Selüloz (lif), dünyadaki en yaygın organik madde olan bir bitki polisakaritidir.
Bu biyopolimer büyük bir mekanik dayanıklılığa sahiptir ve bitki hücrelerinin duvarını oluşturarak bitkiler için destekleyici bir malzeme görevi görür. Kağıt, suni elyaf, film, plastik, boya ve vernik, dumansız barut, patlayıcı, katı roket yakıtı, hidrolitik alkol vb. üretiminde kullanılır.
Selüloz ağaç dokusunda (%40-55), keten liflerinde (%60-85) ve pamukta (%95-98) büyük miktarlarda bulunur.
Selüloz zincirleri β-glikoz kalıntılarından oluşur ve doğrusal bir yapıya sahiptir.
Şekil 9
Selülozun moleküler ağırlığı 400.000 ila 2 milyon arasındadır.
Şekil 10
· Selüloz, makromoleküllerin esnekliğinin pratikte kendini göstermediği en sert zincirli polimerlerden biridir. Makromoleküllerin esnekliği, geri dönüşümlü olarak (kimyasal bağları koparmadan) şekillerini değiştirebilme yetenekleridir.
Kitin ve kitosan, selülozdan farklı kimyasal bileşime sahiptir ancak yapı olarak ona yakındır. Aradaki fark, 1,4-likosidik bağlarla bağlanan a-D-glikopiranoz birimlerinin ikinci karbon atomunda, OH grubunun, kitindeki -NHCH3COO grupları ve kitozandaki -NH2 grubu ile değiştirilmesidir.
Selüloz ağaçların ve bitki gövdelerinin kabuğunda ve odununda bulunur: pamuk %90'dan fazla selüloz içerir, iğne yapraklı ağaçlar %60'ın üzerinde, yaprak döken ağaçlar yaklaşık %40 oranında selüloz içerir. Selüloz liflerinin mukavemeti, makromoleküllerin birbirine paralel olarak paketlendiği tek kristallerden oluşması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Selüloz, yalnızca bitki dünyasının değil aynı zamanda bazı bakterilerin temsilcilerinin de yapısal temelini oluşturur.
Kimyasal açıdan kitin bir poli( N-asetoglukozamin). İşte yapısı:
Şekil 11
Hayvan dünyasında polisakkaritler yalnızca böcekler ve eklembacaklılar tarafından destekleyici, yapı oluşturucu polimerler olarak "kullanılır". Çoğu zaman, yengeçlerde, kerevitlerde ve karideslerde sözde dış iskeletin oluşturulmasına hizmet eden kitin bu amaçlar için kullanılır. Kitinden deasetilasyon, çözünmeyen kitinin aksine formik, asetik ve hidroklorik asitlerin sulu çözeltilerinde çözünen kitosan üretir. Bu bağlamda ve biyouyumlulukla birleşen değerli özelliklerin kompleksi nedeniyle kitosan yakın gelecekte geniş pratik kullanım için büyük umutlara sahiptir.
Nişasta, bitkilerde yedek besin maddesi görevi gören polisakkaritlerden biridir. Yumrular, meyveler ve tohumlar %70'e kadar nişasta içerir. Hayvanların depolanan polisakkariti esas olarak karaciğerde ve kaslarda bulunan glikojendir.
Depolanmış besleyici bir ürünün işlevi, kuşkonmaz ve enginarda bulunan ve onlara özel bir tat veren inülin tarafından gerçekleştirilir. Fruktoz bir ketoz olduğundan monomer birimleri beş üyelidir, ancak genel olarak bu polimer glikoz polimerleriyle aynı şekilde yapılandırılmıştır.
Lignin(lat. lignum- ağaç, ahşap) - bitki hücrelerinin odunsu duvarlarını karakterize eden bir madde. Vasküler bitkilerin ve bazı alglerin hücrelerinde bulunan karmaşık bir polimer bileşiği.
Lignin molekülü
Şekil 12
Odun hücre duvarları, betonarme yapıyla karşılaştırılabilecek bir altyapıya sahiptir: Selüloz mikrofibrilleri donatıya benzer özelliklere sahiptir ve yüksek basınç dayanımına sahip olan lignin, betona karşılık gelir. Lignin molekülü aromatik alkollerin polimerizasyon ürünlerinden oluşur; ana monomer koniferil alkoldür.
Yaprak döken ağaç %20'ye kadar lignin, iğne yapraklı ağaç ise %30'a kadar içerir. Lignin birçok endüstride kullanılan değerli bir kimyasal hammaddedir.
Selüloz liflerinin iskeletine ek olarak bitki gövdelerinin ve saplarının mukavemeti, bağ bitki dokusu tarafından belirlenir. Ağaçlardaki önemli bir kısmı lignindir -% 30'a kadar. Yapısı tam olarak belirlenmemiştir. Nispeten düşük moleküler ağırlığa sahip olduğu bilinmektedir. ( M~ 10 4) esas olarak orto konumunda -OCH3 grupları ile, para konumunda -CH=CH-CH20H grupları ile ikame edilen fenol kalıntılarından oluşan aşırı dallanmış bir polimer. Şu anda, selüloz hidroliz endüstrisinden kaynaklanan atık olarak büyük miktarda lignin birikmiştir, ancak bunların bertaraf edilmesi sorunu çözülmemiştir. Bitki dokusunun destekleyici elemanları arasında pektin maddeleri ve özellikle hücre duvarlarında bulunan pektin bulunur. Elma kabukları ve narenciye kabuklarının beyaz kısmındaki içeriği %30'a kadar ulaşır. Pektin, heteropolisakkaritlere, yani kopolimerlere aittir. Makromolekülleri esas olarak D-galakturonik asit kalıntılarından ve 1,4-glikosidik bağlarla bağlanan metil esterinden oluşur.
