Нахождение в природе целлюлоза: нахождение в природе — Целлюлоза

Содержание

Целлюлоза, свойства, получение и применение

Целлюлоза, свойства, получение и применение.

 

 

Целлюлоза – природное высокомолекулярное органическое соединение, углевод, полисахарид с формулой (C6H10O5)n.

 

Целлюлоза, формула, строение, вещество, характеристика

Нахождение целлюлозы в природе

Физические свойства целлюлозы

Химические свойства целлюлозы. Химические реакции целлюлозы

Производство и получение целлюлозы: механический и химический методы

Применение целлюлозы

 

Целлюлоза, формула, строение, вещество, характеристика:

Целлюлоза, клетчатка (фр. cellulose от лат. cellula – «клетка») – природное высокомолекулярное органическое соединение, углевод, полисахарид с формулой (C6H10O5)n.

Молекулы целлюлозы представляют собой неразветвлённые цепочки из остатков β-D-глюкозы, соединённых гликозидными (водородными) связями β-(1→4).

Химическая формула целлюлозы (C6H10

O5)n либо [С6Н7О2(ОН)3]n.

Строение молекулы целлюлозы, структурная формула целлюлозы:

Молекула целлюлозы образована из множества (от нескольких сотен до десятков тысяч) остатков β-D-глюкозы, связанных между собой гликозидными (водородными) связями.

Молекула целлюлозы имеет линейное строение и склонна принимать вытянутую стержневую конформацию.

Так как макромолекула целлюлозы представляет собой смесь молекул (мономерных звеньев) с различной степенью полимеризации (т.е. числом мономерных звеньев в молекуле полимера), то она неоднородна по молекулярной массе. Целлюлоза из древесины имеет типичную длину цепи от 300 до 1700 единиц мономерных звеньев C6H10O5, хлопок и другие растительные волокна, а также бактериальная целлюлоза имеют длину цепи от 800 до 10 000 единиц звеньев C6

H10O5.

Молярная масса мономерного звена целлюлозы С6Н10О5 составляет 162,1406 г/моль

Целлюлоза – это растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом. Целлюлоза является главной составляющей частью и структурным материалом оболочки растительной клетки.  Кроме целлюлозы в состав клеточных оболочек входят еще несколько других углеводов, известных под общим названием гемицеллюлозы (ксилан, маннан, галактан, арабан и др.).

Внешне целлюлоза в чистом виде представляет собой белое твердое волокнистое вещество, без вкуса и запаха.

Волокна целлюлозы обладают высокой механической прочностью.

Целлюлоза не растворяется в воде, слабых кислотах и большинстве органических растворителей. Растворяется в некоторых растворителях, например, в водных смесях комплексных соединений гидроксидов переходных металлов (Сu, Cd, Ni) с NH

3 и аминами, в серной и ортофосфорной кислотах, а также в аммиачном растворе гидроксида меди (II) – реактиве Швейцера.

Хорошо впитывает воду из-за наличия гидроксильных групп в своем составе.

Подвергается разложению при участии микроорганизмов и при действии ультрафиолетовых лучей.

Не разрушается при нагревании до 200 оС.

Различные виды целлюлозы (из различных растительных материалов) структурно неоднородны, т.к. расстояние между молекулами  или звеньями молекул целлюлозы, а также взаимное расположение этих молекул  могут быть различны. Соответственно изменяются прочностные связи между молекулами, а также физические и химические свойства различных видов целлюлозы. Свойства также зависят от количества звеньев в молекуле целлюлозы (т.е. от степени полимеризации). Например, чем больше расстояние между молекулами или звеньями молекул и чем меньше прочность связи между ними, тем больше гигроскопичность целлюлозы, ее окрашиваемость, более реакционноспособна в процессах этерификации, протекающих в кислой среде, и т.д. Целлюлоза со степенью полимеризации менее 1000 растворима в концентрированной ортофосфорной кислоте, а целлюлоза со степенью полимеризации ниже 200 – также и в 10-12 % растворе гидроксида натрия.

 

Нахождение целлюлозы в природе:

В чистом виде в природе не содержится.

Целлюлоза образуется в растениях (в т.ч. водорослях) в результате сложных биохимических реакций в процессе фотосинтеза из простейших углеводов. Она представляет собой составную часть оболочки клеток растений, обеспечивая механическую прочность и эластичность растительной ткани.

В большом количестве целлюлоза содержится в волокнах хлопка – 95-98 %, льна – 60-85 %, в тканях древесины – 40-55 %, в растительных остатках, попадающих в почву (листьях, стеблях и пр.), – 40-90 %, в соломе – до 30 %.

Целлюлоза

также встречается у грибов и животных: у некоторых простейших и у оболочников (Tunicata). У последних она выделяется клетками наружных покровов и образует наружную оболочку, или тунику, животного.

Целлюлоза вырабатывается  также некоторыми бактериями, например, бактериями рода Acetobacter.

 

Физические свойства целлюлозы:

Наименование параметра:Значение:
Цветбелый
Запахбез запаха
Вкусбез вкуса
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.)твердое вещество
Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), г/см31,52-1,54
Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м31520-1540
Температура разложения, °C210
Температура плавления, °C467
Температура кипения, °C
Температура воспламенения, °C275
Температура самовоспламенения, °C420
Удельная теплота сгорания, МДж/кг16,40
Молярная масса мономерного звена целлюлозы С6Н10О5, г/моль162,1406

 

Химические свойства целлюлозы. Химические реакции целлюлозы:

Из-за наличия трёх гидроксильных групп в каждом звене целлюлоза проявляет свойства многоатомных спиртов, поэтому для нее характерны все химические реакции, свойственные спиртам: образование простых и сложных эфиров органических и неорганических кислот, получение щелочной целлюлозы и др.

Основные химические реакции целлюлозы следующие:

1. гидролиз целлюлозы:

(C6H10O5)n   

+   nH2O → nC6H12O6 (t°, H2SO4).

(целлюлоза)                      (глюкоза)

В результате реакции образуется глюкоза.

2. реакция нитрования целлюлозы (т.е. реакция целлюлозы с азотной кислотой).

3. реакция этерификации целлюлозы с уксусной кислотой.

4. реакция пиролиза целлюлозы:

При температуре выше 350 °C в отсутствии кислорода целлюлоза подвергается пиролизу (также называемому “термолизом”), разлагаясь на твердый уголь, пары, аэрозоли и газы, такие как углекислый газ и пр. продукты сложного строения.

5. реакция горения целлюлозы:

(C6H10O5)+ 6nO2 → 6nCO2 + 5nH2O (t°).

В результате реакции происходит полное окисление целлюлозы до углекислого газа и воды.

 

Производство и получение целлюлозы:

Поскольку в природе в чистом виде целлюлоза не содержится, а, как правило, образуется в растениях, то ее в основном получают из древесины. Производство (получение) целлюлозы является одним из этапов производства бумаги.

Содержание целлюлозы в древесине составляет порядка 40-55 %. Остальное  – гемицеллюлоза (ксилан, маннан, галактан, арабан и др.) и лигнин. Лигнин (от лат. lignum – дерево, древесина) – это вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток, и представляющее собой смесь  ароматических полимеров родственного строения. На лигнин приходится от 18 до 24 % массы древесины лиственных пород и 23-50 % массы хвойных пород. Причем (лигнин) последний выполняет функцию связующего вещества между волокнами целлюлозы.

Если образно сравнить древесину с железобетоном, то получается, что волокна целлюлозы, обладающие высокой прочностью на растяжение, подобны арматуре в железобетоне, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, – бетону.

Гемицеллюлоза в древесине выполняет функцию укрепления волокон целлюлозе.  Она представляет собой растительные гомо- и гетерополисахариды с меньшей, чем у целлюлозы, молекулярной массой (10 000-40 000 г/моль), состоящие из остатков разных пентоз и гексоз.

Целлюлоза получается (выделяется) из древесины двумя методами: механическим и химическим. При любом методе получения целлюлозы древесина предварительно измельчается в щепу.

 

Механический метод получения целлюлозы:

При механическом методе получения целлюлозы древесную щепу, как правило, истирают или размалывают в водной среде в присутствии специальных реагентов. Под действием воды, тепла и специальных реагентов лигнин размягчается, и древесина распадается на отдельные волокна. Затем волокна очищаются. Однако полностью лигнин из полученных волокон не удаляется, а остается на поверхности и внутри них, что сказывается на качестве полученной целлюлозы и в будущем – на получаемых бумажных листах.

Выход «механической» древесной массы получается достаточно высоким.

Бумажные листы из «механической» древесной массы имеют низкую плотность, высокую твердость и жесткость, а также цвет исходной древесины.

 

Химический метод получения целлюлозы:

Химический метод получения целлюлозы заключается в том, что древесную щепу помещают в кипящий раствор, где варят в  течении длительного времени.

По типу применяемых реагентов различают несколько способов варки древесной щепы:

сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например, гидросульфит натрия. Варка происходит при повышенной температуре и давлении. Этот способ варки применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты;

натронный. Используется раствор гидроксида натрия. Данным способом получают целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений;

сульфатный. Наиболее распространённый способ на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия. Данный способ  пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья.

В процессе варки получают техническую целлюлозу, которая выпадает в осадок, а лигнин взаимодействует с варочным раствором, в результате чего получаются различные химические вещества (кормовые дрожжи, сульфатный лигнин, сульфатное мыло, фитостерин, талловое масло, канифоль, сернистые соединения, метанол, скипидар и пр.).

Техническая целлюлоза для удаления гемицеллюлозы и облагораживания обрабатывается холодным или горячим раствором щелочи, а для удаления остаточного лигнина – хлором, озоном, кислородом, пероксидом водорода, после чего – щелочью. Процесс удаления лигнина также называется отбелкой целлюлозы и имеет цель придание ей белизны.

В итоге получается чистая целлюлоза. Общий объем получаемой химическим способом целлюлозы зависит от способа варки, а так же от вида древесины. Выход составляет от 40 до 65 %.

В отличие от целлюлозы, полученной механическим способом, целлюлоза, полученная химическим способом, имеет белый цвет, большую длину волокон, становится более гибкой.

 

Применение целлюлозы:

– для производства бумаги и картона,

– в качестве наполнителя в таблетках в фармацевтике,

– для получения искусственных волокон (вискозного, ацетатного, медно-аммиачного шёлка, искусственного меха),

– для изготовления тканей (хлопок, который большей частью состоит из целлюлозы – 95-98 %),

– для производства пластмасс, оргстекла, кино и фото пленок и пр.,

– для производства лаков,

– для производства порохов,

– для изготовления нитей, канатов,

– получение глюкозы, этилового спирта.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

карта сайта

 

Коэффициент востребованности 22 469

Целлюлоза в природе — Справочник химика 21

    На основе химического модифицирования получают главным образом различные производные целлюлозы. Природ высо-кополимер—целлюлоза практически в чистом состоянии встречается в виде хлопка и является одной из основных составных частей древесины. Из промышленных товаров практически чистую целлюлозу представляют собой вата и фильтровальная бумага. [c.555]
    По своему происхождению все волокна могут быть подразделены на природные и химические. Химические в свою очередь делятся на искусственные, изготовляемые из высокомолекулярных соединений, находящихся в природе в готовом виде (целлюлоза, казеин и др.), и синтетические волокна, получаемые из высокополимеров, предварительно синтезируемых из мономеров. Применение химических волокон растет с каждым годом. Этому способствует высокая экономическая эффективность их получения и применения, полная независимость производства от климатических и почвенных условий, практическая неисчерпаемость сырьевых ресурсов и возможность выпуска волокон с новыми, невиданными ранее свойствами. Так, затраты в человеко-днях на производство 1 т волокна составляют для шерсти (мытой) 400, для хлопка 238, а для вискозного штапеля всего 50. Если свойства природных волокон изменяются в узких пределах, то химические волокна могут обладать комплексом заранее заданных свойств в зависимости от их будущего назначения. Из химических волокон вырабатываются товары широкого потребления ткани, трикотаж, меховые изделия, одежда, обувь, обивка, спортинвентарь, драпировки, щетки, бортовая ткань, галантерея, заменители кожи, а также технические изделия корд, фильтровальные ткани, обивка для машин, рыболовные снасти, не гниющие в воде, канаты, парусина, парашюты, аэростаты, скафандры, искусственная щетина, электроизоляция, приводные ремни, брезенты высокой прочности, пожарные рукава, шланги, транспортерные ленты, хирургические нити, различная спецодежда и т. п. Химические волокна используются для герметизации и уплотнения аппаратов, работающих в агрессивных условиях. В производстве различных типов химических волокон как из природных полимеров, так и из смол имеется много общего, хотя каждый метод одновременно обладает своими характер- [c.207]

    Действительно, в природе могли протекать сложные химические реакции разложения исходных веществ, а также и синтез новых соединений в результате взаимодействия продуктов превра щения различных веществ, составляющих растение. Именно поэто му наиболее вероятно принять, что при образовании углей проис ходит взаимодействие между всеми частями растений (лигнин белки, целлюлоза, смолы, воски, жиры), если не непосредственно [c.39]

    Постоянная а, отражающая форму и плотность клубка макромолекулы, зависит от природы растворителя и гидродинамического взаимодействия в объеме клубка. Значения ее лежат в основном в пределах от 0,5 до 1,0. В хорошем растворителе макромолекула развертывается и занимает большой объем, увеличивая вязкость, а в плохом растворителе она свертывается в плотный клубок, и вязкость при той же концентрации оказывается значительно меньше. Напрпмер, для гибких макромолекул каучука в толуоле а A 0,64, для более жестких молекул целлюлозы и ее производных аж 0,81, а для растворов нитроцеллюлозы в ацетоне а 1,0. Как уже отмечалось, для растворов полимеров часто наблюдается снижение вязкости с увеличением напряжения, что объясняется разворачиванием клубков макромолекул и их взаимной ориентацией в потоке. Чем больше напряжение, тем больше развертывание макромолекул, их ориентирование и тем меньше вязкость. [c.372]


    Низший парафиновый углеводород — м ет а и — образуется в природе в результате происходящих под действием бактерий процессов разложения целлюлозы (метановое брожение). Он заключен в пустотах каменноугольных пластов, находится в недрах земли в составе нефтяных газов и, наконец, образуется при процессах сухой перегонки дерева, торфа и угля. Поэтому метай всегда содержится в больших количествах в светильном газе. [c.30]

    Встречающиеся в природе простые сахара не используются для промышленного получения этилового спирта, так как они слишком дороги и количество их слишком мало. В качестве исходных продуктов применяют более дешевые полисахариды [особенно крахмал и, реже, гидролизованную целлюлозу], которые ферментативным путем превращают в более простые, способные сбраживаться углеводы. [c.124]

    Нахождение в природе. Виноградный и плодовый сахара широко распространены в природе особенно много их содержится в сладких фруктах. Однако еще в значительно большей степени моносахариды принимают участие в образовании полисахаридов, например тростникового сахара, молочного сахара, крахмала и особенно целлюлозы, количество которой в природе превосходит количество всех остальных органических веществ. [c.415]

    Из натуральных волокон наиболее широкое применение получили хлопковые и древесные целлюлозные волокна. По химической природе хлопковую и древесную целлюлозу относят к высокомолекулярным углеводам. В составе целлюлозы различного происхождения содержатся такие функциональные группы, как альдегидные, карбоксильные, гидроксильные. Лигнин тоже содержит значительное количество функциональных групп, в первую очередь, мета-ксильных и гидроксильных, некоторое количество карбонильных групп и двойных связей. Благодаря особенностям строения и состава волокна целлюлозы обладают высокими модулями растяжения и значительной прочностью наряду с достаточной гибкостью, обусловленной лентообразной формой волокон. Волокна древесины мягких пород (хвойных) и твердых (лиственных) проявляют различную гибкость вследствие равной толщины. [c.173]

    Для ионного обмена в тонких слоях применяют специальные сорта ионообменной целлюлозы. В зависимости от природы активных групп ионообменные целлюлозы могут быть катионитами и анионитами. В тонких слоях этих целлюлоз можно разделять не только неорганические ионы, но и ряд органических соединений пептидов, белков, нуклеотидов, липидов и др. [c.131]

    Процесс деструкции во многом зависит от природы и строения полимера. Химическая деструкция, например, наиболее характерна для гетероцепных полимеров (целлюлоза, крахмал, белки, полиамиды, полиэфиры, полиуретаны и т. д.) и протекает с разрывом связи углерод — гетероатом. [c.409]

    Наполнители вводятся с целью улучшения физико-механических свойств пластмасс, а также для снижения их стоимости. По своей природе наполнители делятся на органические и минеральные. Органические наполнители — древесная мука, хлопковый линт, целлюлоза, бумага, хлопчатобумажная ткань и др. Минеральные наполнители — кварцевая мука, мел, каолин, асбест, стекловолокно и др. [c.260]

    Попытки писать о полимерах все и вообще заранее обречены на неудачу, и даже в получивших широкое распространение книгах бесспорно компетентных в области химии и физической химии авторов содержатся ошибки, порожденные тем, что, вторгаясь в некоторые области физики, эти авторы пренебрегают количественными подходами там, где они на самом деле необходимы в итоге получаются, в лучшем случае, очень спорные выводы, которых легко можно было бы избежать, прибегнув к простым расчетам. Число примеров, обосновывающих развиваемый тезис, можно было бы сделать весьма большим укажу лишь, что применение элементарных принципов корреляционного анализа без всякой дискуссии показало бы наличие дальнего порядка в целлюлозе, а значит и ее кристаллическую природу (если только не [c.4]

