Какие общие свойства у углеводов и жиров
Жиры
Жиры представляют собой органические соединения, образующиеся в результате взаимодействия глицерина с высшими карбоновыми кислотами. Соединения могут быть природного или синтетического происхождения.
Жиры еще называют глицеридами, так как в реакциях этерификации, продуктами которых они являются, принимают участие карбоновые кислоты и единственный спирт – глицерин.
Общая формула жиров выглядит так:
R1, R2, R3 – углеводородные остатки карбоновых кислот.
В состав жиров могут входить насыщенные и ненасыщенные карбоновые кислоты. Жиры имеют твердую консистенцию, если в состав входят углеводородные части предельных кислот. В случае этерификации глицерина с ненасыщенными кислотами образуются жидкие соединения. Природные глицериды содержат оба вида кислот, поэтому животные жиры твердые (кроме рыбьего жира). Глицериды растительного происхождения соответственно имеют жидкую форму, поэтому их называют маслами (кроме пальмового масла, имеющего твердую консистенцию).
Химические свойства жиров
По аналогии можно предположить, что гидрирование двойных связей обеспечит переход в твердую форму. Данное свойство подтверждено опытным путем. Так получают твердый жир маргарин. Реакция гидрирования (гидрогенизация) проходит в присутствии никелевого катализатора:
Жиры – это сложные эфиры, поэтому для них характерны реакции гидролиза.
Гидролиз с водными растворами кислот и щелочей протекает по следующей схеме:
В результате реакций щелочного гидролиза образуются соли высших карбоновых кислот – мыла (реакции омыления):
Жиры, в составе которых содержаться углеводородные остатки непредельных кислот обесцвечивают раствор калия перманганата и бромной воды. Присутствие двойных связей в предельных кислотах лишает глицериды этого свойства.
Биологические функции жиров
Жиры играют важную роль в живых организмах. Основными функциями являются:
- строительная;
- энергетическая;
- защитная;
- секреторная;
- регулирующая.
Жиры регулируют обмен веществ, участвуют в теплорегуляции, обеспечивают механическую защиту органов, повышают сопротивляемость организма, секретируют гормоны.
Белки
Белки – высокомолекулярные соединения органической природы. Представляют собой цепочку из частей альфа-аминокислот, соединенных пептидными связями.
Двадцать видов аминокислот образуют структуру большинства белков. При этом отдельные виды белков отличаются между собой аминокислотными наборами по наименованию и последовательности соединения.
Структура белков определяет их растворимость. Так, четвертичные соединения в виде глобул образуют коллоидный водный раствор, а четвертичные белки из нитей (фибрилл) имеют твердую структуру и не растворяются в водной среде.
Химические свойства белков
Белковые соединения вступают в реакции гидролитического разложения по схеме:
В результате гидролиза образуется смесь альфа-аминокислот.
При определенных условиях происходит распад сложных белковых структур до первичной линейной формы. Это называется денатурацией.
Денатурация белка может быть обратимой и не обратимой. Ход процесса зависит от условий протекания.
Обратимая денатурация протекает в присутствии щелочей или ионов аммония по схеме:
Необратимая денатурация белка происходит в присутствии кислот, щелочей, солей тяжелых металлов при условии повышенной температуры либо воздействия иного излечения. В таких условиях восстановление структуры белка невозможно.
Реакция взаимодействия белкового раствора с 10% раствором натрия гидроксида и капли 1% раствора сульфата меди называется биуретовой реакцией. В результате образуется биуретовый комплекс фиолетового цвета:
Это качественная реакция для белковых соединений.
Ксантопротеиновой реакцией называют взаимодействие раствора белка с концентрированной азотной кислотой в условиях повышенной температуры. Образуется соединение, придающее раствору желтое окрашивание.
Схема реакции на примере тирозина (альфа-аминокислоты):
Биологические функции белков
Белковые соединения в организме выполняют такие функции, как:
- строительная;
- защитная;
- регуляторная;
- транспортная;
- энергетическая;
- двигательная.
Белки – строительный материал клеток. Белковые соединения защищают от инфекционных агентов, доставляют важнейшие вещества в органы, насыщают организм энергией.
Углеводы
Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Содержат карбонильную группу и множество карбоксильных групп. Служат источником энергии для клеток.
Классификация углеводов
Класс углеводов | Особенности / Представители |
Моносахариды (монозы) | Простая форма сахаров. Не подвергается гидролизу.
|
| Дисахариды | Сложные сахара. При гидролизе распадаются на две молекулы моносахаров.
|
Полисахариды | Высокомолекулярные соединения сложной структуры, образованные из остатков моносахаров, соединенных гликозидными связями.
|
Химические свойства углеводов
Химические свойства углеводов обусловлены строением. Соединения вступают в реакции по карбоксильной группе, по спиртовому гидроксилу или кетонной группе в зависимости от природы сахаров в составе.
Реакции гидролитического разложения сложных сахаров идут по схеме:
Реакции гидрирования характерны для сахаров, содержащих карбонильную группу (например, глюкоза), которая в результате восстанавливается до спиртового гидроксила при повышенной температуре в присутствии никелевого катализатора:
Альдегидная группа в составе вступает в характерную реакцию с гидроксидом меди. Образуется оксид меди II кирпично-красного цвета:
По альдегидной группе проходит и реакция «серебряного зеркала» с серебра нитратом в аммиачной среде. Образуется осадок серебра, глюконат аммония, аммиак и вода:
Спиртовой гидроксил в составе определяет взаимодействие с гидроксидом двухвалентной меди. Осадок голубого цвета переходит в насыщенный синий раствор медного комплекса:
Процессы брожения
Процесс ферментативного разложения глюкозы на этиловый спирт и углекислый газ называют спиртовым брожением:
Продуктом молочнокислого брожения становится молочная кислота. Возможны процессы масляно-кислого, лимонно-кислого брожения:
Растворы моносахаров
В растворе моносахара соединяются между собой через альдегидные группы. Раствор глюкозы содержит две модификации: альфа-форму и бета-форму:
Полисахара сгорают до углекислого газа и воды:
(С6H10O5)n + 6nO2 → 6nCO2 + 5nH2O
Характерная реакция крахмала с раствором йода:
Образуется ярко синее окрашивание. При повышении температуры цвет исчезает, при охлаждении снова проявляется.
Биологические функции углеводов
Углеводы выполняют функции в организме такие, как:
- энергетическая;
- защитная (иммунная);
- структурная;
- запасающая;
- рецепторная.
Углеводы образуют стенки клеток, обеспечивают распознавание клеток, присоединение к ним биологически активных веществ, участвуют в фотосинтезе.
Смотри также:
- Теория строения органических соединений: гомология и изомерия (структурная и пространственная). Взаимное влияние атомов в молекулах
- Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола
- Характерные химические свойства альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров
- Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот. Важнейшие способы получения аминов и аминокислот
- Взаимосвязь органических соединений
Источник
Очень сложно переоценить роль белков, углеводов и жиров для нашего организма.
Каждая группа продуктов по-своему влияет на наш организм, в ту или иную сторону.
Сегодня мы поговорим о белках, жирах и углеводах, и расскажем об их пользе и той роли, которые они выполняют в нашем организме.
Общие характеристики
Современное человечество в бешеном ритме жизни совсем забыло о нормальном, сбалансированном питании. Мы все время задерживаемся на работе, работаем без отдыха, а возможно даже и без обеденного перерыва. Поэтому приходиться есть быстро, практически не пережевывая (чтобы не заметил клиент и т. д.).
Конечно, практически закидывая в рот пищу, мы не можем контролировать количество съеденной пищи, не говоря уже о том, сколько мы употребили белков, жиров или углеводов.
Наверняка вы уже знаете, что без белков не могут происходить никакие процессы, от роста до пищеварения.
Кроме того, обратите свое внимание, что употреблять белки необходимо не только животного происхождения (не менее 55%), но и растительного.
Жиры: их польза и функции
Если с ролью белкой все понятно, а вот с жирами не очень. Казалось бы, что жиры только вредят и способствуют только увеличению веса и жировых отложений. Но это далеко не верно. Жир способствует выработке энергии, и поэтому жировой обмен не менее важен и полезен для человеческого организма, но его необходимо постоянно регулировать.
В организме все жиры делятся на насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Некоторые из них могут синтезироваться самим организмом, и не имеют никакой ценности. Ненасыщенные жирные кислоты как раз то, что необходимо стараться исключить из своего рациона, поскольку они не только плохо усваиваются, но и плохо сказываются на жировом обмене.