Şekil 13
Pentozlar arasında en önemlileri, arabinler ve ksilanlar adı verilen polisakkaritleri oluşturan arabinoz ve ksiloz polimerleridir. Selülozla birlikte ahşabın tipik özelliklerini belirlerler.
Yukarıda bahsedilen pektin heteropolisakkaritlere aittir. Buna ek olarak hayvan vücudunun bir parçası olan heteropolisakkaritler de bilinmektedir. Hyaluronik asit, gözün vitreus gövdesinin bir parçası olmasının yanı sıra eklemlerde kaymayı sağlayan sıvıdır (eklem kapsüllerinde bulunur). Bir diğer önemli hayvan polisakkariti olan kondroitin sülfat doku ve kıkırdakta bulunur. Her iki polisakkarit de hayvan vücudunda sıklıkla proteinler ve lipitlerle kompleks kompleksler oluşturur.
Sincaplar
Proteinler (polipeptitler), a-amino asit kalıntılarının birbirine bağlanmasıyla oluşturulan biyopolimerlerdir. peptit(amid) bağları.
Karbonhidratlar- Molekülleri karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşan ve içlerinde kural olarak su molekülüyle aynı oranda (2: 1) hidrojen ve oksijen bulunan organik maddeler.
Karbonhidratların genel formülü C n (H 2 O) m yani karbon ve sudan oluşuyor gibi görünüyorlar, dolayısıyla tarihsel kökleri olan sınıfın adı da buradan geliyor. Bilinen ilk karbonhidratların analizine dayanarak ortaya çıktı. Daha sonra moleküllerde belirtilen oranın (2: 1) gözlemlenmediği karbonhidratların, örneğin deoksiriboz - C5H1004 olduğu bulundu. Bileşimi verilen genel formüle karşılık gelen ancak karbonhidrat sınıfına ait olmayan organik bileşikler de bilinmektedir. Bunlar arasında örneğin formaldehit CH20 ve asetik asit CH3COOH yer alır.
Ancak "karbonhidratlar" adı kök salmış ve artık bu maddeler için genel olarak kabul edilmektedir.
Karbonhidratlar hidrolize olma yeteneklerine göre üç ana gruba ayrılabilir: mono-, di- ve polisakkaritler.
Monosakkaritler- hidrolize olmayan karbonhidratlar (su ile ayrışmaz). Sırayla, karbon atomu sayısına bağlı olarak, monosakkaritler triozlara (molekülleri üç karbon atomu içeren), tetrozlara (dört karbon atomu), pentozlara (beş), heksozlara (altı) vb.
Doğada ağırlıklı olarak monosakkaritler temsil edilir. pentozlar Ve heksozlar.
İLE pentozlarörneğin riboz - C5H1005 ve deoksiriboz (oksijen atomunun "çıkarıldığı riboz") - C5H1004'ü içerir. RNA ve DNA'nın bir parçasıdırlar ve nükleik asitlerin adlarının ilk bölümünü belirlerler.
İLE heksozlar C6H1206 genel moleküler formülüne sahip olanlar arasında örneğin glikoz, fruktoz, galaktoz bulunur.
Disakkaritler- heksoz gibi iki monosakkarit molekülü oluşturmak üzere hidrolize olan karbonhidratlar. Disakkaritlerin büyük çoğunluğunun genel formülünün türetilmesi zor değildir: iki heksoz formülünü "eklemeniz" ve elde edilen formül - C 12 H 22 O 11'den bir su molekülünü "çıkarmanız" gerekir. Buna göre genel hidroliz denklemini yazabiliriz:
Disakkaritler şunları içerir:
1. Sakaroz(normal sofra şekeri), hidroliz üzerine bir molekül glikoz ve bir molekül fruktoz oluşturur. Şeker pancarında, şeker kamışında (pancar veya şeker kamışı adı da buradan gelir), akçaağaçta (Kanadalı öncüler akçaağaç şekeri çıkardı), şeker palmiyesinde, mısırda vb. büyük miktarlarda bulunur.
2. Maltoz(malt şekeri), iki glikoz molekülü oluşturmak üzere hidrolize olur. Maltoz, malt filizlenmiş, kurutulmuş ve öğütülmüş arpa tanelerinde bulunan enzimlerin etkisi altında nişastanın hidrolizi ile elde edilebilir.
3. Laktoz(süt şekeri), glikoz ve galaktoz molekülleri oluşturmak üzere hidrolize olur. Memeli sütünde bulunur (%4-6'ya kadar), tatlılığı düşüktür ve drajelerde ve farmasötik tabletlerde dolgu maddesi olarak kullanılır.
Farklı mono ve disakkaritlerin tatlı tadı farklıdır. Böylece en tatlı monosakkarit olan fruktoz, standart olarak alınan glikozdan 1,5 kat daha tatlıdır. Sükroz (bir disakkarit), glikozdan 2 kat daha tatlı ve neredeyse tatsız olan laktozdan 4-5 kat daha tatlıdır.
Polisakkaritler- nişasta, glikojen, dekstrinler, selüloz vb. - çoğu zaman glikoz olmak üzere birçok monosakarit molekülü oluşturmak üzere hidrolize edilen karbonhidratlar.
Polisakkarit formülünü türetmek için, bir glikoz molekülünden bir su molekülünü "çıkarmanız" ve n: (C 6 H 10 O 5) n indeksiyle bir ifade yazmanız gerekir, çünkü bu, su moleküllerinin ortadan kaldırılmasından kaynaklanmaktadır. di- ve polisakkaritlerin doğada oluştuğunu.
