§ 37. Поняття про вуглеводи. Глюкози і сахароза

Назва вуглеводи вказує на якісний і кількісний склад багатьох представників цих сполук. У 1844 р. професор Дерптського (нині Тартуського) університету К. Шмідт уперше запропонував цей термін для сполук із загальною формулою C_m(H₂O)_n. Такий підхід був тоді цілком слушним. Адже встановлено, що співвідношення кількості атомів Гідрогену й Оксигену в молекулах відомих на той час вуглеводів – 2:1 (так само, як у молекулі води), а третім елементом є Карбон (тоді його називали вуглецем).

Згодом виявили вуглеводи з іншим кількісним співвідношенням Гідрогену й Оксигену, наприклад дезоксирибозу (про її значення ви дізналися на уроках біології). Існують також речовини, які не належать до вуглеводів, однак їхній склад відповідає формулі С_m(Н₂О)_n. Попри це назва вуглеводи залишається загальновживаною. Класифікацію вуглеводів за складом і приклади найважливіших їхніх представників наведено на рисунку 37.1.

Рис. 37.1. Класифікація вуглеводів

Значення вуглеводів можна описати одним реченням: речовини, без яких життя на планеті Земля не було б таким солодким. І не лише тому, що інша назва цих речовин – цукри. Судіть самі: вуглеводи допомагають нам розв’язати безліч проблем. Вони живлять, одягають, лікують, зігрівають, забезпечують рух, зберігають сталість внутрішнього середовища організму, беруть участь у збереженні й відтворенні спадкової інформації тощо. Тож розгляньмо докладніше окремих представників вуглеводів.

Глюкозу добув 1802 р. Ж. Л. Пруст (рис. 37.2) з винограду, тому її дотепер часто називають виноградним цукром. Молекулярна формула глюкози С₆Н₁₂О₆.

Рис. 37.2. Пруст Жозеф Луї (1754-1826). Французький хімік, член Паризької академії наук. Відкрив закон сталості складу хімічних сполук. Відкрив гідроксиди металічних елементів, виявив катіони Аргентуму(І) у морській воді тощо. Виділив глюкозу з винограду

У природі глюкоза трапляється не лише у виноградному соку, а й у соках багатьох інших фруктів і ягід та чи не в усіх органах зелених рослин. Це не дивно, адже саме в рослинах відбувається фотосинтез за участю зеленого пігменту хлорофілу:

Бджолиний мед також містить глюкозу. Особливо багаті на глюкозу виноград, черешні, вишні, малина, суниці, сливи, кавуни. З овочів найбільший уміст глюкози в гарбузі, білоголовковій капусті та моркві.

Глюкоза – білий кристалічний порошок, добре розчинний у воді. Це зумовлено наявністю в молекулі глюкози п’ятьох гідроксильних груп. Переконаймося в цьому під час виконання лабораторного досліду 12.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

Пригадайте й неухильно виконуйте ПРАВИЛА БЕЗПЕКИ ПІД ЧАС РОБОТИ З ОБЛАДНАННЯМ І РЕАКТИВАМИ

12. Взаємодія глюкози з купрум(ІІ) гідроксидом

Завдання. З’ясуйте, чи взаємодіє глюкоза з купрум(ІІ) гідроксидом.

Обладнання: штатив з пробіркою або пластина із заглибинами.

Реактиви: розчини купрум(ІІ) сульфату, натрій гідроксиду, глюкози.

Добудьте реакцією обміну в розчині між сіллю Купруму(ІІ) і лугом (у надлишку) купрум(ІІ) гідроксид. Що спостерігаєте? Добавте краплями, за перемішування, розчин глюкози до появи змін. Що спостерігаєте? Порівняйте ознаки перебігу цієї реакції з ознаками якісної реакції на гліцерол. Нагрійте вміст пробірки. Що спостерігаєте?

Глюкоза в організмі людини й тварин – головне й найбільш універсальне джерело енергії для забезпечення обмінних процесів (запишіть рівняння реакції повного окиснення глюкози). Збереження стабільного рівня глюкози в крові дуже важливе для нормальної життєдіяльності організмів. Тому в людини й багатьох тварин існує складна система гормональної регуляції вуглеводного обміну. Його порушення є причиною виникнення важких хвороб, насамперед цукрового діабету. Тож важливо не лише збалансувати вживання вуглеводів, а й перевіряти рівень глюкози в крові. Для цього використовують спеціальні датчики.

Цікаво і пізнавально

Наразі розроблено новий тип біологічних датчиків, які можна вживляти до тіла людини. Новий датчик призначений для постійного контролю над рівнем цукру в крові. Його дія ґрунтується на властивості нанотрубок відповідати флуоресценцією на опромінення в інфрачервоному спектрі. Для визначення рівня глюкози тепер не потрібно щоразу брати пробу крові, а досить посвітити на датчик лазерним променем і зареєструвати флуоресцентний відгук.

