III.5.3. Dizaharide.

• III.5.3.1. Obținerea zaharidelor.
• III.5.3.2. Clasificarea zaharidelor.
• III.5.3.3. Proprietățile fizice ale zaharozei.
• III.5.3.4. Proprietățile chimice ale zaharozei.
• III.5.3.5. Utilizările zaharozei.

III.5.3.1. Obținerea zaharidelor.

Zaharoza (C₁₂H₂₂O₁₁) este o dizaharidă care se găsește în tulpina trestiei de zahăr (14-20%) și în sfecla de zahăr (16-20%). Ea se mai găsește și în morcovi, pepeni galbeni, zmeură, piersici, caise etc.

Cu 3000 de ani î.Hr., indienii cunoșteau metoda de obținere a zahărului solid din trestia de zahăr. Azi trestia de zahăr este produsă pe tot globul, ea reprezentând 55 % din producția de zahăr din lume.

În anul 1747, chimistul german Margraff a obținut zahăr din sfecla de zahăr.

În țara noastră, zahărul se obține din sfecla de zahăr prin difuzie, urmând următoarele etape :

• Sfecla de zahăr se toacă mărunt și se pune în apă caldă, obținându-se o soluție diluată de zahăr.
• Soluția diluată de zahăr se concentrează și prin evaporare se obține zahărul brut.
• Din zahărul brut se obține melasa (care conține 50% zahăr), folosită ca adaos în nutrețuri pentru animale, ca materie primă în obținerea etanolului și în alimentație ca îndulcitor. Melasa este siropul gros, de culoare maro, care rămâne după ce au îndepărtat cristalele de zahăr din suc. Înlocuind zahărul cu siropul de melasă, se obține un aport important de minerale (mangan, magneziu, cupru, seleniu, potasiu, fier, calciu etc.).
• Prin rafinarea zahărului brut se obține zahărul pur.

Dizaharidele se formează prin eliminarea de apă între două molecule de monozaharide identice sau diferite:

Legătura formată între cele două resturi de monozaharide este de tip eteric, care se poate forma în două moduri, după natura grupei hidroxil implicată :

- Legătură dicarbonilică, atunci când molecula de apă se elimină între o grupare hidroxil glicozidică a unei molecule de monozaharidă și o grupare hidroxil alcoolică de la cea de-a doua monozaharidă. În acest caz se formează zaharide reducătoare, care au o grupă OH glicozidică liberă. Cele mai importante dizaharide reducătoare sunt maltoza, celobioza și lactoza.

- Legătură monocarbonilică, atunci când molecula de apă se elimină între grupările hidroxil glicozidice ale celor două molecule de monozaharidă. În acest caz se formează zaharide nereducătoare, de exemplu zaharoza.

III.5.3.2. Clasificarea zaharidelor.

Dizaharidele prin hidroliză acidă sau enzimatică, formează monozaharidele de la care provin.

Clasificarea zaharidelor:

- Zaharoza (zahărul obișnuit) formează prin hidroliză α-glucoză + β-fructoză.

Zaharoza este cea mai importantă dintre dizaharidele nereducătoare şi cea mai răspândită în natură. Se găseşte în sfecla de zahăr şi în trestia de zahăr în cantităţi mari (până la 28%), suficiente pentru prelucrarea industrială.

- Lactoza (zahărul din lapte) formează prin hidroliză β-glucoză + β-galactoză.

Lactoza este una dintre cele mai răspândite dizaharide de origine animală. Se găseşte în laptele tuturor mamiferelor. Este formată din resturi de β-D-galactoză şi D-glucoză unite prin legătura β(1-4) glicozidică, care leagă atomul de carbon β -C-1 al galactozei cu atomul C-4 al glucozei. Lactoza este hidrolizată în prezența unei enzime secretată în intestinul subțire, numită lactază.

Intoleranța la lactoză este o afecțiune care determină o reacție adversă alimentară atât față de lapte, cât și față de derivatele din lapte. Acest tip de intoleranță alimentară poate fi de natură congenitală sau se poate manifesta mai târziu, în viața de adult, printr-un deficit de lactază, care are rolul de a produce hidroliza lactozei până la glucoză și galactoză.

În absența lactazei, lactoza care nu este digerată în intestinul subțire va trece în colon, unde este fermentată sub influența bacteriilor și este transformată în acizi grași cu lanț scurt și hidrogen.