Karbonhidratların doğadaki rolü ve insan yaşamı için önemi son derece büyüktür. Bitki hücrelerinde fotosentez sonucu oluşan maddeler, hayvan hücreleri için enerji kaynağı görevi görür. Bu öncelikle glikoz için geçerlidir.
Birçok karbonhidrat (nişasta, glikojen, sükroz) depolama işlevi görür. besin rezervinin rolü.
Bazı karbonhidratları (pentoz-riboz ve deoksiriboz) içeren RNA ve DNA asitleri, kalıtsal bilgilerin iletilmesi işlevini yerine getirir.
Selüloz- bitki hücrelerinin yapı malzemesi - bu hücrelerin zarları için bir çerçeve görevi görür. Başka bir polisakkarit olan kitin, bazı hayvanların hücrelerinde benzer bir rol oynar: eklembacaklıların (kabuklular), böceklerin ve örümceklerin dış iskeletini oluşturur.
Karbonhidratlar sonuçta bizim besin kaynağımız olarak hizmet eder: Nişasta içeren tahılları tüketiriz veya bunları vücutlarında nişastanın protein ve yağlara dönüştüğü hayvanlara besleriz. En hijyenik giysiler selüloz veya selüloz bazlı ürünlerden yapılır: pamuk ve keten, viskon elyaf, ipek asetat. Ahşap evler ve mobilyalar ahşabı oluşturan aynı selülozdan yapılmıştır.
Fotoğraf ve film filmlerinin üretimi aynı selüloza dayanmaktadır. Kitaplar, gazeteler, mektuplar, banknotların hepsi kağıt hamuru ve kağıt endüstrisinin ürünleridir. Bu, karbonhidratların bize yaşam için gerekli olan her şeyi sağladığı anlamına gelir: yiyecek, giyecek, barınak.
Ayrıca karbonhidratlar karmaşık proteinlerin, enzimlerin ve hormonların yapımında rol oynar. Karbonhidratlar ayrıca heparin (kanın pıhtılaşmasını önlemede hayati bir rol oynar), agar-agar (deniz yosunundan elde edilir ve mikrobiyoloji ve şekerleme endüstrilerinde kullanılır - ünlü Kuş Sütü kekini hatırlayın) gibi hayati maddeleri de içerir.
Dünyadaki tek enerji türünün (elbette nükleerin yanı sıra) Güneş enerjisi olduğu ve onu tüm canlı organizmaların yaşamını sağlamak için biriktirmenin tek yolunun süreç olduğu vurgulanmalıdır. fotosentez Canlı bitkilerin hücrelerinde meydana gelen ve su ve karbondioksitten karbonhidrat sentezine yol açan. Bu dönüşüm sırasında, gezegenimizdeki yaşamın mümkün olmadığı oksijen oluşur:
Monosakkaritler. Glikoz
Glikoz ve fruktoz- katı renksiz kristal maddeler. Üzüm suyunda bulunan glikoz (bu nedenle "üzüm şekeri" adı), bazı meyve ve meyvelerde bulunan fruktoz (dolayısıyla "meyve şekeri" adı) ile birlikte balın önemli bir bölümünü oluşturur. İnsanların ve hayvanların kanı sürekli olarak yaklaşık %0,1 glikoz içerir (100 ml kan başına 80-120 mg). Çoğu (yaklaşık% 70), enerjinin salınması ve nihai ürünlerin (karbon dioksit ve su) oluşumu (glikoliz süreci) ile dokularda yavaş oksidasyona uğrar:
Glikoliz sırasında açığa çıkan enerji, canlı organizmaların enerji ihtiyacını büyük ölçüde karşılar.
Kandaki 100 ml kan başına 180 mg'lık glikoz seviyesinin aşılması, karbonhidrat metabolizmasının ihlal edildiğini ve tehlikeli bir hastalığın - diyabetin - geliştiğini gösterir.
Glikoz molekülünün yapısı
Glikoz molekülünün yapısı deneysel verilere dayanarak değerlendirilebilir. 1 ila 5 asit kalıntısı içeren esterler oluşturmak üzere karboksilik asitlerle reaksiyona girer. Taze elde edilen bakır (II) hidroksite bir glikoz çözeltisi eklenirse, çökelti çözülür ve bakır bileşiğinin parlak mavi bir çözeltisi oluşur, yani polihidrik alkollere kalitatif bir reaksiyon meydana gelir. Bu nedenle glikoz polihidrik bir alkoldür. Ortaya çıkan çözelti ısıtılırsa tekrar bir çökelti oluşacaktır ancak bu sefer rengi kırmızımsı olacaktır, yani. aldehitlere karşı niteliksel bir reaksiyon meydana gelecektir. Benzer şekilde, eğer bir glikoz çözeltisi, gümüş oksitin amonyak çözeltisi ile ısıtılırsa, bir "gümüş ayna" reaksiyonu meydana gelecektir. Sonuç olarak, glikoz hem polihidrik bir alkol hem de bir aldehit - bir aldehit alkoldür. Glikozun yapısal formülünü türetmeye çalışalım. C6H12O6 molekülünde altı karbon atomu vardır. Bileşime bir atom dahildir aldehit grubu:
Geriye kalan beş atom beş hidroksi grubuyla ilişkilidir.
