Почему глюкоза является альдегидоспиртом кратко

Обновлено: 04.07.2024

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.

Классификация

Моносахариды (греч. monos — единственный + sacchar — сахар) - наиболее распространенная группа углеводов в природе, содержащие в молекулах пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода.

Из наиболее известных представителей к пентозам относятся рибоза и дезоксирибоза, к гексозам - глюкоза и фруктоза.

Олигосахариды (греч. ὀλίγος — немногий) - группа углеводов, в молекулах которых, содержится от 2 до 10 моносахаридных остатков. Если в молекуле содержатся два моносахаридных остатка, ее называют дисахарид.

Наиболее известны следующие дисахариды: сахароза, лактоза, мальтоза. Они являются изомерами, их молекулярная формула одинакова - C₁₂H₂₂O₁₁.

Полисахариды (греч. poly - много) - природные биополимеры, молекулы которых состоят из длинных цепей (десятки, сотни тысяч) моносахаридов.

Например, глюкоза - моносахарид, а крахмал, гликоген и целлюлоза - ее полимеры. Также к полимерам относится хитин, пектин. Формула крахмала, целлюлозы - (C₆H₁₀O₅)_n

Моносахариды

В присутствии ионов металла, молекулы формальдегида соединяются, образуя различные углеводы, например, глюкозу.

В присутствии кислоты и при нагревании, крахмал (полимер) распадается на мономеры - молекулы глюкозы.

Эту реакцию изобрела природа, для нее существует необыкновенный катализатор - солнечный свет (hν).

Окисление глюкозы идет до глюконовой кислоты. Это можно осуществить с помощью реакций серебряного зеркала, с гидроксидом меди II.

Обратите особое внимание на то, что при написании формулы аммиачного раствора в полном виде будет правильнее указать в продуктах не кислоту, а соль - глюконат аммония. Это связано с тем, что аммиак, обладающий основными свойствами, реагирует с глюконовой кислотой с образованием соли.

Восстановление глюкозы возможно до шестиатомного спирта сорбита (глюцита), применяемого в пищевой промышленности в качестве сахарозаменителя. На вкус сорбит менее приятен, менее сладок, чем сахар.

Глюкоза содержит пять гидроксогрупп, является многоатомным спиртом. Она вступает в качественную реакцию для многоатомных спиртов - со свежеприготовленным гидроксидом меди II.

В результате такой реакции образуется характерное голубое окрашивание раствора.

Возможны несколько вариантов брожения глюкозы: спиртовое, молочнокислое, маслянокислое. Эти виды брожения имеют большое практическое значение и характерны для многих живых организмов, в частности бактерий.

Фруктоза является изомером глюкозы. В отличие от нее не вступает в реакции окисления - она является кетоспиртом, а кетоны окислению до кислот не подвергаются.

Для нее характерна качественная реакция как многоатомного спирта - со свежеприготовленным гидроксидом меди II. В реакцию серебряного зеркала фруктоза не вступает.

Применяется фруктоза как сахарозаменитель. Она в 3 раза слаще глюкозы и в 1,5 раза слаще сахарозы.

Дисахариды

Как уже было сказано ранее, наиболее известные дисахариды: сахароза, лактоза и мальтоза - имеют одну и ту же формулу - C₁₂H₂₂O₁₁.

При их гидролизе получаются различные моносахариды.

Полисахариды

Из множества реакций, более всего мне хотелось бы выделить гидролиз крахмала. В результате образуется глюкоза.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

В молекуле глюкозы имеются альдегидная и гидроксильные группы, поэтому для неё характерны химические свойства как альдегидов, так и многоатомных спиртов.

Сначала рассмотрим реакции с участием альдегидной группы молекулы глюкозы. Поскольку альдегидная группа имеется только в линейной форме глюкозы, в уравнениях реакции будем записывать формулу глюкозы в линейной форме.

1. Присоединение водорода. Восстановление

Альдегидная группа глюкозы может присоединить молекулу водорода. Эта реакция сопровождается разрывом π-связи между атомами углерода и кислорода альдегидной группы:

Образующийся шестиатомный спирт называется сорбит. Он имеет сладкий вкус и используется в качестве заменителя сахара.

В результате присоединения водорода молекула глюкозы восстанавливается, поэтому реакцию с водородом также называют реакцией восстановления.

2. Окисление аммиачным раствором оксида серебра

В результате реакции образуется глюконовая кислота.

3. Взаимодействие с гидроксидом меди(II)

Взаимодействие с гидроксидом меди(II) является качественной реакцией как на многоатомные спирты, так и на альдегиды. Глюкоза проявляет свойства как многоатомных спиртов, так и альдегидов. Рассмотрим, что будет наблюдаться при взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди(II). Смешаем в пробирке растворы щёлочи и сульфата меди(II). При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди(II):

При добавлении в пробирку водного раствора глюкозы происходит растворение гидроксида меди(II) и образуется прозрачный раствор васильково-синего цвета. Такой же эффект наблюдается при действии многоатомных спиртов на свежеосаждённый гидроксид меди(II). Как и в случае многоатомных спиртов, растворение гидроксида меди(II) при взаимодействии с глюкозой происходит вследствие образования растворимого в воде комплексного соединения (§ 25). Эта реакция является качественной реакцией на многоатомные спирты.

