Вуглеводи

Вуглеводи

Учитель хімії Карагаєва М.В.

Опрацювавши тему, ви зможете:

називати

· формули вуглеводів;

наводити приклади

· вуглеводів і їхні тривіальні назви;

· поширення вуглеводів у природі і харчових продуктах.

розрізняти

· моно-, ди-, полісахариди.

складати

· молекулярні і структурні формули вуглеводів;

· рівняння реакцій, які описують хімічні властивості глюкози, сахарози, крохмалю і целюлози, утворення сахарози , крохмалю і целюлози у природі.

порівнювати

· будову і властивості крохмалю і целюлози.

характеризувати

· хімічні властивості жирів.

· способи одержання глюкози, сахарози, крохмалю і целюлози.

виявляти

· наявність глюкози.

робити висновки

· щодо властивостей вуглеводів на підставі їхньої будови та на основі спостережень.

розвязувати проблему

· власного раціонального харчування на основі знань про вуглеводи.

оцінювати

· біологічне значення вуглеводів для харчування людини.

Теорія:

Вуглеводи — природні оксигеновмісні сполуки. До їх складу входять три елементи: Карбон, Гідроген і Оксиген. Співвідношення числа атомів Гідрогену і Оксигену таке ж саме, як у воді — 2 : 1. Звідси і пішла назва «вуглеводи».

У загальному вигляді склад більшості вуглеводів можна виразити формулою Cn(H2O)m.

Вуглеводи входять до складу клітин всіх живих організмів.

Особливо високий вміст вуглеводів у рослинах. Клітинні стінки рослин утворені целюлозою. Вона є основною складовою частиною деревини. Майже чистою целюлозою є вата.

Найважливіша запасна речовина рослин — крохмаль. Він у великих кількостях міститься в насінні злаків, в бульбах картоплі. Солодкий смак фруктам і овочам надають глюкоза, фруктоза, сахароза.

Сумішшю вуглеводів є мед.

Запасною речовиною в клітинах грибів і тварин є глікоген (тваринний крохмаль). У крові тварин і людини міститься глюкоза, яка служить основним джерелом енергії для всіх процесів, що протікають в організмі.

Вуглеводи поділяють на три групи: моносахариди, дисахариди і полісахариди. В основі такого поділу лежить здатність молекул вуглеводів піддаватися гідролізу.

Молекули моносахаридів у водних розчинах гідролізу непіддаються і не змінюються.

Молекули дисахаридів розкладаються водою на дві молекули моносахаридів.

При гідролізі полісахаридів з однієї молекулутворюється багато молекул моносахаридів.

Прості вуглеводи відносяться до групи моносахаридів. Моносахариди відрізняються від інших груп вуглеводів відсутністю реакції гідролізу. Вони не реагують з водою і не розкладаються на простіші речовини.

Згадаємо властивості двох шестикарбонових моносахаридів: глюкози і фруктози. Склад молекул цих речовин однаковий і виражається формулою: C₆H₁₂O₆.

Глюкоза

Глюкоза — найпоширеніший у природі моносахарид. Вона утворюється рослинами в процесі фотосинтезу з вуглекислого газу і води:

6 CO₂ + 6 H₂O = C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Глюкоза зустрічається у всіх органах рослин, в стиглих фруктах і ягодах. Багато її міститься у винограді, тому глюкозу називають ще виноградним цукром.

Глюкоза знаходиться і в організмах тварин. У крові людини її міститься приблизно 0,1%.

Глюкоза є білою кристалічною речовиною, добре розчинна у воді, солодка на смак.

Встановлено, що в природі глюкоза існує в лінійній і циклічній формах, які здатні до взаємоперетворення. Тому її будову виражають не одною, а трьома структурними формулами.

Циклічні форми глюкози відрізняються розташуванням гідроксильних груп у першого атому Карбону (виділені на малюнку).

Молекула глюкози в лінійній формі містить п'ять гідроксильних груп і одну альдегідну групу. Функціональні групи визначають характерні хімічні властивості глюкози: для неї характерні як реакції багатоатомних спиртів, так і реакції альдегідів.

1. Одна з властивостей глюкози — взаємодія з купрум(II) гідроксидом. При кімнатній температурі глюкоза зі свіжоприготованим гідроксидом утворює прозорий яскраво-синій розчин (реакція багатоатомних спиртів). YouTube

2. При нагріванні глюкози з аміачним розчином аргентум оксиду на стінках пробірки з'являється блискучий наліт — «срібне дзеркало» (реакція альдегідів).

