Сахароза, крахмал, целлюлоза

Ди- и полисахариды построены из остатков моносахаридов, соединённых через атом кислорода (гликозидной связью). При гидролизе эти связи рвутся, и образуются моносахариды. От того, осталась ли в молекуле свободная альдегидная группа, зависит, даст ли углевод реакции альдегидов.

Сахароза

Сахароза \(\ce{C12H22O11}\) — обычный сахар из сахарной свёклы и тростника. Её молекула состоит из остатков глюкозы и фруктозы, связанных через те атомы углерода, которые в открытых формах несут альдегидную и кетонную группы. Поэтому сахароза — невосстанавливающий дисахарид: она не даёт «серебряного зеркала» и не восстанавливает \(\ce{Cu(OH)2}\) при нагревании. Как многоатомный спирт, с гидроксидом меди(II) без нагревания она образует синий раствор, а с гидроксидом кальция — растворимый сахарат кальция (этим пользуются при очистке сахара).

При нагревании с кислотой или под действием фермента сахароза гидролизуется на глюкозу и фруктозу; после гидролиза раствор даёт реакцию «серебряного зеркала»:

\[ \ce{C12H22O11 + H2O ->[H+, t^\circ] C6H12O6 + C6H12O6} \quad (\text{глюкоза и фруктоза}) \]

Другие дисахариды — мальтоза (два остатка глюкозы, продукт гидролиза крахмала) и лактоза (молочный сахар, глюкоза и галактоза) — восстанавливающие: у них одна альдегидная группа свободна, и они дают «серебряное зеркало».

Крахмал

Крахмал \(\ce{(C6H10O5)_{$n$}}\) — запасной полисахарид растений (клубни картофеля, зёрна злаков). Он построен из остатков \(\alpha\)-глюкозы и состоит из двух фракций: линейной амилозы и разветвлённого амилопектина. В холодной воде крахмал не растворяется, в горячей набухает и образует клейстер. Животный аналог крахмала — ещё сильнее разветвлённый гликоген, запас глюкозы в печени и мышцах.

С иодом крахмал даёт синее окрашивание — качественная реакция (амилоза закручена в спираль, и молекулы иода встраиваются внутрь неё). Свободных альдегидных групп у крахмала практически нет, «серебряного зеркала» он не даёт. При нагревании с кислотой крахмал гидролизуется ступенчато — через декстрины и мальтозу до глюкозы; в организме гидролиз начинается во рту под действием фермента слюны амилазы:

\[ \ce{(C6H10O5)_{$n$} + $n$H2O ->[H+, t^\circ] $n$C6H12O6} \]

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) \(\ce{(C6H10O5)_{$n$}}\) — главный строительный полисахарид растений: хлопок почти чистая целлюлоза, в древесине её около половины. Её цепи построены из остатков \(\beta\)-глюкозы, они не ветвятся и лежат параллельно, связываясь множеством водородных связей в прочные нити — волокна. Поэтому целлюлоза не растворяется в воде и не набухает, а с иодом синего окрашивания не даёт.

Гидролиз целлюлозы идёт труднее, чем крахмала, — при нагревании с концентрированной серной кислотой; конечный продукт тот же — глюкоза, её сбраживают в гидролизный спирт. В каждом звене целлюлозы три группы \(\ce{OH}\), и они этерифицируются. С азотной кислотой (в присутствии серной) получают тринитрат целлюлозы — пироксилин, основу бездымного пороха; с уксусным ангидридом — ацетат целлюлозы для ацетатного волокна:

\[ \ce{[C6H7O2(OH)3]_{$n$} + 3$n$HNO3 ->[H2SO4] [C6H7O2(ONO2)3]_{$n$} + 3$n$H2O} \]

Целлюлоза растворяется в аммиачном растворе гидроксида меди(II) (реактиве Швейцера); из растворов целлюлозы получают искусственные волокна (вискозу, медно-аммиачный шёлк). Целлюлоза горит: \(\ce{(C6H10O5)_{$n$} + 6$n$O2 -> 6$n$CO2 + 5$n$H2O}\).