Ve son olarak, karbonun dört değerlikli olduğu gerçeğini dikkate alarak moleküldeki hidrojen atomlarını dağıtıyoruz:
Bununla birlikte, bir glikoz çözeltisinde doğrusal (aldehit) moleküllere ek olarak, kristal glikozu oluşturan siklik yapıdaki moleküllerin de bulunduğu tespit edilmiştir. Doğrusal moleküllerin döngüsel moleküllere dönüşümü, karbon atomlarının 109° 28' açıda bulunan σ bağları etrafında serbestçe dönebildiğini hatırlarsak açıklanabilir. Bu durumda aldehit grubu (1. karbon atomu), beşinci karbon atomunun hidroksil grubuna yaklaşabilir. İlkinde, hidroksi grubunun etkisi altında π bağı kırılır: oksijen atomuna bir hidrojen atomu eklenir ve bu atomu "kaybeden" hidroksi grubunun oksijeni döngüyü kapatır:
Atomların bu yeniden düzenlenmesi sonucunda halkalı bir molekül oluşur. Döngüsel formül yalnızca atomların bağlanma sırasını değil aynı zamanda uzaysal düzenlemelerini de gösterir. Birinci ve beşinci karbon atomlarının etkileşiminin bir sonucu olarak, ilk atomda uzayda iki konumu işgal edebilen yeni bir hidroksi grubu ortaya çıkar: döngü düzleminin üstünde ve altında ve bu nedenle iki siklik glikoz formu mümkündür. :
A) glikozun α-formu- birinci ve ikinci karbon atomlarındaki hidroksil grupları molekül halkasının bir tarafında bulunur;
B) β-glikoz formu- hidroksil grupları molekül halkasının karşıt taraflarında bulunur:
Sulu bir glikoz çözeltisinde, izomerik formlarından üçü dinamik dengededir - siklik α-formu, doğrusal (aldehit) formu ve siklik β-formu:
Kurulan dinamik dengede, β-formu baskındır (yaklaşık %63), çünkü enerjik olarak tercih edilir - döngünün karşıt taraflarında birinci ve ikinci karbon atomlarında OH grupları bulunur. α-formunda (yaklaşık %37), aynı karbon atomlarındaki OH grupları düzlemin bir tarafında bulunur, dolayısıyla enerji açısından β-formundan daha az kararlıdır. Doğrusal formun dengedeki payı çok küçüktür (sadece yaklaşık %0,0026).
Dinamik denge değişebilir. Örneğin, glikoz bir amonyak gümüş oksit çözeltisine maruz bırakıldığında, çözeltide çok küçük olan doğrusal (aldehit) formunun miktarı, siklik formlar nedeniyle her zaman yenilenir ve glikoz tamamen glukonik formlara oksitlenir. asit.
Glikozun aldehit alkolünün izomeri keton alkoldür - fruktoz:
Glikozun kimyasal özellikleri
Diğer organik maddeler gibi glikozun kimyasal özellikleri de yapısına göre belirlenir. Glikozun ikili bir işlevi vardır; aldehit, Ve polihidrik alkol bu nedenle hem polihidrik alkollerin hem de aldehitlerin özellikleriyle karakterize edilir.
Glikozun polihidrik alkol olarak reaksiyonları.
Glikoz, polihidrik alkolleri (gliserolü düşünün) taze hazırlanmış bakır(II) hidroksit ile niteliksel olarak reaksiyona sokarak, bakır(II) bileşiğinin parlak mavi bir çözeltisini üretir.
Glikoz da alkoller gibi ester oluşturabilir.
Bir aldehit olarak glikozun reaksiyonları
1. Aldehit grubunun oksidasyonu. Bir aldehit olarak glikoz, karşılık gelen (glukonik) asite oksitlenebilir ve kalitatif aldehit reaksiyonları verebilir.
Gümüş ayna reaksiyonu:
Taze elde edilen Cu(OH)2 ile reaksiyonısıtıldığında:
Aldehit grubunun azaltılması. Glikoz karşılık gelen alkole (sorbitol) indirgenebilir:
Fermantasyon reaksiyonları
Bu reaksiyonlar, protein niteliğindeki özel biyolojik katalizörlerin - enzimlerin etkisi altında meydana gelir.
1. Alkol fermantasyonu:
uzun zamandır insanlar tarafından etil alkol ve alkollü içecek üretmek için kullanılıyor.
2. Laktik asit fermantasyonu:
laktik asit bakterilerinin yaşam aktivitesinin temelini oluşturan, sütün ekşitilmesi, lahana ve salatalık turşusu yapılması ve yeşil yemin silolanması sırasında ortaya çıkan bir bakteridir.\
Glikozun kimyasal özellikleri - özet
Polisakkaritler. Nişasta ve selüloz.
Nişasta- soğuk suda çözünmeyen beyaz amorf toz. Sıcak suda şişer ve kolloidal bir çözelti - nişasta ezmesi oluşturur.
Nişasta, bitki hücrelerinin sitoplazmasında yedek besin taneleri şeklinde bulunur. Patates yumruları yaklaşık %20 nişasta, yaklaşık %70 buğday ve mısır taneleri ve neredeyse %80 pirinç taneleri içerir.
Selüloz(Latince selülozdan - hücre), doğal malzemelerden (örneğin pamuk yünü veya filtre kağıdı) izole edilmiş, suda çözünmeyen katı lifli bir maddedir.
Her iki polisakkarit de bitki kökenlidir ancak bitki hücrelerinde farklı roller oynar: selülozun bir yapı, yapısal işlevi vardır ve nişastanın bir depolama işlevi vardır. Bu nedenle selüloz bitki hücre duvarının önemli bir elementidir. Pamuk lifleri %95'e kadar selüloz, keten ve kenevir lifleri içerir - %80'e kadar ve ahşap yaklaşık %50 içerir.
