Transcript Chemia sacharozy, czyli co można zrobić ze zwykłego cukru
Chemia sacharozy, czyli ….
co można zrobić ze zwykłego cukru Sławomir Jarosz
Instytut Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk Kasprzaka 44/52, 01-224 Warszawa [email protected]
Chemia sacharozy, czyli ….
co można zrobić ze zwykłego cukru Sławomir Jarosz
Instytut Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk Kasprzaka 44/52, 01-224 Warszawa [email protected]
ZWYKŁY CUKIER Ale najpierw trzeba wprowadzić kilka podstawowych pojęć
Myślę, że będziemy mogli się porozumieć Mimo bardzo dużej różnicy wieku i unikniemy następującej sytuacji …..
Galeria Andrzeja Mleczki
H 2 N CO 2 H O NH 2 L-asparagina smak gorzki HO 2 C NH 2 O NH 2 H 2 N CO 2 H O NH 2 D-asparagina smak słodki
H O H (+) - disparlur aktywny feromon H O O H H H (-) - disparlur aktywny 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
o
pierwsza 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 ??
OH OH O OH O HO HO HO O OH HO
bezbarwne, krystaliczne ciało stałe, t.t. 184 °C [ a ] D = 66.7
Sacharozę na skalę przemysłową zaczęto otrzymywać na Bliskim Wschodzie z trzciny cukrowej już w starożytności. Cukier wyrabiano także w Indiach oraz Chinach.
p.n.e.
Do Europy sacharozę sprowadzili Grecy w IV wieku
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.
Pierwsza udana próba otrzymania cukru
z buraków cukrowych
się
w 1747 r.
odbyła przez niemieckiego chemika Andreasa Sigismunda Marggrafa.
Pierwsza cukrownia została wybudowana na Śląsku w 1802 r.
Cukier był
rarytasem
tylko bardzo bogaci ludzie mogli sobie nań pozwolić Może król Staś na deser obiadów czwartkowych podawał cukier ??
W miarę rozwoju produkcji cukier stał się dobrem powszechnym
Przed II wojną Melchior Wańkowicz powiedział:
Cukier krzepi
Skąd bierze się cukier ???
FOTOSYNTEZA
to złożone reakcje syntezy związków organicznych z prostych substancji nieorganicznych (CO 2 , H 2 O), które odbywają się poprzez wykorzystanie energii świetlnej. Głównym związkiem powstającym w wyniku redukcji CO 2 są
cukry
. Przebieg fotosyntezy jest uzależniony od dostępu światła, obecności chloroplastów z barwnikami asymilacyjnymi i odpowiednimi enzymami Reakcję fotosyntezy można zapisać w następujący sposób:
6CO 2 + 6H 2 O →
C
6
H
12
O
świetlnej i ciemnej.
6 + 6O 2 ↑
Fotosynteza przebiega w chloroplastach w dwóch fazach: UDP-
glukoza
+
fruktozo
-6-fosforan →
sacharozo
-6-fosforan + UDP
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. –
xxxxx
Przeznaczenie / zastosowanie:
odczynnik analityczny lub chemikalia do syntez
Przedsiębiorstwo:
xxxxxxxxxxxxxxxxxxx Identyfikacja zagrożeń:
Nie jest klasyfikowana jako substancja niebezpieczna
Po kontakcie z oczami
:
płukać wodą
Po spożyciu znacznych ilości
:
poszkodowany(a) poczuje się niezdrowo
Pierwsza pomoc:
skontaktować się z lekarzem jeżeli
Postępowanie w przypadku niezamierzonego uwolnienia do
Zebrać na sucho, przekazać do likwidacji. Oczyścić zanieczyszczony teren (spłukać wodą).
środowiska: Obchodzenie się z substancją: Zapewnić skuteczną wymianę
powietrza (wentylacja).
Nie opróżniać do kanalizacji
Cukier był
rarytasem
W miarę rozwoju produkcji cukier stał się dobrem powszechnym
Przed II wojną Melchior Wańkowicz powiedział:
Cukier krzepi
Uważany był za ‘ zdrowy ’ i należało zachęcać do jego kupna
Dziś NIESTETY sytuacja cukru
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.
Jak wspomniano cukier jest dzisiaj obecny niemal we wszystkich gotowych potrawach. Znajduje się też w produktach, które do słodyczy na pewno nie należą.
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 SŁODKIE a jednocześnie niemetabolizowalne Mogą być one pochodną sacharozy (tzw. sukraloza ) lub zupełnie innych związków (aspartam)
Modyfikacja sacharozy może być zrobiona :
HO HO OH O HO O OH O OH HO OH
Z destrukcją szkieletu: Z zachowaniem szkieletu :
sacharoza Zastosowanie przemysłowe HO HO OH O HO O OH O OH HO OH HO HO
6
OH O
1
O
6' 1. protoaminobacter rubrum CB5 574.77
2. redukcja OH HO OH
2' 1'
OH OH HO izomalt (palatinit) HO Cl OH O HO O Cl O Cl HO OH Sukraloza 650 x bardziej słodka
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 W zależności od proporcji izomerów gluko/manno guma jest bardziej lub mniej chrupiąca
Podstawiając odpowiednio sacharozę można otrzymać Środki powierzchniowo czynne Ciekłe kryształy Biopolimery HO HO
6
OH O HO
1
O
1'
OH O HO
6'
OH OH
HO HO O
6
O O HO
1
O R
1'
O O O R
6'
O O R HO R = -(CH) n CH 3 OH E 473 E 472
(emulgator, dodatek do żywności ‘
niski stopień podstawienia
’
Co będzie przy ‘
wysokim stopniu podstawienia
’ ???
Niskokaloryczny substytut tłuszczów OLESTRA TM Dopuszczony przez FDA na rynek USA Dietetyczny ‘olej’ do smażenia frytek
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 C
12
H
22
O
11
Saccharomyces cerevisiae
C
2
H
5
OH
Biopaliwo
6
OH
2
O H O HO HO A H O H O O
1'
O
6'
OH OH
BnO BnO
6
OH HO
6' gluc
O OBn O
1'
RO O
fruc
OBn OBn ????
RO RO O O O O OR O RO OR OR RO RO
X X X
O
M
+ O O O OR O RO OR OR
KRYPTAT potasu - supramolekularny kompleks kryptandu[2.2.2] z kationem potasu niebieski
(
atomy tlenu - kolor czerwony
;
atomy azotu - kolor
Chemia supramolekularna
dział chemii organicznej zajmującej się "nadcząsteczkowymi" strukturami, które powstają samorzutnie na skutek słabych oddziaływań międzycząsteczkowych der Waalsa i takich jak: siły van 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)
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.D
In 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.D
In 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.
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 insolubility in hydroxylic solvents.
structure and apparent
O OR + OH Cl Cl OR O O NaOH, butanol RO O
0,4% O O O O OR (H) + OH O Cl O O OR O O NaOH, butanol RO O Cl
Własne wyniki (S. Jarosz)
BnO BnO Bn N N Bn N Bn O O OBn O OBn OBn OBn BnO O NH 2 O N N Bn Bn BnO NH 2 OBn OBn O O O OBn OBn K a S(-) = 1530 K a R(+) = 837 K a S(-) = 870 brak interakcji z R(+)
Inna możliwość syntezy makrocykli z sacharozy Nagroda Nobla z Chemii 2005 Yves Chauvin Cl Cl P(Cy) 3 Ru P(Cy) 3 Ph Robert H. Grubbs R 1 R 2 + Richard R. Schrock R 3
katalizator
R 1 R 4 R 2 + R 3 R 4
Własne wyniki (S. Jarosz)
OH H O O O O O CH 2 CH 2
C 12 H 22 O 11
sacharoza
różne inne użyteczne produkty