В то же время взаимодействие глюкозы с гидроксидом меди(II) имеет интересную особенность, которая позволяет легко отличить глюкозу от многоатомных спиртов. Нагреем содержимое пробирки на пламени спиртовки. В случае многоатомного спирта васильково-синий раствор закипит, но окраска его не изменится. Проба с глюкозой ведёт себя совершенно иначе. При нагревании в пробирке сначала образуется жёлтый осадок, который затем краснеет. Образующаяся смесь напоминает морковный сок. Уравнение протекающей реакции:

Красный осадок представляет собой оксид меди(I) Cu₂O. В данной реакции гидроксид меди(II) восстанавливается до оксида меди(I), а глюкоза окисляется до глюконовой кислоты.

В описанном эксперименте глюкоза сначала проявляет свойства многоатомного спирта, растворяя свежеосаждённый гидроксид меди(II). При нагревании смеси происходит реакция уже с альдегидной группой глюкозы — ионы меди(II) окисляют её до карбоксильной группы.

4. Спиртовое брожение

Некоторые микроорганизмы, например дрожжи, обладают способностью преобразовывать глюкозу в этиловый спирт. Этот процесс называется спиртовым брожением глюкозы:

Молочнокислые бактерии обладают способностью преобразовывать глюкозу в молочную кислоту. Этот процесс называется молочнокислым брожением глюкозы:

Молочная кислота является замечательным природным консервантом. Она образуется при скисании молока и содержится в кисломолочных продуктах (простокваша, кефир, творог и др.) которые, в отличие от свежего молока, могут храниться достаточно долго. Наличием молочной кислоты обусловлен кислый вкус этих продуктов. Молочная кислота образуется также в процессах квашения капусты, мочения яблок, силосования зелёных кормов, она препятствует протеканию процессов гниения и позволяет сохранять продукты долгое время.

Глюкоза широко встречается в природе в составе многих овощей и фруктов. Особенно много её в винограде, поэтому глюкозу часто называют виноградным сахаром.

Глюкоза используется в медицине как лекарственный препарат, в частности при ослаблении и интоксикации организма.

В природе глюкоза образуется в зелёных растениях в процессе фотосинтеза:

В промышленности глюкозу получают из целлюлозы и крахмала, подробнее об этом — в следующих параграфах.

Глюкоза даёт качественную реакцию на многоатомные спирты — образование раствора васильково-синего цвета при взаимодействии со свежеосаждённым гидроксидом меди(II).

Глюкоза даёт качественные реакции на альдегидную группу, окисляясь до глюконовой кислоты при нагревании с гидроксидом меди(II) или аммиачным раствором оксида серебра.

Как и альдегиды, глюкоза присоединяет водород. При этом происходит восстановление глюкозы и образуется шестиатомный спирт сорбит.

Под действием бактерий глюкоза подвергается спиртовому брожению с образованием этанола и молочнокислому брожению с образованием молочной кислоты.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Цели и задачи урока :

- изучить состав, строение и свойства глюкозы;

- формировать представления о группе органических веществ, обладающих двойственными свойствами;
- развивать умения учащихся проводить эксперимент для получения новых знаний о сложных органических веществах, логическое мышление учащихся, умение устанавливать причинно-следственные связи, систематизировать, делать выводы.

- воспитывать самостоятельность, волю, сотрудничество, общительность, коммуникабельность.

Тип урока: урок- исследование

Формы работы: фронтальная, индивидуальная.

Метод: проблемный.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор , штатив с пробирками под номерами, пробирки, спиртовка, пробиркодержатель.

Реактивы: растворы глицерина, глюкозы, аммиачного раствора оксида серебра, сульфата меди ( II ),уксусной кислоты.

Структура урока

I . Организация класса ……………………………………….

II . Актуализация и мотивация знаний учащихся ……….

III . Изучение нового материала……………………………

IV .Обобщение и систематизация знаний…………………

V . Домашнее задание……………………………………….

I .Организация класса.

Слайд № 1 Тема урока скрыта от учащихся.

II . Актуализация и мотивация знаний учащихся .

Что определяет природу вещества?

СОСТАВ → СТРОЕНИЕ СВОЙСТВА

Постановка проблемы.

Перед детьми ставится задача в течение урока установить химический состав неизвестного вещества, опытным путем определить его функциональные группы, предсказать химические свойства.

2. Решение задачи.

Вспомните классы органических соединений, которые содержат кислород.

Установите соответствие функциональных групп.

3. С помощью каких качественных реакций можно распознать альдегид и многоатомный спирт?

III . Изучение нового материала.

Решение задачи на определение молекулярной формулы неизвестного вещества.

Запись условия задачи

M ( CxHyOz )=180 г/моль

При решении задачи, ученики устанавливают химический состав неизвестного вещества: С6Н12О6.

Вывод: это кислородосодержащее вещество.

Учитель: это вещество может содержать различные функциональные группы. Определите его на практике.

Итак, перед вами три пробирки с растворами веществ, все они кислородосодержащие. С двумя из них вы уже вы уже встречались. Это альдегид и многоатомный спирт, а третье- неизвестное вещество. Ваша задача- обнаружить, в какой пробирке находиться неизвестное вещество, зная качественные реакции на альдегид и многоатомный спирт. Результаты наблюдений заносим в таблицу, которая находится у вас на столах.

Работа в группах.

2.Проведение эксперимента

( Инструктаж по технике безопасности).

3.Оформление результатов и заполнение таблицы.

Вещество+ С u (ОН)2(свежеприготовленный раствор гидроксид меди( II ))

Выводы: неизвестное вещество образует синий раствор с гидроксид меди( II ) ( как многоатомные спирты), при дальнейшем нагревании выпадает осадок красно-кирпичного цвета( как у альдегидов).

Для подтверждения последнего следует посмотреть видеоопыт, звук целесообразно выключить, чтобы оставалась интрига урока.

Составление структурной формулы.

Задание: попробуйте составить структурную формулу вещества С6Н12О6.

Подсказка в помощь.

Атом Карбона четырехвалентен.

Неизвестное вещество содержит одну альдегидную группу.

И она всегда стоит в начале углеродной цепочки.

В неизвестном веществе несколько гидроксильных групп.

У одного атома углерода может быть только одна гидроксильная группа.

Вначале учащиеся самостоятельно составляют структурные формулы вещества.

Моделирование.
Работа в группах.
А теперь попробуйте собрать модель молекулы глюкозы, используя модели атомов углерода, водорода и кислорода у вас на столе .
- Какое пространственное строение имеет молекула глюкозы? Является ли она линейной?
- Возможно ли вращение атомов вокруг плоскости связей? Как при этом изменяется пространственное строение молекулы?

Переход глюкозы из проекции Фишера в Haworth projection.

Ребята записывают циклическую формулу глюкозы.

Итак, это вещество называется глюкоза.

IV .Обобщение и систематизация знаний.

Вопросы для самоконтроля

Вспомните, какая задача была поставлена перед вами в начале урока?

Какой результат вы получили?

Заполните блок-схему в логической последовательности. Проверьте себя.

Вы помните, что в начале урока не была сформулирована тема? Я предлагаю вам сделать это самостоятельно. Запишите варианты тем на рабочих листах.

Выбрать один ответ из четырёх:

1. Глюкоза относится к:

1) дисахаридам;
2) моносахаридам;
3) полисахаридам;
4) карбоновым кислотам.

2. Глюкоза по хим.строению является

1) одноатомным спиртом;
2) альдегидом;
3) многоатомным спиртом;
4) многоатомным альдегидоспиртом.

3. Молекулярная формула глюкозы

4. Изомером глюкозы является

1) сахароза;
2) фруктоза;
3) лактоза;
4) крахмал.

5. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) при нагревании образуется

1) красный осадок;
2) ярко-синий раствор;
3) синий осадок;
4) красный раствор.

6. Глюкоза образует циклические формы

1) только -форма;
2) и -формы;
3) только -формы;
4) не образует.

7. Глюкоза как альдегид вступает в реакцию с

1) гидроксидом меди (II) при нагревании;
2) магнием;
3) гидроксидом меди (I) при нагревании;
4) гидроксидом меди (II) при комнатной температуре.

8. Глюкоза как многоатомный спирт вступает в реакцию с

1) гидроксидом меди (II) при комнатной температуре;
2) магнием;
3) гидроксидом меди (I) при нагревании;
4) гидроксидом меди (II) при комнатной температуре.

9. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) при комнатной температуре образуется

1) синий осадок;
2) красный осадок;
3) ярко-синий раствор;
4) красный раствор.

10. Кристаллическая глюкоза содержит молекулы

1) с открытой цепью атомов;
2) циклического строения;
3) альдегидная и циклическая формы.

V . Домашнее задание

VI . Рефлексия

Для объединения старых знаний и осмысления новых составить СЕНКАН.

Это стихотворение из 5 строк, каждая из них имеет определенное содержание и форму:

1-й ряд- существительное, которое задает тему стихотворения;

2-й ряд- два прилагательных к этому существительному;

3-й ряд- три наречия к существительному;

4-й ряд- содержательная фраза;

5-й ряд- одно заключительное слово( предложение), которое вызывает эмоциональное отношение ко всему сказанному.

Читайте также: