Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 9 класс>> Химия: Углеводы

Другими широко распространенными в природе органическими веществами, имеющими огромное значение для живых организмов (помимо рассмотренных выше жиров и белков), являются углеводы. Эти соединения содержат только углерод, водород и кислород, причем водород и кислород находятся в них в таком же соотношении, как и в молекуле воды — 2:1. Отсюда и происходит название «углеводы».

Для большинства этих веществ можно предложить общую формулу Сn(Н20)m.

Углеводов содержится много во фруктах и овощах. Углеводом является свекловичный сахар, мед почти целиком состоит из углеводов. К углеводам принадлежат различные виды крахмалов, которые входят в состав таких важных продуктов, как картофель и злаки (пшеница, рожь, кукуруза и др.). Такой углевод, как целлюлоза, — основная часть древесины. Широко применяемые в медицине вата и марля почти целиком состоят из целлюлозы.

Углеводы используются для синтеза ряда лекарственных веществ (глюконовая кислота, аскорбиновая кислота — витамин С), взрывчатых веществ (нитрат целлюлозы или пироксилин), искусственного волокна (вискоза, ацетилцеллюлоза) и других очень нужных в быту, медицине, сельском хозяйстве и технике продуктов.

Углеводы в соответствии с особенностями их строения и свойств разделяют на три группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Простейшие углеводы — моносахариды в водных растворах не гидролизуются. Дисахариды гидролизуются с образованием двух молекул моносахарида, а полисахариды гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов.

Рассмотрим более подробно эти углеводы.

Представителем моносахаридов является глюкоза, она имеет состав С6Н1206. Свое название она получила от греческого слова гликос — сладкий.

Глюкоза широко распространена в природе. Она обусловливает сладкий вкус плодов и ягод. Особенно много ее содержится в соке винограда, отсюда и произошло другое название глюкозы — «виноградный сахар».

В организме человека и животных глюкоза содержится в крови и в лимфатических жидкостях (около 0,1%).

В моче здоровых людей и животных глюкоза содержится в незначительных количествах, но при некоторых заболеваниях (диабет) количество глюкозы в моче может быть очень большим (до 12%).

Глюкоза представляет собой белый мелкокристаллический порошок без запаха, хорошо растворимый в воде.

По своим химическим свойствам глюкоза является альдеги-доспиртом, т. е. она проявляет свойства и альдегидов, и многоатомных спиртов. Как альдегид, она вступает в реакции, характерные для этого класса веществ, в частности дает качественную реакцию «серебряного зеркала», при нагревании взаимодействует с гидроксидом меди(II) с образованием красно-коричневого осадка Сu₂O. Как многоатомный спирт, глюкоза дает раствор ярко-синего цвета при добавлении к ней свежего осадка гидроксида меди(II) (напомним, что его готовят, вводя в раствор щелочи раствор медного купороса).

Таким образом, глюкоза обладает двойственной функцией, т. е. имеет свойства двух разных классов веществ, и является альдегидоспиртом.

Чтобы познакомиться с химическими свойствами глюкозы, проделайте следующие опыты.

1.    В пробирку с 3—4 каплями раствора медного купороса прилейте 2—3 мл раствора едкого натра. К полученному гид-роксиду меди(II) прилейте равный объем раствора глюкозы и смесь взболтайте. Как изменилась окраска раствора? Почему? О каких свойствах глюкозы говорит этот опыт?

2.    Нагрейте содержимое пробирки от первого опыта. Какие изменения вы наблюдаете? О каких свойствах глюкозы говорит этот опыт?

3.    К аммиачному раствору оксида серебра(I), выданному вам учителем, налитому в чистую пробирку, добавьте половинное количество раствора глюкозы. Смесь нагрейте осторожно над пламенем горелки (нагрев должен быть равномерным и медленным). Что вы наблюдаете? О каких свойствах глюкозы говорит этот опыт?

Глюкоза является основным источником энергии в клетке, именно поэтому ее широко используют в лечебных целях (применяют внутрь или вводят внутривенно ослабленным больным). Глюкоза является исходным веществом при получении различных соединений путем брожения: спирта, молочной кислоты и др. В пищевой промышленности ее применяют в качестве заменителя тростникового сахара (хотя она и менее сладка). Для этой цели обычно используют так называемую патоку — сиропообразную массу, получаемую при гидролизе крахмала. При добавлении глюкозы к тростниковому сахару она препятствует его кристаллизации; это используют в кондитерском производстве при получении карамели, мармелада, помадки и т. д.

Другой моносахарид — фруктоза имеет такую же молекулярную формулу, как и глюкоза, — С6Н1206. Как называются такие вещества?

Фруктоза содержится во многих фруктах, поэтому ее называют так^ке фруктовым сахаром, в пчелином меде ее содержание достигает 50%. Фруктоза гораздо слаще глюкозы, чем объясняется очень сладкий вкус меда.

Теперь перейдем к рассмотрению дисахаридов, с которыми мы познакомимся на примере сахарозы. Сахароза способна гидролизоваться, при этом образуются две молекулы моносахаридов — глюкозы и фруктозы. Ее формула С12Н22Оn (чтобы запомнить эту формулу, сложите состав двух молекул глюкозы и вычтите из суммы молекулу воды). Сахароза не дает реакций, характерных для моносахарида. Они идут лишь только после ее гидролиза.

В природе сахароза в больших количествах находится в соке различных растений: в сахарной свекле (до 20%) и сахарном тростнике (до 25% ).

