Chemia sacharozy, czyli ….co można zrobić ze zwykłego cukru
Sławomir Jarosz
Instytut Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk
Kasprzaka 44/52, 01-224 [email protected]
Chemia sacharozy, czyli ….co można zrobić ze zwykłego cukru
Sławomir Jarosz
Instytut Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk
Kasprzaka 44/52, 01-224 [email protected]
ZWYKŁY CUKIER
Ale najpierw trzeba wprowadzić kilka
podstawowych pojęć
Galeria Andrzeja Mleczki
Myślę, że będziemy mogli się porozumieć
Mimo bardzo dużej różnicy
wieku
i unikniemy następującej sytuacji …..
CO2HH2N
NH2O
HO2C NH2
NH2 O
CO2HH2N
NH2O
L-asparaginasmak gorzki
D-asparaginasmak słodki
H
O
H
H
H
O
H
H
O
(+) - disparluraktywny feromon
(-) - disparluraktywny inhibitor feromonu
Co to jest zwykły cukier ???
Cukier jaki jest, każdy widzi
Jest to parafraza sławnego powiedzenia koń jaki, jest każdy widzi
Koń jaki jest, każdy widzi
opierwsza polska encyklopedia powszechna autorstwa Benedykta Chmielowskiego
Benedykt Joachim Chmielowski herbu Nałęcz (ur. 1700, zm. 1763) – polski ksiądz katolicki, kanonik kijowski, pisarz dewocyjny.
Zasłynął jako twórca pierwszej polskiej encyklopedii powszechnej wydanej pod typowym dla jego epoki tytułem:
Nowe Ateny albo Akademia wszelkiej sciencyi pełna, na różne tytuły jak na classes podzielona, mądrym dla memoryału, idiotom dla nauki, politykom dla praktyki, melancholikom dla rozrywki erygowana [...] przez xiędza Benedykta Chmielowskiego dziekana rohatyńskiego, firlejowskiego, podkamienieckiego pasterza.
Encyklopedia miała dwa wydania, pierwsze w latach 1745-1746, drugie, uzupełnione i rozszerzone, w latach 1754-1764.
Autor encyklopedii uznał konia za zbyt oczywiste zwierzę, aby je opisywać (wówczas
każdy szlachcic miał konia).
Obecnie cytat używany jest na określenie czegoś tak oczywistego, że każdy wie, co to jest.
Czy cukier jest tak ‘oczywistą oczywistością’
że nie trzeba go charakteryzować ??
Sacharozę na skalę przemysłową zaczęto otrzymywać na Bliskim Wschodzie z trzciny cukrowej już w starożytności. Cukier wyrabiano także w Indiach oraz Chinach. Do Europy sacharozę sprowadzili Grecy w IV wieku p.n.e. W ówczesnych czasach była stosowana jako kosztowny lek. Kiedy Ameryka została odkryta i założono na niej wielkie plantacje trzciny cukrowej, dostawy tego produktu do Europy znacznie wzrosły.
OOHO
HO HO
OH OH
OHHO
OH
O
bezbarwne, krystaliczne ciało stałe, t.t. 184 °C []D = 66.7
Pierwsza udana próba otrzymania cukru z buraków cukrowych odbyła się w 1747 r. przez niemieckiego chemika Andreasa Sigismunda Marggrafa.
Pierwsza cukrownia została wybudowana na Śląsku w 1802 r.
Przed II wojną Melchior Wańkowicz powiedział:
Cukier krzepi
tylko bardzo bogaci ludzie mogli sobie nań pozwolić
Cukier był rarytasem
Może król Staś na deser obiadów czwartkowych podawał cukier ??
W miarę rozwoju produkcji cukier stał się dobrem powszechnym
Skąd bierze się cukier ???
FOTOSYNTEZA to złożone reakcje syntezy związków organicznych z prostych substancji nieorganicznych (CO2, H2O), które odbywają się poprzez wykorzystanie energii świetlnej. Głównym związkiem powstającym w wyniku redukcji CO2 są cukry. Przebieg fotosyntezy jest uzależniony od dostępu światła, obecności chloroplastów z barwnikami asymilacyjnymi i odpowiednimi enzymami
Reakcję fotosyntezy można zapisać w następujący sposób:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 ↑Fotosynteza przebiega w chloroplastach w dwóch fazach:
świetlnej i ciemnej.UDP-glukoza + fruktozo-6-fosforan → sacharozo-6-fosforan + UDP
h
Cukier jest dzisiaj obecny niemal we wszystkich gotowych potrawach. Znajduje się też w produktach, które do słodyczy na pewno nie należą: keczupie (niemal połowę zawartości),
sosach, majonezach, musztardzie, grzybach marynowanych, ogórkach konserwowych i innych przetworach, gotowanej
szynce, salami, parówkach.