    Природа полупроницаемой перегородки в зависимости от системы, подвергаемой диализу, может быть различной. Ранее в качестве мембраны использовали бычий пузырь или пергамент. В настоящее время чаще всего применяют мембраны, приготовленные из коллодия — раствора нитрата целлюлозы. Эти перепонки очень удобны, так как их легко изготовить с порами любого диаметра. Нужная пористость коллодиевой.мембраны обеспечивается путем подбора растворителя для нитрата целлюлозы и условии сушки [c.256]

    В предыдущих разделах рассмотрены свойства растворов полимеров, макромолекулы которых не содержат ионогенных групп. К таким полимерам относятся натуральный и синтетический каучуки, полиизобутилен, нитрат целлюлозы, ацетат целлюлозы и многие другие полимеры. Однако молекулы ряда высокомолекулярных веществ содержат ионогенные группы и в растворах способны распадаться на ионы. Такие высокомолекулярные электролиты, или п о л и э л е, кт р о л и т ы, по природе содержащихся в них ионогенных групп можно разделить на три категории  [c.468]


    Интересны недавно полученные данные (В. И. Юрьев и Б. М. Бухтеев) по исследованию влияния химической природы различных активных групп на электрокинетические свойства ( -потенциал и поверхностная проводимость) и некоторые другие характеристики целлюлозы. Эти авторы получили большое число различных производных целлюлозы и провели определения электрокинетического потенциала методом потенциала течения с учетом поверхностной проводимости. Приводим некоторые из полученных результатов для -потенциала в табл. 23. [c.155]

    Описанный принцип построения больших молекул встречается и в природе. Например, самый распространенный на земле органический полимер — целлюлоза, образующий стенки растительных клеток и обеспечивающий механическую прочность всех древесных пород, построен из связанных в цепочку мономерных фрагментов циклической формы глюкозы [c.139]

    Многие свойства полимеров (высокая вязкость растворов, растворение с предварительным набуханием, механические свойства, нелетучесть, неспособность переходить в парообразное состояние и т. д.) тесно связаны с большой энергией межмолекулярного взаимодействия. Именно резко возрастающая роль межмолекулярных сил является одной из важнейших особенностей полимеров, качественно отличающей их от низкомолекулярных соединений. Высокомолекулярные соединения широко распространены в природе — это животные и растительные белки, углеводы (целлюлоза и крахмал), натуральный каучук, смолы и др. С каждым годом растет число полимеров, создаваемых синтетически. Сегодня химия в состоянии не только воспроизводить многие природные полимеры, как, например, натуральный каучук, некоторые белки, но и создавать массу новых синтетических полимерных веществ, которых в природе не существует. В качестве примера можно привести элементорганические полимеры, которые обладают комплексом свойств, присущих как органическим, так и неорганическим полимерам. [c.327]

    Широкое применение в технике и в быту находит другой распространенный в природе полисахарид — к л е т ч а т-к а (СвНюО п. называемая также целлюлозой. Стенки растительных клеток почти целиком состоят из клетчатки. В древесине содержание клетчатки достигает 60%, а в волокнах хлопка — 90%. Хлопчатобумажные волокна, бумага, вата почти нацело состоят из клетчатки. [c.165]

    К строительным полисахаридам относится прежде всего целлюлоза — наиболее распространенное в природе органическое соединение. Целлюлоза не растворяется в воде и других растворителях и является основным строительным материалом высших растений. Она имеет огромное практическое значение, прежде всего для бумажной и текстильной промышленности. Чистую целлюлозу получают экстракцией размельченной древесины, например раствором гидросульфита кальция (в нем растворяются другие компоненты древесины). Наиболее чистой природной формой целлюлозы является хлопок. [c.214]

    Под общим названием углеводы объединяют широко распространенные в природе соединения, к которым относятся и сладкие на вкус, растворимые в воде, вещества, называемые сахарами, и род-.ственные им по химической природе, но гораздо более сложные по составу, нерастворимые и не имеющие сладкого вкуса соединения, такие, как, например, крахмал и целлюлоза (клетчатка). [c.220]

    В природе встречаются полисахариды, образованные как пентозами (пентозаны), так и гексозами (гексозаны). Последние имеют наибольшее значение важнейшими представителями их являются а) крахмал, б) гликоген (животный крахмал) и в) целлюлоза (клетчатка ). [c.259]

    Углеводы — вещества состава С Н2 0 , имеющие первостепенное биохимическое значение, широко распространенные в живой природе. К ним относятся различные сахаристые вещества, крахмал, целлюлоза (клетчатка). Название углеводы сохранилось за ними с тех времен, когда строение этих соединений еще не было изучено, но установлен был их состав, отвечающий общей формуле С (Н20) . По этой формуле углеводы рассматривали как гидраты углерода — соединения углерода с водой — углеводы. [c.280]

    На состояние системы раствор соли — монокарбоксилцеллю-лоза большое влияние оказывает концентрация и pH раствора, степень окисления целлюлозы, природа катиона и аниона и т. д. Однако роль этих факторов систематически не изучалась. [c.127]

    Лигнин — это полимер ароматической природы, является по ])аспространенности вторым после целлюлозы. Он построен из ] ислородных производных фенилпропана, содержит гидроксиль — 1[ые (спиртовые и фенольные) и карбонильные группы. Лигнин играет роль цементирующего вещества, склеивающего пучки цел — Jмлoзныx волокон для придания устойчивости стеблям и стволам. (Збразование лигнина характерно только для сосудистых растений. [c.48]

    На состав этролов влияет природа применяемого эфира целлюлозы (связующего). В зависимости от природы эфира соотношение между пластификатором, связующим и наполнителем различно. Так, для ацетата целлюлозы требуется большее количество пластификатора, поскольку непластифицировап-ном виде она не поддается формованию. Простые эфиры целлюлозы (и особенно бензилцеллюлоза) — высокотермопластичные материалы, способные перерабатываться в изделия с добавкой малых количеств пластификатора (5 —10%). Этролы па основе [c.107]

    Сорбит (D-глюцит) впервые обнаружен в 1872 г. в свежем соке ягод рябины. Широко распространен в природе — найден во фруктах (яблоки, слива, груша, вишня, финики, персики, абрикосы и др.), в красных морских водорослях. Раньше сорбит получали в промышленности электролитическим восстановлением глюкозы в настоящее время способ заменен каталитическим гидрированием глюкозы под давлением. Химическое восстановление глюкозы в сорбит осуществлено амальгамой натрия, а та.кже с помощью циклогексанола или тетрагидрофурилового спирта в присутствии никеля Ренея. Сорбит наряду с маннитом образуется при гидрировании фруктозы, инвертированного сахара и при гидролитическом гидрировании сахарозы. Сорбит может быть получен гидролитическим гидрированием крахмала и целлюлозы [12], кроме того, при восстановлении ла/ктонов О-глюкоиовой кислоты, а та,кже по реакции Канниццаро (2 молекулы глюкозы в присутствии щелочи и катализатора гидрирования диспропорциониру-ются в сорбит и глюконовую кислоту [13]). [c.12]

    Лигносульфоновые кислоты. В связи с вопросом о действии сульфитов на фенолы и хиноны необходимо упомянуть о сульфокислотах, образующихся при удалении лигнина из древесинь1 в производстве целлюлозы по сульфитному методу. На попытки выяснения строения этих кислот затрачено много труда, однако эта цель далеко еще не достигнута [935]. Имеются две точки зрения на природу лигносульфоновых кислот. Согласно одной из них бисульфит реагирует с соединениями фенольного типа в их тауто-мерноп кето-форме [936], как это имеет место, нанример, в случае с резорцином. Согласно другой, более правдоподобно гипотезе сульфит присоединяется по двойной связи [937], стоящей в боковой цепи и сопряженной с карбонильной группой типа коричного альдегида. [c.142]

    Процесс образования угля в природе, называемый углефикацией или карбонизацией, разделяется на биохимическую (диагенезис) и геологическую (метаморфизм) стадии [63], На стадии диагенезиса углеводородные соединения растительных остатков (целлюлоза, лигнин, глюкоза, крахмал и др.) в результате реакций окисления кислородом воздуха и кислородом, содержащимся в проточных водах, а также под воздействием анаэробных бактерий превращались в гомогенизированное вещество — гумус. Б гумусе продолжалось взаимодействие входящих в его состав органических и привнесенных водой неорганических компонентов. Стадия метаморфизма проходила лосле образования над отложившейся органической массой достаточно мощных осадочных слоев неорганических веществ, т. е. на большой глубине и при высоких давлениях и температурах без доступа воздуха. В таких условиях органическое вещество уплотнялось и обезвоживалось, из него выделялся метан, что приводило к уменьшению содержания кислорода и водорода и росту содержания углерода. [c.64]

    I Для хорошего набухания и растворения полимера необходима его близость по природе (или полярности) к растворителю. Если Они сильно различаются по этим параметрам, то набухания я растворения не происходит. Например, неполярные полимеры алифатического ряда хорошо смешиваются с неполярными предельными углеводородами (бензином) и не взаимодействуют с силь-рополярными жидкостями (вода, спирты). Полярные полимеры [ [целлюлоза, поливиниловый спирт) не взаимодействуют с углево- цородами и хорошо набухают и растворяются в воде. Ароматиче-. кии полистирол не растворяется в воде, слабо набухает в бензине, 1(0 хорошо растворяется в ароматических растворителях (толуол, [c.318]

    При совместном и последовательном воздействии на целлюлозу различных этерифицирующих агентов можно получать смешанные простые эфиры, обладаюшие широким разнообразием свойств в зависимости от природы заместителей. [c.312]

    Динамика разложения ксантогената целлюлозы существенно зависит от химической природы кис юты. На рис. 6.6 приведена зависимость степени разложения ксантогената целлюлозы от концентрации различных кислот. [c.317]

    Сложные полисахариды, содержащие N-aцилглюкoзaминoвыe звенья, являются созданными природой переходами от целлюлозы, амилозы и других простых полисахаридов к протеинам и белкам. Они образуют в живых тканях растений и животных молекулярные комплексы как с полисахаридами, так и с про- [c.331]

    Целлюлоза (от лат. се11и1а — клетка), или клетчатка,— главная составная часть оболочек растительных клеток. Целлюлоза в чистом виде обычно в природе не встречается. Но волокна хлопчатника (очищенная вата) и фильтровальная бумага могут служить образцами почти чистой целлюлозы. [c.249]

    В соответствии с основным делением химических соединений, по типу входящих в составное звено элементов, можно выделить неорганические, органические и элементоорганические полимеры. По происхождению полимеры бывают природные (встречаются в природе, например, натуральный каучук, крахмал, целлюлоза, белки), модифицированные (дополнительно измененные природные полимеры, например, резина) и синтетические (полученные методом синтеза). По характеру соединения составных звеньев в составе макромолекулы различают полимеры линейные, разветвленные, лестничные, трехмерные сшитые и их видоизменения (рис. 31.1). По отношению к нагреванию выделяют термопластичные и термореактивные (см. ниже). По типу химической реакции, используемой для получения, различают полимеризационные (реакция полимеризации) и поликон,ценсационные (реакция поликонденсации) полимеры. [c.603]

    Из-за различия в величине К индивидуальные вещества перемещаются по 1вердой фазе с разной скоростью и благодаря этому отделяются друг от друга. В зависимости от природы твердого носителя и свойств жидкой неподвижной фазы, а также способа проведения эксперимента распределительная хроматография делится на колоночную, бумажную и топкослойиую. В колоночной и тонкослойной распределительной хроматографии может быть применен любой твердый носитель, который прочно удерживает неподвижную фазу, легко пропуская подвижную жидкую фазу, и не вызывает побочных явлений (каталитического воздействия на компоненты смеси и т. п.). В качестве таких нссителей чаще всего применяют силикагель, кизельгур, гипс, цеолиты, крахмал, целлюлозу, диатомит. [c.65]

    Распределительная хроматография основана на различной растворимости разделяемых веществ в заданном растворителе. Природа сил межмолекулярно-го взаимодействия та же, что и в адсорбционной хроматографии, но в первую очередь обусловлена ван-дер-ваальсовыми силами. Поскольку разделение протекает на границе двух несмещивающихся между собой фаз — неподвижной (жидкости) и подвижной (жидкости или газа), процесс разделения веществ определяется различием их коэффициентов распределения между обеими фазами. Одна из фаз, используемых в распределительной хроматографии, богаче ор-га [ическим растворителем, другая — водой. Водная фаза обычно закрепляется на твердых гидрофильных носителях, например силикагеле, диатомовой земле, крахмале, гидрофильных гелях, измельченной в порошок целлюлозе, фильтровальной бумаге. Органическая фаза обычно выполняет роль подвижной фазы. [c.221]

    Вопрос, почему природа предпочитает менее устойчивую форму целлюлозы для несущего каркаса растений, остается открытым [7]. Попытаемся проанализировать этот необычный. выбор природы. Дело в том, что мерсеризованная или регенерированная целлюлоза значительно эффективнее атакуется целлюлолитиче-скими ферментами, чем нативная (целлюлоза I) [8, 9]. Таким образом, если бы клеточные стенки растений состояли в основном из целлюлозы II, они были бы гораздо менее устойчивыми по отношению к микробной атаке извне. Видимо, выбор природой менее реакционноспособной целлюлозы I был не случайным и определился в результате закономерного естественного отбора. [c.18]

    Крахмал и целлюлоза (клетчатка) — продукты поликонденсации (межмолекулярной дегидратации) соответственно а-и -форм глюкозы. Они являются полисахаридами с общей формулой (СбНю05) . Степень полимеризации крахмала составляет 1000-6000, а целлюлозы 10000-14000. Целлюлоза- наиболее распространенное в природе (содержится в древесине) органическое вещество. Очень трудно подвергается гидролизу (НС1, > 100 °С) до глюкозы. [c.226]

    Цедлюлоза (клетчатка). Целлюлоза широко распространена в природе — из нее состоят ткани растении. Вата, фильтровальная бумага — наиболее чистые формы клетчатки (до 96%), Целлюло.за составляет примерно половину массы древесины, образуя оболочку рас- [c.248]

    Значение органических соединений огромно уже потому, что вся жизнь на Земле связана с их возникновением и превращениями. В природе эти соединения находятся чаще всего в виде сложных смесей и лищь изредка появляются в чистом виде (например, хлопок — это весьма чистая целлюлоза, а камни в желчном пузыре представляют собой иногда почти чистый холестерин). Органические соединения служат животным и людям пищей (например, зерно, мясо) и издавна используются как сырье при производстве тканей (шерсть, хлопок, лен и т. д.). В современном обществе очень важную роль играют синтетические макромолекулярные соединения, производство которых достигает многих миллионов тонн в год и которые используются в самых разных отраслях промышленности как конструкционный материал, синтетические волокна, клеи и т. д. Многие из этих синтетических материалов по своим свойствам превосходят природные материалы. Органические соединения являются основными компонентами ряда препаратов, используемых в повседневной жизни, например лекарственных препаратов, моющих средств, огнетушащих средств, пестицидов (т. е. веществ, уничтожающих разных вредителей животных и растений) и т. д. [c.10]


Нахождение в природе и организме человека.

Целлюлоза является основной частью стенок растений. Относительно чистой целлюлозой являются волокна хлопчатника, джута и конопли. Древесина содержит от 40 до 50% целлюлозы, солома — 30%. Целлюлоза растений служит питательным веществом для травоядных животных, в организме которых имеются расщепляющие клетчатку ферменты. Целлюлоза, так же как и крахмал, образуется в растениях при реакции фотосинтеза. Она является основной составной частью оболочки растительных клеток; отсюда происходит ее название —- целлюлоза («целлула» — клетка). Волокна хлопка — это почти чистая целлюлоза (до 98%). Волокна льна и конопли тоже состоят главным образом из целлюлозы. В древесине ее содержится примерно 50%.

Заключение:

Биологическое значение углеводов очень велико:

  1. Углеводы выполняют пластическую функцию, то есть участвуют в построении костей, клеток, ферментов. Они составляют 2-3 % от веса.

  2. Углеводы выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. Целлюлоза образует стенки растительных клеток. Сложный полисахарид хитин служит главным структурным компонентом наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов.

  3. Углеводы являются основным энергетическим материалом (см. ). При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 воды. Крахмал у растений и гликоген у животных откладываются в клетках и служат энергетическим резервом.

  4. В крови содержится (0,1-0,12%) глюкозы. От концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.

  5. Пентоза (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в постоении АТФ.

В суточном рационе человека и животных преобладают углеводы. Животные получают крахмал, клетчатку, сахарозу. Хищники получают гликоген с мясом.

Ежедневная потребность человека в сахарах составляет около 500 граммов, но она пополняется в основном за счет крахмала, содержащегося в хлебе, картофеле, макаронных изделиях. При рациональном питании суточная доза сахарозы не должна превышать 75 граммов (12 – 14 стандартных кусочков сахара, включая тот, что расходуется на приготовление пищи).

Кроме того, углеводы играют значительную роль в современной промышленности – технологии и продукты, в которых используются углеводы, не загрязняют окружающей среды, не приносят ей ущерба.

Приложения. Приложение 1:

Приложение 2:

История открытия и производства сахара из свёклы.

Родиной сахарного тростника считается Индия (слово «сахар» тоже «родом» из Индии: «сакхара» на языке одного из древних народов полуострова означало сначала просто «песок», а затем – «сахарный песок»). Из Индии это растение было вывезено в Египет и Персию; оттуда через Венецию сахар поступал в европейские страны. Долгое время он стоил очень дорого и считался роскошью.

Культивировалась свекла с давних времен. В древних Ассирии и Вавилоне свекла выращивалась уже за 1,5 тыс. лет до н.э. Окультуренные формы свеклы известны на Ближнем Востоке с VIII-VI вв. до н.э. А в Египте свекла служила главной пищей рабов. Так, из диких форм свеклы, благодаря соответствующей селекции, постепенно были созданы сорта кормовой, столовой и белой свеклы. Из белых сортов столовой свеклы были выведены первые сорта сахарной свеклы.