Deși intoleranța la lactoză poate afecta pe oricine, incidența acestei afecțiuni prezintă o mare variabilitate geografică și etnică: peste 90% prevalentă în unele zone din estul Asiei, 65-75% în Africa și în rândul afro-americanilor, 80-95% în rândul nativilor americani și între 7-20% în rândul populației albe europene și americane. Incidența cea mai mică se regăsește în țările din nordul Europei.

- Maltoza (zahărul din malț/grâu încolțit) formează prin hidroliză α-glucoză + α-fructoză.

Maltoza se găsește în extractul apos al orzului încolțit, denumit malț, şi este constituită din două resturi de α-D-glucopiranoză, unite între ele prin legătura glicozidică α(1-4). Industrial se obține prin hidroliza parțială a amidonului sub acțiunea amilazei, o enzimă specifică legăturilor α-glicozidice. Maltoza are o putere de îndulcire ușor mai mică decât zaharoza, dulceața ei fiind de 33% din cea a zaharozei.

- Celobioza (zahărul din hidroliza celulozei) formează prin hidroliză β-glucoză + β-glucoză.

Celobioza este un dizaharid izomer cu maltoza. Rezultă în urma hidrolizei enzimatice a celulozei și a altor materiale bogate în celuloză, cum ar fi bumbacul, hârtia etc., în prezența enzimei celobiaza, specifică legăturilor β-glicozidice. Contrar asemănărilor structurale, celobioza și maltoza prezintă proprietăți biologice diferite: celobioza, spre deosebire de maltoză, nu poate fi digerată și nici fermentată de organismul uman.

III.5.3.3. Proprietățile fizice ale zaharozei.

Zaharoza este o substanță solidă, cristalină, incoloră/albă, cu gust dulce, solubilă în apă, insolubilă în solvenți organici. Se topește la o temperatură de 185 °C, transformându-se în caramel.

III.5.3.4. Proprietățile chimice ale zaharozei.

Proprietățile chimice ale zaharozei (zahărului)

1. Zaharoza prin topire se caramelizează și apoi se carbonizează, dacă se continuă încălzirea. Se mai poate carboniza și în reacție cu acidul sulfuric concentrat.

C₁₂H₂₂O₁₁ + O₂ → C + H₂O
zaharoză

2. Zaharoza formează prin hidroliză un amestec echimolecular de α-glucoză + β-fructoză, numit zahăr invertit (miere artificială), sub acțiunea acidului clorhidric sau a enzimei, numită zaharază.

👀 Experiment: Reacția zaharozei cu azotatul de potasiu

🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai de către profesor purtând echipament de protecție (ochelari de protecție, mănuși de protecție), numai în aer liber sau sub nișă!
🔥 Atenție! Reacția este violentă, puternic exotermă și are loc cu degajarea unei cantități mari de gaze și de aceea trebuie să nu se apropie nicio persoană de locul reacției chimice!
🔥 Atenție! Azotatul de potasiu (salpetru de India) este oxidant, nociv, periculos pentru mediu!

Materiale necesare:
Azotat de potasiu, zahăr pudră, chibrit, suprafață termorezistentă (o placă de gresie, o capsulă), mojar cu pistil, spatule, diferite săruri.

Descrierea experimentului:

• Cântărește 3 g de KNO₃ și 3 g zahăr pudră.
• Amestecă cele două pulberi cu grijă pentru a obține un amestec cât mai omogen, evitând frecarea dintre ele.
• Așază amestecul pirotehnic sub forma unui con pe o suprafață termorezistentă (cărămidă, gresie etc.).
• Aprinde amestecul cu un chibrit și apoi îndepărtează-te.
• Ce observi ?

  Reacția are loc violent cu degajare mare de căldură, de gaze, fum și miros de zahăr ars. Flacăra are culoarea roșu violetă caracteristică ionilor de potasiu (K⁺) din KNO₃.

Reacția dintre zaharoză și azotatul de potasiu are loc cu o degajare mare de gaze.

5C₁₂H₂₂O₁₁(s) + 48KNO₃(s) → 24K₂CO₃(s) + 36CO₂(g)↑ + 55H₂O(g) ↑ + 24N₂(g) ↑

Zahărul acționează ca un combustibil furnizând carbonul pentru CO₂ și hidrogenul pentru apă, iar oxidantul (KNO₃) asigură oxigenul necesar reacției de ardere.