Здатність засвоювати глюкозу притаманна всім клітинам тваринних організмів. Ця сполука – універсальна поживна речовина й протиотрута водночас. Тому її використовують для ін’єкцій під час харчових отруєнь, інфекційних захворювань тощо, зокрема шлунково-кишкових. Глюкоза є в багатьох фізіологічних рідинах організму – спинномозковій, сечі тощо, але найбільше її в крові й лімфі.

Глюкоза – один з двох продуктів, який утворюється внаслідок взаємодії сахарози з водою. Тому розгляньмо дисахарид сахарозу докладніше.

Сахароза – С₁₂Н₂₂О₁₁ – речовина, відома вам у побуті як цукор – висококалорійна смакова добавка, компонент багатьох страв. Тож ви добре знаєте, що сахароза – прозорі безбарвні кристали, солодкі на смак (рис. 37.3).

Рис. 37.3. Муха на кристалах сахарози (світлина)

Під час нагрівання сахароза плавиться й карамелізується. Цю властивість використовують у кулінарії й кондитерській промисловості. Сахароза добре розчиняється у воді, особливо гарячій. Цукровий сироп – чудовий консервант для ягід і фруктів.

• З огляду на повсякденний досвід поясніть, як у побуті використовують цю властивість сахарози.

Сахароза в природі досить поширена. Вона трапляється в багатьох плодах і фруктах. Найбагатші на сахарозу цукрова тростина й цукровий буряк (рис. 37.4). Саме ці культури використовують для промислового виробництва цукру.

Рис. 37.4. 1. Цукрова тростина. 2. Цукрові буряки – елемент композиції натюрморти Катерини Білокур «Привіт урожаю» (1946)

Рафінований (очищений від домішок) цукор приваблює білосніжним кольором. Однак він – не найкорисніший, бо позбавлений багатьох біологічно активних речовин, які видаляють під час рафінування. Сучасні дієтологи радять уживати так званий коричневий цукор. Це сприятиме запобіганню порушенням вуглеводного обміну та виникненню карієсу. Проте вибір залишається за вами. Хоч який цукор ви оберете – у шлунково-кишковому тракті він прореагує з водою. Продукти цієї реакції – глюкоза й фруктоза – усмокчуться у кров і забезпечать організм енергією.

Цікаво і пізнавально

Значущі постаті в історії України – цукрозаводчики, меценати, благодійники – династії Бродських, Симиренків, Терещенків, Харитоненків, брати Яхненки (рис. 37.5).

Рис. 37.5. 1. Династія Бродських. 2. Симиренки на марці України. 3. Родина Терещенків на пам’ятній монеті України. 4. І. Г. Харитоненко. 5. С. М. Яхненко

Цукор стратегічно важливий для кожної держави, тож резервний запас цього продукту накопичують на складах. Натомість у живих організмах запасати сахарозу й глюкозу досить важко (поміркуйте чому). Мудра Природа знайшла вихід у перетворенні моносахаридів на полімери. Наприклад, із залишків глюкози побудовані природні полімери – крохмаль і целюлоза. Про них ітиметься в наступному параграфі.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Склад більшості вуглеводів описує загальна формула С_m(Н₂О)_n.

• Вуглеводи класифікують на моносахариди (глюкоза), дисахариди (сахароза) та полісахариди (крохмаль, целюлоза).

• Унаслідок реакції глюкози з купрум(ІІ) гідроксидом утворюється прозорий синій розчин. Якщо цю реакцію проводити за нагрівання, спочатку утворюється жовтий осад купрум(ІІ) гідроксиду, а потім з нього – цегляно-червоний купрум(ІІ) оксид.

• Сахароза – С₁₂Н₂₂О₁₁ – добре відома в побуті як цукор.

Перевірте себе

1. Поясніть походження назви «вуглеводи». 2. Пригадайте походження назви «гліцерол» й висловіть припущення щодо походження назви «глюкоза». 3. Яка молекулярна формула та фізичні властивості глюкози? Сахарози? 4. За допомогою якого реактиву можна довести, що глюкоза виявляє властивості багатоатомного спирту? 5. Для чого застосовують глюкозу? Сахарозу?

Застосуйте свої знання й уміння

6. Запишіть рівняння реакції повного окиснення: а) глюкози; б) сахарози.

7. Обґрунтуйте застосування глюкози та сахарози їхніми властивостями.

Творча майстерня

8. Підготуйте презентацію із загальною назвою «Користь і шкода». Об’єкт дослідження виберіть самостійно з-поміж наведених: «Глюкоза», «Сахароза».

Дізнайтеся більше

• https://www.youtube.com/watch?v=8aScB4CpsQk
• https://www.youtube.com/watch?v=Mfd5GcTri08
• https://www.youtube.com/watch?v=qX95dhNtvAU
• https://www.youtube.com/watch?v=geUfwNbO40w
• https://www.youtube.com/watch?v=llr1foG5BZc
• https://www.youtube.com/watch?v=1P7amB158DY
• https://www.youtube.com/watch?v=9yBnmbtO3As
• https://www.youtube.com/watch?v=8Aumf8OaIdk
• https://www.youtube.com/watch?v=UHH5TtB4A-o
• https://www.youtube.com/watch?v=qX95dhNtvAU

Урок “Глюкоза: молекулярна формула та її відкрита форма. Хімічні властивості глюкози.”

