Гомополисахариды

Целлюлоза (клетчатка) – (С₆Н₁₀О₅)­_n. Наиболее распространённое на земле органическое вещество. Древесина содержит от 45 до 70% клетчатки. Примером чистой целлюлозы является вата, фильтровальная бумага и т.д. Целлюлоза относится к β -гликанам(гомополисахаридам), мономерным звеном которых является β -D-глюкоза. Моносахаридные остатки соединены между собой β -1→ 4-гликозидной связью. Таких остатков в целлюлозе до 12000.

Характерная и отличительная особенность целлюлозы заключается в том, что макромолекулы этого линейного полимера располагаются параллельно друг другу и между ними возникают межмолекулярные водородные связи, что в свою очередь приводит к образованию волокон. Благодаря этому достигается высокая механическая прочность и жёсткость.

В отличие от крахмала, целлюлоза в воде не растворяется, но набухает в растворах щелочей, медноаммиачном комплексе. Целлюлоза находит широкое применение в производстве искусственных волокон, взрывчатых веществ, этанола и др. Для удобства изображения различных производных целлюлозы обычно используют упрощённую формулу [C₆H₇O₂(OH)₃]_n.

Целлюлозу можно ацетилировать и получить триацетилцеллюлозу, которая далее используется для получения ацетатного шёлка и невоспламеняющихся кино-фотоматериалов:

Целлюлозу можно нитровать и в зависимости от стехиометрического соотношения реагентов получают моно-, ди- и тринитроклетчатки:

Смесь моно- и динитроклетчатки называется коллодийной ватой или коллоксилином и находит широкое применение. Из коллоксилина, камфоры и этилового спирта получают целлулоид.

Тринитрат клетчатки используется для получения бездымного пороха и изготовления взрывчатых устройств.

Метилированная целлюлоза или метилцеллюлоза может быть представлена общей формулой [C₆H₇O₂(OH)_3-X(OCH₃)_X. В каждом димерном фрагменте может содержаться в общей сложности до трёх-четырёх метоксигрупп:

Метилцеллюлоза растворяется в воде. Если водный раствор нагреть, то при температуре выше 50^оС он переходит в гель. Это свойство метилцеллюлозы широко используется в фармации при изготовлении лекарственных форм наружного применения.

Крахмал – (C₆H₁₀О₅)_n продукт фотосинтеза. Относится к α -гликанам. Как гомополисахарид состоит из α -D-глюкозных остатков, соединенных между собой α -1→ 4 и α -1→ 6 гликозидными связями. Крахмал по своему составу неоднороден и представляет собой смесь двух полисахаридов – амилозы и амилопектина. Соотношение этих фракций в среднем равно 1: 4, хотя в зависимости от растительного источника оно может сильно меняться.

Амилоза (C₆H₁₀O₅)_n. Здесь α - D-глюкозные остатки соединены между собой α (1→ 4)–глюкозидными связями. Полисахаридная цепь амилозы практически неразветвленна и состоит из 1000 – 6000 глюкозных остатков:

Макромолекула амилозы благодаря α -гликозидной связи может принимать спиралеобразную форму, где каждый виток сформирован шестью моносахаридными остатками.

Амилоза растворима в воде. С молекулярным йодом амилоза образует окрашенное в синий цвет соединение, что находит применение в качественном анализе (йодкрахмальная проба).

Амилопектин также состоит из α -глюкозных остатков, которые соединены между собой не только 1→ 4 - гликозидной связью, но и 1→ 6. Такой порядок глюкозидных связей приводит к разветвлению. Глюкозные остатки в неразветвленной цепи (линейный участок) связаны 1→ 4–глюкозидной связью. В местах же разветвления цепи глюкозный остаток одного линейного участка образует связь с атомом углерода С – 6 моносахаридного остатка второго линейного участка, что представлено ниже:

Чистый амилопектин в горячей воде растворяется лучше, чем амилоза. С йодом раствор амилопектина окрашивается в фиолетовый цвет.

В растениях крахмал откладывается в качестве запасного питательного продукта.

Гликоген (животный крахмал) (С₆H₁₀O₅)_n.

В организме животных этот полисахарид играет исключительную роль как запасной продукт. Он содержится во всех животных тканях, но больше всего в печени и мышцах. Является структурным аналогом амилопектина, но, в отличие от последнего, разветвлен в большей степени.

Декстраны – полисахариды бактериального происхождения общей формулы (C₆H₁₀O₅)_n и построенные из α -D-глюкозных остатков. Преобладающим типом связи между моносахаридами является α -1→ 6 глюкозидная связь, на долю которой приходится примерно 50 – 97% от всех связей. Молекулы декстранов сильно разветвлены, поскольку наряду с α -1→ 6 типом связи здесь в точках ветвления имеются α -1→ 4, α -1→ 3 и очень редко α -1→ 2 глюкозидные связи.

Микробиологический синтез осуществляется микроорганизмами, которые используют для этого сахарозу. Бактерии из сахарозы высвобождают фруктозу, а из α - D-глюкопиранозных остатков синтезируют полисахарид:

Декстраны нашли широкое применение в качестве кровезаменителей. С этой целью их подвергают частичной деполимеризации, доводя молекулярную массу до 50 000 – 100 000. При этом на долю α -1→ 6 связей должно приходиться не менее 95%. Такой декстран называется «клиническим декстраном» и для медицинских целей выпускается под названием «полиглюкин».

Сульфатированные декстраны обладают свойствами антикоагулянтов.

В промышленности на основе декстранов получают молекулярные сита – «Сефадексы», которые имеют сетчатое строение и способны набухать в воде с образованием гелей. Последние характеризуются определенным размером пор в гранулах геля, что позволяет «просеивать» молекулы с определенной молекулярной массой.

Хитин – линейный гомополисахарид, состоящий из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, соединенных между собой β -1→ 4 гликозидными связями.

При дезацетилировании (отщеплении ацетильного остатка) образуется хитозан.

Хитин – главный скелетный полисахарид беспозвоночных и выполняет опорные и механические функции у ракообразных, насекомых (клещи, тараканы).

При гидролизе хитина получают глюкозамин, который в настоящее время широко используется в медицинской практике.