Углеводы

ПЛАН: 

Введение

Глава 1 Углеводы, их классификация и значение.

1.1. Содержание углеводов в клетке и их классификация.

1.2. Состав и строение моносахаридов на примере глюкозы.

1.3. Физические и химические свойства глюкозы.

1.4. Применение  углеводов.

Глава 2. Физиологическое значение углеводов

2.1. Углеводы и углеводный обмен.

2.2. Значение жиров, углеводов и минеральных веществ в питании человека.

2.3. Нормы этих компонентов пищи и источники их поступления в организм человека

Глава 3. Углеводы: от простых до сложных, где содержатся углеводы в продуктах питания

3.1. Простые углеводы

3.2. Сложные углеводы

3.3. Обмен углеводов

Глава 4. Химические свойства углеводов.

4.1. Реакции углеводов

4.2. Образование простых эфиров

Глава 5. Роль углеводов в медицине, ветеринарии, питании человека.

5.1. Применение углеводов.

5.2. Применение углеводов в парентеральном питании

5.3. Использование углеводов при диетическом питании

Заключение

Список использованной литературы.

Приложения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

      Ежедневно сталкиваясь с множеством бытовых предметов, продуктов питания, природных объектов, продуктов промышленного производства, мы не задумываемся о том, что все вокруг есть и индивидуальные химические вещества или совокупность этих веществ. Любое вещество обладает собственной структурой и свойствами. Человек с момента своего появления на Земле употреблял растительную пищу, содержащую крахмал, фрукты и овощи, содержащие глюкозу, сахарозу и другие углеводы, использовал для своих нужд древесину и другие растительные объекты, состоящие главным образом из другого природного полисахарида — целлюлозы. И только в начале XIX в. стало возможным изучение химического состава природных высокомолекулярных веществ, строения их молекул. В этой области были сделаны важнейшие открытия.

      В бескрайнем мире органических веществ  есть соединения, о которых можно  сказать, что они состоят из углерода и воды. Они так и называются - углеводы. Впервые термин «углеводы» предложил русский химик из Дерпта (ныне Тарту) К. Шмидт в 1844 году. В 1811 году русский химик Константин Готлиб Сигизмунд (1764-1833) впервые получил глюкозу гидролизом крахмала. Углеводы широко распространены в природе и играют большую роль в биологических процессах живых организмов и человека.

      Углеводы, обширная группа органических соединений, входящих в состав всех живых организмов. Первые известные представители этого класса веществ по составу отвечали общей формуле C_mH_2nO_n, то есть углерод + вода (отсюда название); позднее к углеводам стали относить также их многочисленные производные с иным составом, образующиеся при окислении, восстановлении или введении заместителей.

      Превращения углеводов известны с древнейших времён, так как они лежат в основе процессов брожения, обработки древесины, изготовления бумаги и тканей из растительного волокна. Тростниковый сахар (сахарозу) можно считать первым органическим веществом, выделенным в химически чистом виде. Химия углеводов возникла и развивалась вместе с органической химией; создатель структурной теории органических соединений А. М. Бутлеров — автор первого синтеза сахароподобного вещества из формальдегида (1861). Структуры простейших сахаров выяснены в конце 19 в. в результате фундаментальных исследований немецких учёных Г. Килиани и Э. Фишера, основанных на стереохимических представлениях Я. Г. Вант-Гоффа и блестяще их подтвердивших. В 20-е гг. 20 в. работами английского учёного У. Н. Хоуорса были заложены основы структурной химии полисахаридов. Со 2-й половины 20 в. происходит стремительное развитие химии и биохимии углеводов, обусловленное их важным биологическим значением и базирующееся на современной теории органической химии и новейшей технике эксперимента.

      Углеводы составляют большую (часто основную) часть пищевого рациона человека. В связи с этим они широко используются в пищевой и кондитерской промышленности (крахмал, сахароза, пектиновые вещества, агар). Их превращения при спиртовом брожении лежат в основе процессов получения этилового спирта, пивоварения, хлебопечения; др. типы брожения позволяют получить глицерин, молочную, лимонную, глюконовую кислоты и др. вещества. Глюкоза, аскорбиновая кислота, сердечные гликозиды, углеводсодержащие антибиотики, гепарин широко применяются в медицине. Целлюлоза служит основой текстильной промышленности, получения искусственного целлюлозного волокна, бумаги, пластмасс, взрывчатых веществ и др.

      Важнейшие вопросы химии и биохимии углеводов — усовершенствование методов установления строения и синтеза природных углеводов, выяснение связи между их структурой и функцией в организме, а также путей биосинтеза — разрабатываются химическими и биохимическими научными центрами наряду с др. актуальными проблемами органической химии, биохимии и молекулярной биологии.

      По  химической классификации, все углеводы являются полигидроксикарбонильными  соединениями. Номенклатура их, как  и в большинстве случаев природной  химии, носит тривиальный характер, систематический подход разработан и им удобно пользоваться при названии производных углеводов и обозначении характерных структурных элементов. Общее окончание для всех углеводов, исключая полимерные системы - оза.

      Здесь следует отметить, что обычно углеводы подразделяют в первую очередь на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Но так как моносахара являются фундаментальными углеводными единицами, а олигосахара и полисахара - это не что иное, как их производные, то мы и будем придерживаться этой схемы: не выделять олигосахара в отдельный класс, рассматривая их как соответствующие производные моносахаров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1 Углеводы, их классификация  и значение.

1.1. Содержание углеводов  в клетке и их  классификация.

     Углеводы  – вещества состава С_mН2_nО_n, имеющие первостепенное биохимическое значение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека.

     Изучение  углеводов показало, что существуют соединения, которые по всем свойствам  нужно отнести в группу углеводов, хотя они имеют состав не точно  соответствующий формуле С_mH_2nО_n. Тем не менее, старинное название «углеводы», сохранилось до наших дней, хотя наряду с этим названием для обозначения рассматриваемой группы веществ иногда применяют и более новое название – глициды.

     Большой класс углеводов разделяют на две группы: простые и сложные.

     Простыми  углеводами (моносахаридами и мономинозами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых углеводов, у них  число атомов углерода равно числу  атомов кислорода С_nН_2nО_n.

     Сложными  углеводами (полисахаридами или полиозами) называют такие углеводы, которые способны гидролизоваться с образованием простых углеводов и у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода С_mН_2nО_n.

     Классификацию углеводов можно изобразить следующей  схемой:

     Моносахариды, Дисахариды С₁₂Н₂₂О₁₁, тетрозы С₄Н₈О₄, сахароза, элитроза, лактоза, треоза, мальтоза, пентозы С₅Н₁₀О₅, целобиоза, арабиноза, Полисахариды Ксилоза (С₅Н₈О₄)_n рибоза пентозаны Гексозы С₆Н₁₂О₆ (С₆Н₁₀О₅)_n глюкоза целлюлоза манноза крахмал галактоза гликоген фруктоза

     Важнейшими  представителями простых углеводов  являются глюкоза и фруктоза, они  имеют одну молекулярную формулу  С₆Н₁₂О₆.

     Глюкозу называют также виноградным сахаром, так как она содержится в большом  количестве в виноградном соке. Кроме винограда глюкоза находится и в других сладких плодах и даже в разных частях растений. Распространена глюкоза и в животном мире: 0,1% ее находится в крови. Глюкоза разносится по всему телу и служит источником энергии для организма. Она также входит в состав сахарозы, лактозы, целлюлозы, крахмала.

     В растительном мире широко распространена фруктоза или фруктовый (плодовый) сахар. Фруктоза содержится в сладких плодах, меде. Извлекая из цветов сладких плодов соки, пчелы приготавливают мед, который  по химическому составу представляет собой в основном смесь глюкозы и фруктозы. Также фруктоза входит в состав сложных сахаров, например тростникового и свекловичного.

     Моносахариды  – это твердые вещества, способные  кристаллизоваться. Они гигроскопичны, очень легко растворимы в воде, легко образуют сиропы, из которых выделить их в кристаллическом виде бывает очень трудно.

     Растворы  моносахаридов имеют нейтральную  на лакмус реакцию и обладают сладковатым  вкусом. Сладость моносахаридов различна: фруктоза в 3 раза слаще глюкозы.

     В спирте моносахариды растворяются плохо, а в эфире вообще не растворимы.

     Моносахариды, важнейшие представители простых  углеводов, в природе находятся  как в свободном состоянии, так  и в виде своих ангидридов –  сложных углеводов.

     Все сложные углеводы можно рассматривать как ангидриды простых сахаров, получающиеся путем отнятия одной или нескольких молекул воды от двух или более молекул моносахарида.

     К сложным углеводам относятся  разнообразные по своим свойствам  вещества и их делят по этой причине  на две подгруппы.

     1. Сахароподобные сложные углеводы  или олигосахариды. Эти вещества  обладают рядом свойств, сближающими  их с простыми углеводами.

     Сахароподобные  углеводы легко растворимы в воде, сладки на вкус; эти сахара легко  получаются в виде кристаллов.

     При гидролизе сахароподобных полисахаридов из каждой молекулы полисахарида образуется небольшое количество молекул простого сахара – обычно 2, 3, или 4 молекулы. Отсюда произошло второе название сахароподобных полисахаридов – олигосахариды (от греческого олигос – немногий).

     В зависимости от числа молекул  моносахаридов, которые образуются при гидролизе каждой молекулы олигосахаридов, последние делятся на дисахариды, трисахариды и т.д.

     Дисахариды  – это сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе  распадается на 2 молекулы моносахарида.

     Способы синтеза дисахаридов известны, но практически их получают из природных  источников.

     Важнейший из дисахаридов – сахароза –  очень распространен в природе. Это химическое название обычного сахара, называемого тростниковым или свекловичным.

     Индусы  еще за 300 лет до нашей эры умели  получать тростниковый сахар из тростника. В наше время получают сахарозу из тростника, произрастающего в тропиках (на о. Куба и в других странах  Центральной Америки).

     В середине 18 века дисахарид был обнаружен и в сахарной свекле, а в середине 19 века был получен в производственных условиях.

     В сахарной свекле содержится 12-15% сахарозы, по другим источникам 16-20% (сахарный тростник содержит 14-26% сахарозы).

     Сахарную  свеклу измельчают и извлекают из нее сахарозу горячей водой в специальных аппаратах-диффузорах. Полученный раствор обрабатывают известью для осаждения примесей, а перешедший частично в раствор избыточный гидролиз кальция осаждают пропусканием диоксида углерода. Далее после отделения осадка раствор упаривают в вакуум-аппаратах, получая мелкокристаллический песок-сырец. После его дополнительной очистки получают рафинированный (очищенный) сахар. В зависимости от условий кристаллизации он выделяется в виде мелких кристаллов или в виде компактных «сахарных голов», которые раскалывают или распиливают на куски. Быстрорастворимый сахар готовят прессованием мелкоизмельченного сахарного песка.