozy. Ma śrubowo skręcony łańcuch.

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.

Ciekawostka

RY0lFHVyN8XxJ

Na zdjęciu na stole stoją dwie szklanki oraz dzbanek. Naczynia są wypełnione kisielem.

Właściwości fizyczne i chemiczne skrobi wpływają na jej zdolność do tworzenia tzw. kleiku. Jest to związane z pęcznieniem ziarenek skrobi pod wpływem gorącej wody. Podwyższona temperatura powoduje pękanie międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych, wchodzących w skład skrobi.

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.

R14CZ5q7HIL5Y

Zdjęcie mikroskopowe prezentuje mniejsze i większe okrągłe struktury. Mają fioletowe otoczki. Niektóre mają zabarwione na fioletowo również środki.

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 (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.

RvkyAC7GGKbu5

Na ilustracji we wzorze strukturalnym zaznaczono wiązanie β‑1,4‑glikozydowe w cząsteczce celulozy. Celuloza to nierozgałęziony biopolimer, polisacharyd zbudowany liniowo z cząsteczek D-glukozy połączonych wiązaniami β-1,4-glikozydowymi. Wiązanie β przyczynia się do utworzenia sztywnych, długich nitek, które układają się równolegle, tworząc micele połączone mostkami wodorowymi.

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.

Ciekawostka

Celuloza jest trawiona tylko przez zwierzęta przeżuwające, ze względu na występowanie w przewodzie pokarmowym bakterii i pierwotniaków, zdolnych do jej rozłożenia.

RbeVnp8lELor8

Na zdjęciu znajdują się dwie krowy pasące się na łące w słońcu. W tle góry.

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.

Słownik

Bibliografia

Danikiewicz W., Chemia organiczna, Część 3, Warszawa 2009.

Kaznowski K., Chemia.Vademecum maturalne, Warszawa 2016.

McMurry J., Chemia organiczna, Warszawa 2000.

McMurry J., Chemia organiczna, Warszawa 2016.

Morrison R. T., Boyd R. N., Chemia organiczna, Warszawa 1985.