Теория:
Углеводы — природные кислородсодержащие соединения. В их состав входят атомы трёх элементов: углерода, водорода и кислорода. В общем виде формула большинства углеводов выглядит так: . В этой формуле выделяют атомы углерода и молекулы воды, поэтому вещества и назвали углеводами.
Углеводы входят в состав клеток всех живых организмов.
Особенно высокое содержание углеводов в растениях. Клеточные стенки растений образованы целлюлозой. Она является основной составной частью древесины. Почти чистую целлюлозу представляет собой вата.
Рис. \(1\). Ватные палочки
Важнейшее запасное вещество растений — крахмал. Он в больших количествах содержится в семенах злаков, в клубнях картофеля. Сладкий вкус фруктам и овощам придают глюкоза, фруктоза, сахароза.
Смесью углеводов является мёд.
Рис. \(2\). Мёд
Запасным веществом в клетках грибов и животных является гликоген (животный крахмал). В крови животных и человека содержится глюкоза, которая служит основным источником энергии для всех процессов, протекающих в организме.
Углеводы делят на три группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды. В основе такого деления лежит способность молекул углеводов подвергаться гидролизу.
Молекулы моносахаридов в водных растворах гидролизу не подвергаются и не изменяются. Молекулы дисахаридов разлагаются водой на две молекулы моносахаридов. При гидролизе полисахаридов из одной молекулы образуется много молекул моносахаридов.
Моносахариды глюкоза и фруктоза
Глюкоза — наиболее распространённый в природе моносахарид. Она образуется растениями в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды:
Глюкоза находится и в организмах животных. В крови человека её содержится примерно \(0,1 \) \(\%\).
Глюкоза представляет собой белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус.
В клетках живых организмов глюкоза является главным источником энергии для всех жизненных процессов. В живом организме происходит медленное окисление глюкозы с образованием углекислого газа и воды. При этом выделяется энергия:
Глюкоза используется в медицине как питательное вещество и составная часть противошоковых жидкостей. Применяется она для получения лимонной кислоты, витаминов \(C\) и \(H\).
Находит глюкоза применение в кондитерской промышленности при изготовлении мармелада, пряников, карамели; в производстве молочной кислоты, этанола.
Фруктоза имеет такой же состав, как и глюкоза, но отличается строением. Фруктоза — изомер глюкозы.
Фруктоза содержится во многих фруктах (поэтому так называется). Она входит в состав мёда (до \(50 \) \(\%\)).
Фруктоза, как и глюкоза, представляет собой мелкие кристаллы без запаха, хорошо растворимые в воде. Она в два раза слаще глюкозы и часто рекомендуется людям с нарушением обмена веществ в качестве заменителя сахара.
Дисахарид сахароза
Общая формула дисахаридов — . Наиболее известный дисахарид — сахароза, или свекловичный сахар.
Рис. \(3\). Сахароза
Сахароза широко распространена в растительном мире. Она содержится в соке всех растений. Особенно много её в корнеплодах сахарной свёклы, в стеблях сахарного тростника, в соке сахарного клёна. Эти растения специально выращивают, чтобы получать из них сахарозу.
Полисахариды
Полисахариды — углеводы, в молекулах которых многократно повторяются остатки циклической формы глюкозы.
Крахмал является запасным веществом растений и широко распространён в природе. Он в больших количествах содержится в зёрнах ржи, пшеницы, кукурузы, в клубнях картофеля.
Крахмал — белое аморфное вещество, нерастворимое в холодной воде. В горячей воде он набухает и образует клейстер. Не имеет вкуса.
Рис. \(4\). Крахмал
Крахмал входит в состав продуктов питания и является основным источником углеводов в организме человека.
В организме крахмал подвергается гидролизу под действием пищеварительных ферментов. Процесс переваривания крахмала начинается уже в ротовой полости под действием ферментов слюны. Далее гидролиз крахмала продолжается в желудке и в кишечнике. Образовавшаяся глюкоза всасывается в кровь, а затем используется клетками для получения энергии.
Целлюлоза (клетчатка) — природный полисахарид. Её формула такая же, как и у крахмала — . Степень полимеризации у целлюлозы намного выше, чем у крахмала, и составляет \(10~000\) — \(14~000\). Относительная молекулярная масса может достигать нескольких миллионов.
Макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, имеют только линейное строение.
Целлюлоза входит в состав каждой растительной клетки, так как в основном из неё у растений образованы клеточные стенки. Из целлюлозы состоят волокна льна, хлопка. Волокна хлопка — почти чистая целлюлоза (до \(98 \) \(\%\)). В древесине целлюлоза составляет до \(50 \) \(\%\) массы сухого вещества.
Рис. \(5\). Коробочки хлопка
Целлюлоза — волокнистое белое или серое вещество, без запаха и вкуса, нерастворимое в воде и органических растворителях. Она гигроскопична.
Целлюлоза, как и крахмал, подвергается гидролизу при нагревании в присутствии серной кислоты. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза:
Целлюлоза хорошо горит.
Благодаря своей прочности целлюлоза в составе древесины используется в строительстве, в производстве мебели.
Источники:
Рис. 1. Ватные палочки: https://cdn.pixabay.com/photo/2015/01/07/23/37/cotton-swabs-592148_960_720.jpg
Рис. 2. Мёд: https://cdn.pixabay.com/photo/2020/01/16/11/21/honey-4770245_960_720.jpg
Рис. 3. Сахар: https://cdn.pixabay.com/photo/2017/07/16/20/45/sugar-2510536_960_720.jpg
Рис. 4. Крахмал.
Рис. 5. Коробочки хлопка: https://cdn.pixabay.com/photo/2019/05/22/04/20/cotton-4220654_960_720.jpg