Вуглеводи: глюкоза і сахароза »mozok.click

Згадайте: якісну реакцію на гліцерин (§ 32).

Поняття про вуглеводи і їх класифікація

У природі велике значення мають вуглеводи (цукри) - органічні сполуки із загальною формулою Cn (H2O) m (m, n> 3) .. Назва цього класу сполук походить від їх властивості розкладатися на вуглець і воду при нагріванні або під дією концентрованої сульфатної кислоти , що також відображено в їх загальній формулі (рис. 36.1).

Мал. 36.1. Під дією концентрованої сульфатної кислоти вуглеводи розкладаються на вуглець і воду

Вуглеводи діляться на прості (моносахариди) і складні (дисахариди і полісахариди) (схема 6). Принципово вони відрізняються тим, що складні вуглеводи при певних умовах гідролізуються до простих (розкладаються), а прості вже гидролизоваться не можуть. Молекули дисахаридов складаються з двох, а полісахаридів - з великої кількості залишків молекул моносахаридів.

Схема 6. Класифікація вуглеводів

глюкоза

Глюкоза C6H12O6 - найпоширеніший вуглевод в живій природі, саме вона є одним з продуктів процесу фотосинтезу, в результаті якого рослини накопичують енергію Сонця.

Глюкоза - безбарвна кристалічна речовина без запаху, щільність - 1,54 г / см3, температура плавлення - 146 ° С. При нагріванні вище цієї температури речовина розкладається, не доходячи до точки кипіння. Глюкоза солодка на смак, але в півтора рази менше солодка, ніж сахароза. Добре розчиняється у воді: в 100 г води при 0 ° С розчиняється 32 г глюкози, а при 25 ° С - 82 г, погано розчиняється в органічних розчинниках. Її розчини не проводять електричний струм (глюкоза - неелектроліт).

Молекула глюкози містить кілька груп -OH, як гліцерин, тому, подібно до нього, вона може взаємодіяти з обложеної купрум (П) гідроксидом (рис. 36.2, а і б):

При нагріванні глюкоза розкладається, як і всі вуглеводи, на вуглець і воду:

Глюкоза - один з основних продуктів обміну речовин в живих організмах. У природі вона утворюється в зелених частинах рослин в процесі фотосинтезу, який відбувається з поглинанням сонячного світла:

Можлива також і зворотна реакція:

Цим рівнянням можна описати сумарний процес, в результаті якого всі тварини отримують енергію для своєї життєдіяльності: глюкоза потрапляє в наш організм разом з їжею, кисень ми вдихаємо легкими, а продукт реакції - вуглекислий газ - видихаємо. Також це рівняння описує процес горіння і вибуху глюкози. Підпалити глюкозу досить складно, вона горить тільки в присутності каталізатора, а вибухає при дуже сильному подрібненні (див. § 20).

У рослинах глюкоза перетворюється в складні вуглеводи - крохмаль і целюлозу:

Мал. 36.2. Якісна реакція на глюкозу: а - свіжоосадженого купрум (І) гідроксид; б - при наявності глюкози осад зникає, утворюється з'єднання темно-синього кольору

Синтезувати глюкозу методами органічної хімії набагато складніше. Вперше цей синтез реалізував Еміль Фішер.

З рослинною їжею вуглеводи потрапляють в організм тварин, де вони є основним джерелом енергії. Так, з 1 г вуглеводів організм отримує близько 17 кДж (4 ккал). Якщо ця енергія не витрачається повністю, організм відкладає її «про запас», спрямовуючи на синтез жирів.

Вперше глюкозу виділили з винограду, тому її також називають виноградним цукром. У чистому вигляді глюкоза міститься в солодких ягодах і фруктах: вона обумовлює солодкість деяких частин рослин (ягід, плодів, коренеплодів і ін.). Разом з фруктозою вона міститься в складі меду.

Вміст глюкози в крові людини становить близько 0,1%, відхилення цього показника від норми свідчить про захворювання на цукровий діабет. Вміст глюкози в крові (часто цей показник називають просто «цукор в крові») контролюють, проводячи клінічний аналіз крові. Цей аналіз можна зробити і вдома за допомогою спеціального пристрою - глюкометра (рис. 36.4).

Німецький хімік-органік, лауреат Нобелівської премії з хімії 1902 року. Вищу освіту здобув в університетах Бонна і Страсбурга. У 22 роки, після захисту дисертації, став викладачем Страсбурзького університету. Фішер вперше визначив будову деяких органічних речовин: кофеїну, пурину, сечової кислоти, глюкози і фруктози. Відкрив методи їх синтезу. Встановив особливості реакцій за участю ферментів, запропонував класифікацію білків. За дослідження і синтез сахаридов і похідних пурину отримав Нобелівську премію. У його честь Німецьке хімічне товариство заснувало медаль Еміля Фішера.

У промисловості глюкозу добувають гідролізом крохмалю або целюлози. Але чиста глюкоза не має широкого застосування. Таку глюкозу використовують в різних біологічних і біохімічних дослідженнях. У медицині її використовують для проведення глюкозотолерантного тесту - дослідження, що дозволяє діагностувати цукровий діабет. При деяких захворюваннях розчин глюкози вводять людині внутрішньовенно. У харчовій промисловості в якості підсолоджувача її використовують мало: вона дорожче і менш солодка, ніж цукор.

Для глюкози характерна реакція бродіння. Під дією молочнокислих бактерій з глюкози утворюється молочна кислота:

Ця реакція відбувається при скисанні молока і є основою виготовлення різних молочнокислих продуктів - кислого молока, йогуртів, сиру, сметани та ін. Молочнокисле бродіння відбувається при квашенні капусти та інших овочів, запобігає розвитку гнильних бактерій і сприяє тривалому зберіганню продуктів. Цей процес також може відбуватися в ротовій порожнині, що викликає карієс зубів.

сахароза

Найбільше значення серед дисахаридов має сахароза C12H22O1r Це хімічна назва звичайного цукру, одержуваного з цукрових буряків або цукрової тростини.

Сахароза - безбарвна кристалічна речовина без запаху, щільність - 1,59 г / см3, температура плавлення - 186 ° С. Сахароза солодка на смак (в півтора рази солодша за глюкозу). Дуже добре розчиняється у воді: в 100 г води при 0 ° С розчиняється 179 г сахарози, а при 100 ° С - 487 м

Як і глюкоза, сахароза розкладається при нагріванні:

Ця реакція відбувається при виготовленні карамелі і випіканні тістечок і тортів, завдяки їй утворюється солодка Карамелізовані-ва скоринка зі специфічним присмаком паленого цукру (рис. 36.5).

Як і більшість органічних речовин, сахароза може горіти з утворенням вуглекислого газу і води:

Але якщо просто намагатися підпалити цукор, то він не запалиться: для цього потрібен каталізатор - солі Літія. Сильно подрібнений цукор може не тільки горіти - його суспензія в повітрі може вибухнути, про що говорилося в § 20.

Мал. 36.5. Плавлення сахарози супроводжується зміною кольору і появою специфічного запаху карамелі

Сахарозу називають дисахаридом, оскільки молекула сахарози складається із залишків молекул двох моносахаридів - глюкози і фруктози, з'єднаних між собою.

При гідролізі сахарози в кислому середовищі або під дією ферментів зв'язок між цими залишками розривається і утворюються молекули глюкози і фруктози:

Таке перетворення відбувається в організмах бджіл: збираючи нектар з квіток, вони споживають сахарозу, яка потім гідролізується. Тому мед - це суміш рівних кількостей глюкози і фруктози, звичайно, з домішками інших речовин (рис. 36.6).

У великих кількостях сахароза міститься тільки в трьох рослинах: цукрові буряки і цукровій тростині, використовуваних для промислового виробництва цукру, а також в цукровому клені (з нього

отримують кленовий сироп). Для залучення комах сахароза в невеликій кількості міститься в нектарі квітів, а також у фруктах і ягодах.

В Україні цукрова промисловість - одна з найстаріших і найважливіших галузей харчової промисловості, продукція якої є цінним продуктом експорту. Значний внесок у розвиток цукрової галузі в Україні зробив видатний український вчений Н. А. Бунге.

Видатний український хімік, професор Київського університету. Народився в Варшаві. Закінчив Київський університет, в якому з 1870 року викладав технічну хімію. Основні наукові досягнення ставляться до технічної хімії, зокрема виноробству, цукровому виробництву. Удосконалив технологію виробництва цукру з цукрових буряків. Досліджував технологію освіти цукрових кристалів, умови утворення, склад і перетворення бурякового холодцю. Організував технічну школу по цукроваріння, опублікував 33 томи «Щорічника бурякоцукрової промисловості». Був одним з організаторів газового і електричного освітлення, а також водопостачання Києва.

Сьогодні в Україні близько 100 цукрових заводів із загальною максимальною потужністю близько 7 млн ​​тонн на рік. На цих підприємствах можуть виробляти цукор як з буряка (місцеву сировину), так і з тростини (експортують зазвичай з Куби). Найбільшим заводом є Лохвицький цукровий комбінат (Полтавська область) з щоденної потужністю 9300 тонн цукру. В останні роки в Україні виробляють близько 2 млн тонн цукру щорічно, частина якого йде на експорт.

• Коричневий цукор - це звичайний тростинний цукор, який в процесі виробництва недочістілі від домішок. Цікаво, що в його виробництві менше технологічних процесів (відсутній остаточне очищення), у виробництві він дешевше, але в продажу набагато дорожче звичайного білого цукру.

• Слова «сахароза» і «цукор» походять від давньоіндійської «Саркара», що означає шматочки кристалічної речовини, що утворюються при згущенні соку цукрової тростини.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСВІД № 12

Взаємодія глюкози з купрум (11) гідроксидом

Обладнання: штатив із пробірками.

Реактиви: розчини глюкози і сахарози, CuSO4, NaOH.

Правила безпеки:

• для дослідів використовуйте невеликі кількості реактивів;

• остерігайтеся попадання реактивів на шкіру, в очі, на одяг; при попаданні їдкої речовини змийте його великою кількістю води і протріть пошкоджене місце розведеним розчином боратного кислоти.

Отримайте купрум (П) гідроксид: до 1-2 мл розчину лугу в пробірці долийте кілька крапель розчину купрум (П) сульфату. До утворився осадку додайте по краплі розчин глюкози до розчинення осаду купрум (П) гідроксиду. Перемішайте суміш. Що відбувається? В який колір забарвлюється розчин? Які висновки про будову молекул глюкози можна зробити за результатами досвіду?

Повторіть досвід, але замість розчину глюкози використовуйте розчин сахарози. Чи є відмінності в ваших спостереженнях? Чи зміняться результати досвіду, якщо замість глюкози і сахарози використовувати гліцерин?

ключова ідея

Вуглеводи є матеріальними носіями енергії, вони забезпечують перенесення енергії Сонця від рослин до тварин.

Контрольні питання

437. Дайте визначення класу вуглеводів.

438. Як класифікують вуглеводи? Наведіть приклади представників кожної групи вуглеводів.

439. Охарактеризуйте фізичні властивості глюкози і сахарози.

440. В результаті якого процесу утворюється глюкоза в природі?

441. Яка реакція є якісною на глюкозу?

442. Опишіть поширеність і застосування глюкози і сахарози. Які властивості цього причиною?

Завдання для засвоєння матеріалу

443. З наведених формул речовин випишіть формули вуглеводів: C3H8O,

C5H10O5 'C12H26O2' C12H22O1V C6H12O '

444. Обчисліть масові частки Карбону і води: а) в глюкозі; б) в сахарозі. В якому з цих речовин більше Карбона, а в якому - води?

445. Порівняйте кількість теплоти, яке отримує організм з 1 г жиру і з 1 г глюкози. Як ви вважаєте, чому вуглеводи є основним джерелом енергії для тварин, а жири - тільки резервним джерелом?

446. Визначте невідому речовину X і складіть рівняння реакцій, що відповідають такій схемі перетворень:

447. В медицині для ін'єкцій використовують розчин глюкози з масовою часткою близько 5%. Обчисліть масу глюкози, необхідну для приготування такого розчину масою 1 кг.

448. При згорянні глюкози кількістю речовини 1 моль виділяється 2800 кДж енергії. Складіть термохімічне рівняння реакції.

449. За даними з попереднього завдання складіть термохімічне рівняння реакції фотосинтезу.

450. При гідролізі сахарози утворилося 360 г суміші глюкози і фруктози. Визначте, які маси сахарози і води прореагували.

451. Одне дерево за добу в середньому перетворює в вуглеводи вуглекислий газ масою 55 г. Яка маса глюкози при цьому утворюється?

452. В процесі фотосинтезу зелені рослини нашої планети щорічно поглинають 200 млрд тонн вуглекислого газу. Який об'єм кисню (н. У.) Виділяється при цьому в атмосферу?

453 *. У телевізійній рекламі можна почути, що після їжі в ротовій порожнині порушується кислотно-лужний баланс і щоб його відновити, потрібно жувати гумку з карбамідом. Як ви вважаєте, яким чином порушується цей баланс? В результаті якого процесу він порушується? Яка роль карбаміду у відновленні балансу?

454 *. На етикетці харчових продуктів обов'язково вказують вміст поживних речовин: жирів, білків і вуглеводів. Розгляньте етикетки харчових продуктів, які ви часто вживаєте (напої, снеки, шоколадки та ін.), І оціните масу цукру, яку ви споживаєте з цими продуктами щодня. Порівняйте отриману масу з рекомендованою дієтологами добовою дозою вуглеводів.

Це матеріал підручника Хімія 9 клас Григорович