Появление нового альтернативного тростнику, сахароноса историки науки связывают с эпохальным открытием немецкого ученого-химика, члена Прусской академии наук А. С. Маргграфа (1705-1782). В докладе на заседании Берлинской академии наук в 1747 г. он изложил результаты опытов по получению кристаллического сахара из свеклы.

Полученный сахар, как утверждал Маргграф, по своим вкусовым качествам не уступал тростниковому. Однако Маргграф не видел широких перспектив практического применения своего открытия.

Дальше в исследовании и изучении данного открытия пошел ученик Маргграфа — Ф. К. Ахард (1753-1821). Он с 1784 года активно взялся за усовершенствование, дальнейшую разработку и внедрение в практику открытия своего учителя.

Ахард прекрасно понимал, что одним из важнейших условий успеха нового, весьма перспективного дела, является улучшение сырья-свеклы, т.е. повышение ее сахаристости. Уже в 1799 году труды Ахарда увенчались успехом. Появилась новая ветвь культурной свеклы – сахарная. В 1801 году в своем имении в Кюцерне (Силезия) Ахард построил один из первых сахарных заводов в Европе, на котором освоил получение сахара из свеклы.

Комиссия, направленная Парижской академией наук, провела обследование ахардовского завода и пришла к выводу, что выработка сахара из свеклы нерентабельна.

Лишь единственные на то время английские промышленники, которые являлись монополистами по производству и продаже тростникового сахара, усмотрели в сахарной свекле серьезного конкурента и несколько раз предлагали Ахарду крупные суммы при условии, что он откажется от проведения своих работ и публично заявит бесперспективности производства сахара из свеклы.

Но Ахард, свято веривший в перспективность нового сахароноса, на компромисс не шел.С 1806 года Франция отказывается от производства сахара из тростника и переходит на свеклосахарное, которое со временем получало все большее распространение. Наполеон оказывал большую поддержку тем, кто проявлял желание выращивать свеклу и производить из нее сахар, т.к. увидел в развитии новой отрасли возможность одновременного развития сельского хозяйства и промышленности

Старинный русский способ получения сахара из растений, содержащих сахарозу.

Этот простой метод получения сахара, рассчитан специально для домашних условий. Способ содержит элементы старинных русских рецептов получения сахара, в том числе использованы методики, предложенные еще в 1850-1854 г. инженером Толпыгиным. Сырьем для получения сахара служат растения — сахароносы, содержащие сахарозу. Для получения сахара следует использовать ягоды, фрукты, овощи с наибольшим содержанием сахара, т.е. наиболее сладкие.

Последовательность получения сахара следующая:

  1. Измельчение продукта;

  2. Получение сока;

  3. Отделение от примесей;

  4. Сгущение сока до сиропа;

  5. Извлечение кристаллического сахара.

Первый этап: Итак, превращение сахаросодержащего продукта в сахар основано на добывании сока из него.

Если вы используете нежные плоды (земляника, клубника и др. ягоды), то достаточно их размять. Если это, например, абрикосы, персики, то их следует разломить, вынуть косточки. Если применяется арбуз или дыня, то содержимое плода извлекается из оболочки и освобождается от семечек. Также рекомендуется свежесорванные ягоды, плоды выдержать предварительно 2-3 часа для повышения выхода сока. Если это сахарная свекла, яблоки или морковь и др., продукт измельчается в стружку. Чем тоньше и длиннее стружка, тем больше факторов, благоприятствующих ее обессахариванию. Хорошая стружка рекомендуется с шириной полоски 2-3 мм, а толщина 1-1,5 мм.

Второй этап: Измельченный продукт заливается водой до полного его покрытия и проваривается при температуре 70-72 °С. Если температура будет ниже 70°С, то не убиваются возможные микробы, если выше 72°С, то начинается размягчение стружки.

Время варки 45-60 минут при помешивании деревянной лопаткой. Сахар из стружки переходит в воду, которая становится соком. Стружка после извлечения из нее сахара называется жом. Из жома отжимается сок и жом убирается.

Третий этап: Полученный сок имеет темный цвет и высокое содержание примесей. Темная окраска, если от нее не избавиться, передается потом кристаллам сахара. Если на этой стадии выпарить из сока воду, вы получите сахар, но он будет иметь привкус исходного продукта, его цвет и запах. Сок имеет кислую реакцию, поэтому необходима его нейтрализация. Если этого не сделать, сок будет сильно пениться при выпаривании и тем затруднять этот процесс. Наиболее дешевый способ счистки сока — его обработки обожженой гашенной известью СА (ОН)2. В сок, подогретый до 80-90 °С, добавляем известь (в крайнем случае можно использовать строительную известку). На 10 л сока требуется примерно 0,5 кг извести. Известь следует добавлять постепенно, постоянно помешивая сок. Дать раствору выдержку 10 минут. Затем для того, чтобы осадить известь нужно пропустить через сок углекислый газ СО2. Можно использовать углекислый газ из баллончиков к бытовым сифонам (для получения газированной воды), промышленные баллоны с газом для сатураторов или из огнетушителей серии ОУ и ОВП. Газ из баллончика по трубке подается в нижнюю часть сосуда с горячим соком. На конце трубки следует установить распылитель (рассеиватель) с множеством мелких отверстий для более эффективного использования газа. Еще лучшего результата можно добиться одновременно помешивая раствор. Хорошее распыление газа гарантирует высокий коэффициент его использования и сокращает время процесса (около 10 минут). Раствору надо отстояться, затем профильтровать. Более эффективными являются фильтры с использованием активизированного древесного или костяного угля. Но в крайнем случае можно использовать тканевый фильтр.

Для окончательного осветления сока и удаления запаха сырья предлагаю русский проверенный способ. Через сок следует пропустить сернистый газ SO2. Обработку сернистым газом важно провести именно перед выпариванием, т. к. действие газа сказывается и при выпарке, что способствует меньшему потемнению сиропа. Необходимо иметь серу. Сера при нагревании плавится и в смеси с воздухом образуется сернистый газ. Старыми мастерами применялись два герметичных сосуда, соединенных между собой трубкой. В одном — вода, в другой закладывалась сера. Из сосуда с серой выходила 2-я трубка к рассеивателю на дно емкости с соком. При нагревании обоих сосудов водяной пар, проходя по трубке, вытеснял сернистый газ из 2-го сосуда и поступал к рассеивателю. Рассеиватель можно взять тот же.

Эту схему можно несколько упростить: взять только один сосуд с серой, к входной трубке его подсоединить компрессор для аквариума или другой насос и продувать воздухом газ, скапливающийся в сосуде с серой. Продувку газом надо проводить до полного осветления сока. Для ускорения процесса лучше одновременно подмешивать сок. Сернистый газ бесследно улетучивается из раствора в открытом сосуде, но работать следует в хорошо проветриваемом помещении.

Сернистый газ SO2 является лучшим антисептиком. Он сильно коррозирует металлическую посуду, поэтому следует использовать эмалированную. Очень большим достоинством этого газа, в значительной мере перекрывающим его недостатки, является возможность полостью удалить его из продукта. При нагревании продукта, обработанного сернистым газом, последний улетучивается, не оставляя ни запаха, ни привкуса. Газ широко используется на консервных заводах для консервирования различных продуктов.

Серу можно купить в хозяйственном магазине или в магазине для садоводов, она там продается как «Сера садовая» — содержит 99,9 % серы. Если найти серу Вам не удалось, не расстраивайтесь. Ваш сахар будет не такой белый, сохранит оттенок исходного продукта, но по вкусовым качествам будет не хуже белого.

Четвертый этап: Следующий этап — сгущение очищенного и обесцвеченного сока в сироп. Необходимо удалить из сока большое количество воды. Лучше всего это сделать выпариванием сока на русской печи, на малом огне плиты, ни в коем случае не доводя сироп до кипения (во избежание его потемнения).

В процессе выпаривания сироп все более сгущается. Если в пересыщенный раствор, не имеющий кристаллов сахара, ввести затравку в виде нескольких граммов сахарной пудры, то она вызовет образование новых кристаллов. Определение момента заводки в раствор пудры является очень ответственным и заключается с следующем простейшем способе: капля сиропа, зажатая между пальцами, при их раздвигании образует тонкую нить (волос), тогда наступает момент затравки. На 10 литров сиропа количество затравки составит половину чайной ложки пудры. Если завести мало пудры, то кристаллы образующегося сахара будут крупными, если много — мелкими. Достаточное количество кристаллов образуется примерно через 10-15 минут после внесения затравки. Дальнейшую кристаллизацию следует проводить при непрерывном охлаждении и перемешивании продукта,

Полученный продукт называется «утфель», в нем содержится до 7-10% воды и 50-60% выкристаллизовавшегося сахара и межкристаллическая жидкость (патока).

Пятый этап: Следующая операция отделение кристаллов от патоки. После окончания кристаллизации всю массу нужно выгрузить в ткань с ячейкой 0,3 мм, подвесить ее за углы в один узел над емкостью для слива патоки. При этом постараться отжать массу. Для увеличения процента выхода сахара патоку лучше использовать повторно в качестве добавки к сиропу.

Сахар после слива патоки получается желтоватого цвета. Далее можно использовать метод пробелки, отлично зарекомендовавший себя в 1854 г. и предложенный инженером Толпыгиным. Этот метод, внедренный в России, быстро распространился в мировой сахарной промышленности и именовался «русским». Сейчас метод незаслуженно забыт. Он заключается в пробелке утфеля паром и позволяет получить белый сахар высокого качества. Ткань с сахаром надо плотно подвязать на таз с малым количеством кипящей воды. Пар, поднимаясь, будет проходить через сахар, очищая его от белой патоки. Полученный белый сахар даже на ощупь влажный при хранении будет комковаться и превратится в сплошную глыбу. Поэтому пред долговременным хранением сахар следует высушить.

Химия

Асхабутдинова Наталия Николаевна

Учитель химии МБОУ «Школа №109 имени М.И.Абдуллина»

Городского округа город Уфа Республики Башкортостан

10 класс

 

Тема: «Полисахариды. Крахмал и целлюлоза».

Цель: Рассмотреть важнейшие полисахариды: крахмал и целлюлозу. Сравнить их строение, свойства, применение и значение в природе.

Задачи урока:

1.     Изучить строение, свойства, применение полисахаридов.

2.     Развивать умение выявлять связь между составом, строением молекул полисахаридов и их свойствами.

3.     Развивать умения работать в определенном темпе, умения объяснять, сопоставлять и сравнивать, анализировать, обобщать и делать выводы.

4.     Формировать научное мировоззрение, воспитывать терпимость, уважительное отношение к людям, формировать экологическое воспитание.

5.     Показать связь между предметами химия, биология, география, история; научить применять полученные знания в жизни.


Оборудование: ПК, медиапроектор, экран. На партах учащихся: вата, крахмал, срез клубня картофеля, лук, кусочек хлеба, колбаса, молоко, мед, сахар, лист комнатного растения, вода, йодная настойка, пробирки, фильтровальная бумага.

Методы и приемы обучения: лекция с элементами беседы, работа с учебником,  ИКТ, лабораторная работа.


Тип урока: изучение нового материала.


Структура урока

I.                   Организационный момент.    

II.                Актуализация знаний. /Классификация углеводов/                  

III.             Объяснение нового материала.

IV.            Закрепление знаний.

V.               Домашнее задание.

VI.            Подведение итогов урока. Рефлексия.

Ход урока.

I.                   Организационный момент.    

II.                Актуализация знаний.

·        Фронтальный опрос.

1.     Какой класс органических веществ мы изучаем?

2.     Какие соединения называются углеводами?

3.     Назовите общую формулу углеводов?

4.     Приведите классификацию углеводов.

5.     В чем двойственность химических свойств глюкозы?

6.     Какие дисахариды вы знаете?

·        Индивидуальная работа. Тест 1.

1. Расположите вещества в порядке возрастания числа атомов углерода в составе молекулы:

А. Сахарозы

Б. Глюкозы

В. Рибозы                      

2. Глюкоза содержит функциональные группы:

А. Гидроксильную

Б. Карбонильную

В. Карбоксильную

3. Лактоза относится к группе:

А. Моносахаридов

Б. Дисахаридов

В. Полисахаридов

4. Реагент, применяемый для распознавания глицерина и глюкозы

А. Бромная вода

Б. Оксид серебра

В. Гидроксид меди

5. Углеводы – это:

А.  Многоатомные спирты, содержащие в своем составе спиртовую, альдегидную группы
Б. Органические молекулы, в состав которых входит несколько остатков аминокислот, связанных пептидной связью
В. Сложные эфиры жирных кислот и различных спиртов.

6. Изомерами являются:

А. Фруктоза и сахароза

Б. Фруктоза и глюкоза

В. Фруктоза и крахмал

7. В результате какой реакции из молекулы дисахарида можно получить два остатка моносахаридов?

А. Пиролиз

Б. Гидролиз

В. Брожение

8. ЗАДАЧА.

 Какую массу глюкозы необходимо подвергнуть брожению, чтобы получить этиловый спирт массой 46г, если практический выход – 90%?

III.    Объяснение нового материала.

 

Сравнение крахмала и целлюлозы.

Заполнение таблицы. Работа в парах.

Сравнение крахмала и целлюлозы.

 

Признаки сравнения

Крахмал

Целлюлоза

1. Число мономеров

 

 

2. Строение

 

 

3. Физические свойства

 

 

4. Химические свойства

 

 

4.1. Качественная реакция

 

 

5. Нахождение в природе

 

 

6. Применение

 

 

 

 

1). Состав и строение молекул полисахаридов.

а)  Состав и строение молекул крахмала. 

В 1811 году выдающийся русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф, нагревая крахмал с разбавленным раствором серной кислоты, получил глюкозу. Так как количество серной кислоты до и после реакции оставалось неизменным, ученый сделал вывод о каталитической роли серной кислоты в данной реакции. Другой  важный вывод заключался в том, что элементарным звеном полимерной цепи  крахмала являются остатки глюкозы. Его общая формула (С6Н10О5)n. Установлено, что макромолекула крахмала состоит из остатков молекул циклической α-глюкозы.  Установлено, что крахмал состоит из двух полисахаридов – амилозы и амилопектина. В ходе беседы учащиеся отмечают, чем отличаются по строению эти полисахариды.

Помимо крахмала растительного происхождения в печени человека и животных обнаружен животный крахмал – гликоген. Структура гликогена похожа на амилопектин, но еще более разветвлена. Гликоген – резервный полисахарид. Служит основным источником глюкозы в организме.


б) Состав и строение молекул целлюлозы     

Учащиеся находят сходство и отличия в строении целлюлозы и крахмала. Учитель задает вопрос: почему крахмал и целлюлоза – вещества с одинаковой молекулярной формулой обладают различными свойствами?

В ходе беседы учащиеся приходят к выводу, что:

— свойства полимеров зависят от числа  элементарных  звеньев  и  их  структуры.   

— степень полимеризации у целлюлозы  намного  больше,  чем  у  крахмала. 

— макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, состоят из остатков

   молекулы  β-глюкозы  и имеют только линейное  строение. 

— макромолекулы  целлюлозы  располагаются  в одном направлении и образуют волокна  (лен, хлопок, конопля).

2). Физические свойства крахмала и целлюлозы.

     Лабораторный  опыт 1.

Рассмотрите крахмал и целлюлозу (вату). Исследуйте их растворимость в холодной воде. Что наблюдаете? Чем отличаются по свойствам вещества? Сделайте выводы и запишите их  в таблицу.

3). Химические свойства полисахаридов.

а). Химические свойства крахмала. Работа с учебником. Напишите химические свойства полисахаридов.

Гидролиз. Учащиеся записывают уравнение реакции.

                                          H2SO4

         6Н10О5)n + nH2OnC6H12O6    

б). Учащиеся отмечают, что гидролиз целлюлозы идет труднее, требует длительного кипячения в присутствии сильных кислот. Записывают уравнение реакции:

6Н10О5)n + nH2O  → nC6H12O6           

в).  Этерификация.   

Элементарное звено молекулы целлюлозы имеет три гидроксильные группы, которые могут участвовать в образовании сложных эфиров с кислотами.

Реакция нитрования целлюлозы.     

[C6H7O2(OH)3]n + 3nHONO2 →  [C6H7O2(ONO2)3]n + 3n H2O 

                                             

Тринитрат целлюлозы используется для изготовления бездымного пороха и взрывчатых веществ. Это был первый полимер, из которого была изготовлена промышленная отечественная пластмасса – целлулоид. Пироксилин раньше использовался для изготовления кино- и фотопленки и лаков. Его главный недостаток – легкая горючесть.                                                                                                   

Реакция получения ацетилцеллюлозы.   

C6H7O2(OH)3]n + 3nHOOCCH3 →  [C6H7O2(OOCCH3)3]n + 3n H2O 

Учащиеся записывают уравнение реакции получения ацетилцеллюлозы и рассматривают схему формования ацетатного волокна. Учитель отмечает области применения ацетилцеллюлозы.

г). Качественная  реакция.

Лабораторный опыт 2.

Качественная реакция на крахмал.

Взаимодействие крахмала с йодом. На коллоидный раствор крахмала капните по одной капле раствора йода. Что наблюдаете? Вступает ли целлюлоза в подобную реакцию с раствором йода? Ответьте на  поставленные вопросы.  Выводы  запишите в таблицу.

4). Нахождение полисахаридов в природе.

Опираясь на знания из курса биологии, учащиеся отвечают на вопросы:

     — В каких органах растений содержатся зерна крахмала?

     — Какие растения особенно богаты крахмалом?

     — В чем заключается биологическая роль крахмала?

Нахождение целлюлозы в природе. Биологическая роль.  Беседа по слайду. Заполнение таблицы.

5). Применение.

Мы уже достаточно много знаем о полисахаридах. Давайте попробуем сформулировать области применения этих веществ в нашей жизни.

Крахмал является основным углеводом пищи человека, он в больших количествах содержится в хлебе, крупах, картофеле, овощах. В значительных количествах крахмал перерабатывается на декстрины, патоку, глюкозу, которые используются в кондитерской промышленности. Крахмал используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей, накрахмаливания белья. В медицине на основе крахмала готовят мази, присыпки и т.д. Некоторые недобросовестные продавцы добавляют в сметану крахмал в качестве загустителя. В сыр, колбасу, мед и другие продукты крахмал добавляют для увеличения массы. В молочных и мясных продуктах крахмала быть не должно. Чтобы определить в домашних условиях его наличие, достаточно капнуть в продукт раствор йода. Перед вами лежат образцы продуктов. Определите с помощью качественной реакции наличие крахмала в них. Данные занесите в таблицу.

 

 

Определение крахмала в продуктах питания и листе комнатного растения.

Молоко

 

Хлеб

 

Лук

 

картофель

 

Колбаса

 

Сахар

 

Мед

 

Лист

 

 

Крахмал образуется в растениях в процессе фотосинтеза. Фотосинтез — уникальный процесс, происходящий в природе, в результате которого образуются углеводы, осуществляется только в зеленых растениях. Растение – единственная в своем роде «живая фабрика», где при помощи энергии Солнца из неорганических веществ СО2 (углекислого газа) и Н2О (воды) образуются органические вещества – углеводы и выделяется кислород (О2). Все прочие органические вещества в любых организмах синтезируются при участии углеводов, образовавшихся за счет фотосинтеза. Роль этого процесса на Земле трудно переоценить. Это единственный источник кислорода в атмосфере нашей планеты и органического углерода всей живой природы.

Проверьте наличие крахмала в листе растения, результат занесите в таблицу.

Целлюлоза используется человеком с очень древних времен. Ее применение весьма разнообразно. Из целлюлозы изготавливают многочисленные искусственные волокна, полимерные пленки, пластмассы, бездымный порох, лаки. Большое значение имеют продукты этерификации целлюлозы. Так, например, из ацетилцеллюлозы получают ацетатный шелк. Для этого триацетилцеллюлозу растворяют в смеси дихлорметана и этанола. Образовавшийся вязкий раствор продавливают через фильеры — металлические колпачки с многочисленными отверстиями. Тонкие струи раствора опускаются в шахту, через которую противотоком проходит нагретый воздух. В результате растворитель испаряется и триацетилцеллюлоза выделяется в виде длинных нитей, из которых прядением изготовляют ацетатный шелк. (рис.34 стр. 210).Ацетилцеллюлоза идет также на производство негорючей пленки и органического стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи. Тринитроцеллюлоза (пироксилин) используется как взрывчатое вещество и для производства бездымного пороха. Большое количество целлюлозы идет на производство бумаги.

Доклад учащегося о производстве бумаги.

IV.            Закрепление.

Тест 2.

1. Молекулярная формула крахмала

а) С6Н12О6    б) С12Н22О11    в) (С6Н10О5)n    г) С2Н5ОН

2.  При полном гидролизе крахмала образуется:

а) фруктоза   б) рибоза   в) галактоза   г) α – глюкоза

3.    Вещество с наивысшим содержанием крахмала

          а) картофель    б) рис    в) мед    г) древесина

4. Для определения крахмала используется

  а) гидроксид меди(II)   б) йодная настойка   в) бромная вода   г)этанол 

5. Вещество с наибольшим содержанием целлюлозы

         а) солома     б) мед     в) дерево     г) хлопок

6. Чем отличаются α- и β- формы глюкозы

 а) наличием цикла  б) размером цикла   в) расположением гидроксильной группы при С1      г) числом атомов кислорода в цикле

 7. Исключите лишнее понятие

        а) гликоген    б) крахмал    в) глюкоза    г) целлюлоза

8.  Мономером для целлюлозы  является:

а) глюкоза            б) сахароза   в) α – глюкоза   г) β — глюкоза

9. Крахмал относится к:

а) моносахаридам   б) дисахаридам    в) полисахаридам       г) жирам.

10. Глюкоза по химическому строению является:

а) альдегидоспиртом             б) спиртом           в) эфиром         г) альдегидом

Проверьте тест, поставьте себе отметку:

9-10 – «5»,    7-8 – «4»,  5-6 – «3»,   > 5 – «2».

Ответы:

1

в

6

в

2

г

7

в

3

б

8

г

4

б

9

в

5

г

10

а

 

V.               Домашнее задание.

1.     Домашнее исследование.  Ферментативный гидролиз крахмала. В слюне человека находится пищеварительный фермент амилаза. Под действием амилазы (птиалина) происходит гидролиз крахмала. Разжуйте хорошо (не менее 10 минут) маленький кусочек черного хлеба. Меняются ли вкусовые ощущения? Чем это можно объяснить? Поместите его в фарфоровую чашку. Внесите в нее каплю раствора йода. Что наблюдаете? Какой можно сделать вывод? Расскажите о результатах своих опытов.

2.     Напишите биологическое значение углеводов.

3.     Упражнения 1, 2, 3 стр. 210. Дополнительно 4, 5.

 

VI.            Подведение итогов урока. Рефлексия.

1.     Что вам показалось наиболее интересным?

2.     Что больше всего запомнилось?

3.     Что вызвало затруднение?

4.     Что удивило?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1.

 

 

История изготовления бумаги.

Без бумаги невозможно себе представить современный мир. Без нее не было бы газет, журналов, книг. Но до ее изобретения, какие только материалы не пытался приспособить для письма человек в процессе своего длительного исторического культурного развития. Древние китайцы писали свои иероглифы тушью (специальной жидкостью) с помощью кисточки на бамбуковых дощечках и шелковых свитках. Финикийцы тоже писали составом, похожим на тушь, на глиняных черепках. На сырой глине деревянной палочкой выдавливали клинышки жители Междуречья. А в древнем Новгороде в ходу была береста – берёзовая кора, на ней надписи делали с помощью заострённой палочки – «писала».

В разных концах земли  искали более удобный материал для письма. Первым специально созданным для письма материалом стал папирус. Изготовление папируса возникло в древнем Египте примерно около 3,5 тысяч лет до нашей эры. Его готовили из одного тростникового растения, произрастающего в низовьях Нила. Это растение имеет прямой  стебель высотой до 5 метров. Для приготовления материала для письма использовалась только нижняя часть стебля длиной около 60 сантиметров. Её освобождали от наружного зелёного слоя, а белую сердцевину разрезали ножом на тонкие узкие полоски и 2-3 дня выдерживали в свежей воде для набухания и удаления водорастворимых веществ. Размягчённые полоски прокатывали деревянной каталкой по доске, затем снова замачивали на сутки, прокатывали и опять погружали в воду. После этих операций полоски 
становились полупрозрачные и имели кремовый оттенок. После этого полоски стебля укладывали друг на друга, обезвоживали под прессом, после чего сушили под прессом и разглаживали гладким камнем. 
Этот материал так и называли папирус. Он не только является ближайшим предком бумаги, но и передал ей свое название. На многих языках бумага до сих пор называется папирусом: по-немецки – папир, по-французски – папье, по-английски – пэйпер. Папирус не отличался прочностью: сделанный из него лист нельзя было складывать или перегибать. Поэтому из него стали делать длинные ленты, которые наматывали на палочку с ручкой. Получались свитки, на которых переписывали книги и документы. Читали свиток таким образом: левой рукой держали палочку за фигурный конец, а правой рукой разворачивали перед глазами текст. Кроме папируса стали использовать стебли некоторых пальм. Из них также делали свитки и небольшие листки. На них писали в Древней Индии и Тибете. Свитки складывали в специальные корзины. В производстве папируса египтяне достигли высокого совершенства. Его охотно покупали в соседних странах. Из папирусных свитков создавали целые библиотеки. Так, библиотека в городе Александрии насчитывала более 500 тыс. свитков. 

Во 2 веке до нашей эры в Малой Азии в Пергамском царстве в городе Пергаме было организовано производство прекрасного материала для письма, но не из папируса, а из обработанных особым способом кож молодых животных – телят, ягнят, козлов, ослов. По имени города этот материал стал называться пергамент. В отличие от папируса пергамент был значительно прочнее, эластичнее, долговечнее, на нём было легче писать, причём с обоих сторон, а в случае необходимости текст можно было легко смыть и нанести новый. Но, несмотря на эти преимущества пергамента, изготовление его трудоёмко и он был дорогим материалом. 

Так как папирус и пергамент были дорогими материалами, то для кратковременных записей и для обучения письму использовали церы – скреплённые вместе деревянные таблички, покрытые воском. Записи делали стилем — металлической палочкой, один конец которой был заострён, а другой расплющен так, чтобы можно им было загладить надпись.

Изготовление бумаги обычно связывают с именем китайца Цай Луня и относят к 105 году нашей эры. Однако бумагу начали производить в Китае ещё раньше. 

Заслуга Цай Луня состоит в том, что он обобщил и усовершенствовал уже известный в Китае способ изготовления бумаги и впервые открыл основной технологический принцип производства бумаги. Согласно легенде император поручил Цай Луню  найти материал для письма не хуже шелка, но гораздо дешевле. Поиски привели Цай Луня к осам. Тонкий, но прочный материал, из которого были сделаны осиные гнезда, больше всего походил на то, что он искал. Проведя сотни опытов, ученый пришел к выводу, что получить нечто подобное можно из коры тутового дерева, конопляного лыка, изорванных рыболовных сетей и ветхих тканей. Все это надо перетереть и проварить, смешав с жидкостью, похожей на слюну насекомых. Полученную массу нужно зачерпнуть ситом из шелковых нитей, закрепленных на бамбуковой рамке. Когда вся вода стечет, оставшийся влажный листок следует пропитать секретным составом. Остается только высушить и разгладить его между каменными плитами. И вот он — желанный материал, не впитывающий тушь, на котором не размываются контуры начертанного.  Рецепты изготовления бумажных листов хранились,  как большая государственная тайна. В 610 году бумажный секрет был вывезен буддистскими монахами Донхо и Годзо в Корею и Японию.
       В 650 году бежавшие из китайского плена воины, работавшие на бумажных «фабриках», стали заниматься изготовлением бумаги в Самарканде. Так от китайцев секрет изготовления бумаги переняли не только японцы, но и арабы. Они и привезли его в Испанию, а уже оттуда искусство делать бумагу распространилось по всему миру.

Полагают, что русское слово бумага происходит от татарского слова «бумуг», что значит хлопок. Впервые широкое ознакомление народа Руси с бумагой произошло в середине 13 века, когда хан Батый для сбора дани произвёл первую всенародную перепись населения Руси на бумаги, которая в то время употреблялась в завоёванном монголо-татарами Северном Китае, а также в Туркестане и Персии, с которыми они находились в торговых отношениях.

Бумага собственного производства появилась на Руси во второй половине XVI века в царствование Ивана Грозного. Начало массового бумажного производства в России было положено Петром I. Для обеспечения фабрик сырьем по царскому указу в армии и на флоте собирали отслужившие срок паруса, несмоленые канаты, веревки и тряпье. Гражданским людям предлагалось приносить остатки изношенных полотняных вещей в канцелярию полицмейстерских дел «за вознаграждение», с крестьян брали «тряпичный» налог. Развитию бумажного дела поспособствовал указ 1721 года об обязательном употреблении в официальном делопроизводстве отечественной бумаги.

Сейчас бумага остаётся одним из самых распространённых канцелярских товаров. Бумага служит не только для письма и печати, она находит самое широкое применение везде.

 

 

 

 

 


 

Целлюлоза — свойства, получение и применение

Целлюлоза, клетчáтка — органическое соединение, углевод, полисахарид с формулойn. Молекулы — неразветвлённые цепочки из остатков β-глюкозы, соединённых гликозидными связями β-(1→4). Белое твёрдое вещество, нерастворимое в воде. Главная составная часть клеточных оболочек всех высших растений.

Целлюлоза
Хим. формула (C6H10O5)n
Состояние Белый порошок
Молярная масса 162,1406 г/моль
Плотность ~ 1,5 г/см³
Температура
 • разложения 500 ± 1 °F и 518 ± 1 °F
Давление пара 0 ± 1 мм рт.ст.
Рег. номер CAS 9004-34-6
PubChem 14055602
Рег. номер EINECS 232-674-9
SMILES

 

COC1C(OC(C(C1O)O)OC2C(OC(C(C2O)O)OC)CO)CO

InChI

 

1S/C14h36O11/c1-21-11-5(3-15)24-14(10(20)7(11)17)25-12-6(4-16)23-13(22-2)9(19)8(12)18/h5-20H,3-4h3,1-2h4

PTHCMJGKKRQCBF-UHFFFAOYSA-N

Кодекс Алиментариус E460
RTECS FJ5691460
ChEBI 18246
ChemSpider 19205056, 21238442 и 21239054
NFPA 704

История

Целлюлоза была обнаружена и описана французским химиком Ансельмом Пайеном в 1838 году.

Строение

Целлюлоза представляет собой линейный гомополимер из сотен или десятков тысяч остатков D-глюкозы. Соединение фрагментов глюкозы обеспечивается β(1→4)-гликозидной связью. Такое соединение мономерных звеньев отличает целлюлозу от α(1→4)-гликозидных связей характерных для других гомополимеров глюкозы: крахмала и гликогена. В отличие от амилозы крахмала, молекулы которой сворачиваются в спираль, макромолекула целлюлозы склонна принимать вытянутую стержневую конформацию.

Физические свойства

Целлюлоза — белое твёрдое, стойкое вещество, не разрушается при нагревании (до 200 °C). Является горючим веществом, температура воспламенения — 275 °С, температура самовоспламенения — 420 °С (хлопковая целлюлоза). В 2016 году экспериментально показано плавление целлюлозы при 467 °C.

Нерастворима в воде, слабых кислотах и большинстве органических растворителей. Однако благодаря большому числу гидроксильных групп является гидрофильной (краевой угол смачивания составляет 20 — 30 градусов).

Целлюлоза не имеет вкуса и запаха. Зарегистрирована в качестве пищевой добавки E460.

Целлюлоза подвергается биодеградации при участии многих микроорганизмов.

Химические свойства

Целлюлоза состоит из остатков молекул глюкозы, которая и образуется при гидролизе целлюлозы:

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

Серная кислота с йодом, благодаря гидролизу, окрашивают целлюлозу в синий цвет.

При реакции с азотной кислотой образуется нитроцеллюлоза (тринитрат целлюлозы):

В процессе этерификации целлюлозы уксусной кислотой получается триацетат целлюлозы:

Целлюлозу крайне сложно растворить и подвергнуть дальнейшим химическим превращениям, однако в среде подходящего растворителя, например, в ионной жидкости, такой процесс можно осуществить эффективно.

Получение

Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных заводах, входящих в промышленные комплексы (комбинаты). По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:

  • Кислые:
    • Сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например, гидросульфит натрия. Этот метод применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.
  • Щелочные:
    • Натронный. Используется раствор гидроксида натрия. Натронным способом можно получать целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимущество данного метода — отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки — высокая стоимость получаемой целлюлозы.
    • Сульфатный. Наиболее распространённый метод на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, и называемый белым щёлоком. Своё название метод получил от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах получают сульфид для белого щёлока. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Недостатком его является выделение большого количества дурно пахнущих сернистых соединений: метилмеркаптана, диметилсульфида и др. в результате побочных реакций.

Получаемая после варки техническая целлюлоза содержит различные примеси: лигнин, гемицеллюлозы. Если целлюлоза предназначена для химической переработки (например, для получения искусственных волокон), то она подвергается облагораживанию — обработке холодным или горячим раствором щелочи для удаления гемицеллюлоз.

Для удаления остаточного лигнина и придания целлюлозе белизны проводится её отбелка. Традиционная для XX века хлорная отбелка включала в себя две ступени:

  • обработка хлором — для разрушения макромолекул лигнина;
  • обработка щелочью — для экстракции образовавшихся продуктов разрушения лигнина.

С 1970-х годов в практику вошла также отбелка озоном. В начале 1980-х годов появились сведения об образовании в процессе хлорной отбелки чрезвычайно опасных веществ — диоксинов. Это привело к необходимости замены хлора на другие реагенты. В настоящее время технологии отбелки подразделяются на:

  • ECF (Elemental chlorine free) — без использования элементарного хлора, с заменой его на диоксид хлора.
  • TCF (Total chlorine free) — полностью бесхлорная отбелка. Используются кислород, озон, пероксид водорода и другое.

Применение

Используется в качестве наполнителя в таблетках в фармацевтике. Целлюлозу и её эфиры используют для получения искусственного волокна (вискозного, ацетатного, медно-аммиачного шёлка, искусственного меха). Хлопок, состоящий большей частью из целлюлозы (до 99,5 %), идёт на изготовление тканей.

Древесная целлюлоза используется для производства бумаги, пластмасс, кино- и фотоплёнок, лаков, бездымного пороха и т. д.

Нахождение в природе

Целлюлоза является одним из основных компонентов клеточных стенок растений, хотя её содержание в различных клетках или даже частях стенки одной клетки сильно варьирует. Так, например, стенки клеток эндосперма злаков содержат всего около 2 % целлюлозы, в то же время хлопковые волокна, окружающие семена хлопчатника, состоят из целлюлозы более чем на 90 %. Клеточные стенки в области кончика удлинённых клеток, характеризующихся полярным ростом (пыльцевая трубка, корневой волосок), практически не содержат целлюлозы и состоят в основном из пектинов, в то время как базальные части этих клеток содержат значительные количества целлюлозы. Кроме того, содержание целлюлозы в клеточной стенке изменяется в ходе онтогенеза, обычно вторичные клеточные стенки содержат больше целлюлозы, чем первичные.

Организация и функция в клеточных стенках

Отдельные макромолекулы целлюлозы включают от 2 до 25 тысяч остатков D-глюкозы. Целлюлоза в клеточных стенках организована в микрофибриллы, представляющие собой паракристаллические ансамбли из нескольких отдельных макромолекул (у сосудистых растений около 36), связанных между собой водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса.

Макромолекулы, находящиеся в одной плоскости и связанные между собой водородными связями, формируют лист в пределах микрофибриллы. Между собой листы макромолекул также связаны большим числом водородных связей. Хотя водородные связи довольно слабые, благодаря их большому количеству микрофибриллы целлюлозы обладают высокой механической прочностью и устойчивостью к действию ферментов.

Индивидуальные макромолекулы в микрофибрилле начинаются и заканчиваются в разных местах, поэтому длина микрофибриллы превышает длину отдельных макромолекул целлюлозы. Следует отметить, что макромолекулы в микрофибрилле ориентированы одинаково, то есть редуцирующие концы (концы со свободной, аномерной OH-группой при атоме C1) расположены с одной стороны.

Современные модели организации микрофибрилл целлюлозы предполагают, что в центральной области она имеет высокоорганизованную структуру, а к периферии расположение макромолекул становится более хаотичным. Так, в центре микрофибриллы высших растений располагается ядро из 24 молекул. Ещё 12 молекул расположены по периферии фибриллы. Теоретически диаметр такой микрофибриллы составляет 3,8 нм, однако, данные рентгеноструктурного анализа показывают, что это значение несколько меньше — 3,3 нм, что соответствуют 24 молекулам. По-другим оценкам размеры фибрилл значительно больше: 5 — 9 нм в поперечном сечении (более 50 отдельных макромолекул).

Между собой микрофибриллы связаны сшивочными гликанами (гемицеллюлозы) и, в меньшей степени, пектинами. Целлюлозные микрофибриллы, связанные сшивочными гликанами, формируют трёхмерную сеть, погружённую в гелеобразный матрикс из пектинов и обеспечивающую высокую прочность клеточных стенок.

Во вторичных клеточных стенках микрофибриллы могут быть ассоциированы в пучки, которые называют макрофибриллами. Подобная организация дополнительно увеличивает прочность клеточной стенки.

Биосинтез

Образование макромолекул целлюлозы клеточных стенок высших растений катализирует мультисубъединичный мембранный целлюлозосинтазный комплекс, расположенный на конце удлиняющихся микрофибрилл. Полный комплекс целлюлозосинтазы состоит из каталитической, поровой и кристаллизационной субъединиц. Каталитическая субъединица целлюлозосинтазы кодируется мультигенным семейством CesA (cellulose synthase A), которое входит в суперсемейство Csl (cellulose synthase-like), включающее также гены CslA, CslF, CslH и CslC, ответственные за синтез других полисахаридов.

При изучении поверхности плазмалеммы растительных клеток методом замораживания-скалывания в основании целлюлозных микрофибрилл можно наблюдать так называемые розетки или терминальные комплексы размером около 30 нм и состоящие из 6 субъединиц. Каждая такая субъединица розетки является в свою очередь суперкомплексом, образованным из 6 целлюлозосинтаз. Таким образом, в результате работы подобной розетки формируется микрофибрилла, содержащая на поперечном срезе около 36 макромолекул целлюлозы. У некоторых водорослей суперкомплексы синтеза целлюлозы организованы линейно.

Интересно, что роль затравки для начала синтеза целлюлозы играет гликозилированный ситостерин. Непосредственным субстратом для синтеза целлюлозы является UDP-глюкоза. За образование UDP-глюкозы отвечает сахарозосинтаза, ассоциированная с целлюлозосинтазой и осуществляющая реакцию:

Сахароза + UDP UDP-глюкоза + D-фруктоза

Кроме того, UDP-глюкоза, может образовываться из пула гексозофосфатов в результате работы УДФ-глюкозопирофосфорилазы:

Глюкозо-1-фосфат + UTP UDP-глюкоза + PPi

Направление синтеза микрофибрилл целлюлозы обеспечивается за счёт движения целлюлозосинтазных комплексов по микротрубочкам, прилежащим со внутренней стороны к плазмалемме. У модельного растения резуховидка Таля обнаружен белок CSI1, отвечающий за закрепление и движение целлюлозосинтазных комплексов по кортикальным микротрубочкам.

Разрушение в природе

У млекопитающих (как и большинства других животных) нет ферментов, способных расщеплять целлюлозу. Однако многие травоядные животные (например, жвачные) имеют в пищеварительном тракте бактерии-симбионты, которые расщепляют и помогают хозяевам усваивать этот полисахарид. Расщепление целлюлозы связано с действием в расщепляющих организмах фермента целлюлазы. Бактерии, расщепляющие целлюлозу, называемые целлюлозоразрушающими (англ. cellulolytic bacteria), это часто актинобактерии рода Cellulomonas, являющиеся факультативными анаэробами, аэробные бактерии рода Cellvibrio. Однако, например, для бумажных книг они представляют опасность только при их намокании, когда кожа и клей начинают разрушаться гнилостными бактериями, а бумага и ткани — целлюлозоразрушающими. Очень опасны для бумажных книг плесневые грибы, разрушающие целлюлозу. За три месяца они могут разрушить 10—60 % волокон бумаги, благоприятные условия для их развития — влага и воздух повышенной влажности, наиболее благоприятная температура — от 22 до 27 градусов Цельсия, они могут распространяться от поражённых ими книг на другие. Активно расщепляющие целлюлозу плесневые грибы — это, например, Chaetomium globosum, Stachybotrys echinata.

Презентация «Полисахариды. Крахмал и целлюлоза»

Углеводы С n ( H 2 O) m

Углеводы

Моносахариды

Олигосахариды

Полисахариды

Глюкоза,

фруктоза,

рибоза

Сахароза

Крахмал,

целлюлоза

Полисахариды

Крахмал

Целлюлоза

Цель урока

1.Закрепить знания о классификации углеводов.

2. Изучить свойства полисахаридов на примере крахмала и целлюлозы.

3. Уметь находить сходства и различия в строении и свойствах полисахаридов, составлять уравнения реакции гидролиза.

4. Уметь проводить качественную реакцию на крахмал.

Полисахариды

  • Это природные высокомолекулярные вещества, макромолекулы которых состоят из остатков молекул моносахаридов.
  • Полисахариды относятся к биополимерам.
  • Примеры полисахаридов: крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин.

Сравнение крахмала и целлюлозы

Крахмал

Состав

Целлюлоза

Строение

Физические свойства

Химические свойства

Нахождение в природе

Биологическая роль

Применение

Крахмал в природе

Целлюлоза в природе

Распространение в природе

КРАХМАЛ

ЦЕЛЛЮЛОЗА

РИС 80%

КАРТОФЕЛЬ 20%

ЛЕН 80%

ДРЕВЕСИНА 50%

ХЛОПОК 98%

ПШЕНИЦА 70%

Структурная формула крахмала

Остатки α — глюкозы

Строение крахмала.

КРАХМАЛ

(C 6 H 10 O 5 ) n

Относительная молекулярная масса – от нескольких сотен до нескольких тысяч углеродных единиц.

Структурная формула целлюлозы

Остатки β — глюкозы

Строение целлюлозы

ЦЕЛЛЮЛОЗА

(C 6 H 10 O 5 ) n

Относительная молекулярная масса- несколько миллионов углеродных единиц.

Физические свойства

крахмала

целлюлозы

  • твердое волокнистое белое вещество
  • не растворяется в воде
  • не обладает сладким вкусом
  • белый аморфный порошок
  • не растворяется в холодной воде
  • в горячей воде разбухает
  • не обладает сладким вкусом

Химические свойства крахмала

  • 1. Гидролиз
  • 1. Гидролиз
  • (С 6 Н 10 О 5 ) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6
  • Крахмал → декстрины → мальтоза → глюкоза

2.Качественная реакция

  • 2.Качественная реакция

(С 6 Н 10 О 5 ) n + I 2 → синее окрашивание

Химические свойства целлюлозы

1. Гидролиз

(С 6 Н 10 О 5 ) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6

2. Образование сложных эфиров

Получение ацетатного волокна

Применение крахмала

Применение целлюлозы

Проверим себя

1. Макромолекула крахмала состоит из остатков молекул…

α — глюкозы

β — глюкозы

фруктозы

Проверим себя

2. Качественная реакция на крахмал – взаимодействие с …

гидроксидом меди ( II )

йодом

аммиачным раствором оксида серебра

Проверим себя

3. При гидролизе целлюлозы образуется…

крахмал

глюкоза

этанол

Проверим себя

4. Тринитрат целлюлозы используется как …

лекарственное средство

взрывчатое вещество

средство для тушения пожара

Проверим себя

5. Для изготовления ацетатного волокна используются…

соли целлюлозы

оксиды целлюлозы

сложные эфиры целлюлозы

Поздравляю!

Вы успешно справились со всеми заданиями!

К сожалению, Вы ошиблись.

Попробуйте ещё раз!

К сожалению, Вы ошиблись.

Попробуйте ещё раз!

К сожалению, Вы ошиблись.

Попробуйте ещё раз!

К сожалению, Вы ошиблись.

Попробуйте ещё раз!

К сожалению, Вы ошиблись.

Попробуйте ещё раз!

Полисахариды. Крахмал. Целлюлоза — презентация онлайн

Полисахариды.
Крахмал
Целлюлоза

2. Структурная формула крахмала

Остатки α — глюкозы

3. Строение крахмала.

Амилоза (10-20%) имеет
линейную структуру
Амилопектин (80-90%)
образует разветвленную
структуру

4. Физические свойства и нахождение в природе

Белый,
аморфный
порошок.
Не
растворяется
в
холодной воде, а в
горячей набухает, образуя
клейстер.
Крахмал содержится в
цитоплазме растительных
клеток как питательное
вещество .
Картофель – 20 %,
пшеница – 70 %, рис – 80
%

5. Химические свойства крахмала

1.Качественная реакция
(С6Н10О5)n + I2 → синее окрашивание
2. Гидролиз
(С6Н10О5)n + nh3O → nC6h22O6
Крахмал → декстрины → мальтоза → глюкоза

6. КРАХМАЛ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ КАК КЛЕЯЩЕЕ СРЕДСТВО

Применяется для отделки тканей,
накрахмаливания белья.
В медицине на
основе крахмала
готовят мази,
присыпки и т.д.
6

7. Структурная формула целлюлозы

Остатки β — глюкозы

8. Физические свойства и нахождение в природе

Твердое, волокнистое
вещество,
нерастворимое в воде.
Содержится в стенках
растительных клеток
Выполняет
структу-
рную функцию, обеспечивая прочность.

9. ЦЕЛЛЮЛОЗА. НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

Волокна хлопка, льна,
конопли – почти чистая
целлюлоза
Лен
Древесина содержит 50%
целлюлозы
Солома содержит 30%
целлюлозы
Конопля
Химические свойства целлюлозы
1. Гидролиз
(С6Н10О5)n + nh3O → nC6h22O6
2. Образование сложных эфиров

11. Получение ацетатного волокна

12. Применение целлюлозы

Из ацетилцеллюлозы получают
ацетатный шёлк.
Ацетилцеллюлоза идёт также на
производство негорючей плёнки
и
органического
стекла,
пропускающего
ультрафиолетовые лучи.
Тринитроцеллюлоза
(пироксилин) используется как
взрывчатое вещество и для
производства
бездымного
пороха.
Производство бумаги

13. Домашнее задание

§ 34, 35, стр. 146-147 упр. 18, 23

Предпочтительная кристаллографическая ориентация целлюлозы в первичных клеточных стенках растений

  • Chebli, Y. & Geitmann, A. Клеточный рост растений требует регуляции биохимии клеточной стенки. Курс. мнение Клеточная биол. 44 , 28–35 (2017).

    КАС пабмед Google ученый

  • Косгроув, Д. Дж. Диффузный рост клеточных стенок растений. Завод Физиол. 176 , 16 (2018).

    КАС пабмед Google ученый

  • Горшкова Т. А., Козлова Л. В., Микшина П. В. Пространственная структура полисахаридов клеточной стенки растений и ее функциональное значение. Биохимия (Москва) 78 , 836–853 (2013).

    КАС Google ученый

  • Реза, М. и др. Ориентация элементарных волокон целлюлозы в переходном слое ели S1-2. Науч. Респ. 9 , 3869 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Никсон, Б. Т. и др. Сравнительный структурный и вычислительный анализ поддерживает восемнадцать синтаз целлюлозы в комплексе синтеза растительной целлюлозы. Науч. Респ. 6 , 28696 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Пурушотхам, П., Хо, Р. и Циммер, Дж. Архитектура каталитически активного гомотримерного комплекса синтазы растительной целлюлозы. Наука 369 , 1089–1094 (2020).

  • Fernandes, A. N. et al. Наноструктура микрофибрилл целлюлозы в древесине ели. Проц. Натл акад. науч. США 108 , E1195–E1203 (2011 г.).

    ПабМед Google ученый

  • Kubicki, J.D. et al. Форма микрофибрилл нативной растительной целлюлозы. Науч. Респ. 8 , 13983 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ньюман, Р. Х., Хилл, С. Дж. и Харрис, П. Дж. Данные широкоугольного рентгеновского рассеяния и твердотельного ядерного магнитного резонанса объединены для тестирования моделей микрофибрилл целлюлозы в клеточных стенках бобов мунг. Завод Физиол. 163 , 1558–1567 (2013).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Смит Б.Г., Харрис, П.Дж., Мелтон, Л.Д. и Ньюман, Р.Х. Кристаллическая целлюлоза в гидратированных первичных клеточных стенках трех однодольных и одного двудольного растения. Физиол клеток растений. 39 , 711–720 (1998).

    КАС Google ученый

  • Ронгпипи, С., Йе, Д., Гомес, Э. Д. и Гомес, Э. В. Прогресс и возможности в характеристике целлюлозы – важного регулятора роста и механики клеточной стенки. Фронт.Растениевод. 9 , 1894 (2019).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Thomas, L.H. et al. Структура микрофибрилл целлюлозы в первичных клеточных стенках колленхимы. Завод Физиол. 161 , 465–476 (2012).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Чжан Т., Чжэн Ю. и Косгроув Д.J. Пространственная организация микрофибрилл целлюлозы и полисахаридов матрикса в первичных клеточных стенках растений по данным многоканальной атомно-силовой микроскопии. Plant J. 85 , 179–192 (2016).

    КАС пабмед Google ученый

  • Кафле, К. и др. Ориентацию микрофибрилл целлюлозы в эпидермисе лука ( Allium cepa L.) изучали с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) и спектроскопии генерации суммарной частоты колебаний (SFG). Целлюлоза 21 , 1075–1086 (2013).

    Google ученый

  • Park, Y.B. et al. Мониторинг мезомасштабного упорядочения целлюлозы в клеточных стенках интактных растений с использованием спектроскопии генерации суммарной частоты. Завод Физиол. 163 , 907 (2013).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ю, Х., Лю, Р., Шен, Д., Ву, З. и Хуанг, Ю. Расположение микрофибрилл целлюлозы в клеточной стенке соломы пшеницы. Углевод. Полим. 72 , 122–127 (2008).

    КАС Google ученый

  • Jordan, B.M. & Dumais, J. Biomechanics of Plant Cell Growth (Wiley, 2010).

  • Ruben, G.C., Bokelman, G.H. & Krakow, W. in Полимеры клеточных стенок растений Ch. 20 (публикации ACS, 1989 г.).

  • Хексемер, А. и Мюллер-Бушбаум, П. Усовершенствованные методы задевания для современного анализа мягких материалов. IUCrJ 2 , 106–125 (2015).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Мюллер-Бушбаум, П. Морфология активного слоя органических солнечных элементов, исследованная с помощью методов рассеяния скользящего падения. Доп. Матер. 26 , 7692–7709 (2014).

    ПабМед Google ученый

  • Renaud, G., Lazzari, R. & Leroy, F. Зондирование поверхности и морфологии интерфейса с малоугловым рассеянием рентгеновских лучей со скользящим падением. Прибой. наук Респ. 64 , 255–380 (2009).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Ривнай Дж., Маннсфельд С.Б., Миллер С.Е., Саллео А. и Тони М.Ф. Количественное определение микроструктуры органических полупроводников от молекулярного до масштаба устройства. Хим. Ред. 112 , 5488–5519 (2012 г.).

    КАС пабмед Google ученый

  • Smith, B.H. et al. Фторирование активных слоев донорно-акцепторного сополимера увеличивает подвижность заряда в тонкопленочных транзисторах. Макробуклет ACS. 6 , 1162–1167 (2017).

    КАС Google ученый

  • Бейкер, Дж. Л. и др. Количественная оценка кристаллографической ориентации тонких пленок с использованием дифракции рентгеновских лучей с площадным детектором. Ленгмюр 26 , 9146–9151 (2010).

    КАС пабмед Google ученый

  • Пааянен А., Чеккерини С., Мэлони Т. и Кетоя Дж. А. Хиральность и связанная вода в иерархической структуре целлюлозы. Целлюлоза 26 , 5877–5892 (2019).

    КАС Google ученый

  • Шкляев О., Кубицки Дж., Уоттс Х.и Креспи, В. Ограничения на скручивание целлюлозы Iβ из расчетов DFT химических сдвигов 13C ЯМР. Целлюлоза 21 , 3979–3991 (2014).

