-->
|
|
|
Õèìèÿ 10 êëàññ. Ãàáðèåëÿí § 22. Óãëåâîäû, èõ êëàññèôèêàöèÿ è çíà÷åíèå
Îáùàÿ ôîðìóëà óãëåâîäîâ — Cn(H2O)m, ò. å. îíè êàê áû ñîñòîÿò èç óãëåðîäà è âîäû, îòñþäà è íàçâàíèå êëàññà. Íàçâàíèå èìååò èñòîðè÷åñêèå êîðíè è ïîÿâèëîñü íà îñíîâå àíàëèçà ïåðâûõ èçâåñòíûõ óãëåâîäîâ.  äàëüíåéøåì áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî èìåþòñÿ óãëåâîäû, â ìîëåêóëàõ êîòîðûõ íå ñîáëþäàåòñÿ óêàçàííîå ñîîòíîøåíèå (2 : 1), íàïðèìåð äåçîêñèðèáîçà — Ñ5Í10Î4. Èçâåñòíû òàêæå îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, ñîñòàâ êîòîðûõ ñîîòâåòñòâóåò ïðèâåä¸ííîé îáùåé ôîðìóëå, íî íå ïðèíàäëåæàùèå ê êëàññó óãëåâîäîâ. Ê íèì îòíîñÿòñÿ, íàïðèìåð, óæå èçâåñòíûå âàì ôîðìàëüäåãèä ÑÍ20 è óêñóñíàÿ êèñëîòà Ñ2Í402. Îäíàêî íàçâàíèå «óãëåâîäû» óêîðåíèëîñü è â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ îáùåïðèçíàííûì äëÿ ýòèõ âåùåñòâ. Êëàññèôèêàöèÿ óãëåâîäîâ ñëîæíà è ìíîãîïëàíîâà, ïîñêîëüêó ïðîâîäèòñÿ ïî áîëüøîìó ÷èñëó ïðèçíàêîâ. Íà ñõåìå 4 ïðèâåäåíà êëàññèôèêàöèÿ óãëåâîäîâ ïî ÷èñëó îñòàòêîâ ìîíîñàõàðèäîâ â ìîëåêóëå, ïî ÷èñëó óãëåðîäíûõ àòîìîâ â ìîíîñàõàðèäå è ïðèðîäå êàðáîíèëüíîé ãðóïïû â í¸ì, à òàêæå ïî îòíîøåíèþ ê îêèñëèòåëÿì.
Óãëåâîäû ïî èõ ñïîñîáíîñòè ãèäðîëèçîâàòüñÿ ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè îñíîâíûå ãðóïïû: ìîíî-, äè- è ïîëèñàõàðèäû. Ìîíîñàõàðèäû — óãëåâîäû, êîòîðûå íå ãèäðîëèçóþòñÿ (íå ðàçëàãàþòñÿ âîäîé).  ñâîþ î÷åðåäü, â çàâèñèìîñòè îò ÷èñëà àòîìîâ óãëåðîäà ìîíîñàõàðèäû ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà òðèîçû (ìîëåêóëû êîòîðûõ ñîäåðæàò òðè óãëåðîäíûõ àòîìà), òåòðîçû (÷åòûðå óãëåðîäíûõ àòîìà), ïåíòîçû (ïÿòü), ãåêñîçû (øåñòü) è ò. ä.  ïðèðîäå ìîíîñàõàðèäû ïðåäñòàâëåíû ïðåèìóùåñòâåííî ïåíòîçàìè è ãåêñîçàìè. Ê ïåíòîçàì îòíîñÿòñÿ, íàïðèìåð, ðèáîçà Ñ5Í10Î5 è äåçîêñèðèáîçà Ñ5Í10Î4. Îíè âõîäÿò â ñîñòàâ ÐÍÊ è ÄÍÊ è îïðåäåëÿþò ïåðâóþ ÷àñòü íàçâàíèé íóêëåèíîâûõ êèñëîò. Ê ãåêñîçàì, èìåþùèì îáùóþ ìîëåêóëÿðíóþ ôîðìóëó Ñ6Í1206, îòíîñÿòñÿ, íàïðèìåð, ãëþêîçà, ôðóêòîçà, ãàëàêòîçà. Äèñàõàðèäû — óãëåâîäû, êîòîðûå ãèäðîëèçóþòñÿ ñ îáðàçîâàíèåì äâóõ ìîëåêóë ìîíîñàõàðèäîâ, íàïðèìåð ãåêñîç. Îáùóþ ôîðìóëó ïîäàâëÿþùåãî áîëüøèíñòâà äèñàõàðèäîâ âûâåñòè íåñëîæíî: íóæíî «ñëîæèòü» äâå ôîðìóëû ãåêñîç è «âû÷åñòü» èç ïîëó÷èâøåéñÿ ôîðìóëû ìîëåêóëó âîäû. Îáùåå óðàâíåíèå ãèäðîëèçà äèñàõàðèäà âûãëÿäèò òàê:
Ê äèñàõàðèäàì îòíîñÿòñÿ: Ìîíî- è äèñàõàðèäû îáëàäàþò ñëàäêèì âêóñîì. Òàê, ñàìûé ñëàäêèé ìîíîñàõàðèä — ôðóêòîçà — â ïîëòîðà ðàçà ñëàùå ãëþêîçû, êîòîðóþ ïðèíèìàþò çà ýòàëîí. Ñàõàðîçà (äèñàõàðèä), â ñâîþ î÷åðåäü, â 2 ðàçà ñëàùå ãëþêîçû è â 4—5 ðàç — ëàêòîçû, êîòîðàÿ ïî÷òè áåçâêóñíà. Ïîëèñàõàðèäû (êðàõìàë, ãëèêîãåí, äåêñòðèíû, öåëëþëîçà è ò. ä.) — óãëåâîäû, êîòîðûå ãèäðîëèçóþòñÿ ñ îáðàçîâàíèåì ìíîæåñòâà ìîëåêóë ìîíîñàõàðèäîâ, ÷àùå âñåãî ãëþêîçû. ×òîáû âûâåñòè ôîðìóëó ïîëèñàõàðèäà, íóæíî îò ìîëåêóëû ãëþêîçû «îòíÿòü» ìîëåêóëó âîäû è çàïèñàòü âûðàæåíèå ñ èíäåêñîì n: (Ñ6Í10Î5)n — âåäü èìåííî çà ñ÷¸ò îòùåïëåíèÿ ìîëåêóë âîäû â ïðèðîäå îáðàçóþòñÿ äè- è ïîëèñàõàðèäû. Ðîëü óãëåâîäîâ â ïðèðîäå è èõ çíà÷åíèå äëÿ æèçíè ÷åëîâåêà ÷ðåçâû÷àéíî âåëèêè (ðèñ. 57). Îáðàçóÿñü â êëåòêàõ ðàñòåíèé â ðåçóëüòàòå ôîòîñèíòåçà, îíè âûñòóïàþò èñòî÷íèêîì ýíåðãèè äëÿ êëåòîê æèâîòíûõ.  ïåðâóþ î÷åðåäü ýòî îòíîñèòñÿ ê ãëþêîçå.
Ìíîãèå óãëåâîäû (êðàõìàë, ãëèêîãåí, ñàõàðîçà) âûïîëíÿþò çàïàñàþùóþ ôóíêöèþ, ðîëü ðåçåðâà ïèòàòåëüíûõ âåùåñòâ. Êèñëîòû ÐÍÊ è ÄÍÊ, â ñîñòàâ êîòîðûõ âõîäÿò ïåíòîçû — ðèáîçà è äåçîêñèðèáîçà, âûïîëíÿþò ôóíêöèþ ïåðåäà÷è íàñëåäñòâåííîé èíôîðìàöèè. Öåëëþëîçà — ñòðîèòåëüíûé ìàòåðèàë ðàñòèòåëüíûõ êëåòîê — èãðàåò ðîëü êàðêàñà äëÿ îáîëî÷åê ýòèõ êëåòîê. Äðóãîé ïîëèñàõàðèä — õèòèí — âûïîëíÿåò àíàëîãè÷íóþ ðîëü â êëåòêàõ íåêîòîðûõ æèâîòíûõ — îáðàçóåò íàðóæíûé ñêåëåò ÷ëåíèñòîíîãèõ (ðàêîîáðàçíûõ), íàñåêîìûõ, ïàóêîîáðàçíûõ.
Óãëåâîäû ñëóæàò â êîíå÷íîì ñ÷¸òå èñòî÷íèêîì íàøåãî ïèòàíèÿ: ìû ïîòðåáëÿåì çåðíî, ñîäåðæàùåå êðàõìàë, èëè ñêàðìëèâàåì åãî æèâîòíûì, â îðãàíèçìå êîòîðûõ êðàõìàë ïðåâðàùàåòñÿ â áåëêè è æèðû (ðèñ. 58). Ñàìàÿ ãèãèåíè÷íàÿ íàøà îäåæäà ñäåëàíà èç öåëëþëîçû èëè âîëîêîí íà å¸ îñíîâå: õëîïêà è ëüíà, âèñêîçíîãî âîëîêíà, àöåòàòíîãî ø¸ëêà. Äåðåâÿííûå äîìà è ìåáåëü ïîñòðîåíû èç òîé æå öåëëþëîçû, îáðàçóþùåé äðåâåñèíó. Êíèãè, ãàçåòû, ïèñüìà, äåíåæíûå áàíêíîòû — âñ¸ ýòî ïðîäóêöèÿ öåëëþëîçíî-áóìàæíîé ïðîìûøëåííîñòè. Çíà÷èò, óãëåâîäû îáåñïå÷èâàþò íàñ âñåì íåîáõîäèìûì äëÿ æèçíè: ïèùåé, îäåæäîé, êðîâîì. Êðîìå òîãî, óãëåâîäû ó÷àñòâóþò â ïîñòðîåíèè ñëîæíûõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Óãëåâîäîì ÿâëÿåòñÿ òàêîå æèçíåííî íåîáõîäèìîå âåùåñòâî, êàê ãåïàðèí (ïðåäîòâðàùàåò ñâ¸ðòûâàíèå êðîâè), àãàð-àãàð ïîëó÷àþò èç ìîðñêèõ âîäîðîñëåé è ïðèìåíÿþò â ìèêðîáèîëîãè÷åñêîé è êîíäèòåðñêîé ïðîìûøëåííîñòè.
Íåîáõîäèìî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî ãëàâíûì èñòî÷íèêîì ýíåðãèè íà Çåìëå ÿâëÿåòñÿ ýíåðãèÿ Ñîëíöà, à åäèíñòâåííûì ñïîñîáîì åãî àêêóìóëèðîâàíèÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ æèçíåäåÿòåëüíîñòè âñåõ æèâûõ îðãàíèçìîâ ñëóæèò ïðîöåññ ôîòîñèíòåçà, ïðîòåêàþùèé â êëåòêàõ æèâûõ ðàñòåíèé è ïðèâîäÿùèé ê ñèíòåçó óãëåâîäîâ èç âîäû è óãëåêèñëîãî ãàçà (ðèñ. 59). Êñòàòè, èìåííî ïðè ýòîì ïðåâðàùåíèè îáðàçóåòñÿ êèñëîðîä, áåç êîòîðîãî æèçíü íà íàøåé ïëàíåòå áûëà áû íåâîçìîæíà:
1. Äàéòå îïðåäåëåíèå óãëåâîäîâ. Îáúÿñíèòå ýòèìîëîãèþ ýòîãî ñëîâà. 2. Êàêèå óãëåâîäû íàçûâàþò ìîíîñàõàðèäàìè, ïîëèñàõàðèäàìè? Ïî÷åìó èõ òàê íàçûâàþò. 3. Âûïîëíèòå ó÷åáíî-èññëåäîâàòåëüñêèé ïðîåêò «Óãëåâîäû â ïðèðîäå è æèçíè ÷åëîâåêà». 4. Ñ êàêèìè âåùåñòâàìè êëàññà óãëåâîäîâ âû ñòàëêèâàëèñü â ñâîåé æèçíè? 5.  ïðîöåññå ôîòîñèíòåçà ðàñòåíèå ïîãëîòèëî 168 ë (í. ó.) óãëåêèñëîãî ãàçà. Êàêàÿ ìàññà ãëþêîçû îáðàçîâàëàñü ïðè ýòîì? Ñêîëüêî ëèòðîâ êèñëîðîäà âûäåëèëîñü â ðåçóëüòàòå ðåàêöèè?
6. Îïðåäåëèòå ìàññó ñàõàðîçû, êîòîðóþ ïîäâåðãëè ãèäðîëèçó, åñëè â ðåçóëüòàòå ðåàêöèè áûëî ïîëó÷åíî 64,8 ã ñìåñè ãåêñîç. (Âûõîä ïðîäóêòîâ ðåàêöèè ñîñòàâëÿåò 90% îò òåîðåòè÷åñêè âîçìîæíîãî.)
7. Ïëîòíîñòü âîäíûõ ðàñòâîðîâ ñàõàðîçû â íåáîëüøèõ äèàïàçîíàõ êîíöåíòðàöèè ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà ìàññîâîé äîëå ðàñòâîð¸ííîãî âåùåñòâà. Ýòî ñâîéñòâî øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â àíàëèòè÷åñêèõ öåëÿõ. Ðàññ÷èòàéòå ìàññîâóþ äîëþ ðàñòâîðà ñàõàðîçû ñ ïëîòíîñòüþ 1,024 ã/ìë, åñëè ïëîòíîñòè 5 è 10%-ãî ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî 1,020 è 1,040 ã/ìë. 8. Ïîäãîòîâüòå ñîîáùåíèå íà òåìó «Èñòîðèÿ èññëåäîâàíèÿ ñòðîåíèÿ óãëåâîäîâ» ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåñóðñîâ Èíòåðíåòà.
|
|
|