Властивості вуглеводів. Функції та властивості вуглеводів: таблиця

У живій природі широко поширені багато речовин, значення яких важко переоцінити. Наприклад, до таких належать вуглеводи. Вони надзвичайно важливі як джерело енергії для тварин і людини, а деякі властивості вуглеводів роблять їх незамінним сировиною для промисловості.

Що це таке?

Це все речовини, будова яких може бути описано формулою Cn (Н₂О) m. Вони мають величезне біологічне значення, відіграють найважливішу роль в житті багатьох живих істот.

Назва цієї групи вчені придумали після того, як був проведений первинний аналіз речовин, які в неї входять. Тоді було з`ясовано, що основними їх компонентами є вуглець і вода. Пізніше з`ясувалося, що назва вийшло на рідкість точним, так як властивості вуглеводів такі, що співвідношення атомів водню і кисню в них повністю ідентично такому в воді. Простіше кажучи, на два атома водню припадає один кисень. Вперше російський варіант назви був запропонований в 1844 році професором К. Шмідтом.

Деякі доповнення

Якщо трохи видозмінити наведену вище формулу, винісши «n» за дужки, то вираз стане дещо іншим: Див (Н₂О) n. Мабуть, саме воно якнайкраще відображає саму суть назви «вугіллі - води».

На сьогоднішній день вчені точно встановили, що існує ряд речовин, які мають властивості вуглеводів, але не зовсім відповідають описаної нами формулою. А тому в зарубіжній літературі нерідко можна наштовхнутися на слово «гліціди», яке є сучасним синонімом терміна 1844, який виявився не зовсім точний.

Проста класифікація

Весь величезний клас речовин можна поділити на дві великі групи: прості і складні гліціди. Які ж властивості вуглеводів, які в них входять? Власне, вони також не відрізняються великою складністю:

• Простими називаються ті речовини з групи, які не піддаються гідролізу з подальшим утворенням інших вуглеводів. Але головна відмінність в тому, що число атомів кисню в їх структурі дорівнює аналогічному кількості атомів вуглецю. Називаються моносахаридами.
• Відповідно, під визначення «складних» потрапляють всі ті гліціди, які при гідролізі розпадаються з утворенням декількох простих вуглеводів. Зрозуміло, у них співвідношення атомів кисню і вуглецю різному. Називаються дисахаридами. Дуже велику роль в природі відіграють саме складні вуглеводи, список яких ми частково наводимо в статті.

Крім того, є й інша класифікація, за якою вуглеводи діляться на три типи. Ось вони:

• Моносахариди.
• Олігосахариди.
• Полісахариди.

Наведена нижче таблиця вуглеводів напевно допоможе вам розібратися з їх найважливішими відмінностями.

Звичайно, нами була наведена коротка таблиця вуглеводів, але в її рамки просто неможливо вмістити всі специфічні особливості, які властиві деяким представникам цього великого класу. А тому розберемо основні групи кожну окремо, докладніше зупинившись на властивості деяких окремих, найбільш поширених речовин. Отже, які бувають класи вуглеводів?

Моносахариди

Слід пам`ятати, що всі вони відносяться до категорії твердих речовин, легко здатні переходити в кристалічний стан. Вони надзвичайно гігроскопічна, добре розчиняються у воді, утворюючи сироп. Виділити їх у вигляді кристалів звідти буває дуже складно. Розчини їх володіють нейтральною реакцією, найчастіше солодкуваті на смак. Інтенсивність смаку різна: так, фруктоза приблизно в 3-3,5 рази солодше найбільш часто зустрічається глюкози.

Про структурну формі

Всі ці речовини - сполуки біфункціонального структури, до складу яких обов`язково входить вуглецевий скелет, одна карбонильная група і кілька гідроксильних. Якщо в ролі карбонільної групи виступає альдегидная група, речовина називається альдози. Відповідно, у разі наявності кетонах «хвоста» їх називають кетозами.

Так як у природі ці речовини поширені надзвичайно, їх можна зустріти як в їх вільному стані, так і у вигляді ангідридових форм. Взагалі, практично всі складні вуглеводи в тій чи іншій мірі є ангідридами простих цукрів, які досить просто виходять при відібранні кількох (або однієї) молекул води (приставка «ан» - відсутність).

Глюкоза як найбільш типовий представник

Формула цього найбільш типового представника своєї групи - З₆Н₁₂Про₆. Дуже часто зустрічаються ці вуглеводи в клітці рослин. Має не тільки широку поширеність, а й дуже важливе значення для організму, тому що є основним джерелом енергії для нього (мова про тварин і людину, звичайно ж). В принципі, такі загальні властивості білків, вуглеводів і жирів для всіх тваринних організмів. Крім того, широко використовується в медицині, ветеринарії, промисловості (в тому числі і харчової).

