Уравнение реакции углекислый газ крахмал

Впервые в мире искусственный синтез крахмала из CO2 превосходит природу

Крахмал — важный материал для всего, начиная от выпечки хлеба и заканчивая производством бумаги, и можно многое сделать, если рационализировать способы его производства.

Ученым из Китая удалось сделать важный шаг вперед в этой области, разработав новую технологию, которая позволяет высокоэффективно превращать CO2 в крахмал, что может привести к значительной экономии земли и воды.

Синтез крахмала из углекислого газа

Учитывая широкое применение крахмала в производстве продуктов питания, текстиля, фармацевтических препаратов и многих других товаров, на него существует высокий мировой спрос. В настоящее время мы производим его в промышленных количествах с помощью растений, которые фотосинтезируют CO2, но этот процесс включает в себя около 60 биохимических реакций и требует огромного количества обрабатываемой земли и пресной воды.

Исследователи искали более простую форму производства крахмала, которая уменьшит нашу зависимость от традиционного сельского хозяйства, и теперь группа ученых из Китайской академии наук достигла большого прорыва. Исследователи разработали, по их словам, первый метод искусственного синтеза крахмала из CO2, и он во много раз эффективнее, чем процесс, происходящий естественным образом в растениях.

Ученые разработали гибридное решение, включающее так называемую хемоферментную систему и искусственный путь анаболизма крахмала. При этом CO2 сначала восстанавливается до метанола с помощью органического катализатора. Затем метанол подвергается воздействию ферментов, которые превращают его в сахарные единицы, которые затем превращаются в полимерный крахмал.

Весь процесс включает всего 11 основных реакций и позволяет получать крахмал из CO2 в 8,5 раз эффективнее, чем из кукурузы. По словам ученых, созданный синтетический крахмал имеет ту же структуру, что и натуральный, и может быть произведен на гораздо меньшей площади.

«Согласно текущим техническим параметрам, годовое производство крахмала в биореакторе объемом один кубический метр теоретически равно годовому урожаю крахмала при выращивании одной трети гектара кукурузы без учета затрат энергии», — говорит Цай Тао, ведущий автор исследования.

Команда считает, что этот прорыв предлагает новую научную основу для новых технологий, позволяющих производить промышленное количество крахмала из CO2. Это не только сэкономит землю и воду, но и поможет укрепить продовольственную безопасность и сократить использование вредных для окружающей среды пестицидов и удобрений.

«Если в будущем удастся снизить общую стоимость процесса до уровня, экономически сопоставимого с сельскохозяйственными посадками, ожидается, что это позволит сэкономить более 90 % обрабатываемых земель и пресноводных ресурсов», — говорит Ма Яньхэ, автор-корреспондент исследования. убликовано econet.ru по материалам newatlas.com

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Китайские ученые синтезировали крахмал из углекислого газа

Москва. 25 сентября. INTERFAX.RU — Китайские ученые разработали способ получения крахмала из углекислого газа, говорится в сообщении Академии наук КНР.

«Новый способ позволяет переключить производство крахмала с традиционных сельскохозяйственных посадок на промышленное производство и открывает новый технический маршрут для синтеза сложных молекул из углекислого газа», — говорится в сообщении.

В настоящее время крахмал производится, в основном, из сельскохозяйственных культур, например, кукурузы, процесс включает в себя около 60 биохимических реакций, а также сложную физиологическую регуляцию. Теоретическая эффективность преобразования энергии при этом составляет всего около 2%.

Ученые из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии (TIB) Китайской академии наук разработали хемоферментную систему, в которой крахмал создается с помощью 11 основных реакций. В работе использована стратегия «строительных блоков», включающих химические и биологические каталитические модули для использования энергии высокой плотности и высокой концентрации углекислоты. По данным ученых, синтез позволяет производить крахмал из углекислого газа с эффективностью, в 8,5 раз превышающей биосинтез крахмала в кукурузе.

«Согласно текущим техническим параметрам, ежегодное производство крахмала в биореакторе объемом один кубический метр теоретически приравнивается к годовой урожайности крахмала от выращивания кукурузы на одной трети гектара без учета затрат энергии», — сообщил ведущий автор исследования Цай Тао.

Соавтор исследования Ма Яньхэ отметил, что такая технология поможет сэкономить более 90% обрабатываемых земель и ресурсов пресной воды. Также технология помогла бы избежать негативного воздействия на окружающую среду пестицидов и удобрений, повысить продовольственную безопасность человека, способствовать углеродно-нейтральной биоэкономике и в конечном итоге — формированию устойчивого общества, основанного на биотехнологиях, отмечается в сообщении.

Углеводы

Теория по теме Углеводы. Краткие конспект по углеводам. Классификация углеводов, химические свойства углеводов, способы получения углеводов. Свойства и получение моносахаридов (глюкоза, фруктоза), олигосахаридов (сахароза и др.), полисахаридов.

Исключение составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С₅Н₁₀O₄ (на один атом кислорода меньше, чем рибоза).

Классификация углеводов

По числу структурных звеньев

• Моносахариды — содержат одно структурное звено.
• Олигосахариды — содержат от 2 до 10 структурных звеньев (дисахариды, трисахариды и др.).
• Полисахариды — содержат n структурных звеньев.

Некоторые важнейшие углеводы:

По числу атомов углерода в молекуле

• Пентозы — содержат 5 атомов углерода.
• Гексозы — содержат 6 атомов углерода.
• И т.д.

По размеру кольца в циклической форме молекулы

• Пиранозы — образуют шестичленное кольцо.
• Фуранозы — содержат пятичленное кольцо.

Химические свойства, общие для всех углеводов

1. Горение

Все углеводы горят до углекислого газа и воды.

2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой

Концентрированная серная кислота отнимает воду от углеводов, при этом образуется углерод С («обугливание») и вода.

Моносахариды

Моносахариды являются структурными звеньями олигосахаридов и полисахаридов.

Важнейшие моносахариды

Название и формула	Глюкоза C6H12O6	Фруктоза C6H12O6	Рибоза C5H10O5
Структурная формула
Классификация	гексоза альдоза в циклической форме – пираноза	гексоза кетоза в циклической форме — фураноза	пентоза альдоза в циклической форме – фураноза

Глюкоза

Глюкоза – это альдегидоспирт (альдоза).

Она содержит шесть атомов углерода, одну альдегидную и пять гидроксогрупп.

Глюкоза существует в растворах не только в виде линейной, но и циклических формах (альфа и бета), которые являются пиранозными (содержат шесть звеньев):

α-глюкоза	β-глюкоза

Химические свойства глюкозы

Водный раствор глюкозы

В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя циклическими формами — α и β и линейной формой:

Качественная реакция на многоатомные спирты: реакция со свежеосажденным гидроксидом меди (II)

При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с глюкозой (и другими моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.

Реакции на карбонильную группу — CH=O

Глюкоза проявляет свойства, характерные для альдегидов.

• Реакция «серебряного зеркала»

• Реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) выпадает красно-кирпичный осадок оксида меди (I):

• Окисление бромной водой. При окислении глюкозы бромной водой образуется глюконовая кислота:

• Также глюкозу можно окислить хлором, бертолетовой солью, азотной кислотой.

• Каталитическое гидрирование. При взаимодействии глюкозы с водородом происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, образуется шестиатомный спирт – сорбит:

• Брожение глюкозы. Брожение — это биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях.

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении глюкозы образуются спирт и углекислый газ:

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении глюкозы образуется молочная кислота:

Маслянокислое брожение. При маслянокислом брожении глюкозы образуется масляная кислота (внезапно):

• Образование эфиров глюкозы (характерно для циклической формы глюкозы).

Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры.

Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила.

Например, α-D-глюкоза взаимодействует с метанолом.

При этом образуется монометиловый эфир глюкозы (α-O-метил-D-глюкозид):

В более жестких условиях (например, с CH₃-I) возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.

Моносахариды способны образовывать сложные эфиры как с минеральными, так и с карбоновыми кислотами.

Получение глюкозы

Гидролиз крахмала

В присутствии кислот крахмал гидролизуется:

Синтез из формальдегида

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO₂ и Н₂О:

Фруктоза

Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.

Фруктоза	α-D-фруктоза	β-D-фруктоза

Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.

В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.

При гидрировании фруктозы также получается сорбит.

Дисахариды

Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С₁₂Н₂₂О₁₁

Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом:

В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы связан из-за образования кислородного мостика с фруктозой, поэтому сахароза не образует открытую (альдегидную) форму.

Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой. При этом образуются глюкоза и фруктоза:

Мальтоза С₁₂Н₂₂О₁₁

Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.

Полисахариды

Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы.

Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C₆H₁₀O₅)_n, но совершенно различные свойства.

Это объясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы:

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

• амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
• амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

Амилопектин имеет разветвленное строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

Свойства крахмала

• Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется:

• Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

• Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.

Свойства целлюлозы

• Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.

Нитрование целлюлозы.

Так как в звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании целлюлозы избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:

Ацилирование целлюлозы.

При действии на целлюлозу уксусного ангидрида (упрощённо-уксусной кислоты) происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН.

Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.

• Гидролиз целлюлозы.

Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой среде может гидролизоваться, в результате тоже получается глюкоза. Но процесс идёт гораздо труднее.