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.