Cukier jest dzisiaj obecny niemal we wszystkich gotowych potrawach. Znajduje się też w produktach, które do słodyczy na pewno nie należą: keczupie (niemal połowę zawartości),
sosach, majonezach, musztardzie, grzybach marynowanych, ogórkach konserwowych i innych przetworach, gotowanej
szynce, salami, parówkach.
Sacharoza jest najtańszym złożonym produktem dostępnym handlowo !!! (1 kg kosztuje ok. 3.50 zł w detalu). Jest
również produktem bardzo czystym i jednorodnym pod względem chemicznym
Czystość dostępnego w sklepie cukru wynosi minimum 99.5%
Sacharoza jako odczynnik chemiczny
Nazwa produktu: Sacharoza Nr katalogowy: cz.d.a. – xxxx, cz. – xxxxxPrzeznaczenie / zastosowanie: odczynnik analityczny lub chemikalia do syntez Przedsiębiorstwo: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxIdentyfikacja zagrożeń: Nie jest klasyfikowana jako substancja niebezpieczna
Pierwsza pomoc: Po kontakcie z oczami: płukać wodą Po spożyciu znacznych ilości: skontaktować się z lekarzem jeżeli
poszkodowany(a) poczuje się niezdrowo
Postępowanie w przypadku niezamierzonego uwolnienia do środowiska: Zebrać na sucho, przekazać do likwidacji. Oczyścić zanieczyszczony teren (spłukać wodą).
Obchodzenie się z substancją: Zapewnić skuteczną wymianę
powietrza (wentylacja). Nie opróżniać do kanalizacji
Przed II wojną Melchior Wańkowicz powiedział:
Cukier krzepi
Cukier był rarytasem
W miarę rozwoju produkcji cukier stał się dobrem powszechnym
Uważany był za ‘zdrowy’ i należało zachęcać do jego kupna
Dziś
sytuacja cukru
NIESTETY
uległa DRAMATYCZNEJ zmianie !!!!!!
Dietetycy i lekarze zaliczają cukier do jednej z trzech "białych trucizn" naszego organizmu - pozostałe to sól i mąka. Tymczasem świadomie lub nieświadomie zjadamy go średnio 25 łyżek dziennie, czyli rocznie około 45 kg! (Statystyki te są zaniżane przez osoby chore na cukrzycę i te, walczące z nadwagą). Według badań, do normalnego funkcjonowania naszego organizmu, potrzebujemy zaledwie 7 g cukru dziennie. Nie jest łatwo ten poziom utrzymać, gdyż cukier uzależnia. Pobudza produkcję serotoniny w mózgu, a ta poprawia nasz nastrój. Kiedy poziom cukru we krwi rośnie, trzustka produkuje duże ilości insuliny, aby go obniżyć. Wtedy jego poziom spada poniżej normy. Skutek? Znużenie i wilczy apetyt na słodycze.
Dietetycy i lekarze zaliczają cukier do jednej z trzech "białych trucizn" naszego organizmu - pozostałe to sól i mąka. Tymczasem świadomie lub nieświadomie zjadamy go średnio 25 łyżek dziennie, czyli rocznie około 45 kg! (Statystyki te są zaniżane przez osoby chore na cukrzycę i te, walczące z nadwagą). Według badań, do normalnego funkcjonowania naszego organizmu, potrzebujemy zaledwie 7 g cukru dziennie. Nie jest łatwo ten poziom utrzymać, gdyż cukier uzależnia. Pobudza produkcję serotoniny w mózgu, a ta poprawia nasz nastrój. Kiedy poziom cukru we krwi rośnie, trzustka produkuje duże ilości insuliny, aby go obniżyć. Wtedy jego poziom spada poniżej normy. Skutek? Znużenie i wilczy apetyt na słodycze.
Dietetycy i lekarze zaliczają cukier do jednej z trzech "białych trucizn" naszego organizmu - pozostałe to sól i mąka. Tymczasem świadomie lub nieświadomie zjadamy go średnio 25 łyżek dziennie, czyli rocznie około 45 kg! (Statystyki te są zaniżane przez osoby chore na cukrzycę i te, walczące z nadwagą). Według badań, do normalnego funkcjonowania naszego organizmu, potrzebujemy zaledwie 7 g cukru dziennie. Nie jest łatwo ten poziom utrzymać, gdyż cukier uzależnia.
Dietetycy i lekarze zaliczają cukier do jednej z trzech "białych trucizn" naszego organizmu - pozostałe to sól i mąka. Tymczasem świadomie lub nieświadomie zjadamy go średnio 25 łyżek dziennie, czyli rocznie około 45 kg! (Statystyki te są zaniżane przez osoby chore na cukrzycę i te, walczące z nadwagą). Według badań, do normalnego funkcjonowania naszego organizmu, potrzebujemy zaledwie 7 g cukru dziennie. Nie jest łatwo ten poziom utrzymać, gdyż cukier uzależnia. Pobudza produkcję serotoniny w mózgu, a ta poprawia nasz nastrój. Kiedy poziom cukru we krwi rośnie, trzustka produkuje duże ilości insuliny, aby go obniżyć. Wtedy jego poziom spada poniżej normy. Skutek? Znużenie i wilczy apetyt na słodycze.
Dietetycy i lekarze zaliczają cukier do jednej z trzech "białych trucizn" naszego organizmu –
pozostałe to sól i mąka.
A zatem użycie cukru powinno być zminimalizowane
Stosowane są SUBSTYTUTY cukru, które są SŁODKIEa jednocześnie niemetabolizowalne
Mogą być one pochodną sacharozy (tzw. sukraloza) lub zupełnie innych związków (aspartam)
Jak wspomniano cukier jest dzisiaj obecny niemal we wszystkich gotowych potrawach. Znajduje się też w produktach, które do słodyczy na pewno nie należą.
Modyfikacja sacharozy może być zrobiona :
Z destrukcją szkieletu:Z zachowaniem szkieletu:
OOHO
HO HO
OH
OH
OHHO
OH
O
Zastosowanie przemysłowe
OOHO
HO HO
OH
OH
OHHO
OH
O
sacharoza
Sukraloza 650 x bardziej słodka
OO
HO HO
OH
Cl
OHHO
Cl
O
Cl
OHO
OHHO
HO
OH
O
HO
HOOH
OH
1'
1
6
2'
6'
1. protoaminobacter rubrum CB5 574.772. redukcja
izomalt (palatinit)
W zależności od proporcji izomerów gluko/manno guma jest bardziej lub mniej chrupiąca
Guma do żucia zwykle zawiera cukier. Gdy w wyszukiwarce
internetowej ‘wrzuci się’ hasło ‘guma do żucia’ dość częto
pojawiają się linki do przychodni dentystycznych !!!!!
Rozwiązaniem jest zastosowanie ‘sztucznego’ cukru
Izomalt jest stosowany np. w gumach do żucia
Podstawiając odpowiednio sacharozę można otrzymać
Środki powierzchniowo czynne
Ciekłe kryształy
Biopolimery
OOHO
HO HO
OH
OH
OHHO
OH
O1
6
1' 6'
OOHO
HO HO
O
O
OHHO
O
O
OO O
RR R
1
6
1' 6'
R = -(CH)nCH3
E 473 (emulgator, dodatek do żywności
E 472
Co będzie przy ‘wysokim stopniu podstawienia’ ???
‘niski stopień podstawienia’
Niskokaloryczny substytut tłuszczów
Dopuszczony przez FDA na rynek USA
Dietetyczny ‘olej’ do smażenia frytek
OLESTRATM
Przejdźmy do właściwego problemu
Jak z sacharozy otrzymać (inne niż spożywcze)
złożone związki o interesującym profilu
(biologicznym) ??
Niewątpliwie najbardziej opłacalnym produktem otrzymywanym z sacharozy z destrukcją szkieletu jest (BIO)ETANOL
Biopaliwo
C12H22O11
C2H5OH
Saccharomyces cerevisiae
O
O
O
OH
OHO
HO
OHOH
OH
OH
H
2
A1'
6'6
HO
OO
O OBnOBnOBn
BnO
BnO
OH
RO
6 6'
1'
gluc fruc
X
O
X
X
O
OO
O OROROR
RO
RO
RO
O
OO
O OROROR
RO
RO
O
RO
???? M+
KRYPTAT potasu - supramolekularny kompleks kryptandu[2.2.2] z kationem potasu (atomy tlenu - kolor czerwony; atomy azotu - kolor niebieski
Chemia supramolekularna - dział chemii organicznej zajmującej się "nadcząsteczkowymi" strukturami, które powstają samorzutnie na skutek słabych oddziaływań międzycząsteczkowych takich jak: siły van der Waalsa i słabe wiązania wodorowe lub poprzez wzajemne, mechaniczne zaplecenie.Wiele cząsteczek ma skłonność do spontanicznego łączenia się w regularne struktury, które często mają inne własności niż wolne, wyjściowe cząsteczki. Typowym przykładem struktury nadcząsteczkowej jest helisa DNA, która składa się z dwóch polimerycznych cząsteczek kwasów nukleinowych połączonych razem słabymi wiązaniami wodorowymi.
Nagroda Nobla z Chemii 1987
Charles J. Pedersen (1904 - 1989)
Jean-Marie Lehn (1939 - )
Donald J. Cram (1919 – 2001)
In 1960 I returned to investigations in coordination chemistry, and decided to study the effects of bi- and multidentate phenolic ligands on the catalytic properties of the vanadyl group, VO. In the course of these investigations one of my experiments yielded an unexpected small quantity of unknown white crystals which I eventually identified as dibenzo18-crown-6, first crown ether. The last nine years of my career were spent in the further study of crown ethers. I retired from Du Pont in 1969.
Charles J. Pedersen
After taking a bachelor's degree in chemical engineering at the University of Dayton, I went to the Massachusetts Institute of Technology where I obtained a master's degree in organic chemistry. I did not remain at MIT to take a Ph.DIn 1927, I obtained employment at the Du Pont Company in Wilmington, Delaware, through the good offices of Professor James F. Norris, a very prominent professor and my research advisor. At Du Pont, I was fortunate enough to be directed to research at Jackson Laboratory by William S. Calcott. I remained at Du Pont for my entire 42-year career as a chemist.
In 1960 I returned to investigations in coordination chemistry, and decided to study the effects of bi- and multidentate phenolic ligands on the catalytic properties of the vanadyl group, VO. In the course of these investigations one of my experiments yielded an unexpected small quantity of unknown white crystals which I eventually identified as dibenzo18-crown-6, first crown ether. The last nine years of my career were spent in the further study of crown ethers. I retired from Du Pont in 1969.
Charles J. Pedersen
After taking a bachelor's degree in chemical engineering at the University of Dayton, I went to the Massachusetts Institute of Technology where I obtained a master's degree in organic chemistry. I did not remain at MIT to take a Ph.DIn 1927, I obtained employment at the Du Pont Company in Wilmington, Delaware, through the good offices of Professor James F. Norris, a very prominent professor and my research advisor. At Du Pont, I was fortunate enough to be directed to research at Jackson Laboratory by William S. Calcott. I remained at Du Pont for my entire 42-year career as a chemist.
The reactions gave a product mixture in the form of an unattractive goo. Initial attempts at purification gave a small quantity (about 0.4 percent yield) of white crystals which drew attention by their silky, fibrous structure and apparent insolubility in hydroxylic solvents.
OH
OR O
ClCl+
O
RO
O
O
OR
NaOH, butanol
OH
OR (H) O
ClCl+
O
RO
O
O
OR
NaOH, butanol
OO
O
OO
O
0,4%
O
O
N
O
N
BnO
BnOOBn
OBn
OBn
OBn
Bn BnNBn
Ka R(+) = 837Ka S(-) = 1530
O
O
O
O
O
BnO
BnOOBn
OBn
OBn
OBn
N NBn Bn
NH2 NH2
brak interakcji z R(+)Ka S(-) = 870
Własne wyniki (S. Jarosz)
Nagroda Nobla z Chemii 2005
Richard R. SchrockRobert H. GrubbsYves Chauvin
Ru
P(Cy)3
PhP(Cy)3
Cl
ClR1
R2
R3
R4
R3R1
R4R2
katalizator+ +
Inna możliwość syntezy makrocykli z sacharozy
OHOHOO
O OCH2 CH2
Własne wyniki (S. Jarosz)
C12H22O11
sacharoza
różne inne użyteczne produkty
I to by było na tyle
Czy są pytania ???
Top Related