Struktura i klasyfikacja węglowodanów

W chemii i biologii węglowodany zawierają wiele związków organicznych. W najbardziej ogólnym sensie ta klasa obejmuje cukry i substancje z nich otrzymane, które otrzymuje się przez hydrolizę. Węglowodany są integralną częścią wszystkich związków organicznych. Klasyfikacja węglowodanów może świadczyć o całej różnorodności przejawów tych substancji.

Biologia

Komórki żywych organizmów potrzebują węglowodanów jako baterii i źródeł energii. Sucha masa roślin zawiera do 90% węglowodanów. Przedstawiciele fauny również mają węglowodany w swoich komórkach - do 20% całkowitej masy suchej masy. Klasyfikacja węglowodanów standaryzuje te związki wielkocząsteczkowe i przedstawia je w formie wizualnej. Zrozumienie struktury węglowodanów, wewnętrzna struktura tych związków jest kluczem do zrozumienia podstaw wszelkiego życia, do zrozumienia bardzo tajemnicy życia. Ważną częścią procesu poznania tych substancji jest klasyfikacja węglowodanów.

Schemat

Wszystkie znane węglowodany są podzielone na trzy duże grupy:

- monosacharydy;

- disacharydy;

- polisacharydy.

Wszystkie trzy grupy mają różne właściwości fizykochemiczne. Klasyfikacja i struktura węglowodanów opiera się na tych trzech filarach.

Monosacharydy

To jest imię proste węglowodany który dzieli wodę na pierwotniaki związki organiczne. Typowym przykładem monosacharydu jest glukoza. Skład chemiczny tej substancji wyrażono wzorem C ₂ H ₁₂ O ₅ . Klasyfikacja węglowodanów nadaje glukozie zaszczytne pierwsze miejsce. Substancja ta - najważniejsza z monosacharydów - zawarta jest w sokach owocowych we krwi zwierząt i ludzi. W czystej postaci glukoza to białe półprzezroczyste kryształy o słodkim wyrazistym smaku. Mięśniowa praca ssaków odbywa się kosztem energii wytwarzanej przez utlenianie glukozy. Struktura wewnętrzna tej substancji jest wyrażona wzór strukturalny :

Glukozę można uzyskać przez hydrolizę różnych polisacharydów - skrobi lub celulozy. Jest on stosowany jako składnik ulepszonego żywienia i jako lek.

Fruktoza to kolejny monosacharyd, który znajduje się na równi z glukozą w różnych sokach owocowych i jagodowych, zmieszany z glukozą i jest częścią miodu. Wygląda tak samo jak jej sąsiad, ale smak jest znacznie słodszy. Strukturę fruktozy pokazano na rysunku:

Klasyfikacja węglowodanów klasyfikuje monosacharydy do tej samej grupy co aldehyd i kenospirty. Wszystkie te substancje mogą reagować nie tylko w formach o otwartym łańcuchu, ale także cyklicznych. Cykliczna glukoza może występować w gatunkach, które różnią się od siebie rozmieszczeniem przestrzennym grupy hydroksylowej przy pierwszym atomie węgla. Glukoza w składzie produktów naturalnych ma cykliczną formułę α. Po rozpuszczeniu w wodzie to cykliczne wiązanie przekształca się w łańcuch, a następnie w wiązanie przez β-formułę. Standardowy wodny roztwór glukozy zawiera trzy równoważne odmiany tej substancji.

Disacharydy

Tak zwane węglowodany, które po podgrzaniu roztworów wodnych w obecności kwasów mineralnych lub enzymów ulegają hydrolizie i rozpadają się na dwie cząsteczki monosacharydów. Najbardziej powszechnym elementem tej grupy węglowodanów jest sacharoza.

Sacharoza występuje w burakach i cukrze trzcinowym. Jego wzór chemiczny to C12H22O11. Znaczna ilość tej substancji występuje w sokach z brzozy i klonu, w niektórych owocach. Sacharoza jest jednym z najważniejszych pokarmów. Podczas hydrolizy rozpada się na cząsteczki glukozy i fruktozy - mieszanina powstałych pierwiastków należy do cukrów odwrotnych, które są również badane przez klasyfikację węglowodanów. Schemat wewnętrznej struktury sacharozy przedstawiono poniżej:

Polisacharydy

W trzeciej grupie klasyfikacja węglowodanów obejmuje substancje, które po rozpadzie tworzą disacharydy, a następnie wiele (setki i tysiące) cząsteczek monosacharydów. Klasyfikacja i funkcje węglowodanów Ta sekcja znacznie różni się od lżejszych braci - nie mają słodkiego smaku i są w większości nierozpuszczalne w wodzie. Najważniejszymi przedstawicielami tej grupy są celuloza (celuloza) i skrobia. Cząsteczki tych węglowodanów składają się z długich łańcuchów z powtarzającymi się jednostkami C6H10O5. Te ogniwa są pozostałością cyklicznych form glukozy, które utraciły cząsteczkę wody i są połączone sześcio-członem. Dlatego klasyfikacja węglowodanów daje taki sam wzór dla celulozy i skrobi, która jest wyrażona jako (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _x . Różnica polega na tym, że skrobia składa się z jednostek formuły α, a celuloza - z glukozy β-formuły.

Skrobia opisana jest wzorem (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _x , gdzie zmienna może osiągnąć wartości 4-5 tys. Substancja ta powstaje w zielonych pędach różnych roślin w procesie fotosyntezy. Może być przechowywany "w rezerwie" w bulwach, ziarnach i kłączach. Ludzki przewód pokarmowy przetwarza skrobię przez hydrolizę w obecności enzymów i rozbija ją do stanu glukozy, który jest następnie absorbowany przez ludzi.

Klasyfikacja i funkcje węglowodanów złożonych

Celuloza jest włóknistą substancją, która jest integralną częścią ścian komórkowych różnych roślin. Jego wzór jest podobny do wzoru skrobi - (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _x . Liczba powtórzeń ogniw łańcucha sięga 12 tysięcy. Najczystsza naturalna celuloza jest zawarta w włóknie bawełnianym - do 90% suchej masy. W drewnie celuloza zajmuje około połowy suchej masy substancji, w drzewach iglastych element ten występuje wraz z jego satelitami, ligniną i hemicelulozą. Celuloza i skrobia nie rozpuszczają się w zimnej wodzie. Po podgrzaniu skrobia pęcznieje, formując się roztwór koloidalny. Celuloza nie rozpuszcza się w wodzie, nawet w wysokich temperaturach. Nie jest rozpuszczalny w alkoholach, odporny na alkalia i słabe środki utleniające. Hydroliza celulozy jest możliwa tylko wtedy, gdy jest rozpuszczona w stężonych kwasach mineralnych, na przykład w kwasie siarkowym. Gdy taki roztwór jest ogrzewany, celuloza ulega rozkładowi, tworząc lepki roztwór. Końcowym produktem tej reakcji są monosacharydy.

Wartość węglowodanów

Klasyfikacja i struktura węglowodanów jest badana przez wiele pokrewnych nauk. Wartość tych substancji organicznych w medycynie, przemyśle chemicznym, żywności, przemyśle wytwórczym jest dość wysoka. Mamy nadzieję, że powyższa klasyfikacja węglowodanów za pomocą przykładów da ogólne pojęcie o charakterze tych substancji i ich kluczowej roli w działalności gospodarczej człowieka.