Фізичні властивості

Які загальні фізичні властивості вуглеводів цієї групи? Зовнішній вигляд - дрібні кристали білого кольору, на смак солодкуваті, у воді розчиняються добре. Растворяемость різко підвищується, якщо розчин підігрівати: таким способом отримують сироп глюкози.

Короткі відомості про хімічному будову

Якщо подивитися на лінійну формулу, то в складі цього вуглеводу добре помітна одна альдегидная і п`ять гідроксильних груп. Коли речовина знаходиться в кристалічному стані, то молекули його можуть знаходитися в одній з двох можливих форм (alpha-- або beta - глюкоза). Справа в тому, що гідроксильна група, сцепленная з п`ятим атомом вуглецю, може вступати у взаємодію з карбонільним залишком.

Поширеність в природних умовах

Так як її виключно багато у виноградному соку, глюкозу нерідко називають «виноградним цукром». Під таким ім`ям її знали ще наші далекі предки. Втім, відшукати її можна в будь-якому іншому солодкому овоче або фрукті, в м`яких тканинах рослини. У тваринному світі її поширеність нітрохи не нижче: приблизно 0,1% нашої крові - це саме глюкоза. Крім того, знайти можна ці вуглеводи в клітці практично будь-якого внутрішнього органу. Але особливо їх багато у печінці, так як саме там здійснюється переробка глюкози в глікоген.

Вона (як ми вже говорили) є цінним джерелом енергії для нашого організму, входить до складу практично всіх складних вуглеводів. Як і інші прості вуглеводи, в природі вона виникає після реакції фотосинтезу, яка протікає виключно в клітинах рослинних організмів:

6СО₂ + 6Н₂Про хлорофіл З₆Н₁₂Про₆ + 6О₂ - Q

Рослини при цьому виконують неймовірно важливу для біосфери функцію, акумулюючи енергію, яка виходить ними від сонця. Що стосується промислових умов, то виноградний цукор спрадавна отримували з крохмалю, виробляючи його гідроліз, причому каталізатором реакції є концентрована сірчана кислота:

(С₆Н₁₀Про₅) N + nH₂Про H₂SO₄, t nC₆H₁₂Про₆

Хімічні властивості

Які хімічні властивості вуглеводів цього виду? Мають все тими ж характеристиками, які властиві суто спиртам і альдегідів. Крім того, є у них і деякі специфічні особливості. Вперше синтез простих вуглеводів (в тому числі і глюкози) був проведений найталановитішим хіміком А. М. Бутлеров в 1861 році, причому в якості сировини він використовував формальдегід, розщеплюючи його в присутності гідроксиду кальцію. Ось формула цього процесу:

6НСОН -------> С6Н₁₂Про₆

А зараз розглянемо деякі властивості двох інших представників групи, природне значення яких не менше велике, а тому їх вивчає біологія. Вуглеводи цих видів грають у нашому повсякденному житті дуже важливу роль.

Фруктоза

Формула цього глюкозного ізомери - Сен₁₂Про_б. Зразок «прабатька» може існувати в лінійної та циклічної формі. Вступає в усі реакції, які характерні для багатоатомних спиртів, але, тим самим відрізняючись від глюкози, ніяк не взаємодіє з аміачним розчином оксиду срібла.

Рибоза

Надзвичайно великий інтерес представляє рибоза і дезоксирибоза. Якщо ви хоч трохи пам`ятаєте програму біології, то й самі прекрасно знаєте про те, що саме ці вуглеводи в організмі входять до складу ДНК і РНК, без яких саме існування життя на планеті неможливо. Назва «дезоксирибоза» означає, що в її молекулі на один атом кисню менше (якщо її порівнювати із звичайною рибозой). Будучи подібними в цьому відношенні з глюкозою, також можуть мати лінійне і циклічне будова.

Дисахариди

В принципі, ці речовини за своєю будовою і функціями в чому повторюють попередній клас, а тому немає сенсу зупинятися на цьому детальніше. Які хімічні властивості вуглеводів, відносяться до цієї групи? Найважливішими представниками сімейства є сахароза, мальтоза і лактоза. Всі вони можуть бути описані формулою С₁₂Н₂₂Про₁₁, так як є ізомерами, але це не скасовує величезних відмінностей в їх будові. Так чим характерні складні вуглеводи, список і опис яких ви можете побачити нижче?

Сахароза

Її молекула має у своєму складі відразу два циклу: один з них є шестичленним (залишок alpha - глюкози), а інший - пятічленний (залишок beta - фруктози). З`єднується все ця конструкція за рахунок гликозидного гідроксилу глюкози.

Отримання і загальне значення

Згідно збереженим історичним відомостям, ще за три століття до Різдва Христового цукор з цукрової тростини навчилися отримувати в Стародавній Індії. Тільки в середині 19-го століття виявилося, що куди більше сахарози з меншими для цього зусиллями можна добути з цукрових буряків. У деяких її сортах міститься до 22% цього вуглеводу, тоді як в очереті зміст може бути в межах 26%, але таке можливо тільки при ідеальних умовах вирощування та сприятливому кліматі.

Ми вже говорили, що вуглеводи добре розчиняються у воді. Саме на цьому принципі грунтується отримання сахарози, коли для цієї мети використовують апарати-дифузори. Щоб осадити можливі домішки, розчин фільтрують через фільтри, до складу яких входить вапно. Щоб видалити з отриманого розчину гідроксид кальцію, через нього пропускають звичайний вуглекислий газ. Осад відфільтровують, а цукровий сироп упаривают в спеціальних печах, отримуючи на виході вже знайомий нам цукор.

Лактоза

Цей вуглевод в промислових умовах виділяється із звичайного молока, в якому в надлишку містяться жири і вуглеводи. У ньому цієї речовини міститься досить багато: так, коров`яче молоко містить приблизно 4-5,5% лактози, а в молоці жінок її об`ємна частка доходить до 5,5-8,4%.

Кожна молекула цього гліціди складається із залишків 3-галактози і а-глюкози в пиранозной формі, які утворюють зв`язку за допомогою першого і четвертого атома вуглецю.

На відміну від інших цукрів, у лактози є одне виняткове властивість. Мова йде про повну відсутність гігроскопічності, так що навіть у вологому приміщенні цей гліціди абсолютно не отсиревает. Ця властивість активно використовується у фармацевтиці: якщо до складу якихось ліків в порошкоподібної формі входить звичайна сахароза, то до неї обов`язково додають лактозу. Вона абсолютно натуральна і нешкідлива для людського організму, на відміну від багатьох штучних добавках, які перешкоджають злежуванню і намокання. Які функції та властивості вуглеводів цього типу?

Біологічне значення лактози надзвичайно велике, тому що лактоза є найважливішим поживним компонентом молока всіх тварин і людини. Що ж стосується мальтози, то її властивості дещо відмінні.

Мальтоза

Є проміжним продуктом, який виходить при гідролізі крохмалю. Назва «мальтоза» отримав через те що утворюється в чому під впливом солоду (латинською солод - maltum). Широко поширений не тільки в рослинних, але і в тварин організмах. У великих кількостях утворюється в травному тракті жуйних тварин.

Хімічна будова і властивості

Молекула цього вуглеводу складається з двох частин alpha - глюкози в пиранозной формі, які з`єднані між собою за допомогою першого і четвертого атомів вуглецю. На вигляд являє собою безбарвні, білі кристали. На смак - солодкувата, прекрасно розчиняється у воді.

Полісахариди

Слід пам`ятати, що всі полісахариди можна розглядати з тієї точки зору, що вони являють собою продукти поліконденсації моносахаридів. Їх загальна хімічна формула - (С_бН₁₀Про₅) П. В рамках даної статті ми розглянемо крохмаль, так як він є найбільш типовим представником сімейства.

Крохмаль

Утворюється в результаті фотосинтезу, у великих кількостях відкладається в коренях і насінні рослинних організмів. Які фізичні властивості вуглеводів цього виду? На вигляд являє собою білий порошок з погано вираженою кристалличностью, нерозчинний в холодній воді. В гарячої рідини утворює колоїдну структуру (клейстер, кисіль). У травному тракті тварин є багато ферментів, які сприяють його гідролізу з утворенням глюкози.

Є найбільш поширеним природним полімером, який утворений з безлічі залишків а-глюкози. У природі одночасно зустрічаються дві його форми: амилоза і амшопектін. Амилоза, будучи лінійним полімером, може бути розчинена у воді. Молекула складається із залишків альфа-глюкози, які пов`язані через перший і четвертий атом вуглецю.

Потрібно пам`ятати, що саме крохмаль є першим видимим продуктом фотосинтезу рослин. У пшениці та інших злакових його міститься до 60-80%, тоді як в бульбах картоплі - всього 15-20%. До слова кажучи, по виду крохмальних зерен під мікроскопом можна безпомилково визначити видову приналежність рослини, так як вони у всіх різні.

Якщо вуглевод швидко нагріти, його величезна молекула буде швидко розкладатися з утворенням дрібних полісахаридів, які відомі під назвою декстринів. У них з крохмалем одна загальна хімічна формула (С₆Н₁₂Про₅) Х, але є різниця в значенні змінної «х», яке менше значення «n» у крохмалі.

Наостанок наведемо таблицю, в якій відображені не тільки основні класи вуглеводів, але і їх властивості.

Ось які функції та властивості вуглеводів основних класів.