ВУГЛЕВОДИ
Зміст
Введення
1. Освіта складних ефірів
2. Перетворення в циклічні ацетали та кета
3. Подовження ланцюга по Килианом-Фішеру
4. Скорочення ланцюга по Руфа
5. Аскорбінова кислота
6. Целофан і віскозний шовк
7. Нітрат целюлози
8. Азотомісткі цукру
Введення
У живій природі широко поширені речовини, багатьом з яких відповідає формула С х (Н 2 О) у. Вони являють собою, таким чином, як би гідрати вуглецю, що і зумовило їх назва - вуглеводи. До вуглеводів належить звичайний цукор - сахароза, виноградний цукор - глюкоза, фруктовий цукор - фруктоза і молочний цукор - мальтоза. Цим пояснюється ще одне їх загальноприйнята назва цукру. Рослини синтезують вуглеводи з двоокису вуглецю та води в процесі фотосинтезу. При цьому сонячна енергія перетворюється на хімічну:
ХСО 2 + уH 2 О + сонячна енергія ¾ ® З х (Н 2 О) у + ХВ 2
При окисленні вуглеводів в організмі енергія вивільняється і використовується для життєдіяльності:
С х (Н 2 О) у + ХВ 2 ¾ ® ХСО 2 + уH 2 О + енергія
1. Освіта складних ефірів
Вуглеводи реагують з оцтовим ангідридом в присутності таких підстав, як піридин або ацетат натрію з перетворенням всіх гідроксильних груп, включаючи Вперше здійснено перегрупування гідроксил у складноефірні. Якщо реакція проводиться при охолодженні, то вона проходить стереоспеціфіческі; a-аномер дає a-ацетат, а b-аномер - b-ацетат:
D-глюкопіраноз D-пентацетілглюкоза
D-тетраацетілбромгюкоза
При обробці пентаацетілглюкози бромистим воднем в оцтовій кислоті заміщенню піддається ацетоксігруппа тільки при атомі С-1.
Дією на целюлозу оцтовим ангідридом в оцтовій кислоті одержують розчинна в ацетоні ацетат целюлози:
целюлоза ацетат целюлози
З ацетилцелюлози отримують ацетатний шовк і безпечну в зверненні Кінофотоплівки.
Упр. 24. Як отримують Ацетилцелюлоза, і яке застосування вона знайде?
Упр. 25. Як отримують пентаацетат глюкози? Піддається він Мутаротація?
14.
2. Перетворення в циклічні ацетали та кета
При вивченні альдегідів і кетонів ми бачили, що, реагуючи з диола, вони перетворюються на циклічні ацетали та кета.
1,2-діол циклічний кеталей
Вуглеводи утворюють циклічні ацетали та кета лише в тому випадку, коли віцінальние гідроксильні групи знаходяться в цис-положенні по відношенню один до одного. Наприклад, α-D-галактопіраноза реагує з ацетоном наступним чином:
aD-галактопіраноза ацетоніду aD-галактопіранози
Ацеталі ацетону називають ацетоніду.
3. Подовження ланцюга по Килианом - Фішеру
Метод подовження ланцюга вуглеводу на один атом вуглецю заснований на реакції альдегідів з синильною кислотою. Розглянемо його на прикладі D-гліцеринового альдегіду:
g-альдонолактони
D-ерітроза D-треоза
Упр. 26. Які пентози можуть бути отримані за Килианом-Фішеру з D-ерітрози.
Упр. 27. Напишіть формули пентоз, котрі можуть бути отримані за Килианом-Фішеру з D-треози. Їх називають D-ксилоза і D-ліксоза. D-ксилоза окислюється азотною кислотою в оптично активну альдаровую кислоту, а D-ліксоза - в оптично активну. Яке будову цих пентоз?
16. 17.
4. Скорочення ланцюга по Руфа
Скорочення ланцюга по Руфа включає дві стадії: окислення альдози бромної водою до альдоновой кислоти і окислювальне декарбоксилювання альдоновой кислоти перекисом водню і сульфатом заліза до альдози, наприклад:
D-рибоза D-рібоновая к-та D-ерітроза
Упр. 28. Напишіть реакції укорочення ланцюга по Руфа D-галактози і назвіть утворюється пентозу.
18.