Такие жиры встречаются практически везде, особенно они находятся в полуфабрикатах, и продуктах производственного происхождения, а также находятся в свинине и баранине.
А вот полной противоположностью являются ненасыщенные жиры. Они имеют очень высокую ценность для организма и их даже смело можно назвать жизненно важными. Главные продукты, в которых их можно найти — рыбий жир, подсолнечное и кукурузное масло.
Углеводы: их польза и функции
Углеводы являются самым важным и самым главным источником энергии, которая вырабатывается нашим организмом и практически на 60% обеспечивает все потребности организма.
Углеводы делятся на несколько видов:
Моносахариды. К ним относятся глюкоза, фруктоза и галактоза. Именно этот простой углевод отвечает за образование гликогена в нашей печени, питания мышц и головного мозга и т. д.
Дисахариды. К ним относятся сахароза, мальтоза и лактоза. Также являются простыми углеводами.
Полисахариды. К ним относятся крахмал, клетчатка и гликоген. Это уже сложные углеводы, которые могут полностью обеспечить наш организм энергией, насыщением, а также отвечают за отсутствие чувства голода, и практически не увеличивают уровень сахара в крови.
Стоит отметить, что если в организме образовывается дефицит (легкий дефицит!) углеводов, то вся энергия образовывается из запасов подкожного жира. Такой принцип лежит в основе безопасного похудения.
А излишнее потребление углеводов способствует отложению всех излишков в виде подкожных жиров, соответственно повышая Ваш объем талии и вес.
Из всего этого выходит, что самочувствие человека, его бодрость и настроение полностью зависит от потребляемой им пищи, а точнее правильное соотношение всех питательных веществ.
Источник
СВОЙСТВА ЖИРОВ
Жиры – сложные эфиры глицерина и высших одноосновных карбоновых кислот (так называемых ЖИРНЫХ кислот).
Общее название таких соединений – триглицериды или триацилглицерины, где ацил – остаток карбоновой кислоты
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Жидкие или твердые вещества, растворимые в органических растворителях, но не растворимые в воде.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
ГИДРОЛИЗ ЖИРОВ
проходит в кислой или в щелочной среде, или под действием ферментов:
а) кислотный (водный) гидролиз:
под действием кислоты жиры гидролизуются до глицерина и карбоновых кислот, которых входили в молекулу жира.
б) щелочной гидролиз – омыление.
Получают глицерин и соли карбоновых кислот (мыла), входивших в состав жира. Мыла – соли высших жирных кислот (натриевые – твёрдые, калиевые – жидкие).
При пищеварении жир омыляется (расщепляется) с помощью ферментов.
ГИДРИРОВАНИЕ (ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ)
процесс присоединения водорода к остаткам непредельных кислот, входящих в состав жира.
Остатки непредельных кислот переходят в остатки предельных, жидкие растительные жиры превращаются в твёрдые (маргарин).
Жидкие жиры обесцвечивают бромную воду, что говорит о наличии двойных связей
СВОЙСТВА УГЛЕВОДОВ
УГЛЕВОДЫ (САХАРА) – органические соединения, имеющие сходное строение и свойства, состав большинства которых отражает формула Cx(H2O)y, где x, y ≥ 3.
Исключение составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С5Н10O4.
МОНОСАХАРИДЫ – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОСАХАРИДОВ
Моносахариды – твердые вещества, легко растворимые в воде, плохо – в спирте и совсем нерастворимые в эфире.
Водные растворы имеют нейтральную реакцию на лакмус.
Большинство моносахаридов обладают сладким вкусом, однако меньшим, чем свекловичный сахар.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОСАХАРИДОВ
В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя циклическими формами – α и β и линейной формой:
СВОЙСТВА ГЛЮКОЗЫ, КАК МНОГОАТОМНОГО СПИРТА
1. Реакция комплексообразование с гидроксидом меди (II).
При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.
2. Глюкоза, как альдегид.
Образование сложных эфиров с ангидридами кислот или галогенангидридами.
3. Реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании
4. Окисление бромной водой до глюконовой кислоты.
4. Каталитическое гидрирование (восстановление) глюкозы
происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, получается шестиатомный спирт – сорбит.
5. РЕАКЦИИ БРОЖЕНИЯ.