    КАС Google ученый

  • Фернандес, В., Гусман-Дельгадо, П., Граса, Дж., Сантос, С. и Гил, Л. Структура кутикулы по отношению к химическому составу: переоценка преобладающей модели. Фронт. Растениевод. 7 , 427 (2016).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Йейтс Т.H. & Rose, JKC. Формирование и функция кутикулы растений. Завод Физиол. 163 , 5–20 (2013).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ensikat, HJ, Boese, M., Mader, W., Barthlott, W. & Koch, K. Кристалличность растительных эпикутикулярных восков: электронно- и рентгенографические исследования. Хим. физ. Липиды 144 , 45–59 (2006).

    КАС пабмед Google ученый

  • Кох, К.и Энсикат, Х.-Дж. Гидрофобные покрытия поверхности растений: кристаллы эпикутикулярного воска и их морфология, кристалличность и молекулярная самосборка. Микрон 39 , 759–772 (2008).

    КАС пабмед Google ученый

  • Nawrath, C. Биополимеры кутина и суберина. Arabidopsis Книга 1 , e0021 (2002).

  • Келлог Р., Састри К. и Веллвуд Р.Отношения между составом клеточной стенки и плотностью клеточной стенки. Древесное волокно. 7 , 170–177 (2007).

    Google ученый

  • Бегум, Р., Юсоф, Ю. А., Азиз, М. Г. и Уддин, М. Б. Структурные и функциональные свойства пектина, извлеченного из отходов джекфрута ( Artocarpus heterophyllus ): последствия сушки. Междунар. J. Food Prop. 20 , S190–S201 (2017).

    КАС Google ученый

  • Эрнрут, Э.М. Л. Изменение плотности волокон целлюлозы при кисло-хлоритной делигнификации. J. Wood Chem. Технол. 4 , 91–109 (1984).

    КАС Google ученый

  • Косгроув, Д. Дж. и Джарвис, М. С. Сравнительная структура и биомеханика первичных и вторичных клеточных стенок растений. Фронт. Растениевод. 3 , 204 (2012).

  • Зауэр, М., Пфрим, А. и Вагенфюр, А. На пути к лучшему пониманию плотности клеточных стенок и пористости древесины, определяемых газовой пикнометрией. Wood Sci. Технол. 47 , 1197–1211 (2013).

    КАС Google ученый

  • Wang, X., Wilson, L. & Cosgrove, D. J. Пектинметилэстераза избирательно смягчает эпидермальную стенку лука, но уменьшает вызванную кислотой ползучесть. Дж. Экспл. Бот. 71 , 2629–2640 (2020).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Кафле, К.и другие. Ориентацию микрофибрилл целлюлозы в эпидермисе лука ( Allium cepa L.) изучали с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) и спектроскопии генерации суммарной частоты колебаний (SFG). Целлюлоза 21 , 1075–1086 (2014).

    Google ученый

  • Norris, J.H. et al. Функциональная специализация изоформ целлюлозосинтазы у мха имеет параллели с семенными растениями. Завод Физиол. 175 , 210–222 (2017).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Jiang, Q. & Ward, MD. Кристаллизация в наноразмерных условиях. Хим. соц. Ред. 43 , 2066–2079 (2014).

    КАС пабмед Google ученый

  • Rasenack, N. & Müller, B.W. Свойства ибупрофена, кристаллизованного в различных условиях: сравнительное исследование. Разработчик наркотиков. Инд. Фарм. 28 , 1077–1089 (2002).

    КАС пабмед Google ученый

  • Ли, К.М., Кафле, К., Парк, Ю.Б. и Ким, С.Х. Исследование кристаллической структуры и мезомасштабной сборки микрофибрилл целлюлозы в клеточных стенках растений, тестах оболочников и бактериальных пленках с использованием спектроскопии генерации суммарной частоты колебаний (SFG). Физ. хим. хим. физ. 16 , 10844–10853 (2014).

    КАС пабмед Google ученый

  • Нишияма Ю., Ланган П. и Чанзи Х. Кристаллическая структура и система водородных связей в целлюлозе iβ по данным синхротронного рентгеновского излучения и дифракции нейтронного волокна. Дж. Ам. хим. соц. 124 , 9074–9082 (2002).

    КАС пабмед Google ученый

  • Кафле К., Шин Х., Ли К.М., Парк С. и Ким С.З. Прогрессивные структурные изменения авицела, беленой хвойной и бактериальной целлюлозы при ферментативном гидролизе. Науч. Респ. 5 , 15102 (2015).

  • Кумар А., Неги Ю.С., Чоудхари В. и Бхардвадж Н.К. Характеристика нанокристаллов целлюлозы, полученных кислотным гидролизом из жмыха сахарного тростника как агроотходов. Дж. Матер. физ. хим. 2 , 1–8 (2014).

    Google ученый

  • Харрис Д.М. и др. Кристалличность микрофибрилл целлюлозы снижается за счет мутации остатков С-концевой трансмембранной области CESA1A903V и CESA3T942I синтазы целлюлозы. Проц. Натл акад. науч. США 109 , 4098–4103 (2012 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Вада, М., Окано, Т. и Сугияма, Дж. Синхротронное рентгеновское и нейтронографическое исследование нативной целлюлозы. Целлюлоза 4 , 221–232 (1997).

    КАС Google ученый

  • Каммарата, Р. К. Поверхностные и межфазные эффекты напряжений в тонких пленках. Прог. Серф. науч. 46 , 1–38 (1994).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Каммарата, Р. К. и Эби, Р. К. Влияние и измерение внутренних поверхностных напряжений в материалах с ультратонкой микроструктурой. Дж. Матер. Рез. 6 , 888–890 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Дэвис, Г. Т., Эби, Р. К. и Колсон, Дж. П. Тепловое расширение элементарной ячейки полиэтилена: влияние толщины ламелей. J. Appl. физ. 41 , 4316–4326 (1970).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Дэвис, Г. Т., Уикс, Дж. Дж., Мартин, Г. М. и Эби, Р. К. Размеры ячеек кристаллов углеводородов: поверхностные эффекты. J. Appl. физ. 45 , 4175–4181 (1974).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Lee, C. et al. в Химия и свойства целлюлозы: волокна, наноцеллюлозы и современные материалы (изд. Rojas, OJ) Ch. 4 (Спрингер, 2016).

  • Ривнай Дж., Норьега Р., Клайн Р. Дж., Саллео А. и Тони М. Ф. Количественный анализ беспорядка решетки и размера кристаллитов в тонких пленках органических полупроводников. Физ. Ред. B 84 , 045203 (2011 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Френч, А. Д. и Сантьяго Синтрон, М. Полиморфия целлюлозы, размер кристаллитов и индекс кристалличности Сегала. Целлюлоза 20 , 583–588 (2013).

    КАС Google ученый

  • Jiang, Z. GIXSGUI: набор инструментов MATLAB для визуализации и обработки данных рассеяния рентгеновских лучей при скользящем падении, а также для индексирования скрытых трехмерных периодических наноструктурных пленок. J. Appl. Кристаллогр. 48 , 917–926 (2015).

    КАС Google ученый

  • Луттеротти Л., Бортолотти М., Искья Г., Лонарделли И. и Венк Х.-Р. Анализ текстуры Ритвельда по дифракционным изображениям. З. Кристаллогр. Доп. 26 , 125–130 (2007).

    Google ученый

  • Штурцова А., Хис И., Апперли Д.C., Sugiyama, J. & Jarvis, MC. Структурные детали кристаллической целлюлозы высших растений. Биомакромолекулы 5 , 1333–1339 (2004).

    ПабМед Google ученый

  • Чжао, Ю., Мозер, К., Линдстрём, М. Э., Хенрикссон, Г. и Ли, Дж. Целлюлозные нановолокна из древесины хвойных, лиственных пород и оболочника: взаимосвязь подготовки, структуры и характеристик пленки. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 9 , 13508–13519 (2017).

    КАС пабмед Google ученый

  • Лесли, Дж. Х. Понимание микроструктуры и переноса заряда в полукристаллических политиофенах . Кандидатская диссертация в области материаловедения и инженерии, Стэнфордский университет. (2011).

  • Виджонарко, Е. Н. Введение в передовые методы рентгеновской дифракции для тонких полимерных пленок. Покрытия 6 , 1–17 (2016).

    Google ученый

  • Виджонарко, Н.Э. и др. Влияние поверхностных свойств дырочного транспортного слоя на морфологию объемного гетероперехода полимер-фуллерен. Доп. Энергия Матер. 4 , 1301879 (2014).

    Google ученый

  • Клайн, Р. Дж., МакГи, М. Д. и Тони, М. Ф. Высокоориентированные кристаллы на скрытой поверхности раздела в тонкопленочных транзисторах из политиофена. Нац. Матер. 5 , 222–228 (2006).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Вахшури К.и другие. Признаки внутрикристаллитных и межкристаллитных ограничений переноса заряда в политиофенах. Макромолекулы 49 , 7359–7369 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Сегал Л., Крили Дж. Дж., Мартин А. Э. и Конрад С. М. Эмпирический метод оценки степени кристалличности нативной целлюлозы с использованием рентгеновского дифрактометра. Текст. Рез. J. 29 , 786–794 (1959).

    КАС Google ученый

  • Кафле, К. и др. Ориентацию микрофибрилл целлюлозы в эпидермисе лука ( Allium cepa L.) изучали с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) и спектроскопии генерации суммарной частоты колебаний (SFG). Целлюлоза 21 , 1075–1086 (2014).

    Google ученый

  • Phyo, P. et al. Градиенты в механике стенок и полисахаридов вдоль растущих стеблей соцветий. Завод Физиол. 175 , 1593 (2017).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Li, S., Bashline, L., Lei, L. & Gu, Y. Синтез целлюлозы и его регулирование. Arabidopsis Book 12 , e0169 (2014).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Конли К., Годбаут Л., Уайтхед М.А. и ван де Вен, Т. Г. М. Происхождение скручивания целлюлозных материалов. Углевод. Полим. 135 , 285–299 (2016).

    КАС пабмед Google ученый

  • Думитрикэ, Т. Внутреннее скручивание микрофибрилл целлюлозы Iβ с помощью расчетов жесткой связи объективных границ. Углевод. Полим. 230 , 115624 (2020).

    ПабМед Google ученый

  • Мэтьюз, Дж.Ф. и др. Компьютерное моделирование исследований микрокристаллической целлюлозы Iβ. Углевод. Рез. 341 , 138–152 (2006).

    КАС пабмед Google ученый

  • Паавилайнен С., Рог Т. и Ваттулайнен И. Анализ скручивания нанофибрилл целлюлозы в моделировании атомистической молекулярной динамики. J. Phys. хим. B 115 , 3747–3755 (2011).

    КАС пабмед Google ученый

  • Юи, Т.& Hayashi, S. Моделирование молекулярной динамики моделей сольватированных кристаллов целлюлозы Iα и IIII. Биомакромолекулы 8 , 817–824 (2007).

    КАС пабмед Google ученый

  • Юи Т., Нисимура С., Акиба С. и Хаяши С. Набухание моделей кристаллов целлюлозы Iβ с помощью молекулярной динамики. Углевод. Рез. 341 , 2521–2530 (2006 г.).

    КАС пабмед Google ученый

  • Чжао З., Crespi, VH, Kubicki, JD, Cosgrove, DJ & Zhong, L. Исследование адсорбции ксилоглюкана на поверхности целлюлозы с помощью молекулярно-динамического моделирования: влияние гидрофобности поверхности и вариации боковой цепи. Целлюлоза 21 , 1025–1039 (2014).

    КАС Google ученый

  • Хадден, Дж. А., Френч, А. Д. и Вудс, Р. Дж. Распутывание микрофибрилл целлюлозы: запутанная история. Биополимеры 99 , 746–756 (2013).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Бу, Л., Химмель, М. Э. и Кроули, М. Ф. Молекулярное происхождение скручивания в целлюлозе I-бета. Углевод. Полим. 125 , 146–152 (2015).

    КАС пабмед Google ученый

  • Brown, R. M. Jr et al. Биосинтез и деградация целлюлозы. J. Appl. Полим.науч. 37 , 33–78 (1983).

    КАС Google ученый

  • Haigler, C. H. Изменение сборки целлюлозной ленты in vivo с помощью карбоксиметилцеллюлозы и других производных целлюлозы. J. Cell Biol. 94 , 64–69 (1982).

    КАС пабмед Google ученый

  • Hirai, A., Tsuji, M. & Horii, F. Спиралевидное направление ленточных сборок и растопыренные микрофибриллы бактериальной целлюлозы. Sen’i Gakkaishi 54 , 506–510 (1998).

    КАС Google ученый

  • Hanley, S.J., Revol, J.-F., Godbout, L. & Gray, D.G. Атомно-силовая микроскопия и просвечивающая электронная микроскопия целлюлозы из Micrasterias denticulata ; свидетельство хиральной спиральной закрутки микрофибрилл. Целлюлоза 4 , 209–220 (1997).

    КАС Google ученый

  • Огава Ю.Электронная микродифракция выявляет наноразмерную геометрию закручивания нанокристаллов целлюлозы. Nanoscale 11 , 21767–21774 (2019).

    КАС пабмед Google ученый

  • Revol, J.F., Bradford, H., Giasson, J., Marchessault, R.H. & Gray, D.G. Геликоидальное самоупорядочение микрофибрилл целлюлозы в водной суспензии. Междунар. Дж. Биол. макромол. 14 , 170–172 (1992).

    КАС пабмед Google ученый

  • Чжао З.и другие. Скручивание микрофибрилл целлюлозы, механика и значение для биосинтеза целлюлозы. J. Phys. хим. А 117 , 2580–2589 (2013).

    КАС пабмед Google ученый

  • Реза М., Бертинетто С., Руоколайнен Дж. и Вуоринен Т. Элементарные фибриллы целлюлозы собираются в спиральные пучки в слое S1 стенки трахеиды ели. Биомакромолекулы 18 , 374–378 (2017).

    КАС пабмед Google ученый

  • Бертон Р.А., Гидли, М.Дж. и Финчер, Г.Б. Гетерогенность в химии, структуре и функции клеточных стенок растений. Нац. хим. биол. 6 , 724–732 (2010).

    КАС пабмед Google ученый

  • Косгроув, Д. Дж. Рост клеточной стенки растений. Нац. Преподобный Мол. Клеточная биол. 6 , 850–861 (2005).

    КАС пабмед Google ученый

  • Дик-Перес, М.и другие. Структура и взаимодействия полисахаридов клеточной стенки растений с помощью двух- и трехмерного твердотельного ЯМР с вращением под магическим углом. Биохимия 50 , 989–1000 (2011).

    ПабМед Google ученый

  • Сугияма Дж., Чанзи Х. и Револь Дж. Ф. О полярности целлюлозы в клеточной стенке валонии. Planta 193 , 260–265 (1994).

    КАС Google ученый

  • Линг З., Эдвардс, Дж. В., Нам, С., Сюй, Ф. и Френч, А. Д. Конформационный анализ ксилобиозы с помощью квантовой механики DFT. Целлюлоза 27 , 1207–1224 (2020).

    КАС Google ученый

  • Чжан, Т., Махсуди-Луе, С., Титтманн, Б. и Косгроув, Д. Дж. Визуализация наноразмерного рисунка недавно отложившихся целлюлозных микрофибрилл и матричных материалов в никогда не высыхающих первичных стенках эпидермиса лука. Целлюлоза 21 , 853–862 (2013).

    Google ученый

  • Чжан Т., Вавилонис Д., Дурачко Д. М. и Косгроув Д. Дж. Наноразмерные движения микрофибрилл целлюлозы в первичных клеточных стенках. Нац. Растения 3 , 17056 (2017).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Тимм, Дж. К., Берритт, Д.Дж., Дакер, В. А. и Мелтон, Л. Д. Сельдерей ( Apiumgraveolens L.) Паренхимные клеточные стенки исследованы с помощью атомно-силовой микроскопии: влияние дегидратации на микрофибриллы целлюлозы. Planta 212 , 25–32 (2000).

    КАС пабмед Google ученый

  • Дин С.-Ю. и Химмель, М. Е. Микрофибриллы первичной клеточной стенки кукурузы: новая модель, полученная в результате прямой визуализации. Дж. Агрик. Пищевая хим. 54 , 597–606 (2006).

    КАС пабмед Google ученый

  • Косгроув, Д. Дж. Реконструкция наших моделей сборки целлюлозы и первичной клеточной стенки. Курс. мнение биол. растений 22 , 122–131 (2014).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Парк, Ю. Б. и Косгроув, Д. Дж. Пересмотренная архитектура первичных клеточных стенок, основанная на биомеханических изменениях, вызванных субстрат-специфическими эндоглюканазами. Завод Физиол. 158 , 1933–1943 (2012).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Park, Y.B. & Cosgrove, D.J. Ксилоглюкан и его взаимодействие с другими компонентами растущей клеточной стенки. Физиол клеток растений. 56 , 180–194 (2015).

    КАС пабмед Google ученый

  • Фестуччи-Бузелли, Р.А., Отони, В.К. и Джоши, К.П. Структура, организация и функции комплексов синтазы целлюлозы в высших растениях. Браз. J. Физиол растений. 19 , 1–13 (2007).

    КАС Google ученый

  • Ли, К.Дж.Д., Найт, К.Д. и Нокс, Дж.П. Physcomitrella patens: моховая система для изучения клеточных стенок растений. Биосистема растений. 139 , 16–19 (2005).

    Google ученый

  • Лигроне, Р., Вон, К.С., Рензаглиа, К.С., Нокс, Дж.П. и Дакетт, Дж.Г. Разнообразие в распределении полисахаридных и гликопротеиновых эпитопов в клеточных стенках мохообразных: новые доказательства множественной эволюции водопроводящих клеток. Н. Фитол. 156 , 491–508 (2002).