5. Аскорбінова кислота
Промисловий спосіб одержання аскорбінової кислоти заснований на мікробіологічному окисленні сорбіту в L-сорбозу. Захистивши чотири гідроксильні групи L-сорбозу кеталізаціей її окислюють перманганатом калію і після гідролізу продукту окислення отримують 2-оксо-L-гулоновую кислоту. Остання переводиться в лактон, що існує в енольної формі і представляє собою L-аскорбінову кислоту. Розчин аскорбінової кислоти має кислою реакцією (pKa = 4,17) і сильними відновними властивостями. Добова потреба дорослої людини у вітаміні С становить приблизно 30 мг.
D-сорбіт L-сорбоза
2-оксогулоновая к-та
аскорбінова кислота
Упр. 29. Напишіть реакції одержання аскорбінової кислоти виходячи із глюкози.
6. Целофан і віскозний шовк
Багато важливих продукти отримують з целюлози шляхом її розчинення, а потім осадженням з розчину. Отримана таким чином регенерованої целюлози, відрізняється від вихідної природного тим, що вона менш кристалічності через процеси розщеплення (деградації) проходять при її розчиненні і надалі осадженні. Найбільш широко використовуваним методом регенерації є ксантатний або віскозний процес.
Початковою сировиною для виробництва є деревна целюлоза, яка містить 95-99% високомолекулярної целюлози зі ступенем полімеризації 800-1100. Її обробляють 20%-ним розчином NaOH (мерсеризація) протягом 10 хв при 50 о С. Отриману таким чином лужну целюлозу відокремлюють від лігніну і залишають на дозрівання, при якому молекулярна вага целюлози зменшується. Далі лужну целюлозу обробляють СS 2 і отримують ксантат целюлози:
целюлоза ксантат целюлози (віскоза)
Звичайно не всі гідроксильні групи целюлози прореагують, але прореагурующего кількості достатньо, для її розчинення у водному лугу. Одержуваний розчин називають віскозою. Її продавлюють через фільєри в розчин сірчаної кислоти, де регенерується целюлоза:
целофан або віскозне волокно
Якщо фільєри представляють собою вузькі щілини, то отримують целофан, а якщо тонкі отвори - віскозне волокно.
Целофан і віскозний шовк є лише зміненою формою целюлози.
7. Нітрат целюлози
При обробці целюлози азотною кислотою утворюється нітрат целюлози:
нітрат целюлози
Нітрат целлюзози - один з перших полімерів. Він був отриманий ще в 19 столітті і знайшов практичне застосування у виробництві бездимного пороху, кіноплівки, лаків, текстильних волокон. Нітрат целюлози пластифікований камфорою називають целулоїдом.
Відомий полімер - нітроклетчаткі або нітроцелюлоза названий неправильно, тому що в нітрат целюлози немає нітрогрупи. Нітрат целюлози легко займається і не дуже стійкий, тому в останні роки він практично повністю замінений на інші полімери.
Упр. 30. Як отримують нітрат целюлози, і де він використовується?
8. Азотомісткі цукру
Аміросахарамі називають цукру, які містять групу-CH (NH 2) - замість-CH (OH) -. Найбільш важливими аміноцукрів є D-глюкозамін і D-галактозамін. У природі вони зустрічаються, як правило, у вигляді ацеамідов.
2-аміно-2-дезокси-2-ацетамідо-2-дезокси-
(D-глюкозамін) D-глюкоза
Цукру, в яких на аміногрупу заміщений Вперше здійснено перегрупування гідроксил називають глікозіламінамі, а неаномерний - аміноцукрів. У аміноцукрів аміногрупа часто буває ацілірованной.
bD-глікопіранозіламін bD-глюкозамін bN-ацетил-D-глюкоза
D-Глюкозамін може бути отриманий гідролізом хітину. Хітин - один з найпоширеніших полімерів. Він входить до покрови комах, мешканців морів і річок, в стінки клітин грибів і дріжджів. Панцирі ракоподібних на 25-50% складаються з хітину, 35% хітину містить мухомор. По міцності і хімічної стійкості до кислот, лугів і розчинників хітин помітно перевершує целюлозу.