3. Для глюкози характерні також особливі реакції, які протікають в клітинах живих організмів. Це реакції бродіння. В результаті бродіння, в залежності від умов протікання, можуть утворюватися різні продукти.

а) Під впливом ферментів дріжджів відбувається спиртове бродіння. Утворюються етиловий спирт і вуглекислий газ:

C₆H₁₂O₆ = 2 C₂H₅OH + 2 CO₂

Цей процес використовується у приготуванні дріжджового тіста, у виноробстві, пивоварінні.

б) Під впливом ферментів молочнокислих бактерій глюкоза перетворюється у молочну кислоту:

C₆H₁₂O₆ = 2 CH₃-CH(OH)-COOH

Молочнокисле бродіння використовується для отримання кислого молока, кефіру, сиру, сметани.

в)У клітинах живих організмів глюкоза є головним джерелом енергії для всіх життєвих процесів. В живому організмі відбувається повільне окиснення глюкози з утворенням вуглекислого газу і води. При цьому виділяється енергія:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ = 6 CO₂ + 6 H₂O

Глюкоза використовується у медицині як поживна речовина і складова частина протишокових рідин. Застосовується вона для отримання лимонної кислоти, вітамінів С і Н.

Знаходить глюкоза застосування і у кондитерській промисловості при виготовленні мармеладу, пряників, карамелі; у виробництві молочної кислоти, етанолу.

Отримують глюкозу гідролізом полісахаридів: крохмалю або целюлози.

Фруктоза

Фруктоза має такий самий склад, що і глюкоза, але відрізняється будовою. Фруктоза — ізомер глюкози.

Фруктоза міститься в багатьох фруктах (тому так називається). Вона входить до складу меду (до 50%).

Фруктоза, як і глюкоза, являє собою дрібні кристали без запаху, добре розчинні у воді. Вона в два рази солодша за глюкозу і часто рекомендується людям з порушенням обміну речовин як замінник цукру.

Дисахариди — вуглеводи, при гідролізі яких їх молекула розпадається на дві молекули моносахаридів.

Загальна формула дисахаридів — C₁₂H₂₂O₁₁. Найвідоміший дисахарид — сахароза, чи буряковий цукор.

Сахароза широко поширена в рослинному світі. Вона міститься в соку всіх рослин. Особливо багато її в коренеплодах цукрового буряка, в стеблах цукрової тростини, в соку цукрового клена. Ці рослини спеціально вирощують, щоб отримувати з них сахарозу.

Цукрова тростина

Цукровий буряк

Сахароза — кристалічна речовина, добре розчинна у воді, солодка на смак.

Вона піддається гідролізу, тобто розкладанню водою. Якщо до розчину сахарози додати розчин сульфатної кислоти і суміш прокип'ятити, то утворюється суміш двох моносахаридів — глюкози і фруктози. Тому сахарозу відносять до дисахаридів.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O = C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

При нагріванні сахароза легко плавиться, обвуглюється, але не горить. Проте, суміш цукрового пилу з повітрям може вибухати.

Використовується сахароза в харчуванні для надання продуктам солодкого смаку. В організмі вона розщеплюється на глюкозу і фруктозу і в такому вигляді потім засвоюється.

Вживання занадто великої кількості цукру може привести до серйозних порушень обміну речовин і викликати цукровий діабет.

Полісахариди — вуглеводи, в молекулах яких багаторазово повторюються залишки циклічної форми глюкози.

Склад усіх полісахаридів виражається формулою (C₆H₁₀O₅)_n. Все полісахариди піддаються гідролізу, продуктом якого є глюкоза:

(C₆H₁₀O₅)n + nH₂O + nC₆H₁₂O₆

До полісахаридів відносяться крохмаль, глікоген (тваринний крохмаль) і целюлоза (клітковина).

Крохмаль є запасною речовиною рослин і є широко поширеним у природі. Він у великих кількостях міститься в зернах жита, пшениці, кукурудзи, у бульбах картоплі.

Утворюється крохмаль в клітинах рослин з глюкози:

nC₆H₁₂O₆ = (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O

Число повторюваних структурних ланок в макромолекулі крохмалю може коливатися від 100 до 6000. Відносна молекулярна маса молекул теж сильно відрізняється.

Макромолекули крохмалю мають лінійну і розгалужену будову.

Крохмаль — біла аморфна речовина, нерозчинна у холодній воді. У гарячій воді він набухає і утворює клейстер. Не має смаку.

Характерна реакція крохмалю — реакція з йодом.

При дії розчину йоду на крохмаль утворюється сполука синього кольору. Цю реакцію використовують для якісного визначення крохмалю.

Крохмаль входить до складу продуктів харчування і є основним джерелом вуглеводів в організмі людини.

В організмі крохмаль піддається гідролізу під дією травних ферментів. Процес перетравлення крохмалю починається вже в ротовій порожнині під дією ферментів слини. Далі гідроліз крохмалю триває в шлунку і в кишечнику. Новоутворена глюкоза всмоктується в кров, а потім використовується клітинами для отримання енергії.

Виробництво крохмалю

Крохмаль застосовується для отримання глюкози. Використовується для проклейки паперу та картону, для просочення тканин. Застосовується він також при виготовленні таблеток в якості наповнювача.

Целюлоза (клітковина) — природній полісахарид. Її формула така сама, як і у крохмалю — (C6H10O5)n. Ступінь полімеризації у целюлози набагато вище, ніж у крохмалю, і становить 10000-14000. Відносна молекулярна маса може досягати декількох мільйонів.

Макромолекули целюлози на відміну від крохмалю мають лише лінійну будову.

Целюлоза входить до складу кожної рослинної клітини, оскільки в основному з неї у рослин утворені клітинні стінки. З целюлози складаються волокна льону, бавовни. Волокна бавовни — майже чиста целюлоза (до 98%). У деревині целюлоза складає до 50% маси сухої речовини.

Коробочка бавовни

Целюлоза — волокниста біла або сіра речовина, без запаху і смаку, нерозчинна ні у воді, ні в органічних розчинниках. Вона гігроскопічна.

Целюлоза, як і крохмаль, піддається гідролізу при нагріванні в присутності сульфатної кислоти. Кінцевим продуктом гідролізу є глюкоза:

(C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6

Целюлоза добре горить.

Завдяки своїй міцності целюлоза в складі деревини використовується у будівництві, у виробництві меблів.

Меблі з дерева

Целюлоза бавовни і льону використовується для виробництва тканин, мотузок, канатів. Волокна бавовни використовуються як вата.

Отримана з деревини чиста целюлоза йде на виробництво паперу.

Виробництво паперу

З целюлози отримують прості і складні ефіри, які використовуються у виробництві штучних волокон, пластмас, плівок, лаків, клею, вибухових речовин.

Целофан

При повному гідролізі целюлози отримують глюкозу.

Тест

Тест містить 10 запитань. Необхідно обрати одну вірну відповідь

1. Відзнач назву речовини, яка відносится до вуглеводів( 1б) :

А) метилацетат

Б) целюлоза

В) каучук

2.Укажіть групу вуглеводів, до яких відносять глюкозу( 1б) :

А) Моносахариди

Б) Дисахариди

В) Трисахариди

Г) Полісахариди

3. Відзнач правильне твердження. Фруктоза (1б) :

А) безбарвна рідина

Б) солодка на смак, розчинна у воді речовина

В) тверда речовина, нерозчинна у воді

Г) не має кристалічної будови

4. Яка з вказаних речовин відноситься до вуглеводів? Виберіть правильну відповідь ( 1б):

А) Цукор.

Б) Поварена сіль.

В) Оцет.

Г) Желатин.

5. Відзнач назву дисахариду ( 1б):

А) буряковий цукор

Б) виноградний цукор

В) пропанол

Г) крохмаль

6. Визнач правильність тверджень ( 1б) :

Глюкозу використовують для виробництва крохмалю.

А) Неправильно

Б) Правильно

7. Реакція гідролізу не характерна для (1б) :

А) жирів

Б)дисахаридів

В) естерів

Г) моносахаридів

8. Подібність крохмалю і целюлози є у тому, що кожна з цих речовин ( 1б) :

А) складається з лінійних і розгалужених макромолекул

Б) утворюється з глюкози

В) добре горить

9. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ = 6 CO₂ + 6 H₂O

Наведене рівняння відповідає реакції ( 1б):

A) окиснення глюкози

Б) утворення целюлози

В) гідролізу сахарози

Г) фотосинтезу

10. Яка маса сахарози і води потрібна для приготування розчину масою 1 кг із масовою часткою сахарози 5%? ( 2б) .