24.1 Класифікація вмс

Високомолекулярними сполуками(ВМС) називають речовини, молекули яких складаються з великої кількості атомів (десятки і сотні тисяч), а молярна маса сягає10⁴...10⁶г/моль і більше. Молекули ВМС називають макромолекулами, їх розміри знаходяться в інтервалі –1...100нм. Унаслідок значної молярної маси ВМС нелеткі і не здатні до перегонки. Під дією зовнішніх факторів (температури, кисню, вологості) макромолекули легко піддаються деструкції, тобто змінюють свою форму і розпадаються. Більшість ВМС під час нагрівання поступово розм’якшуються, тобто не мають чіткої температури плавлення. Температура розкладання цих речовин нижча за їх температуру кипіння. ВМС не можуть знаходитися в газоподібному стані.

ВМС, молекули яких побудовані шляхом багаторазового повторення тих чи інших структурних одиниць, називають полімерами.

За походженнямВМС поділяються на природні і синтетичні. Особливо велику роль у життєдіяльності людини займають природні ВМС, до яких належать білки і полісахариди – основні поживні речовини, а також нуклеїнові кислоти, натуральний каучук та інші біополімери.

Білки або протеїни– найскладніші за будовою сполуки в природі. Молярна маса деяких білків перевищує 1 млн. г/моль. Макромолекули білків побудовані з залишківα-амінокислот. Виняткова властивість протеїнів – самоорганізація будови, тобто вони здатні самочинно створювати певну властиву тільки даному типу білків просторову структуру. Білки є основою будь-якого живого організму, вони входять до складу м’язів, хрящів, сухожиль та шкіри, складають основу біомембран – найважливіших частин клітин. Білки відіграють ключову роль в метаболізмі клітин, складаючи матеріальну основу їх хімічної діяльності. Біологічні функції білків вкрай різноманітні. В організмі людини вони виконують різноманітніші функції: каталітичні (ферменти), регуляторні (гормони), структурні (колаген, фіброїн), рухові (міозин), транспортні (гемоглобін, міоглобін), захисні (імуноглобуліни, інтерферони), запасні (казеїн, альбумін) тощо. Уся діяльність організму тварин (розвиток, рух, функціональна діяльність) пов'язані з білками. Білки – найважливіша складова частина їжі людини: постачальник необхідних їм амінокислот.

Білки мають амфотерні властивості, вони розчиняються в розчинах лугів і кислот. З водних розчинів білки виділять за допомогою спиртів, сильних електролітів тощо. Білки нестійкі до дії температури. Під час нагрівання відбувається денатурація білків, і вони переходять в нерозчинну форму.

Найбільш поширеними в природі полісахаридами є крохмаль і целюлоза. Макромолекули крохмалю складаються з ланок-глюкози і мають різну довжину. Крохмаль – найважливіший харчовий продукт, він складає основну поживну частину хліба, картоплі, різноманітних круп. Фактично природний крохмаль є сумішшю полісахаридів, які відрізняються не тільки розміром макромолекул, але й будовою. У воді крохмаль набрякає, утворюючи однорідну густу рідину – клейстер. Піддаючи крохмаль гідролізу одержують декстрин, патоку і глюкозу.

Целюлоза або клітковина – основна частина рослин, яка надає їм міцності та еластичності. Макромолекули клітковини складаються з ланок -глюкози і мають значно більшу довжину, ніж макромолекули крохмалю.

До переваг синтетичних ВМСвідносять те, що їх можна одержати з заданими властивостями – міцністю, еластичністю, хімічною і термічною стійкістю. Синтетичні ВМС одержують двома методами: полімеризацією і поліконденсацією. Сучасна промисловість синтезує тисячі типів ВМС. Найбільш поширеними з них є поліетилени, полістироли, поліаміди тощо.

За будовоюполімери поділяються на лінійні, розгалужені і просторові (рис. 24.1). Лінійні ВМС складаються з окремих ланцюгів, не зв’язаних між собою хімічними зв’язками. Довжина ланцюга при цьому перебільшує його поперечні розміри в тисячі разів. Висока гнучкість лінійних ланцюгів дозволяє макромолекулам скручуватися в клубки. Частина ланцюгу, в якій здійснюється його повний поворот, називається сегментом. У найбільш гнучких полімерах, таких як каучук, у сегментах міститься не більше 20 атомів Карбону.

Впросторових полімерах наявність хімічних зв’язків між ланцюгами призводить до утворення сітчастого каркасу. Просторова структура може утворюватися безпосередньо під час одержання ВМС або внаслідок спеціальних реакцій. При цьому погіршується еластичність полімеру і збільшується його твердість. Розгалужені полімери за своїми властивостями займають проміжне положення між лінійними та сітчастими.

а б в

Рисунок 24.1 – Будова макромолекул полімерів: а – лінійна; б – розгалужена; в – просторова.

За формоюмакромолекул розрізняють глобулярні і фібрилярні ВМС. У глобулярних ВМС, таких як білки, молекули згорнуті в кулясті утворення –глобули. Під впливом зовнішніх сил глобулярні ВМС можуть розгортатися і переходити в фібрилярну форму. Фібрилярні ВМС, такі як целюлоза, складаються з випрямлених лінійних або слабо розгалужених макромолекул, які об’єднані в окремі пачки молекул –фібрили.