За своєю будовою хітин дуже схожий з целюлозою з тією різницею, що у
С-2 хітину замість гідроксильної знаходиться ацетамідная група:
Зміст
Введення
1. Освіта складних ефірів
2. Перетворення в циклічні ацетали та кета
3. Подовження ланцюга по Килианом-Фішеру
4. Скорочення ланцюга по Руфа
5. Аскорбінова кислота
6. Целофан і віскозний шовк
7. Нітрат целюлози
8. Азотомісткі цукру
Введення
У живій природі широко поширені речовини, багатьом з яких відповідає формула С х (Н 2 О) у. Вони являють собою, таким чином, як би гідрати вуглецю, що і зумовило їх назва - вуглеводи. До вуглеводів належить звичайний цукор - сахароза, виноградний цукор - глюкоза, фруктовий цукор - фруктоза і молочний цукор - мальтоза. Цим пояснюється ще одне їх загальноприйнята назва цукру. Рослини синтезують вуглеводи з двоокису вуглецю та води в процесі фотосинтезу. При цьому сонячна енергія перетворюється на хімічну:
ХСО 2 + уH 2 О + сонячна енергія ¾ ® З х (Н 2 О) у + ХВ 2
При окисленні вуглеводів в організмі енергія вивільняється і використовується для життєдіяльності:
С х (Н 2 О) у + ХВ 2 ¾ ® ХСО 2 + уH 2 О + енергія
1. Освіта складних ефірів
Вуглеводи реагують з оцтовим ангідридом в присутності таких підстав, як піридин або ацетат натрію з перетворенням всіх гідроксильних груп, включаючи Вперше здійснено перегрупування гідроксил у складноефірні. Якщо реакція проводиться при охолодженні, то вона проходить стереоспеціфіческі; a-аномер дає a-ацетат, а b-аномер - b-ацетат:
D-глюкопіраноз D-пентацетілглюкоза
D-тетраацетілбромгюкоза
При обробці пентаацетілглюкози бромистим воднем в оцтовій кислоті заміщенню піддається ацетоксігруппа тільки при атомі С-1.
Дією на целюлозу оцтовим ангідридом в оцтовій кислоті одержують розчинна в ацетоні ацетат целюлози:
целюлоза ацетат целюлози
З ацетилцелюлози отримують ацетатний шовк і безпечну в зверненні Кінофотоплівки.
Упр. 24. Як отримують Ацетилцелюлоза, і яке застосування вона знайде?
Упр. 25. Як отримують пентаацетат глюкози? Піддається він Мутаротація?
14.
2. Перетворення в циклічні ацетали та кета
При вивченні альдегідів і кетонів ми бачили, що, реагуючи з диола, вони перетворюються на циклічні ацетали та кета.
1,2-діол циклічний кеталей
Вуглеводи утворюють циклічні ацетали та кета лише в тому випадку, коли віцінальние гідроксильні групи знаходяться в цис-положенні по відношенню один до одного. Наприклад, α-D-галактопіраноза реагує з ацетоном наступним чином:
aD-галактопіраноза ацетоніду aD-галактопіранози
Ацеталі ацетону називають ацетоніду.
3. Подовження ланцюга по Килианом - Фішеру
Метод подовження ланцюга вуглеводу на один атом вуглецю заснований на реакції альдегідів з синильною кислотою. Розглянемо його на прикладі D-гліцеринового альдегіду:
альдоновие кислоти
g-альдонолактони
D-ерітроза D-треоза
Упр. 26. Які пентози можуть бути отримані за Килианом-Фішеру з D-ерітрози.
Упр. 27. Напишіть формули пентоз, котрі можуть бути отримані за Килианом-Фішеру з D-треози. Їх називають D-ксилоза і D-ліксоза. D-ксилоза окислюється азотною кислотою в оптично активну альдаровую кислоту, а D-ліксоза - в оптично активну. Яке будову цих пентоз?
16. 17.
4. Скорочення ланцюга по Руфа
Скорочення ланцюга по Руфа включає дві стадії: окислення альдози бромної водою до альдоновой кислоти і окислювальне декарбоксилювання альдоновой кислоти перекисом водню і сульфатом заліза до альдози, наприклад:
D-рибоза D-рібоновая к-та D-ерітроза
Упр. 28. Напишіть реакції укорочення ланцюга по Руфа D-галактози і назвіть утворюється пентозу.
18.
