Номер 1, страница 78, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Чем сходны и чем отличаются друг от друга по строению целлюлоза и крахмал?

1. Чем сходны и чем отличаются друг от друга по строению целлюлоза и крахмал?

Крахмал и целлюлоза — это природные высокомолекулярные соединения (полимеры), относящиеся к классу полисахаридов. Они имеют как общие черты, так и принципиальные различия в строении, которые определяют их свойства и функции в природе.

Сходства:

• И крахмал, и целлюлоза являются полисахаридами, то есть полимерами.
• Они имеют одинаковую общую химическую формулу: $(C_6H_{10}O_5)_n$.
• Мономерным звеном в макромолекулах обоих веществ является шестиатомный циклический сахар — глюкоза, формула которой $C_6H_{12}O_6$.

Различия:

• Изомерия мономерного звена: Крахмал построен из остатков $\alpha$-глюкозы, в то время как целлюлоза — из остатков $\beta$-глюкозы. Эти формы глюкозы являются пространственными изомерами (стереоизомерами) и отличаются пространственным расположением гидроксогруппы ($—OH$) у первого атома углерода в цикле.
• Строение полимерной цепи:
  • Молекулы крахмала могут иметь как линейное (амилоза), так и разветвленное (амилопектин) строение. Связи между остатками глюкозы в основном $\alpha$-1,4-гликозидные, а в точках ветвления амилопектина — $\alpha$-1,6-гликозидные.
  • Молекулы целлюлозы имеют исключительно линейное, неразветвленное строение. Остатки $\beta$-глюкозы соединены между собой $\beta$-1,4-гликозидными связями.
• Пространственная структура (конформация):
  • Из-за $\alpha$-связей цепи амилозы в крахмале закручиваются в спираль.
  • $\beta$-связи в целлюлозе приводят к формированию вытянутых, почти прямых цепей. Эти цепи укладываются параллельно друг другу, образуя многочисленные водородные связи между соседними молекулами. Это создает прочные волокна, которые нерастворимы в воде.
• Степень полимеризации (значение n): У целлюлозы молекулярная масса значительно выше. Степень полимеризации n для целлюлозы достигает 10 000–14 000, в то время как для крахмала она составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч.

Ответ: Сходство целлюлозы и крахмала заключается в том, что оба являются полисахаридами с общей формулой $(C_6H_{10}O_5)_n$ и их мономером является глюкоза. Основные различия состоят в типе изомера глюкозы ($\alpha$-глюкоза у крахмала и $\beta$-глюкоза у целлюлозы), строении макромолекул (у крахмала цепи линейные и разветвленные, у целлюлозы — только линейные), пространственной организации цепей (спирали у крахмала и прямые волокна у целлюлозы) и значительно большей степени полимеризации у целлюлозы.

б. Какое общее химическое свойство присуще сахарозе, крахмалу и целлюлозе?

Сахароза (дисахарид), крахмал и целлюлоза (полисахариды) относятся к классу углеводов. Их важнейшим общим химическим свойством является способность подвергаться гидролизу. Гидролиз — это реакция взаимодействия с водой, которая приводит к расщеплению сложных углеводов на более простые (вплоть до моносахаридов). Реакция протекает при нагревании в присутствии катализаторов — сильных кислот (например, серной) или под действием специфических ферментов.

В ходе гидролиза происходят следующие превращения:

• Сахароза гидролизуется с образованием двух моносахаридов — глюкозы и фруктозы:

  $C_{12}H_{22}O_{11} \text{ (сахароза)} + H_2o \xrightarrow{H^+ \text{ или фермент}} C_6H_{12}O_6 \text{ (глюкоза)} + C_6H_{12}O_6 \text{ (фруктоза)}$

• Крахмал при полном гидролизе расщепляется до своего мономера — $\alpha$-глюкозы. Процесс идет ступенчато через образование декстринов и дисахарида мальтозы:

  $(C_6H_{10}O_5)_n \text{ (крахмал)} + nH_2o \xrightarrow{H^+ \text{ или ферменты}} nC_6H_{12}O_6 (\alpha\text{-глюкоза})$

• Целлюлоза, обладающая большей химической стойкостью, также гидролизуется (в более жестких условиях), образуя в качестве конечного продукта $\beta$-глюкозу:

  $(C_6H_{10}O_5)_n \text{ (целлюлоза)} + nH_2o \xrightarrow{H^+, to } nC_6H_{12}O_6 (\beta\text{-глюкоза})$

Ответ: Общим химическим свойством, присущим сахарозе, крахмалу и целлюлозе, является реакция гидролиза — расщепление молекул под действием воды с образованием более простых углеводов (моносахаридов).