Przeczytaj
Polisacharydy to węglowodany zbudowane z wielu reszt monosacharydów (cukrów prostych). Wywodzą się z aldozaldoz lub ketozketoz, które uległy polimeryzacji. Podobnie jak w disacharydach, jednostki monosacharydowe połączone są wiązaniami glikozydowymiwiązaniami glikozydowymi, które mogą ulec rozerwaniu w wyniku reakcji hydrolizy. Są to związki nieredukującezwiązki nieredukujące, ponieważ nie mają grup hydroksylowych przyłączonych do anomerycznego atomu węglaanomerycznego atomu węgla wewnątrz łańcucha.
Skrobia i celuloza to polisacharydy wywodzące się z heksozheksoz (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 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.
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:
Hydroliza skrobi zachodzi już w jamie ustnej, pod wpływem enzymów, np. ptialiny, dzięki czemu jest łatwo przyswajalna. Stąd pojawia się słodkawy smak, na przykład kiedy długo żujemy skórkę od chleba.
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.
Celuloza jest trawiona tylko przez zwierzęta przeżuwające, ze względu na występowanie w przewodzie pokarmowym bakterii i pierwotniaków, zdolnych do jej rozłożenia.
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
cukry, w których żadna z reszt monosacharydowych nie posiada wolnej jednostki hemiacetalowej; cukry takie nie powodują redukcji innych związków (np. odczynnika Trommera) i same się nie utleniają
cukry proste, w których cząsteczkach grupa aldehydowa stanowi grupę funkcyjną
cukry proste, które zawierają sześć atomów węgla w cząsteczce
cukry proste, w których cząsteczkach grupa aldehydowa stanowi grupę funkcyjną
rodzaj wiązania chemicznego, tworzonego między karbonylowym atomem węgla jednej jednostki monosacharydowej a grupą hydroksylową drugiej jednostki. Takie wiązanie nazywa się również O‑glikozydowym, ze względu na to, że tworzone jest przez atom tlenu
(projekcja taflowa) charakterystyczna projekcja chemiczna w postaci wzoru perspektywistycznego dla hemiacetalowych odmian cukrów; częściowo oddaje rzeczywisty wygląd cząsteczek cukrów
pierwszy atom węgla (nowo powstały asymetryczny atom węgla w utworzonym hemiacetalu) w cząsteczkach cukrów, zapisanych projekcją Hawortha
związki powstałe w wyniku działania alkoholi na aldehydy
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.