5. Аскорбінова кислота
Промисловий спосіб одержання аскорбінової кислоти заснований на мікробіологічному окисленні сорбіту в L-сорбозу. Захистивши чотири гідроксильні групи L-сорбозу кеталізаціей її окислюють перманганатом калію і після гідролізу продукту окислення отримують 2-оксо-L-гулоновую кислоту. Остання переводиться в лактон, що існує в енольної формі і представляє собою L-аскорбінову кислоту. Розчин аскорбінової кислоти має кислою реакцією (pKa = 4,17) і сильними відновними властивостями. Добова потреба дорослої людини у вітаміні С становить приблизно 30 мг.
D-сорбіт L-сорбоза
2-оксогулоновая к-та
аскорбінова кислота
Упр. 29. Напишіть реакції одержання аскорбінової кислоти виходячи із глюкози.
6. Целофан і віскозний шовк
Багато важливих продукти отримують з целюлози шляхом її розчинення, а потім осадженням з розчину. Отримана таким чином регенерованої целюлози, відрізняється від вихідної природного тим, що вона менш кристалічності через процеси розщеплення (деградації) проходять при її розчиненні і надалі осадженні. Найбільш широко використовуваним методом регенерації є ксантатний або віскозний процес.
Початковою сировиною для виробництва є деревна целюлоза, яка містить 95-99% високомолекулярної целюлози зі ступенем полімеризації 800-1100. Її обробляють 20%-ним розчином NaOH (мерсеризація) протягом 10 хв при 50 о С. Отриману таким чином лужну целюлозу відокремлюють від лігніну і залишають на дозрівання, при якому молекулярна вага целюлози зменшується. Далі лужну целюлозу обробляють СS 2 і отримують ксантат целюлози:
целюлоза ксантат целюлози (віскоза)
Звичайно не всі гідроксильні групи целюлози прореагують, але прореагурующего кількості достатньо, для її розчинення у водному лугу. Одержуваний розчин називають віскозою. Її продавлюють через фільєри в розчин сірчаної кислоти, де регенерується целюлоза:
целофан або віскозне волокно
Якщо фільєри представляють собою вузькі щілини, то отримують целофан, а якщо тонкі отвори - віскозне волокно.
Целофан і віскозний шовк є лише зміненою формою целюлози.
7. Нітрат целюлози
При обробці целюлози азотною кислотою утворюється нітрат целюлози:
нітрат целюлози
Нітрат целлюзози - один з перших полімерів. Він був отриманий ще в 19 столітті і знайшов практичне застосування у виробництві бездимного пороху, кіноплівки, лаків, текстильних волокон. Нітрат целюлози пластифікований камфорою називають целулоїдом.
Відомий полімер - нітроклетчаткі або нітроцелюлоза названий неправильно, тому що в нітрат целюлози немає нітрогрупи. Нітрат целюлози легко займається і не дуже стійкий, тому в останні роки він практично повністю замінений на інші полімери.
Упр. 30. Як отримують нітрат целюлози, і де він використовується?
8. Азотомісткі цукру
Аміросахарамі називають цукру, які містять групу-CH (NH 2) - замість-CH (OH) -. Найбільш важливими аміноцукрів є D-глюкозамін і D-галактозамін. У природі вони зустрічаються, як правило, у вигляді ацеамідов.
2-аміно-2-дезокси-2-ацетамідо-2-дезокси-
(D-глюкозамін) D-глюкоза
Цукру, в яких на аміногрупу заміщений Вперше здійснено перегрупування гідроксил називають глікозіламінамі, а неаномерний - аміноцукрів. У аміноцукрів аміногрупа часто буває ацілірованной.
bD-глікопіранозіламін bD-глюкозамін bN-ацетил-D-глюкоза
D-Глюкозамін може бути отриманий гідролізом хітину. Хітин - один з найпоширеніших полімерів. Він входить до покрови комах, мешканців морів і річок, в стінки клітин грибів і дріжджів. Панцирі ракоподібних на 25-50% складаються з хітину, 35% хітину містить мухомор. По міцності і хімічної стійкості до кислот, лугів і розчинників хітин помітно перевершує целюлозу.
За своєю будовою хітин дуже схожий з целюлозою з тією різницею, що у
С-2 хітину замість гідроксильної знаходиться ацетамідная група: