Углеводы 9 класс кратко

Обновлено: 05.07.2024

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.

Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное строение, состав большинства которых отражает формула C_x(H₂O)_y, где x, y ≥ 3.

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

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.

1. Горение

Все углеводы горят до углекислого газа и воды.

Например, при горении глюкозы образуются вода и углекислый газ

2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой

Например, при действии концентрированной серной кислоты на глюкозу образуются углерод и вода

Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (группа альдегида или кетона) и несколько гидроксильных.

Моносахариды являются структурными звеньями олигосахаридов и полисахаридов.

Важнейшие моносахариды

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 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):

Простые эфиры глюкозы получили название гликозидов.

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.

Например, β-D-глюкоза реагирует с уксусным ангидридом в соотношении 1:5 с образованием пентаацетата глюкозы (β-пентаацетил-D-глюкозы):

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 — структурный изомер глюкозы. Это кетоноспирт (кетоза): она тоже может существовать в циклических формах (фуранозы).

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 – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

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.

Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом (одно из циклических звеньев может раскрываться в альдегидную группу) и вступает в реакции, характерные для альдегидов.

При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.

Полисахариды — это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

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.

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

Для успешной работы нашего организма необходимо постоянное поступление жиров, протеинов и углеводов. Какое место занимают углеводы в данном списке? Что они собой представляют? В чем же заключается их основная функция? На все данные вопросы есть ответы.

Углеводы – это органические молекулы, состоящие из неразветвленных цепей атомов углерода, пары гидроксильных групп и карбонильной группы.

Различают простые, сложные и волокнистые углеводы. К простым углеводам относятся моно-и дисахариды, которые содержат соответственно одну или две сахарные группы (глюкоза, фруктоза, лактоза, сахароза). К сложным углеводам принадлежат полисахариды, которые имеют в составе от трех молекул углерода (крахмал, целлюлоза). Волокнистые углеводы представляют собой обычную пищевую клетчатку, которая, как известно, способствует лучшему пищеварению. В конечном же итоге любой углевод распадается до моносахаридов, которые могут быть использованы в качестве источника энергии для обеспечения процессов метаболизма и синтеза других молекулярных комплексов.

Углеводы содержатся в различных продуктах питания. Простые сахара можно найти в кондитерских изделиях, полуфабрикатах и фруктах, в то время как источником сложных сахаров являются зерновые, хлеб, макаронные изделия и овощи.

Углеводы, необходимые нам для нормальной жизнедеятельности, принимают участие в процессах гликолиза, гликогенеза и гликонеогенеза. Под гликолизом подразумевается расщепление глюкозы и других сахаров с выделением жизненно важной энергии. В результате гликогенеза из глюкозы синтезируется гликоген, который накапливается в печени и мышцах как резервный источник энергии. Кроме того, углеводы стимулируют образование гликогена из жирных кислот и белков (гликонеогенез). Получается так, что наша центральная нервная система получает энергию преимущественно за счет глюкозы.

Простые углеводы, такие как глюкоза, мгновенно усваиваются организмом и способствуют более быстрому восстановлению за счет стремительной выработки гликогена. Поскольку эффект от применения таких сахаров краткосрочный, следует дополнять их потребление сложными сахарами.

Употребляйте больше сложных и меньше простых углеводов

Сложные углеводные комплексы способны поддерживать постепенный выброс энергии для обеспечения работы организма на протяжении дня. Медленное расщепление углеводов препятствует резкому скачку сахара в крови, что, в свою очередь, способствует постепенному росту инсулина для синтеза действительно важной энергии и медленному накоплению гликогена в мышцах и печени, что и было подтверждено результатами проведенных исследований.

Диетологи рекомендуют, чтобы углеводы составляли 50-60 процентов от ежедневного рациона, хотя данная цифра может быть скорректирована в соответствии с вашими целями. Если вам нужна углеводная загрузка, то необходимо принять углеводный комплекс за 45 минут до тренировки, чтобы обеспечить максимальный выброс гликогена для улучшения общей работоспособности организма. Кроме того, простые сахара рекомендуется потреблять во время тренировки для поддержания уровня гликогена в крови.

Потребление углеводов почти не имеет никаких побочных эффектов. Исключение может составить только избыточный прием, что может спровоцировать ожирение и связанные с ним заболевания. Кроме того, людям, склонным к набору излишнего веса, следует следить за количеством углеводов в своем рационе, чтобы не накопить излишки жира.

Углеводы идеально сочетаются с креатином и протеинами, что ускоряет восстановление и рост мышечной массы. Их можно найти почти во всем спортивном питании.

Таким образом, углеводные добавки являются отличным источником энергии для обеспечения оптимального функционирования всего организма. Чтобы углеводы не превратились из поставщиков необходимой энергии в залежи излишнего жира, придерживайтесь правил их приема и корректируйте программу потребления в зависимости от ваших личных потребностей и целей тренировки.

Данный видеоурок знакомит учащихся с группами углеводов: моносахаридами, дисахаридами и полисахаридами. Свойства моносахаридов рассматриваются на примере глюкозы, здесь есть демонстрации качественных реакций на глюкозу, описываются её свойства и применение. Свойства дисахаридов рассматриваются на примере сахарозы, здесь описаны её свойства и применение. Полисахариды рассматриваются на примере крахмала и целлюлозы. Есть сравнительная характеристика состава и свойств этих полисахаридов. Кроме этого, здесь демонстрируется качественная реакция на крахмал и приведены примеры использования полисахаридов.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Углеводы"

Углеводы – это соединения, содержащие в своём составе атомы углерода, водорода и кислорода. Причём атомы водорода и кислорода находятся в них в таком же соотношении, как и в молекуле воды: 2 : 1. Поэтому их и называют углеводами. Для большинства этих соединений применима формула C_n(H₂O)_m.

В этом можно легко убедиться. Для этого следует нагреть немного сахара в пробирке, сахар начинает плавиться, приобретает коричневую окраску, потом чернеет и после сильного прокаливания остаётся почти чистый углерод, а в верхней части пробирки конденсируются капельки воды.

Углеводы разделяют на три группы: моносахариды (глюкоза, фруктоза), дисахариды (сахароза) и полисахариды (крахмал, целлюлоза).

Глюкоза представляет собой белый мелкокристаллический порошок без запаха, хорошо растворимый в воде. Она имеет сладкий вкус.

По своим свойствам глюкоза является альдегидоспиртом.

То есть она даёт и реакции на альдегиды и реакции на многоатомные спирты. Если в раствор медного купороса добавить несколько капель щёлочи, то образуется осадок голубого цвета – это гидроксид меди (II), а затем сюда же добавить столько же раствора глюкозы и слегка взболтать, то раствор приобретает ярко-синюю окраску. Таки образом, глюкоза даёт качественную реакцию по аналогии с многоатомными спиртами.

Глюкоза является основным источником энергии в клетке, поэтому её широко используют в лечебных целях. Глюкоза является основным веществом при получении спирта, молочной кислоты, уксусной кислоты, лимонной и аскорбиновой кислоты, витаминов. Её применяют в качестве заменителя тростникового сахара. Для этих целей используют патоку – сиропообразную массу, получаемую при гидролизе крахмала. Глюкозу используют при получении карамели, мармелада, помадки. Её используют при изготовлении зеркал и ёлочных украшений (серебрение).

Другим моносахаридом является фруктоза – С₆Н₁₂О₆. Она содержится во многих фруктах, поэтому её называют фруктовым сахаром. В пчелином мёде её содержание достигает пятидесяти процентов. Фруктоза гораздо слаще глюкозы. В сладких яблоках, грушах, и арбузах фруктозы содержится в два раза больше, чем глюкозы.

К дисахаридам относится сахароза – С₁₂Н₂₂О₁₁. Дисахариды гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов. При её гидролизе образуется глюкоза и фруктоза.

Сахароза – бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления от 160 до 185 0 С, хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус. Расплавленная сахароза при застывании превращается в смесь аморфных веществ – карамель, а при вливании на вращающийся холодный барабан превращается в сахарную вату.

Под действием концентрированной серной кислоты сахароза способна отщеплять воду с образованием продуктов чёрного цвета, имеющих сложное циклическое строение.

В природе сахароза находится в соке растений: в свёкле (20%), в сахарном тростнике (25%). Сахароза представляет собой кристаллическое вещество, растворимое в воде, имеет сладкий вкус.

Сахарозу получают из сахарной свёклы. Для этого свёклу измельчают, обрабатывают горячей водой, а затем раствор фильтруют. Сахар переходит в раствор, где ещё содержатся белки, соли, органические кислоты. Для их удаления раствор нагревают с известковым молоком. При этом белковые вещества оседают, органические кислоты выпадают в осадок в виде нерастворимых солей кальция, а сахароза образует растворимую соль кальция. Её отфильтровывают и из отфильтрованного раствора сахар выпаривают до кристаллизации.

Жители африканского континента извлекали сахарозу из пальмового сока, а североамериканские индейцы – из кленового.

Сахароза является важным продуктом питания, а также используется для приготовления некоторых лекарственных веществ и сиропов. Смесь глюкозы и фруктозы, получающаяся после кислотного гидролиза сахарозы, называют искусственным мёдом и используют в пищевой промышленности.

Полисахариды гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов. К ним относится крахмал и целлюлоза. Состав полисахаридов – (С₆Н₁₀О₅)_n.

Крахмал, как и глюкоза образуется в результате процесса фотосинтеза. В результате чего из углекислого газа и воды при участии хлорофилла образуется глюкоза и кислород. Крахмал накапливается как резервный питательный материал в зёрнах злаков, клубнях картофеля, семенах. Например, клубни картофеля содержат до 24% крахмала, зёрна пшеницы – до 64%, риса – 75%, кукурузы – 70%.

Крахмал – белый аморфный порошок.

Это полимер, макромолекулы которого имеют линейную и разветвленную форму.

В воде крахмал набухает, а потом образует крахмальный клейстер. Если насыпать в пробирку крахмала, прилить к нему воды и хорошо взболтать, а затем это содержимое влить в стакан с горячей водой, то можно наблюдать образование крахмального клейстера.

Крахмал даёт характерное синее окрашивание с раствором йода. В пробирку нальём немного крахмального клейстера и добавим каплю спиртового раствора йода. При этом мы можем наблюдать появление синей окраски. Попробуем нагреть эту смесь, постепенно, как видите, синяя окраска исчезает. После чего, если охладить эту смесь, то она опять станет синего цвета.

При гидролизе крахмала образуется глюкоза. В промышлености этим методом получают глюкозу и декстрины, которые применяю в качестве клеев, для производства патоки. Долгое время крахмал был основным сырьём при получении этилового спирта.

Крахмал используется в парфюмерной и текстильной промышленности, в медицине для приготовления присыпок, медицинских паст, при приготовлении таблеток, капсул для лекарств.

Целлюлоза – другой представитель полисахаридов. Она является основным компонентом оболочек растительных клеток и пидаёт им механическую прочность.

Волокна хлопка содержат 90-95% целлюлозы. Гигроскопичная вата и фильтровальная бумага – это почти чистая целлюлоза. Целлюлоза – полимер с линейными макромолекулами.

Целлюлоза – вещество линейного строения.

Она представляет собой белое аморфное вещество. Она не растворяется нив воде, ни в обычных органических растворителях. При нагревании целлюлоза обугливается и образует различные смеси органических соединений. При гидролизе целлюлозы образуется глюкоза.

Волокна льна, хлопка, конопли в основном состоят из целлюлозы (до 99%), а вдревесине она составляет около 50% в расчёте на сухое вещество.

Огромное количество целлюлозы расходуется на производство бумаги. При этом получается дополнительный раствор, который содержит сахаристые вещества и который подвергают спиртовому брожению. Таким образом получают технический этиловый спирт.

Из целлюлозы получают коллодий (для заклеивания небольших ран), нитролаки и краски, взрывчатые вещества (нитроцеллюлозу), ацетатный шёлк.

Целлюлозу используют с строительном деле и как топливо (древесина). В виде волокнистых материалов (лён, хлопок, конопля) она идёт на изготовление тканей. Из целлюлозы получают бумагу, картон, вату. Она служит сырьём для получения искусственного шёлка и корма скота, киноплёнки и клея.

В организме человека нет ферментов, способных превратить целлюлозу в глюкозу, поэтому она не усваивается организмом. Такие ферменты присутствуют в пищеварительной системе жвачных животных (коров, лошадей), муравьёв-древоточцев.

Таким образом, углеводы делят на моносахариды, дисахариды и полисахариды. К моносахаридам относят глюкозу и фруктозу. Глюкоза – это альдегидоспирт и она даёт качественные реакции на многоатомные спирты и на альдегиды. Фруктоза также является моносахаридом и имеет такую же молекулярную формулу, как и глюкоза – С₆Н₁₂О₆. Представителем дисахаридов является сахароза, при гидролизе которой образуется глюкоза и фруктоза. Молекулярная формула сахарозы – С₁₂Н₂₂О₁₁. К полисахаридам относятся крахмал и целлюлоза. Крахмал состоит из молекул глюкозы. Качественной реакцией на крахмал является реакция с йодом. Целлюлоза – линейный полисахарид. При гидролизе целлюлозы образуется глюкоза. Углеводы применяют во многих областях народного хозяйства.

Сложные органические вещества, содержащие углерод и являющиеся главным источником энергии в живых организмах, называются углеводами. Термин предложен химиком Карлом Шмидтом в 1844 году.

Строение

По-другому углеводы называются сахарами. Они состоят из углерода, водорода и кислорода. Углеводы могут содержать карбонильную группу (=С=O) или альдегидную группу (-CHO). Общая формула – Cn(Н2О)m, где n и m – не менее 3.

Сахара бывают простые и сложные. Простые состоят из одной молекулы или структурной единицы, которая называется сахаридом. Они имеют форму кристаллов и сладкий привкус. Быстро растворяются в воде.

В зависимости от количества атомов углерода в одной молекуле различают несколько групп углеводов.
Часто встречается две группы:

Сложные сахара объединяют несколько моносахаридов. Могут образовывать длинные и ветвистые цепочки (гликаны).

В графической формуле углевода обозначение углерода (С) не пишется, а обозначается геометрической фигурой. Количество углов соответствует количеству углерода в молекуле.

Выделяют три вида углеводов, которые отличаются количеством структурных единиц. Описание каждой группы углеводов представлено в таблице.

которые читают вместе с этой

Общая формула

Особенности

Примеры

Содержат множество структурных единиц, могут включать несколько тысяч сахаридов. Не растворяются в воде, не имеют сладкого вкуса. Играют роль строительного материала или резерва энергии

Моносахариды относятся к простым сахарам, олигосахариды и полисахариды – к сложным.

Рис. 2. Моносахариды и полисахариды.

Одной из важнейших групп углеводов являются дисахариды, относящиеся к олигосахаридам и содержащие два моносахаридных остатка.
Наиболее известные и важные из них:

лактоза – содержит глюкозу и галактозу;
сахароза – состоит из фруктозы и глюкозы;
мальтоза – образуется из двух молекул глюкозы.

Химическая формула всех дисахаридов – C12H22O11.

C12H22O11 + Н2О → 2С6Н12О6

Лактоза содержится в молоке и используется для изготовления детского питания. Сахароза – привычный сахар, употребляемый в пищу. Мальтоза входит в состав зёрен.

Функции

Углеводы активно участвуют в обмене веществ.
Основными функциями углеводов являются:

обеспечение энергией – распад грамма углеводов даёт 17,6 кДж;
запас энергии – крахмал (в растениях) и гликоген (в животных) являются энергетическими резервами;
построение организма – целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, хитин – грибов и членистоногих, муреин – бактерий;
участие в пластическом обмене – входят в состав ДНК, РНК, АТФ.

Что мы узнали?

Биология 9-10 класса включает тему, посвящённую строению и значению углеводов. Полимеры содержат углерод и участвуют в биохимических реакциях организма. Выделяют простые углеводы (моносахариды) и сложные (олигосахариды и полисахариды). Моносахариды и олигосахариды сладкие на вкус и растворимые в воде. Полисахариды не растворяются в воде, выполняют энергетическую и структурную функции. Углеводы – главный источник энергии при метаболизме.

Читайте также: