Тема: Углеводы. Глюкоза и сахароза: строение, изомерия, свойства,
применение.
Лабораторный опыт№ 10. Взаимодействие
глюкозы со гидроксидом меди (II). Демонстрационный опыт №20. Взаимодействие
глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра (I). Лабораторный опыт№
11. Взаимодействие сахарозы с гидроксидом кальция.
Тип урока: изучение нового материала
Вид урока: беседа с элементами лекции
Цель урока: дать представление об
углеводах на примере глюкозы; познакомить обучающихся с составом и строением
молекулы глюкозы, её физическими свойствами, значением в природе, научить
определять химические свойства органических соединений, исходя из их строения и
наличия соответствующих функциональных групп на примере глюкозы как
альдегидоспирта; раскрыть общие представления об олигосахаридах на примере
сахарозы.
Оборудование и материалы: Таблица
«Классификация углеводов», штатив с пробирками, пробиркодержатель, спиртовка,
раствор глюкозы, сахарозы, растворы сульфата меди (II), гидроксида натрия,
презентация по данной теме.
Тип урока: изучение нового
материала.
Методы обучения: словесные,
пояснительно-иллюстративные, практические: проведение лабораторного
эксперимента, репродуктивные; частично поисковые, интерактивные.
Задачи
урока:
Обучающие:
• Закрепить понятия «углеводы», «альдегидоспирт», «альдегидная форма глюкозы»,
«циклическая α- и β- формы»; закрепить навыки обучающихся составлять уравнения
реакций получения и свойства глюкозы и сахарозы;
• закрепить навыки составлять структурные формулы α- и β- формы глюкозы;
• научить прогнозировать химические свойства органических соединений, исходя из
их строения и наличия соответствующих функциональных групп на примере глюкозы
как альдегидоспирта.
Развивающие:
• Продолжить применять компетентностный подход при изучении строения и свойств
углеводов на примере глюкозы и сахарозы; познакомить обучающихся с
качественными реакциями на глюкозу и сахарозу; развивать логическое мышление,
умения наблюдать, анализировать и сравнивать, находить причинно-следственные
связи, делать выводы, формировать заинтересованность предметом.
Воспитательные:
• Формировать экологическую сознательность обучающихся при рассмотрении пищевой
ценности глюкозы; познакомить обучающихся с распространением углеводов в
природе, их биологической ролью, применением; формировать научное мировоззрение
обучающихся; совершенствовать трудовые навыки;
• научить обучающихся расширять свои знания об органических кислородсодержащих
веществах на примере углеводов, их свойствах; научить слышать учителя и своих
одноклассников, быть внимательным к себе и окружающим, оценивать себя и других,
вести беседу.
Ход урока:
1. Понятие об углеводах.
Углеводами называют
вещества с общей формулой Cx(H2O)y,
где x и y – натуральные числа. Название «углеводы» говорит
о том, что в их молекулах водород и кислород находятся в том же отношении, что
и в воде.В животных клетках содержится небольшое количество углеводов, а в
растительных – почти 70 % от общего количества органических веществ.
КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ
ПРОСТЫЕ СЛОЖНЫЕ
моносахариды (дисахариды,
полисахариды)
Проблемный вопрос: Какие функциональные группы содержатся в
углеводах – моносахаридах. Находим ответ на вопрос совместно. Исходя из
химических свойств, характерных для глюкозы и фруктозы (качественные реакции)
делаем вывод о наличии функциональных групп. Этот вопрос рассмотрим позже.
Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна
карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных.
Наиболее распространены моносахариды, в молекулах которых содержится
пять углеродных атомов (пентозы) или шесть (гексозы).
Например:
Из этих формул следует, что моносахариды – это альдегидоспирты
2. Строение глюкозы C6H12O6
Экспериментально установлено, что в молекуле глюкозы присутствуют
альдегидная и гидроксильная группы.
В результате взаимодействия карбонильной группы с одной из
гидроксильных глюкоза может существовать в двух формах: открытой цепной и
циклической.
В растворе глюкозы эти формы находятся в равновесии друг с другом.
Например, в водном растворе глюкозы существуют следующие
структуры:
Циклические α- и β - формы глюкозы представляют собой
пространственные изомеры, отличающиеся положением полуацетального гидроксила
относительно плоскости кольца. В α-глюкозе этот гидроксил находится в
транс-положении к гидроксиметильной группе -СН2ОН, в β-глюкозе – в
цис-положении. С учетом пространственного строения шестичленного цикла формулы
этих изомеров имеют вид:
В твёрдом состоянии глюкоза имеет циклическое строение. Обычная
кристаллическая глюкоза – это α- форма. В растворе более устойчива β-форма (при
установившемся равновесии на неё приходится более 60% молекул). Доля
альдегидной формы в равновесии незначительна.
Для глюкозы характерна межклассовая изомерия – фруктоза.
Строение фруктозы.
Фруктоза — изомер и «близкий родственник» глюкозы. Она хорошо
растворима в воде, имеет сладкий вкус (примерно в 3 раза слаще глюкозы).
Фруктоза также наиболее часто встречается в циклических формах (α-
или β) но, в отличие от глюкозы, в пятичленных.
Фруктоза и глюкоза в больших количествах содержатся в сладких
фруктах, пчелином меде.
3.Физические свойства глюкозы:
Глюкоза – бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое
в воде, сладкое на вкус (лат. «глюкос» – сладкий):
1) она встречается почти во всех органах растения: в плодах,
корнях, листьях, цветах;
2) особенно много глюкозы в соке винограда и спелых фруктах,
ягодах;
3) глюкоза есть в животных организмах;
4) в крови человека ее содержится примерно 0,1 %.
4.Получение глюкозы.
А)В промышленности.
·
Гидролиз крахмала:
(C6H10O5)n + nH2O t,H+→
nC6H12O6
крахмал глюкоза
Б)В лаборатории.
·
Из формальдегида (1861 г А.М. Бутлеров):
6 HCOH Ca(OH)2→ C6H12O6
формальдегид
В)В природе.
·
Фотосинтез:
6CO2 + 6H2O hν, хлорофилл →
C6H12O6 + 6O2
Г)Другие способы.
·
Гидролиз дисахаридов:
C12H22O11 + H2O t,H+→
2C6H12O6
мальтоза глюкоза
C12H22O11 + H2O t,H+→
C6H12O6 + C6H12O6
сахароза глюкоза фруктоза
5.Химические свойства глюкозы.
Важнейшим свойством моносахаридов является их ферментативное
брожение, т.е. распад молекул на осколки под действием различных ферментов.
Брожение происходит в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками,
бактериями или плесневыми грибками. В зависимости от природы действующего
фермента различают реакции следующих видов:
1.Спиртовое брожение:
C6H12O6 → 2C2H5OH
+ 2CO2↑
2. Молочнокислое брожение:
2C3H6O3 → C6H12O6
3. Маслянокислое брожение:
C6H12O6 → C3H7COOH
+ 2H2↑+ 2CO2↑
II. Свойства альдегидов.
1. Реакция серебряного зеркала:
СH2OH(CHOH)4-COH + Ag2O t.NH3→
СH2OH(CHOH)4-COOH + 2Ag↓
глюконовая кислота
Лабораторные опыты: 10. Взаимодействие глюкозы со гидроксидом меди (II) при
нагревании.
2. Окисление гидроксидом меди (II):
СH2OH(CHOH)4-COH + 2Cu(OH)2 t →
СH2OH(CHOH)4-COOH + Cu2O + 2H2O
голубой красный 3. Восстановление:
СH2OH(CHOH)4-COH + H2 t,Ni →
СH2OH(CHOH)4CH2OH
сорбит – шестиатомный спирт
Свойства многоатомных спиртов.
и при обычных условиях:
1. Качественная реакция многоатомных спиртов.
Прильём к раствору глюкозы несколько капель раствора сульфата меди
(II) и раствор щелочи. Осадка гидроксида меди не образуется. Раствор
окрашивается в ярко-синий цвет. В данном случае глюкоза растворяет гидроксид
меди (II) и ведет себя как многоатомный спирт, образуя комплексное соединение –
ярко синего цвета.
(глюкозат меди (II) – синий раствор)
3. Применение глюкозы.
Глюкоза является ценным питательным продуктом. В организме она
подвергается сложным биохимическим превращениям в результате которых образуется
углекислый газ и вода, при это выделяется энергия согласно итоговому уравнению:
C6H12O6 + 6O2 →
6H2O + 6CO2 + 2800 кДж
Так как глюкоза легко усваивается организмом, её используют в
медицине в качестве укрепляющего лечебного средства при явлениях сердечной
слабости, шоке, она входит в состав кровозаменяющих и противошоковых жидкостей.
Широко применяют глюкозу в кондитерском деле (изготовление мармелада, карамели,
пряников и т. д.), в текстильной промышленности в качестве восстановителя, в
качестве исходного продукта при производстве аскорбиновых и глюконовых кислот,
для синтеза ряда производных сахаров и т.д. Большое значение имеют процессы
брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока
происходит молочнокислое брожение глюкозы, так же как и при силосовании кормов.
Если подвергаемая силосованию масса недостаточно уплотнена, то под влиянием
проникшего воздуха происходит маслянокислое брожение и корм становится
непригоден к применению. На практике используется также спиртовое брожение
глюкозы, например при производстве пива.
4. Сахароза. Нахождение в природе.
Свойства, применение.
Примером наиболее распространенных в природе дисахаридов
(олигосахаридом) является сахароза (свекловичный или тростниковый сахар).
Олигосахариды – это продукты конденсации двух или нескольких
молекул моносахаридов.
Дисахариды – это углеводы, которые при нагревании с водой в
присутствии минеральных кислот или под влиянием ферментов подвергаются
гидролизу, расщепляясь на две молекулы моносахаридов.
Физические свойства и нахождение в природе.
1. Она представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса,
хорошо растворима в воде.
2. Температура плавления сахарозы 160 °C.
3. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная
прозрачная масса – карамель.
4. Содержится во многих растениях: в соке березы, клена, в
моркови, дыне, а также в сахарной свекле и сахарном тростнике.
Строение и химические свойства.
1. Молекулярная формула сахарозы – С12Н22О11
2. Сахароза имеет более сложное строение, чем глюкоза. Молекула
сахарозы состоит из остатков глюкозы и фруктозы, соединенных друг с другом.
3. Наличие гидроксильных групп в молекуле сахарозы легко
подтверждается реакцией с гидроксидами металлов.
Лабораторные опыты: 11. Взаимодействие сахарозы с гидроксидом меди
(II).
Если раствор сахарозы прилить к гидроксиду меди (II), образуется
ярко-синий раствор сахарата меди (качественная реакция многоатомных спиртов 4.
Альдегидной группы в сахарозе нет: при нагревании с аммиачным раствором оксида
серебра (I) она не дает «серебряного зеркала», при нагревании с гидроксидом
меди (II) не образует красного оксида меди (I).
5. Сахароза, в отличие от глюкозы, не является альдегидом.
Сахароза, находясь в растворе, не вступает в реакцию "серебряного
зеркала", так как не способна превращаться в открытую форму, содержащую
альдегидную группу. Подобные дисахариды не способны окисляться (т.е. быть
восстановителями) и называются невосстанавливающими сахарами.
6. Сахароза является важнейшим из дисахаридов.
7. Она получается из сахарной свеклы (в ней содержится до 28 %
сахарозы от сухого вещества) или из сахарного тростника. Реакция
сахарозы с водой.
Важное химическое свойство сахарозы – способность подвергаться
гидролизу (при нагревании в присутствии ионов водорода). При этом из одной
молекулы сахарозы образуется молекула глюкозы и молекула фруктозы:
С12Н22О11 + Н2О t,
H2SO4→ С6Н12O6 + С6Н12O6
Таким образом, реакция гидролиза дисахаридов является обратной процессу
их образования из моносахаридов.
Из числа изомеров сахарозы, имеющих молекулярную формулу С12Н22О11,
можно выделить мальтозу и лактозу.
Применение сахарозы.
· Продукт питания;
· В кондитерской промышленности;
· Получение искусственного мёда.
VI. Домашнее задание.
§31-34, тест стр.156
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.