Nişasta ve selülozun yapısı
Bu polisakkaritlerin bileşimi genel formülle ifade edilebilir. (C6H10O5)n. Bir nişasta makromolekülünde tekrar eden birimlerin sayısı birkaç yüzden birkaç bine kadar değişebilir. Öte yandan selüloz çok daha fazla sayıda birime sahiptir ve bu nedenle molekül ağırlığı birkaç milyona ulaşır.
Karbonhidratlar sadece moleküler ağırlık bakımından değil aynı zamanda yapı bakımından da farklılık gösterir. Nişasta iki tür makromoleküler yapıyla karakterize edilir: doğrusal ve dallanmış. Nişastanın amiloz adı verilen kısmının daha küçük makromolekülleri doğrusal bir yapıya sahiptir ve nişastanın başka bir bileşeni olan amilopektinin molekülleri dallanmış bir yapıya sahiptir.
Nişastada amilozun payı %10-20, amilopektinin payı ise %80-90'dır. Nişasta amiloz sıcak suda çözünür ve amilopektin yalnızca şişer.
Nişasta ve selülozun yapısal birimleri farklı şekilde inşa edilmiştir. Nişasta ünitesi kalıntı içeriyorsa α-glikoz, o zaman selüloz kalıntıdır β-glikoz doğal liflere yönelik:
Polisakkaritlerin kimyasal özellikleri
1. Glikoz oluşumu. Nişasta ve selüloz, sülfürik asit gibi mineral asitlerin varlığında glikoz oluşturmak üzere hidrolize uğrar:
Hayvanların sindirim sisteminde nişasta karmaşık, aşamalı hidrolize uğrar:
İnsan vücudu, selüloz makromolekülündeki β-glikoz kalıntıları arasındaki bağları kırmak için gerekli enzimlere sahip olmadığından selülozu sindirmeye adapte değildir.
Yalnızca termitler ve geviş getiren hayvanların (örneğin ineklerin) sindirim sistemlerinde bunun için gerekli enzimleri üreten mikroorganizmalar bulunur.
2. Esterlerin oluşumu. Nişasta, hidroksi gruplarından dolayı esterler oluşturabilir, ancak bu esterler pratik kullanım alanı bulamamıştır.
Her selüloz birimi üç serbest alkol hidroksi grubu içerir. Bu nedenle selülozun genel formülü şu şekilde yazılabilir:
Bu alkol hidroksi gruplarından dolayı selüloz yaygın olarak kullanılan esterleri oluşturabilir.
Selüloz nitrik ve sülfürik asitlerin bir karışımı ile işlendiğinde koşullara bağlı olarak mono-, di- ve trinitroselüloz elde edilir:
Karbonhidratların uygulanması
Mono- ve dinitroselüloz karışımına denir koloksilin. Tıpta küçük yaraları kapatmak ve bandajları cilde yapıştırmak için alkol ve dietil eter - kolodyon karışımı içindeki bir koloksilin çözeltisi kullanılır.
Alkoldeki koloksilin ve kafur çözeltisi kuruduğunda ortaya çıkıyor selüloit- insanın günlük yaşamında ilk kez yaygın olarak kullanılan plastiklerden biri (fotoğraf ve film filminin yanı sıra çeşitli tüketim malları da ondan yapılmıştır). Organik çözücülerdeki koloksilin çözeltileri nitrovarnik olarak kullanılır. Ve bunlara boyalar eklendiğinde günlük yaşamda ve teknolojide yaygın olarak kullanılan dayanıklı ve estetik nitro boyalar elde edilir.
Moleküllerinde nitro grupları içeren diğer organik maddeler gibi nitroselülozun her türü yanıcıdır. Bu bakımdan özellikle tehlikeli trinitroselüloz- en güçlü patlayıcı. Piroksilin adı altında silah mermisi üretimi ve patlatma operasyonlarının yanı sıra dumansız barut üretiminde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Asetik asit ile (endüstride daha güçlü bir esterleştirici madde olan asetik anhidrit bu amaçlar için kullanılır), selüloz ve asetik asidin benzer (di- ve tri-) esterleri elde edilir. selüloz asetat:
Selüloz asetat Vernik ve boya üretiminde kullanıldığı gibi, suni ipek üretimi için de hammadde görevi görmektedir. Bunu yapmak için aseton içinde çözülür ve daha sonra bu çözelti kalıpların ince deliklerinden (çok sayıda delikli metal kapaklar) zorlanır. Akan çözelti akışları sıcak hava ile üflenir. Bu durumda aseton hızla buharlaşır ve kuruyan selüloz asetat, iplik yapımında kullanılan ince, parlak iplikler oluşturur.
Nişasta selülozdan farklı olarak iyotla reaksiyona girdiğinde mavi renk verir. Bu reaksiyon, hangi maddenin varlığının kanıtlanması gerektiğine bağlı olarak nişasta veya iyot için nitelikseldir.
Sınava girmek için referans materyali:
Mendeleev tablosu
Çözünürlük tablosu
Diğer bitki lifleri gibi pamuğun da %90'ı bir glikoz polimeri olan ve bitki hücre duvarlarının önemli bir bileşeni olan selülozdan oluşur. Birçok kişi “polimer” kelimesini sentetik elyaflar ve plastiklerle ilişkilendirir ancak doğada da birçok polimer vardır. Bu kelime Yunan dilinden geliyor: poli- “çok” ve meros parça veya birim anlamına gelir, dolayısıyla bir polimer birçok birimin birleşimidir. Polisakkaritler olarak da bilinen glikoz polimerleri, vücutta gerçekleştirdikleri işleve göre sınıflandırılabilir. Selüloz gibi yapısal polisakkaritler dokulara ve sistemlere güç sağlar ve depo polisakkaritleri bir glikoz depolama biçimidir. Yapısal polisakkaritler β-glikoz birimlerinden, yedek olanlardan ise α-glikozdan oluşur. Üçüncü bölümde β yapısında C1 karbonundaki OH grubunun glikoz halkası yüzeyinin üzerinde, α yapısında ise halka yüzeyinin altında yer aldığını belirtmiştik.
β-glikozun yapısı
α-glikozun yapısı
β- ve α-glikoz arasındaki fark önemsiz görünebilir, ancak bir ve diğer glikoz birimlerinden oluşan polisakkaritlerin işlevindeki son derece önemli bir farktan sorumludur: halkanın üstündeki OH grubu, halkanın altındaki yapısal bir fonksiyondur. yedek biridir. Kimyada, bir molekülün yapısındaki görünüşte küçük değişikliklerin, maddenin özellikleri üzerinde çok ciddi bir etkiye sahip olduğu sıklıkla görülür. α- ve β-glikoz polimerleri mükemmel bir örnek sağlar.
Hem yapısal hem de depo polisakkaritlerinde glikoz birimleri, bir birimin C1 karbon atomu ve komşu birimin C4 karbon atomu yoluyla birbirine bağlanır. Birleşme sırasında bir tarafta hidrojen atomu, diğer tarafta ise OH grubu çıkarılarak bir su molekülü oluşur. Bu işleme yoğunlaşma denir ve ortaya çıkan polimerlere yoğunlaşma polimerleri denir.
İki β-glikoz molekülü arasındaki yoğunlaşma reaksiyonu (bir su molekülünün uzaklaştırılması). Her molekülün serbest ucunda bu işlem tekrarlanabilir.
Molekülün her bir serbest ucu bir kez daha yoğunlaşma reaksiyonuna girebilir, bu da geri kalan OH gruplarının zincirlerin etrafına dağıtıldığı uzun glikoz birimleri zincirlerinin oluşmasıyla sonuçlanır.
Uzun bir selüloz polimer zinciri oluşturmak için iki bitişik β-glikoz molekülünün C1 ve C4 atomları arasındaki su moleküllerinin çıkarılması. Şekilde beş glikoz birimi gösterilmektedir.
Selüloz zincirinin bir bölümünün yapısı. Her bir C1 atomuna bağlı oksijen atomları (oklarla gösterilmiştir) β-pozisyonundadır, yani her durumda soldaki glikoz halkasının yüzeyinin üzerinde bulunur.
Pamuğu başarılı kılan birçok özelliği selülozun eşsiz yapısından kaynaklanmaktadır. Uzun selüloz zincirleri birbirine yakın durarak bitki hücre duvarlarını oluşturan sert, suda çözünmeyen lifleri oluşturur. Maddelerin fiziksel yapısını incelemek için kullanılan ana yöntemler olan X-ışını kırınım analizi ve elektron mikroskobu, selüloz zincirlerinin demetler halinde düzenlendiğini göstermektedir. β bağının şekli selüloz zincirlerinin birbirine yakın istiflenmesini sağlar. Bu demetler bükülerek çıplak gözle görülebilen lifler oluşturur. Demetlerin yüzeyinde selüloz zincirlerinin oluşumuna katılmayan OH grupları bulunur ve bu OH grupları su moleküllerini çekebilmektedir. Bu nedenle selüloz suyu tutabilir, bu da pamuğun ve diğer selüloz bazlı ürünlerin yüksek emme kapasitesini açıklar. “Pamuğun nefes alması” ifadesinin havalandırmayla değil, nemi emme yeteneğiyle ilgisi vardır. Sıcakta vücutta oluşan ter, pamuklu kumaştan yapılan giysilere emilir ve buharlaştığında vücut serinler. Naylon veya polyesterden yapılmış giysiler nemi emmez, ter vücudu terk etmez ve rahatsızlık hissederiz.
Yumuşakça kabuklarının bir parçası olan yapısal polimer kitin zincirinin bir bölümü. Her glikoz kalıntısındaki C2 atomundaki OH grubunun yerini bir NHCOCH3 grubu alır.
Pamuk tarlası. Fotoğraf: Peter LeCoutere
Başka bir yapısal polisakarit örneği, yengeç, karides ve ıstakozların kabuklarını oluşturmak için kullanılan kitindir. Kitin de selüloz gibi bir β-polisakkarittir. Selülozdan yalnızca her glikoz ünitesindeki C2 karbon atomundaki ikame açısından farklılık gösterir: OH grubu yerine bir amid grubu (NHCOCH 3) vardır. Dolayısıyla kitin birimi, C2 karbon atomunda bir NHCOCH3 grubu bulunan bir glikoz kalıntısıdır. Bu moleküle N-asetilglukozamin denir. Bu bilgi herkesin ilgisini çekmeyebilir ancak artrit veya başka bir eklem hastalığınız varsa bu isim size tanıdık gelmelidir. N-asetilglukozamin ve bununla ilgili bileşik glukozamin (her ikisi de kabuklu deniz hayvanlarından elde edilir) artrit için iyi ilaçlardır. Görünüşe göre bu maddeler eklemlerdeki kıkırdak dokusunun yenilenmesini teşvik ediyor.
