Углеводы

Углеводы - большая группа органических соединений природного происхождения. Они входят в состав всех живых организмов. Название "углеводы" предложено в 1844 г. как общее для всех органических соединений, состав которых выражается формулой С_m(Н₂O)_n. Отсюда и термин, корни которого следует искать в словах "углерод" и "вода". Однако химически этот термин не совсем верен: в наше время известно множество углеводов, в которых соотношение кислорода и водорода совсем не такое, как в воде, например известный углевод дезоксирибоза С₅Н₁₀О₄. И наоборот, у некоторых веществ, не имеющих никакого отношения к углеводам, соотношение кислорода и водорода точно такое же, как в воде: уксусная кислота - С₂Н₄O₂, молочная кислота-С₃Н₆О₃ и т.д. Известны углеводы, в состав которых наряду с углеродом, водородом и кислородом входят также азот или сера. Не удивительно, что еще в 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила употреблять вместо этого термина другие - "глюциды" или "глициды", показывая тем самым, что это вещества, подобные глюкозе. Но термин "углеводы" до сих пор широко применяют и в химии, и в медицине.

Углеводороды: 1 - простейший насыщенный углеводород метан СН₄; 2 - в молекуле ацетилена С₂Н₂ атомы углерода соединены тройной связью; 3 - молекула этилена С₂Н₊; 4 - пентан С₅Н₁₂ существует в трех формах, все они показаны на рисунке; 5 - циклопентан; 6 - молекула толуола С₆Н₅СН₃, одного из самых простых ароматических соединений; 7 - у призманов молекулы построены в виде трех-, четырех-, пяти- или шестигранной призмы; кубан - один из иризманов; 8 - твистан; 9 - адамантан; 10 - плоская молекула кекулена и 11 - коронена; 12 - так построена молекула катенанов. На рисунке не показаны атомы водорода, даны лишь углеродные основы различных углеводородных молекул

Углеводы - чрезвычайно обширная группа природных соединений, тем не менее все их многообразие довольно легко классифицируется, если в основу классификации положить способность этих веществ к гидролизу - расщеплению водой на более простые углеводы. К простейшим углеводам, моносахаридам (простым сахарам) относятся глюкоза и фруктоза. Они не подвержены гидролизу. Олигосахариды (от греческого "олигос" -"немногочисленный") - дисахариды: сахароза, лактоза и др.; трисахариды и т. д. - гидролизуются с образованием моносахаридов. Целлюлоза, крахмал - это полисахариды ("поли" означает "много"). По своим физическим свойствам эти вещества не похожи на сахара, но полисахариды гидролизуются с образованием сотен и тысяч молекул моносахаридов.

Углеводы чрезвычайно важны для жизнедеятельности: при их окислении выделяется необходимая организму энергия. Кроме того, они участвуют в построении сложных белков, ферментов, гормонов. К углеводам относятся и такие жизненно необходимые вещества, как гепарин, витамины С и В₁₅, а также известный антибиотик стрептомицин.

Превращения углеводов лежат в основе технологических процессов: брожения, химической переработки древесины, изготовления тканей и бумаги из природного, растительного сырья.

Все больший интерес проявляется к искусственным полимерам на углеводной основе, в частности к полимерам на основе крахмала. Например, моющие средства на основе крахмала, в отличие от синтетических, легко разлагаются микроорганизмами и вливаются в естественный круговорот веществ, не загрязняя землю и водоемы. В недалеком будущем "сахарохимия" станет, по-видимому, важной частью полимерной химии. Впрочем, углевод (полисахарид) целлюлозу и сейчас используют в больших масштабах, чем любой искусственный полимер. Вискозный шелк, ацетатный шелк, целлулоид, бездымный порох - все это производные целлюлозы. На очереди - широкое использование в народном хозяйстве еще одного полисахарида - хитина, строение молекул которого близко к молекулам целлюлозы. Хитин - основной материал панцирей ракообразных, он входит также в состав грибов и многих других живых организмов. По химической стойкости хитин заметно превосходит целлюлозу, и, возможно, будущие ткани на основе модифицированного хитина будут превосходить целлюлозные волокна и по химической стойкости, и по прочности, и, возможно, по яркости окраски.

Углеводы широко используются в пищевой промышленности.