Pentru a obține o anumită culoare a flăcării în urma arderii celor două substanțe, se adaugă o anumită sare.

👀 Experiment: Reacția zaharozei cu cloratul de potasiu

🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai de către profesor purtând echipament de protecție (ochelari de protecție, mănuși de protecție), numai în aer liber sau sub nișă!
🔥 Atenție! Reacția este violentă, puternic exotermă și are loc cu degajarea unei cantități mari de gaze și de aceea trebuie să nu se apropie nicio persoană de locul reacției chimice!
🔥 Atenție! Cloratul de potasiu este oxidant, nociv, periculos pentru mediu!

Materiale necesare:
Clorat de potasiu, zahăr pudră, chibrit, suprafață termorezistentă (o placă de gresie, o capsulă), mojar cu pistil, spatule, diferite săruri.

Descrierea experimentului:

• Cântărește 3 g de KClO₃ și 3 g zahăr pudră.
• Amestecă cele două pulberi cu grijă pentru a obține un amestec cât mai omogen, evitând frecarea dintre ele.
• Așază amestecul pirotehnic sub forma unui con pe o suprafață termorezistentă (cărămidă, gresie etc.). Poți adăuga diferite săruri pentru a da o anumită culoare flăcării.
• Aprinde amestecul cu un chibrit și apoi îndepărtează-te.
• Ce observi ?

  Reacția are loc violent cu degajare mare de căldură, de gaze, fum și miros de zahăr ars.

Reacția dintre zaharoză și cloratul de potasiu are loc cu o degajare mare de gaze.

5C₁₂H₂₂O₁₁(s) + 8KClO₃(s) → 12KCl(s) + 12CO₂(g)↑ + 11H₂O(g) ↑

Zahărul acționează ca un combustibil furnizând carbonul pentru CO₂ și hidrogenul pentru apă, iar oxidantul (KClO₃) asigură oxigenul necesar reacției de ardere.

Primele capse explozive foloseau ca oxidant cloratul de potasiu. Cloratul de potasiu, mai ales în amestec cu anumite substanțe, poate fi instabil și extrem de reactiv, prezentând riscuri de detonare accidentală. Astăzi nu mai este folosit cloratul de potasiu în capse, utilizându-se alte substanțe mai sigure și mai performante pentru a minimiza riscurile accidentării.

Cloratul de potasiu este utilizat ca agent oxidant, la prepararea oxigenului, ca dezinfectant, în chibrituri și ca explozibil (în artificii).

Cloratul de potasiu mai este folosit și la semnalul vizual, un fum care se ridică dintr-un mic coș din acoperișul Capelei Sixtine, care anunță dacă s-a ales un nou Papă al Bisericii Catolice. Dacă fumul este negru, nu a fost ales niciun nou papă, iar dacă este alb, este semnalul pentru acordul conclavului în alegerea noului suveran pontif. Pentru fumul negru, se arde un amestec de perclorat de potasiu, antracen și sulf, iar pentru fumul alb se folosește o combinație de clorat de potasiu, lactoză și colofoniu de pin.

Pentru a obține o anumită culoare a flăcării în urma arderii celor două substanțe, se adaugă o anumită sare. Spre exemplu, pentru a obţine un roşu aprins se foloseşte clorură de litiu. Pentru a obține culoarea galben se adaugă azotat de sodiu, pentru albastru se folosește clorură de cupru I, pentru verde se folosește clorură de cupru II, pentru alb se adaugă pudră de magneziu sau sulfat de magneziu.

III.5.3.5. Utilizările zaharozei.

Utilizările zaharozei:

• Zahărul este folosit în alimentație pentru îndulcirea diferitelor băuturi.
• Zahărul este utilizat și la fabricarea dulciurilor (prăjituri, bomboane, ciocolată etc.).
• Zahărul este o importantă sursă de energie pentru organism, dând o energie de 4,2 kcal/1g.
• Zaharoza este utilizată la prepararea unor medicamente, mixturi și siropuri pentru copii.
• Derivații zaharozei sunt utilizați ca plastifianți în producerea industrială a maselor plastice.