а) спиртовое брожение
б) молочнокислое брожение
в) маслянокислое брожение
ФРУКТОЗА— структурный изомер глюкозы – КЕТОНОСПИРТ:
Кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза. В свободном виде содержится в мёде и фруктах.
Химические свойства фруктозы обусловлены наличием кетонной и пяти гидроксильных групп. При гидрировании фруктозы также получается СОРБИТ.
СВОЙСТВА ДИСАХАРИДОВ
это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).
1. САХАРОЗА (СВЕКЛОВИЧНЫЙ ИЛИ ТРОСТНИКОВЫЙ САХАР) С12Н22О11
Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом.
Чистая сахароза — бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, хорошо растворимое в воде.
В молекуле сахарозы нет открытой (альдегидной) формы. Вследствие этого сахароза не вступает в реакции альдегидной группы – с аммиачным раствором оксида серебра с гидроксидом меди при нагревании.
Подобные дисахариды называют невосстанавливающими, т.е. не способными окисляться.
2. МАЛЬТОЗА.
Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.
Мальтоза – является восстанавливающим дисахаридом и вступает в реакции, характерные для альдегидов.
2. Окисление восстанавливающихся дисахаридов
СВОЙСТВА ПОЛИСАХАРИДОВ.
это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.
Основные представители – КРАХМАЛ И ЦЕЛЛЮЛОЗА (C6H10O5)n
Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы (выделена цветом):
КРАХМАЛ.
Крахмалом называется смесь двух полисахаридов, построенных из остатков циклической α-глюкозы. Крахмал — белый порошок, нерастворимый в холодной воде.
В горячей воде он набухает и образует клейстер. В отличие от моно- и олигосахаридов полисахариды не обладают сладким вкусом
2. Гидролиз крахмала
(ферментативный или кислотный) – ведет к образованию глюкозы.
3. Крахмал не дает реакции “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II)
4. Качественная реакция на крахмал – окрашивание поверхности в синий цвет при добавлении раствора йода.
ЦЕЛЛЮЛОЗА
наиболее распространенный растительный полисахаридМолекулярная масса целлюлозы – от 400 000 до 2 млн.
Чистая целлюлоза — твердое белое вещество, имеющее волокнистую структуру. Она нерастворима в воде и органических растворителях, но хорошо растворяется в аммиачном растворе гидроксида меди (II). Как известно, сладкого вкуса целлюлоза не имеет.
Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.
ОБРАЗОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ.
2. Нитрование целлюлозы
Так как в звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:
3. Взаимодействие с уксусной кислотой
Образуется ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.
4. Гидролиз целлюлозы (ферментативный или кислотный) – образуется глюкоза
СВОЙСТВА БЕЛКОВ
БЕЛКИ (ПОЛИПЕПТИДЫ) – биополимеры, построенные из остатков α-аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями.
Формально образование белковой макромолекулы можно представить как реакцию поликонденсации α-аминокислот
Молекулярные массы различных белков (полипептидов) составляют от 10 000 до нескольких миллионов.Макромолекулы белков имеют стереорегулярное строение, исключительно важное для проявления ими определенных биологических свойств.
Несмотря на многочисленность белков, в их состав входят остатки не более 22 α-аминокислот.
По физическим свойствам белки делят на два класса:
1.ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ- растворяются в воде или образуют коллоидныеnрастворы
2.ФИБРИЛЛЯРНЫЕ БЕЛКИ в воде нерастворимы
ДЕНАТУРАЦИЯ БЕЛКА
разрушение вторичной и третичной структуры белка с сохранением первичной структуры. Происходит при нагревании, изменении кислотности среды, действии излучения.
Пример денатурации — свертывание яичных белков при варке яиц.
ДЕНАТУРАЦИЯ БЫВАЕТ ОБРАТИМОЙ И НЕОБРАТИМОЙ.
Необратимая денатурация может быть вызвана образованием нерастворимых веществ при действии на белки солей тяжелых металлов — свинца или ртути.
3. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА БЕЛКИ:
1)Биуретовая реакция – фиолетовое окрашивание при действии на белки свежеосажденного гидроксида меди (II).
2) Ксантопротеиновая реакция – желтое окрашивание при действии на белки концентрированной азотной кислоты.
3) Реакция с щелочью в присутствии солей свинца – при нагревании выпадает черный осадок PbS, что свидетельствует о присутствии серосодержащих аминокислот.
Источник