    КАС Google ученый

  • Илавский Ю. Ника: программное обеспечение для обработки двумерных данных. J. Appl. Кристаллогр. 45 , 324–328 (2012).

    КАС Google ученый

  • Гексемер, А. и др. Луч SAXS/WAXS/GISAXS с многослойным монохроматором. J. Phys. конф. сер. 247 , 012007 (2010).

    Google ученый

  • Pandolfi, R.J. et al. Xi-cam: универсальный интерфейс для визуализации и анализа данных. J. Синхротронный рад. 25 , 1261–1270 (2018).

    Google ученый

  • Mannsfeld, S. wxdiff: Программное обеспечение для обработки дифракционных изображений и анализа данных. https://codegooglecom/archive/p/wxdiff/ (2010 г.).

  • Целлюлоза в растениях: функция и структура — видео и расшифровка урока

    Структура

    Целлюлоза — очень важный полисахарид, потому что это самое распространенное органическое соединение на Земле. Целлюлоза является основным компонентом прочных клеточных стенок, окружающих растительные клетки, и именно она делает стебли, листья и ветви растений такими прочными.В следующий раз, когда будете есть салат, подумайте о том, сколько вам нужно его пережевать, чтобы проглотить весь этот растительный материал. Это, безусловно, требует много работы, и частично это связано со структурой целлюлозы.

    Представьте себе связку длинных толстых веревок, слипшихся вместе. Это очень похоже на целлюлозу, но в микроскопическом масштабе. Молекулы целлюлозы расположены параллельно друг другу и соединены между собой водородными связями. Это образует длинные, похожие на кабели структуры, которые соединяются с другими молекулами целлюлозы и создают такую ​​прочную опорную структуру.

    Функция

    Жесткая структура целлюлозы позволяет растениям стоять прямо, а без прочности целлюлозы у нас не было бы пиломатериалов, бумаги или хлопчатобумажной ткани. Из-за своей прочности целлюлоза также используется во множестве синтетических продуктов, таких как ковровые покрытия, загустители в шампунях и лосьонах для загара, косметика, пластик (например, ручка зубной щетки) и другие ткани, такие как искусственный шелк.

    Целлюлоза также играет важную роль в вашем рационе.Большинство животных не могут переваривать целлюлозу, потому что она очень тесно связана друг с другом (если только вы не корова или термит, в этом случае у вас в желудке есть специальные микроорганизмы, разрушающие прочные водородные связи). Когда вы едите целлюлозу, она проходит прямо через вашу пищеварительную систему, не расщепляясь, и это называется нерастворимой клетчаткой . Нерастворимая клетчатка очень важна в вашем рационе, потому что, хотя вы не получаете питательные вещества непосредственно из клетчатки, она способствует здоровью пищеварительного тракта, заставляя все двигаться.

    Краткий обзор урока

    Целлюлоза — важная органическая молекула, поскольку ее прочная структура обеспечивает широкий спектр функций. Это основной компонент прочных клеточных стенок, окружающих растительные клетки, и именно он делает стебли, листья и ветви растений такими прочными. Он также используется для изготовления синтетических материалов, таких как ковровые покрытия и хлопчатобумажная ткань. Многие животные используют его для улучшения пищеварения в виде нерастворимой клетчатки .

    Природа растительных веществ и обсуждение

    СКЕЛЕТ РАСТЕНИЯ

     

    В 1952 году А.Ф. Хилл из Гарварда Университет обрисовал в общих чертах различные части растений, которые необходимы для понимание их природы и использования для людей и животных. Было отмечено, что защитная оболочка охватывает подавляющее большинство растительных клеток и ограничивающий их состав называется клеткой . Стена . Стена придает прочность и жесткость растения и служит своего рода скелетом. Эти стенки всегда состоят из целлюлозы, которая встречается либо отдельно, или с другими веществами.Целлюлоза неживое вещество, вырабатываемое растением из виноградного сахара. Это химически очень сложный углевод с формулой (C 6 H 10 O 5 ) n ​​ Клеточные стенки различаются по размеру и внешний вид. Некоторые из них имеют стены, которые сильно утолщенные, которые называются склеренхимой Клетки. Они предназначены для поддержать завод. Как тело растения увеличивается в размерах, требуется дополнительная поддержка и различные ткани склеренхимы образуются почти полностью из волокон.Волокна представляют собой длинные заостренные клетки с очень толстые стенки и небольшие полости. Они имеют тенденцию переплетаться и могут растягиваться и сжиматься. Некоторые волокна имеют клеточные стенки, почти чистая целлюлоза, например хлопок. В других также присутствует некоторое количество лигнина, как в лубяных волокнах, найденных в кора растений. Лигнин значительно повышает прочность стены без уменьшения ее способности проводить воду. Когда необходимо защитное покрытие целлюлозные стены могут быть пропитаны промышленными гидроизоляционными материалами такие как суберин, кутин или слизь.В некоторых случаях в составе могут присутствовать неорганические материалы, такие как диоксид кремния. клеточные стенки.

     

    Свойства, образующие клеточные стенки полезны для завода, часто несут ответственность за экономическую ценность для люди. Одревесневшие стены из дерева имеет много применений везде, где требуется жесткий, но легко обрабатываемый материал. Более эластичные волокна являются основой текстильной промышленности и наряду с древесиной составляют основное сырье материал бумажной промышленности.Клетка стены с суберином обеспечивают пробковым покрытием. Стены, состоящие почти из чистой целлюлозы, используются для изготовления синтетических волокна, целлофан, взрывчатые вещества и другие промышленные товары. Поскольку целлюлоза и ее производные горючие, все типы клеточных стенок могут быть использованы в качестве топлива. Уголь — это ведь стены заводов, которые процветали в каменноугольный период и постепенно утратили их газообразные элементы. Постепенный последовательность видов топлива, которые показывают прогрессирующую потерю водорода и кислорода, может от целлюлозы до лигнина, торфа, мягкого угля и каменного угля.

     

    ПРОТОПЛАЗМ

     

    Большое количество сахара, который производится во время фотосинтеза используется для образования новой протоплазмы взамен разрушенной вниз и обеспечить рост растения. Протоплазма растений представляет собой очень сложное вещество, и ее химическая природа не совсем понятен, хотя в его состав включены общие элементы.он содержит простые сахара и более высоко промышленные углеводы; жиры на разных стадиях синтеза; большой количество белкового материала, полученного частично из виноградного сахара и частично от нитратов, впитавшихся из почвы; соли различных неорганических элементов, такие как фосфор, железо, магний, сера, калий и кальций; и витамины, ферменты и другие выделения. Когда пища готовится, она сильно меняет первоначальную природу растений. протоплазма.в целом согласен что свежая, сырая растительная пища может быть более полезной для здоровья из-за наличие витаминов и других компонентов протоплазмы в неповрежденном состояние.

     

    РЕЗЕРВНАЯ ПРОДУКЦИЯ

     

    В большинстве случаев растения вырабатывают гораздо больше пищи, чем может быть использовано непосредственно для роста растений или в качестве источника энергии.Излишки хранятся в сильно модифицированные клетки в разных местах в качестве резервного источника для использования для роста и других видов деятельности в более позднее время. Подземные стебли, корни, почки и семена являются основным хранилищем органы растений. Три основных типы пищевых материалов, которые производятся растениями, представляют собой углеводы, жиры и белки.

     

    Углеводы

     

    Это простейшие растения еда.Они состоят из углерода, водорода и кислорода в пропорции две части водорода к одной из кислород. Основными углеводами являются сахар, крахмал и целлюлоза.

     

    Сахар . — виноградный сахар, вырабатывается растением в процессе фотосинтеза, чаще всего присутствует в растении клетки. Этот основной материал метаболизма, известная как глюкоза, имеет формулу C 6 H 12 O 6. Иногда хранится в больших таких количествах, как в стеблях кукурузы. Фруктовый сахар или фруктоза, другой продукт фотосинтеза, имеет ту же формулу, но немного отличается характеристики. Чаще всего встречается только во фруктах.

     

    Высшие и более сложные сахара образуются из этих простых сахаров. Наиболее важным из высших сахаров является тростниковый сахар, или сахароза с формулой C 12 H 22 O 11 .Он накапливается в больших количествах в сахарной свеклы и сахарного тростника и, в меньшей степени, многих других растений. Все сахара растворимы в воде и Таким образом, они легко доступны для использования растением. Они очень питательны и служат ценным кормом для животных и людей. Мы используем эти сахара не только в том виде, в каком они встречаются в тканях растений, но и путем экстрагирования и очищая их.

     

    Крахмал . .— Крахмалы нерастворимые соединения сложной природы и формулы (C 6 H 10 O 6 ) n ​​ . Их получают из виноградного сахара и представляют собой первый видимый продукт фотосинтеза. Крахмал – самый распространенный вид резерва. пищей зеленых растений и имеет важнейшее значение в их обмене веществ. Однако из-за своей нерастворимой природы крахмал должен быть переварен, т. е. сделан растворимым, прежде чем его можно будет использовать.Это делается с помощью ферментов которые присутствуют в клетках. Крахмал хранится в крупных тонкостенных клетках в виде характерных зерен. Люди очень зависят от крахмала, который представляет собой важнейшую растительную пищу и имеет жизненно важное значение в промышленном мире. также.

     

    Целлюлоза .— Это высший вид углевод. Помимо своего присутствия в клеточных стенок, он почти не выполняет функции резервной пищи, хотя есть доказательства того, что некоторые бактерии используют его.

     

    Резервная целлюлоза .— Они напоминают целлюлозы физически, но они различаются по своим химическим свойствам. К ним относятся гемицеллюлозы, пектины, смолы и слизи. Что-нибудь из этого соединения играют двоякую роль. Они помогают в опоре клеточных стенок и служат резервной пищей. Гемицеллюлозы могут постепенно превращаться в пектины, а затем в камеди.

     

    Гемицеллюлоза .— Они часто встречаются как дополнительные слои клеточных стенок, особенно в семенах тропических растений, таких как финик и слоново-ореховая пальма. Они легко усваиваются растениями, но лишь незначительно — людьми, и поэтому не подходят для еды человека. Однако у них есть применение в некоторых отраслях.

     

    Пектины .— Это фруктовые желе, которые встречаются в большинстве растений. клеток, особенно во фруктах и ​​овощах.Они хорошо растворяются в воде и могут использоваться в пищу обоими растениями. и животные. Пектины также увеличивают задержка воды в клетках. Середина пластинка, цементирующий материал, который скрепляет клеточные стенки, состоит из пектиновые соединения. Пектины затвердевают после того, как они были удалены с завода, и люди воспользовались этим при приготовлении варенья и желе.

     

    Резинки .— расщепление целлюлозы или других углеводов соединения получают их. Они состоят органической кислоты в сочетании с неорганическими солями. Они могут секретироваться естественным образом в тканей или может возникнуть в результате ранения. Камедь помогает удерживать воду в растении, а также служит резервировать еду. Они используются в промышленности, медицины и пищевых продуктов.

     

    Слизи .— Они тесно связаны с деснами. При намокании водой они не растворяются но образуют слизистые массы. Они есть секретируется в мешочки, каналы или волоски. Они выполняют разнообразную функцию и могут служить резервной пищей, вспомогательным средством. в контроле потери воды или слишком быстрой диффузии, как механизма хранение воды и как средство облегчения рассеивания семян. Слизь часто встречается в ассоциации с целлюлозой в клеточных стенках. Они успешно используются в медицине.

     

    Жиры

     

    Жиры представляют собой соединения углерода, водород и кислород похожи на углеводы, но в них гораздо меньше кислорода. Из-за этого их часто называют углеводороды. Формула для Типичный жир Триолеин показывает их химическую природу: C 57 H 104 O 4 .. Жиры образуются из углеводов двумя процессы, (1) производство жирных кислот и (2) образование глицерин.Эти два продукта объединяются в образуют жиры, которые могут быть жидкими или твердыми. В жидком состоянии жиры называются маслами, или жирными маслами, а встречаются в виде мелких шариков. Жиры присутствуют в небольших количествах во всей живой протоплазме, но запасаются в качестве резервной пищи в основном в семенах и плодах. Они нерастворимы и должны быть переварены. перед использованием. У них высокая энергия содержания и являются ценной пищей как для растений, так и для животных. Жиры играют важную роль в медицине и промышленность.

     

    Белки

     

    Белки также происходит частично из углеводов путем образования амино кислоты. Эти последние простые соединения затем соединяются с нитратами из почвы и другими веществами, образуя очень сложная белковая молекула. Основной характеристикой белков является высокое содержание азота.Сера также присутствует, и часто фосфор. Глиадин является типичным белок, встречающийся в пшенице и имеющий формулу: C 736 H 1161 N 184 O 208 S 3 . Несмотря на то, что белки являются основным составляющую протоплазмы, они сохраняются в основном только в семенах, где встречаются в виде твердых гранул, называемых зернами алейрона. Известно, что сотни белков встречаются в растительные ткани. Как только белки имеют переведены в растворимую форму, они являются важной пищей для обоих растения и животные.Они есть особенно ценен как средство для наращивания мышц и нервов, а не как источник энергии и являются неотъемлемой частью рациона животных. Белки редко извлекаются из растений. тканей для пищевых целей, за исключением использования соевых бобов. Белки имеют очень мало промышленного применения.

     

    СЕКРЕЦИИ И ВЫДЕЛЕНИЯ

     

    Растения вырабатывают различные вещества в виде выделения и выделения.Эти разнообразны по химическому составу и функциям. Некоторые секретируются в специальных клетках или тканях на определенное время. цель, в то время как другие не имеют очевидного применения и считаются побочными продуктами метаболизма. Иногда эти материалов большой коммерческой ценности и включают эфирные масла, пигменты, смолы, дубильные вещества, латекс, воски, алкалоиды, глюкозиды, органические кислоты, ферменты, витамины и гормоны.

     

    Эфирные масла

     

    Часто называемые летучими маслами, эти отличаются от жирных масел высокой ароматичностью и летучестью.Они образуются в железах или специальных клетки. Их функция, по-видимому, в первую очередь для привлечения насекомых, участвующих в опылении, или для отпугивания враждебных насекомых и животных своим едким вкусом. Они могут оказывать некоторое антисептическое и бактерицидное действие в растения. Эти ароматические масла используются в приготовлении парфюмерии и мыла и в других отраслях промышленности, а также в медицине и в качестве пищевых ароматизаторов.

     

    Пигменты

     

    Завод производит все красящие материалы, имеющиеся в его основной корпус.Это химически и функционально разнообразны. Большинство важное значение имеет хлорофилл, особенно сложное вещество. Содержит пигменты ксантофилл и каротин и является одним из важнейших факторов фотосинтеза. Другие цвета имеют значение только как средство привлечения насекомых и других животных для опыления и расселения, в то время как некоторые являются лишь случайными побочными продуктами деятельности растений. Когда пигменты стабильны, их можно экстрагируют и используют в качестве красителей.

     

    Дубильные вещества

     

    Горькие, вяжущие вещества, выделяемые корой, древесиной или другими частями многих растений. Их функция может заключаться в помощи в заживлении ран и в предотвращении гниения, а также может играть роль в образование пробки и пигментов. Они также служат защитой от естественных врагов.Танины обладают особыми свойствами, они бесценны в определенных отраслях. Они могут вступать в реакцию с белками, такими как желатин в шкурах животных. производят твердое твердое вещество. Таким образом они используются при дублении кожи. Они также способны реагировать с солями железа с образованием черного цвета. цвет. Это делает их ценными в красильная промышленность и производство чернил. Танины находят применение в медицине благодаря своим вяжущим свойствам. характеристики.

     

    Смолы

     

    Это сложные материалы, вероятно, происходят из углеводов. Они секретируются в железах или каналах и часто встречаются в комбинации. с эфирными маслами и камедями. Они образуются либо естественным путем, либо в результате повреждения тканей. Смолы нерастворимы в воде, поэтому любая поверхность, непроницаемая для влаги.Таким образом, они важны в производстве красок и лаки. Для растений смолы могут служить удерживать влагу или сопротивляться гниению за счет их антисептического действия. Некоторые смолы использовались в медицине.

     

    Латекс

     

    Растения часто выделяют молочный или окрашенная жидкость, называемая латексом. Это смесь смол, камедей, углеводородов, пищевых и других вещества, образующиеся в особых сосудах или сосудах обычно в коре или листья.Его использование заводом не понятно, но может участвовать в защите. Производятся ценные промышленные продукты, такие как каучук и жевательная резинка. из латекса.

     

    Воски

     

    Часто имеется покрытие из листья и плоды, выделяемые растением для защиты от чрезмерная потеря воды. Этот воск по составу похож на жир.Воски были собраны и в некоторой степени использованы в коммерческих целях, например, автомобильные воски.

     

    Алкалоиды

     

    Это растительные основы, которые содержат азот и считаются продукты распада белков. Они выделяются в специальные клетки или трубочки. Они могут обеспечить защиту от естественных врагов из-за их горький вкус.Алкалоиды соединения без запаха, оказывающие выраженное физиологическое действие на животных. Таким образом, они имеют важное значение в медицине. и составляют одни из самых ценных наркотиков. К ним также относятся сильнодействующие растительные яды. и наркотики. Такие вещества, как кофеин и теобромин, которые действительно являются близкородственными пуриновыми основаниями, часто относят к алкалоидам.

     

    Глюкозиды

     

    Хотя сходны с алкалоидами в своих свойств глюкозиды образуются из углеводов, а не из белки.Считается, что они дают защитную функцию, поскольку они обычно встречаются в коре. Однако они могут служить для регулирования кислотность и щелочность растительных клеток. Эти вещества использовались в качестве лекарств.