Memelilerin yapısal polisakkaritlerdeki β-bağlarını parçalayabilecek sindirim enzimleri yoktur, dolayısıyla bitki hücrelerinin selüloz formunda milyarlarca glikoz birimi içermesine rağmen yapısal polisakkaritleri besin kaynağı olarak kullanamazlar. Bununla birlikte, bazı bakteri ve protozoalar, bu tür bağları parçalayan ve polimer zincirlerini kendilerini oluşturan glikoz moleküllerine ayırabilen enzimler sentezler. Bu tür mikroorganizmalar bazı hayvanların sindirim sisteminde sürekli olarak yaşayarak sahiplerinin bitkilerle beslenmesine olanak tanır. Örneğin atlarda bakteriler, ince ve kalın bağırsakların birleştiği yerde geniş bir uzantı olan çekumda yaşar. İnek ve koyunların da aralarında bulunduğu geviş getiren hayvanlar, bir kısmında simbiyotik bakterilerin yaşadığı dört odacıklı bir mideye sahiptir. İnekler ve koyunlar bazen yiyeceklerini kusar ve yeniden çiğnerler; bu, β-bağ bölünmesinin verimliliğini artırmak için tasarlanmış ek bir adaptasyondur.
Tavşanlarda ve diğer bazı kemirgenlerde yardımcı bakteriler kalın bağırsakta yaşar. Gıda emiliminin çoğunluğu kalın bağırsaktan önce gelen ince bağırsakta meydana geldiğinden, bu tür hayvanlar β-bağ bölünmesi ürünlerini kendi dışkılarını yiyerek elde ederler. Besinler sindirim sisteminden ikinci kez geçerken, ince bağırsak ilk geçişte açığa çıkan glikozu emer. Bu, OH grubu oryantasyonu sorununu çözmenin oldukça hoş olmayan bir yolu gibi görünebilir, ancak bu sistem oldukça iyi çalışıyor. Termitler, marangoz karıncaları ve diğer odun yiyen böcekler de dahil olmak üzere bazı böcekler aynı zamanda selülozla beslenmelerine izin veren mikroorganizmaları da barındırır ve bu bazen insanlar için felaket sonuçlar doğurur. Ancak selülozu sindiremeyen bizler için bile hala önemli bir gıda ürünüdür. Gerçek şu ki, selüloz ve diğer sindirilmeyen maddelerden oluşan bitki lifleri, gıdanın sindirim sistemi boyunca hareket etmesine yardımcı olur.
Depolama polisakkaritleri
Vücudumuzda β bağlarını parçalayacak bir enzim yoktur ancak α bağlarını parçalayan sindirim enzimi vardır. Ve gördüğümüz gibi a-bağları, nişasta ve glikojen gibi depo polisakkaritlerinde bulunur. Glikozun ana besin kaynaklarından biri olan nişasta, birçok bitkinin köklerinde, yumrularında ve tohumlarında bulunur. α-glikoz polimerleri olan biraz farklı iki polisakaritten oluşur. Nişastanın %20 ila 30'u, bir glikoz kalıntısının C1 atomu ve bitişik bir kalıntının C4 atomu yoluyla bağlanan birkaç bin glikoz biriminden oluşan dallanmamış bir polisakarit olan amiloz ile temsil edilir. Selüloz ve amiloz arasındaki tek fark, ilk durumda glikoz kalıntılarının bir β bağıyla, ikincisinde ise bir α bağıyla bağlanmasıdır. Ancak selüloz ve amilozun fonksiyonları tamamen farklıdır.
Su moleküllerini serbest bırakmak için a-glikoz kalıntılarının birleştirilmesiyle oluşturulan amiloz zincirinin bir bölümü. Moleküldeki bir alfa bağı, oksijen atomunun (okla gösterilen), C1 atomunu içeren glikoz halkasının yüzeyinin altında yer aldığı anlamına gelir.
Amilopektin, nişasta kütlesinin kalan %70 veya %80'ini oluşturur. Amilopektin ayrıca C1 ve C4 atomları aracılığıyla bağlanan uzun a-glikoz zincirlerinden oluşur, ancak bir glukoz kalıntısındaki C1 atomu ile diğer kalıntıdaki C6 atomu arasında çapraz bağlara sahip dallanmış bir moleküldür. Bu çapraz bağlantılar her 20-25 glikoz kalıntısında meydana gelir. Birbirine bağlı zincirlerde milyonlarca glikoz kalıntısının varlığı, amilopektini doğada bulunan en büyük moleküllerden biri yapar.
Amilopektin yapısının bölümü. Ok, C1 atomu ile C6 atomu arasında dallanmış bir yapının oluşmasına yol açan bir çapraz bağlantıyı gösterir.
Nişastadaki alfa bağları sadece onu sindirmemize izin vermekle kalmaz, aynı zamanda bu maddenin diğer önemli özelliklerinden de sorumludur. Amiloz ve amilopektin zincirleri, selülozdaki gibi sıkı bir şekilde paketlenmiş doğrusal yapılar yerine helisler oluşturur. Yeterli enerjiye sahip su molekülleri spiralin içine nüfuz edebilir, bu nedenle nişasta suda çözünür, ancak selüloz çözünmez. Nişastayla uğraşan herkes onun sudaki çözünürlüğünün sıcaklığa bağlı olduğunu bilir. Sudaki bir nişasta süspansiyonunu ısıtırsanız, granülleri daha fazla su emmeye başlar ve belirli bir sıcaklıkta nişasta molekülleri ayrılarak suda dağılmış uzun ipliklerden oluşan bir ağ (jel adı verilen) oluşturur. Bulanık süspansiyon daha net ve kalın hale gelir. Şefler sosları koyulaştırmak için un, tapyoka ve mısır nişastası gibi nişastaları kullanır.