У нас в России сахарозу получают из сахарной свеклы. Для этого сахарную свеклу измельчают, обрабатывают горячей водой, раствор фильтруют. Сахар переходит в раствор, где содержатся также белковые вещества, органические кислоты и различные соли. Для удаления их раствор нагревают с известковым молоком. При этом белковые вещества коагулируют (оседают), а органические кислоты выпадают в осадок в виде нерастворимых солей кальция. Сахароза же образует растворимую соль кальция. Ее отфильтровывают и затем выделяют из раствора с помощью углекислого газа: при этом образуется нерастворимый карбонат кальция. Из отфильтрованного раствора сахар выпаривают до кристаллизации.

Из полисахаридов наибольший интерес и практическое значение имеют крахмал и целлюлоза.

Состав полисахаридов отражает формула (С6Н10О5)n. Чтобы запомнить состав структурного звена, вычтите из формулы глюкозы формулу воды.

Углеводы, в том числе глюкоза и крахмал, образуются в зеленых частях растений в результате фотосинтеза. Сущность фотосинтеза заключается в образовании сложных органических веществ зелеными растениями на свету из углекислого газа и воды при участии хлорофилла — зеленого пигмента растений согласно уравнению в общем виде:

6С02 + 6Н20-> C6H12O6 + 6O2

Углекислый газ растения поглощают из воздуха, а воду — из почвы. В процессе фотосинтеза растения выделяют кислород, который возвращается в атмосферу (вспомните уроки ботаники). Крахмал накапливается как резервный питательный материал в зернах злаков, клубнях картофеля и т. д.

Крахмал — белый аморфный порошок. Это полимер, макромолекулы которого имеют линейную и разветвленную форму. В воде крахмальные зерна сначала набухают, а потом образуют коллоидный раствор — крахмальный клейстер.

Крахмал дает характерное синее окрашивание с раствором иода.

Эта реакция очень чувствительная и позволяет обнаруживать незначительные количества крахмала.

При гидролизе крахмала, т. е. при разложении его водой, получается глюкоза. В промышленности именно этим методом получают глюкозу, а также декстрины, которые применяются в качестве клеев, для производства патоки, которая, в свою очередь, используется в кондитерском деле. Долгое время крахмал был основным исходным материалом для получения спирта.

Крахмал используют также в парфюмерной и текстильной промышленности, в медицине для приготовления присыпок, медицинских паст, при изготовлении таблеток и капсул для лекарств.

Чтобы познакомиться со свойствами крахмала, проведите следующие опыты.

1.    Насыпьте в пробирку крахмал, прилейте воды и хорошо взболтайте. Вылейте смесь медленно, при помешивании, в заранее подготовленную в стаканчике горячую воду и прокипятите ее еще раз. Наблюдайте образование крахмального клейстера.

2.    Налейте в пробирку 2—3 мл крахмального клейстера, разбавьте его водой и добавьте каплю спиртового раствора иода. Что вы наблюдаете?

3.    Нагрейте смесь, полученную во втором опыте. Какие изменения наблюдаются? Восстанавливается ли прежняя окраска при охлаждении смеси?

4.    Нагрейте в пробирке крахмальный клейстер со свежеоса-жденным гидроксидом меди(II). Восстанавливается ли гидро-ксид меди(П) крахмалом?

5.    Хорошо разжуйте кусочек черного хлеба и смоченный слюной хлеб поместите в пробирку, прибавьте несколько капель раствора сульфата меди(П) и 1,5—2 мл раствора щелочи, чтобы получился осадок гидроксида меди(II). Нагрейте смесь. Что вы наблюдаете? Объясните ваши наблюдения.

Другой представитель полисахаридов — целлюлоза является составной частью оболочек растительных клеток и придает им механическую прочность. Волокна хлопка содержат 90—95% целлюлозы. В различных видах древесины ее содержание колеблется от 40 до 60%.

Гигроскопическая вата и фильтровальная бумага — почти чистая целлюлоза. Это полимер с линейными макромолекулами.

При гидролизе целлюлозы образуется глюкоза. Огромные количества целлюлозы (из еловой древесины) расходуются для производства бумаги. При этом получают дополнительно раствор, содержащий сахаристые вещества, который подвергают спиртовому брожению. Таким образом получают значительные количества технического этилового спирта (гидролизного).

Из целлюлозы получают коллодий (он используется в медицине для заклеивания небольших ран) и целлулоид, нитролаки и краски, взрывчатые вещества (нитроцеллюлозу или пироксилин) и ацетатный шелк.

1. Углеводы: моносахариды, дисахариды, полисахариды.

2. Глюкоза и фруктоза.

3. Сахароза.

4. Крахмал.

5. Целлюлоза.

Напишите уравнение реакции спиртового брожения глюкозы, зная, что в результате ее образуются этиловый спирт и углекислый газ. Рассчитайте, сколько граммов 40% -ного раствора этилового спирта можно получить из 5 моль глюкозы.

Напишите уравнение реакции фотосинтеза — образование глюкозы из углекислого газа и воды. Рассчитайте, какой объем кислорода выделится, если в реакции участвовало 360 кг воды.

Почему глюкоза является веществом с двойственной функцией? Докажите, что муравьиная кислота также является веществом с двойственной функцией. Как можно назвать муравьиную кислоту, чтобы отразить в этом названии ее двойственность?

В чем сходство и различие в строении и свойствах крахмала и целлюлозы?

Назовите области применения глюкозы, сахарозы, крахмала и клетчатки.

_{мультимедиа к уроку химии, всё для подготовки домашнего задания в 9 классе, фишки для любознательных}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.