     

    Органические кислоты

     

    Они широко распространены среди растения, особенно фрукты и овощи.Они могут встречаться в свободном состоянии, как кальций, калий или натрий. соли или в сочетании со спиртами. Считается, что фруктовые кислоты проявляют влечение к животным и, таким образом, помогают рассеивание плодов и семян. Они также участвуют в метаболизме и росте.

     

    Ферменты

     

    Ферменты присутствуют во всех живых организмы.Есть много разных видов, но они обычно присутствуют в очень малых количествах. Они действуют как катализаторы в химических реакции. Они вызывают все химические изменения, происходящие в живом веществе, фактически не вступая в сами реакции. Один из их наиболее важные функции в пищеварении, процессе, посредством которого нерастворимые материалы расщепляются на растворимые и тем самым становятся доступными для транспортировки во все части организма для конечного использования.Ферменты находятся в коллоидной и белковой форме. природа. Они специфичны в своем действия. Они обеспокоены не только с окислением и другими деструктивными фазами метаболизма, но с также конструктивные этапы. Они участвуют в фотосинтезе и в образовании белков и жиров и присутствуют в каждой живой клетке растения.

     

    Витамины

     

    Это вещества, которые, по-видимому, необходимы для благополучия как растения, так и животные.Они есть образуются растениями, и хотя животные могут хранить их, они не способны производя их. Витамины встречаются в чрезвычайно незначительные суммы и, следовательно, их трудно изучать. Они необходимы для нормального обмена веществ, роста, развития и размножения. По-видимому, они контролируют большинство конструктивных фаз метаболизма. Витамины также незаменимы для профилактика некоторых заболеваний человека, например цинги. Зеленые овощи, фрукты и семена являются важными источниками витамины.Морские водоросли особенно ценны тем, что содержат много различных видов витаминов.

     

    Гормоны

     

    Гормоны производятся одной частью организма, а затем переносятся в другие части, где они могут влиять какой-то специфический физиологический процесс. Гормоны растений регулируют различные явления роста, такие как тропизмы, увеличение и удлинение клеток.Они также играют роль в производстве корней и цветов. и в формировании плодов.

     

    Ученые говорят: Целлюлоза | Новости науки для студентов

    водоросли : Одноклеточные организмы, когда-то считавшиеся растениями (они ими не являются). Как водные организмы, они растут в воде. Как и зеленые растения, они зависят от солнечного света, чтобы приготовить себе пищу.

    бактерии : (единственное число: бактерия) Одноклеточные организмы.Они обитают почти везде на Земле, от дна моря до других живых организмов (таких как растения и животные). Бактерии являются одним из трех доменов жизни на Земле.

    биопленка : липкое сообщество различных типов микробов, которое приклеивается к твердой поверхности. Жизнь в биопленке — это один из способов защиты микробов от стрессовых факторов (таких как яды) в окружающей среде.

    клетка : (в биологии) Наименьшая структурная и функциональная единица организма.Обычно слишком маленький, чтобы увидеть его невооруженным глазом, он состоит из водянистой жидкости, окруженной мембраной или стенкой. В зависимости от размера животные состоят из тысяч или триллионов клеток. Большинство организмов, таких как дрожжи, плесень, бактерии и некоторые водоросли, состоят только из одной клетки. (в телекоммуникациях) Технология, использующая большое количество базовых станций для ретрансляции сигналов. Каждая базовая станция покрывает только небольшую область, известную как сота. Телефоны, использующие эту систему, обычно называются сотовыми телефонами.

    целлюлоза : Тип волокна, обнаруженного в клеточных стенках растений. Он образован цепочками молекул глюкозы.

    компонент : что-то, что является частью чего-то другого (например, части, которые входят в состав электронной платы, или ингредиенты, которые входят в рецепт печенья).

    диета : (сущ.) Пищевые продукты и жидкости, потребляемые животным для обеспечения питания, необходимого для роста и поддержания здоровья. Иногда это конкретный план приема пищи. (в.) Принять конкретный план приема пищи. Люди могут принять его по религиозным или этическим соображениям, чтобы справиться с пищевой аллергией или контролировать такое заболевание, как высокое кровяное давление или диабет. Они также могут принять его, чтобы похудеть, хотя это может быть нездоровым, если не делать это под руководством медицинского работника, такого как врач или дипломированный диетолог.

    переваривать : (существительное: пищеварение) Расщеплять пищу на простые соединения, которые организм может усваивать и использовать для роста.Некоторые очистные сооружения используют микробы для переваривания или разложения отходов, чтобы продукты распада можно было переработать для использования в других местах окружающей среды.

    ткань : Любой гибкий материал, который соткан, связан или может быть сплавлен в лист при нагревании.

    волокно : Что-то, форма которого напоминает нить или нить. (в питании) Компоненты многих волокнистых растительных продуктов. Эти так называемые неперевариваемые волокна, как правило, происходят из целлюлозы, лигнина и пектина — всех растительных компонентов, которые сопротивляются расщеплению пищеварительными ферментами организма.

    фильтр : (сущ.) То, что пропускает одни материалы, но не пропускает другие, в зависимости от их размера или какой-либо другой характеристики. (v.) Процесс отсеивания некоторых вещей на основе таких характеристик, как размер, плотность, электрический заряд.

    глюкоза : Простой сахар, который является важным источником энергии в живых организмах. Как источник энергии, движущийся по кровотоку, он известен как «сахар в крови». Это половина молекулы, из которой состоит столовый сахар (также известный как сахароза).

    кишечник : неофициальный термин для обозначения желудочно-кишечного тракта, особенно кишечника.

    травоядное : Существо, которое питается преимущественно или исключительно растениями.

    производство : Изготовление вещей, обычно в больших масштабах.

    микроб : сокращение от слова микроорганизм. Живые существа, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, включая бактерии, некоторые грибы и многие другие организмы, такие как амебы. Большинство состоит из одной клетки.

    молекула : электрически нейтральная группа атомов, представляющая минимально возможное количество химического соединения. Молекулы могут состоять из атомов одного или разных типов. Например, кислород в воздухе состоит из двух атомов кислорода (O 2 ), а вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H 2 O).

    пластмасса : любой из серии легко деформируемых материалов; или синтетические материалы, изготовленные из полимеров (длинных цепочек молекул из строительных блоков), которые имеют тенденцию быть легкими, недорогими и устойчивыми к деградации.(прил.) Материал, способный адаптироваться, изменяя форму или, возможно, даже изменяя свою функцию.

    полимер : Вещество, состоящее из длинных цепочек повторяющихся групп атомов. Производимые полимеры включают нейлон, поливинилхлорид (более известный как ПВХ) и многие виды пластмасс. К природным полимерам относятся каучук, шелк и целлюлоза (содержится, например, в растениях и используется для изготовления бумаги).

    губка : что-то, что впитывает жидкости или другие материалы и удерживает их до тех пор, пока не будет выдавлено или удалено каким-либо другим способом.

    Discovery показывает, как растения вырабатывают целлюлозу для силы и роста — ScienceDaily

    Новое исследование Медицинской школы Университета Вирджинии показывает, как растения создают несущие конструкции, которые позволяют им расти, подобно тому, как строительные бригады строят дома .

    Новое открытие, финансируемое Министерством энергетики США, раскрывает молекулярный механизм, который растения используют для сплетения цепочек целлюлозы в кабелеподобные структуры, называемые «микрофибриллами». Эти микрофибриллы обеспечивают необходимую поддержку клеточным стенкам наземных растений и позволяют им создавать давление внутри своих клеток.Это давление позволяет растениям расти к небу.

    «Целлюлоза является наиболее распространенным природным полимером, а ее строительный элемент, глюкоза, является прямым продуктом фотосинтеза, который улавливает углекислый газ из атмосферы», — сказал исследователь Йохен Циммер, доктор философии, из отдела молекулярной физиологии и биологической физики Университета штата Калифорния. «Понимание того, как производится целлюлоза на молекулярном уровне, позволяет нам адаптировать ее биосинтез для изменения физических свойств целлюлозы, оптимизации секвестрации углерода или извлечения накопленной энергии для подпитки антропогенных процессов.»

    Конструкционная целлюлоза

    Целлюлоза — прочный материал, сопровождавший и формировавший человеческую эволюцию с самого начала. Из него делают строительные материалы, одежду, бумагу, пищевые добавки и даже медицинские инструменты. Полимер не растворяется в воде, и микробам очень трудно его разрушить. Это всего лишь несколько примеров уникальных свойств целлюлозы.

    Циммер и его коллеги пролили свет на то, как растения создают этот важный материал.Ученым известно, что целлюлоза состоит из молекул глюкозы, простого сахара, связанных вместе, но новое исследование показывает, какие молекулярные механизмы используют для этого растения. По сути, ученые создали план фабрик, которые растения используют для производства целлюлозы и транспортировки ее на поверхности своих клеток. Эти фабрики известны как комплексы целлюлозосинтазы, и они расположены внутри клеточной мембраны, чтобы обеспечить движение через границу клетки.

    Исследователи обнаружили, что фабрики производят три цепочки целлюлозы, части которых расположены внутри клетки.Они также транспортируют полимеры к поверхности клетки через каналы, пересекающие границу клетки. Эти каналы высвобождают целлюлозные цепи к единственной точке выхода, чтобы выровнять их в тонкие фибриллярные «протофибриллы». Протофибриллы появляются, как зубная паста из тюбика, в виде нити. Затем они собираются вместе со многими другими в микрофибриллы для выполнения своих основных функций в клеточной стенке.

    Прото- и микрофибриллы целлюлозы имеют толщину всего несколько нанометров — нанометр равен одной миллиардной части метра.Но их сила в их количестве. Растения производят микрофибриллы за микрофибриллами, чтобы поддерживать свои клетки. В собранном виде полученная конструкция получается очень прочной. Вы можете думать об этом как о том, как можно упаковать кусочки сухой соломы, чтобы сделать прочную водонепроницаемую соломенную крышу.

    Целлюлозные фабрики слишком малы, чтобы их можно было увидеть в обычный световой микроскоп. Чтобы нанести их на карту, Циммер и его коллеги воспользовались возможностями электронного микроскопа Titan Krios компании UVA. Это настолько чувствительная машина, что она зарыта глубоко под землю, заключена в тонны бетона, чтобы избавить ее даже от малейших вибраций.Это позволяет ученым открыть для себя увлекательный молекулярный мир, ранее скрытый от человеческого взгляда.

    В данном случае это позволило исследовательской группе получить первое представление о производстве и сборке самого распространенного в мире биополимера.

    «Мы уже сталкиваемся с быстро меняющимися условиями окружающей среды, которые влияют на сельское хозяйство и продовольственную безопасность во всем мире. В будущем понимание того, как растения работают на молекулярном уровне, будет иметь все большее значение для здоровья населения», — сказал Циммер.«Сейчас как никогда важно инвестировать в науку о растениях».

    Исследование проводилось при поддержке Центра изучения структуры и образования лигноцеллюлозы, исследовательского центра Energy Frontier, финансируемого Министерством энергетики, фундаментальные энергетические науки, награда № DESC0001090.

    ЦЕЛЛЮЛОЗА ПРОИЗВОДИТСЯ ПРИРОДНЫМ ОБРАЗОМ; Исследователи сообщают об использовании растительного метода в пробирке

    Об искусственном производстве целлюлозы в лаборатории сообщили ученые из Калифорнийского университета, которые следовали тем же химическим шагам, что и зеленые листовые растения, чтобы достичь той же цели.

    Подвиг, по мнению одного из исследователей, должен помочь человеку лучше понять, как растения производят целлюлозу, самое распространенное из всех веществ, вырабатываемых живыми существами.

    Целлюлоза является основным конструкционным материалом растений. Целлюлоза из дерева, хлопка и из наиболее широко используемого сырья человека.

    Природный метод его изготовления из более простых растительных веществ поэтому представляет интерес для ученых, хотя никто не ожидает улучшения природного метода.

    Отчет опубликован сегодня в Журнале Американского химического общества. Авторами являются Джордж А. Барбер и Алан Эльбейн, помощники биохимиков-исследователей, и доктор Уильям З. Хассид, профессор биохимии Калифорнийского университета в Беркли.

    Во вчерашнем телефонном интервью д-р Хассид сказал, что он интересовался лабораторным синтезом целлюлозы с тех пор, как принял участие в первом лабораторном синтезе сахарозы (обычного сахара) в 1944 году.

    В отчете говорится, что искусственный синтез целлюлозы ранее было достигнуто с помощью экстрактов продуцирующей целлюлозу бактерии под названием Acetobacter xylinum, но никогда прежде этого не достигалось с помощью ферментов, выделенных из зеленолистных растений.

    Целлюлоза существует в виде длинных цепочечных молекул, состоящих из тысяч идентичных субъединиц. Субъединицы представляют собой обычный сахар, который химически отличается от сахарозы.

    Д-р Хассид и его коллеги интересовались проблемой объединения этих маленьких субъединиц в молекулу целлюлозы. Они делали это поэтапно.

    Первым этапом был синтез промежуточного соединения под названием гуанозиндифосфатглюкоза. Его функция заключалась в обеспечении энергией, необходимой для соединения глюкозных субъединиц в характерные цепи целлюлозы.

    В системе пробирки глюкоза гуанозиндифосфата была получена из более простых веществ с помощью фермента, извлеченного из проростков растения, называемого бобами мунг.

    Затем был использован другой фермент, чтобы отделить фосфат от глюкозы в молекуле гуанозиндифосфата глюкозы и позволить единицам глюкозы соединиться вместе с образованием целлюлозы.

    Ферменты представляют собой органические катализаторы, контролирующие химические реакции в живых организмах. Конкретные ферменты, инициировавшие этапы исследования целлюлозы, в отчете не называются.

    За ходом реакций следили, помечая глюкозу в исходных соединениях радиоактивным углеродом 14. Радиоактивность конечного продукта целлюлозы можно было использовать, чтобы показать источник, из которого она поступила.

    Было обнаружено, что включение радиоактивности в целлюлозу пропорционально как продолжительности реакции, так и концентрации фермента, добавленного для запуска реакции.

    В естественных условиях фотосинтез дает сырье, из которого растения образуют целлюлозу.

    Натуральные и синтетические полимеры — Центр Гельфанда

    Полимеры бывают двух видов: синтетические и натуральные. Синтетические полимеры получают из нефтяного масла и производят ученые и инженеры. Примеры синтетических полимеров включают нейлон, полиэтилен, полиэстер, тефлон и эпоксидную смолу. Природные полимеры встречаются в природе и могут быть извлечены. Часто они на водной основе. Примерами встречающихся в природе полимеров являются шелк, шерсть, ДНК, целлюлоза и белки.

    В предыдущем разделе, посвященном сетчатым полимерам, мы упоминали вулканизированный каучук и пектин. Вулканизированный каучук представляет собой синтетический (искусственный) полимер, а пектин является примером природного полимера.

    Каучук можно найти в природе и собрать в виде латекса (молочной жидкости) с нескольких видов деревьев. Натуральный каучук, полученный из древесного латекса, по существу представляет собой полимер, состоящий из звеньев изопрена с небольшим процентом примесей. Каучук также может быть изготовлен (синтезирован) человеком. Синтетический каучук можно получить путем полимеризации различных мономеров, в том числе изопрена.

    Натуральный каучук неудобен в обращении (он липкий), не обладает хорошими свойствами и долговечностью (гниет). Обычно его вулканизируют — процесс, при котором резину нагревают в присутствии серы, чтобы улучшить ее упругость, эластичность и долговечность. Синтетический каучук предпочтительнее, потому что различные мономеры можно смешивать в различных пропорциях, что приводит к широкому диапазону физических, механических и химических свойств. Мономеры могут быть получены в чистом виде, а добавление примесей или добавок может контролироваться конструкцией для получения оптимальных свойств.

    Вулканизация, также называемая отверждением, представляет собой химический процесс, используемый в резиновой промышленности, при котором отдельные полиизопреновые цепи соединяются с другими полиизопреновыми цепями химическими связями (см. последовательность реакций ниже). Фактическое химическое сшивание обычно выполняется с помощью серы, но есть и другие технологии, которые также можно использовать. Вулканизация — необратимый процесс, как выпечка торта. Обычно мягкие и упругие молекулы каучука соединяются вместе, в результате чего получается более твердый материал с большей прочностью и химической стойкостью.Вулканизация изменяет поверхность материала с очень липкой на гладкую, мягкую поверхность, которая не прилипает к металлическим или пластиковым подложкам.

    Источник: www.chemistrydaily.com.

    Пектин представляет собой полимер с длинной цепью, состоящий из пектиновой кислоты и молекул пектиновой кислоты (см. структуру ниже). Поскольку эти кислоты являются сахарами, пектин называют полисахаридом. Его получают из кожуры цитрусовых и остатков яблок. В растении/плоде пектин представляет собой материал, соединяющий растительные клетки вместе.

    Источник: www.cybercolloids.net.

    Цепочки пектина образуют сеть, поскольку некоторые сегменты цепей пектина соединяются вместе путем кристаллизации, образуя трехмерную сеть, в которой удерживаются вода, сахар и другие материалы. Образование геля вызывается физическими или химическими изменениями, которые имеют тенденцию снижать растворимость пектина, что способствует образованию мелких локализованных кристаллов. Наиболее важным фактором, влияющим на склонность пектина к гелеобразованию, является температура.

    При охлаждении горячего раствора, содержащего пектин, уменьшается подвижность молекул и повышается их склонность к объединению в гелевую сеть. Эта способность делает пектин хорошим загустителем для многих пищевых продуктов, таких как желе и джемы. Если в смеси достаточно сахара, пектин образует твердый гель.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.