Hayvan dokularında şekerler, esas olarak karaciğer hücrelerinde ve iskelet kaslarında oluşan glikojen formunda depolanır. Glikojen amilopektine çok benzer, ancak C1 ve C6 atomları arasındaki çapraz bağlantılar daha yaygındır - her on glikoz kalıntısında. Sonuç olarak molekül oldukça dallanmıştır. Bu hayvanlar için son derece önemlidir ve nedeni budur. Düz bir zincirin yalnızca iki ucu vardır, ancak aynı sayıda glikoz biriminden oluşan dallanmış bir zincirin çok daha fazla ucu vardır. Hızlı bir şekilde enerji elde etmeye ihtiyaç duyduğunuzda, birden fazla glikoz kalıntısını aynı anda birden fazla uçtan parçalayabilirsiniz. Bitkiler, hayvanlardan farklı olarak yırtıcı hayvanlardan kaçarken veya avı kovalarken aniden enerji harcamak zorunda değildir; dolayısıyla enerjiyi düşük dallı amilopektin ve düz zincirli amiloz formunda depolamak, bitkilerdeki daha yavaş metabolik süreçler için çok uygundur. Çapraz bağların türüyle değil, yalnızca sayısıyla ilgili olan bu küçük kimyasal farklılık, bitkilerle hayvanlar arasındaki en önemli farklılıklardan birinin temelini oluşturur.
Nişasta (amiloz ve amilopektin) ve glikojenin polisakkarit zincirlerinin dallanmasının doğası. Polimer ne kadar dallanmışsa, enzim için o kadar fazla zincir ucu mevcut olur ve glikoz o kadar hızlı salınır.
İlgili bilgi.
Polisakkaritler monosakkaritlerin polikondensasyonuyla elde edilir. Genel formül ( C 6 H 10 Ç 5)N. En basit temsilciler nişasta ve selülozdur.
Nişasta fotosentez sırasında üretilir ve köklerde ve tohumlarda biriktirilir. Soğuk suda çözünmeyen beyaz bir tozdur, ancak sıcak suda koloidal bir çözelti oluşturur.
Nişasta- kalıntılardan oluşan doğal bir polimer α -glikoz. Amiloz ve amiyopektin olmak üzere 2 formda olabilir.
Amiloz glikoz kalıntılarının 1 ve 4 karbon atomu aracılığıyla bağlandığı, suda çözünebilen doğrusal bir polimerdir.
Doğrusal bir polimer zinciri bir spiral şeklinde sarılmıştır. Amiloz ve iyot kompleksi mavi bir renk verir. Bu reaksiyon iyotun tespiti için nitelikseldir.
Amilopektin suda çözünmez ve dallanmıştır:
Polisakkaritlerin kimyasal özellikleri.
Asidik bir ortamda ısıtıldığında nişasta hidrolize uğrar. Son ürün glikozdur:
Bu reaksiyon endüstriyel öneme sahiptir.
Selüloz.
Selüloz bitki hücrelerinin ana ürünüdür. Ahşap selülozdan yapılmıştır ve pamuk ve ketenin neredeyse %100'ü selülozdur. Bu doğal bir polimerdir:
Selülozun kimyasal özellikleri.
1. Selüloz asidik ortamda ısıtıldığında hidrolize uğrar. Nihai ürün glikozdur.
2. Ester oluşumunun reaksiyonu karakteristiktir:
Selüloz trinitrat patlayıcı bir maddedir ve barut bundan yapılır.
(C6H10O5) n
(n 100 ila birkaç bin arasında değişir)
En önemli temsilciler
Selüloz, nişasta, glikojen
Selüloz yapısı
Selüloz (lif) en yaygın polisakkarittir. Ahşabın yaklaşık %50'si selülozdur, pamuk ve keten ise neredeyse saf selülozdur.
Selüloz makromolekülleri, (β-1,4-glikosidik bağlarla bağlanan çok sayıda (birkaç yüz ila 10-14 bin arasında) β-glikoz kalıntısından oluşur. Selülozun biyotik fragmanı:
Selülozun yapısal birimi:
Selülozun kimyasal özellikleri
1. Hidroliz (asidik ortamda)
2. Kompleks enzimlerin oluşumu
(Selüloz trinitrat dumansız barutun temelidir.)
(Selüloz triasetat - asetat liflerinin üretimi için hammadde)
3. Yanma
(C6H10O5) n + 6nO2 → 6nCO2 + 5nH2O
Nişastanın yapısı
Nişasta iki fraksiyondan oluşan bir bitki polisakaritidir: amilopektin ve amiloz.
Amiloz makromolekülleri doğrusal bir yapıya sahiptir ve a-1,4-glikosidik bağlarla bağlanan çok sayıda a-glikoz kalıntısından oluşur. Amilozun moleküler ağırlığı 150 bin ile 500 bin arasında değişmektedir.
Amilozun biyoz parçası:
Amilopektin makromolekülleri oldukça dallıdır ve a-1,6-glikosidik bağlarla birbirine bağlanan amiloz parçalarından (yaklaşık 20 monosakarit kalıntısı) oluşur. Molekül ağırlığı 10 6 -10 9.
Amilopektin makromolekülünün parçası:
Nişastanın kimyasal özellikleri
1. Hidroliz (asidik veya enzimatik)
2. Nişastaya kalitatif reaksiyon
(C 6 H 10 O 5) n + I 2 → Amilozun iyot ile adsorpsiyon kompleksi mavidir.
glikojen
Bu, amilopektine benzer bir yapıya sahip olan, ancak daha fazla dallanmış zincire ve ayrıca daha yüksek bir moleküler ağırlığa sahip olmasıyla ondan farklı olan bir hayvan polisakaritidir.