Урок хімії “Глюкоза: молекулярна формула та її відкрита форма. Хімічні властивості глюкози.” метою якого євивчити будову глюкози, її властивості, як представника речовин з подвійними властивостями з позицій причинно-наслідкової залежності між складом, будовою та властивостями; розглянути її поширеність в природі та її значення для життєдіяльності організму.

Міністерство освіти і науки України

Полтавська обласна держадміністрація

Департамент освіти і науки

Державний навчальний заклад

«Полтавський центр професійно-технічної освіти»

Методрозробка відкритого уроку

з хімії на тему:

Викладач хімії та біології

Тема уроку. Глюкоза: молекулярна формула та її відкрита форма.

Хімічні властивості глюкози.

«Робота чи заняття, яке не має труднощів

Мета уроку

• Освітня: вивчити будову глюкози, її властивості, як представника речовин з подвійними властивостями з позицій причинно-наслідкової залежності між складом, будовою та властивостями; розглянути її поширеність в природі та її значення для життєдіяльності організму;
• Розвиваюча: продовжити формувати вміння учнів порівнювати та узагальнювати на прикладі матеріалу про будову й властивості альдегідів та спиртів; формувати вміння складати рівняння хімічних реакцій, що характеризують властивості глюкози, уміння виконувати лабораторні досліди, робити висновки зі спостережень;
• Виховна: продовжити виховання пізнавальної активності та самостійності учнів під час виконання лабораторних дослідів.

Тип уроку: вивчення та засвоєння нового матеріалу.

Методи навчання: проблемний виклад матеріалу (бесіда) із застосуванням особистісно орієнтованого підходу у вивченні хімії, лабораторні досліди, експериментальна робота, експериментальне дослідження.

Обладнання. ноутбук, проектор, екран, дві чорних коробки (в одній- люстерко, в іншій—баночка з пивом), пробірки з розчинами Си SO ₄ , NaOH , глюкози; пробірки із соками (яблучний, огірковий, морквяний), розчин меду, родзинки; пробірконагрівач.

(Урок супроводжується презентацією «Глюкоза»).

1. Будова молекули глюкози. Глюкоза-альдегідоспирт.
2. Хімічні властивості глюкози (виконання лабораторних дослідів).
3. Поширення глюкози в природі (експериментальна робота з виявлення глюкози в продуктах харчування).
4. Значення глюкози для життєдіяльності організму.
5. Підсумок.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

1. Які сполуки називаються спиртами? Яка їх загальна формула?
2. Які сполуки називаються альдегідами? Яка їх загальна формула?
3. Яка якісна реакція на альдегіди?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів. (Створюю проблемну ситуацію, використовуючи запитання.)

Перед вами на столі стоять дві чорних коробки, в одному з них знаходиться річ без якої не уявляє життя прекрасна половина людства і якби ця річ зникла, то всі жінки світу напевне б зійшли з розуму, в іншому ж ящику знаходиться речовина, яку полюбляють чоловіки, особливо, під час перегляду футбольних матчів по телевізору. Але ці речі об’єднує одна хімічна речовина. Що це за речі ми з вами взнаємо через деякий час на уроці…Ви здогадаєтесь і самі назвете ці речі.

І V . Повідомлення теми, мети уроку. (учні записують в конспекти)

• Що будемо робити: вивчимо будову та властивості глюкози.
• Як будемо це робити: за допомогою експерименту.
• Для чого: застосовувати закони і теорії для встановлення залежності між властивостями і будовою речовини, знати практичне використання глюкози. Ми дізнаємося—як виявити глюкозу в харчових продуктах.

Проблемні питання, на які ви дасте відповідь в кінці уроку.

1. Чому під час фізичної праці людині стає жарко?
2. Чому нестача глюкози в організмі викликає непритомність?
3. Чому для угамування спраги під час фізичної праці краще пити виноградний сік?
4. Яка річ та яка речовина знаходяться в коробках?

V . Вивчення нового матеріалу.

Будова молекули глюкози. (відображається на екрані презентація)

Глюкоза складається з атомів вуглецю, кисню, водню. Молекулярна формула С ₆ Н ₁₂ О ₆ . Має глюкоза і структурну формулу, погляньте на екран 8 слайд. Це лінійна форма (альдегідна).

В 1870 р. Рудольф Фіттіг і Адольф Байєр (герм.) вивели хімічну формулу глюкози, виходячи з її властивостей. Глюкоза має ще й циклічну форму. (слайд 9).

1890 р. Еміль Фішер (герм.) синтезував глюкозу, тим самим довів її будову (слайд 10)

1802 р. Луи Жозеф Пруст (франц.) отримав глюкозу з винограду (слайд 11).

Глюкоза має циклічну форму і від місця знаходження атому кисню, може бути альфа і бета форми глюкози.

Фізичні властивості глюкози.

Глюкоза- б іла кристалічна речовина, солодка на смак і добре розчинна у воді.

Хімічні властивості глюкози.

Учитель. Чи залежать властивості речовин від їх будови?

Учні . Так, будова речовини зумовлює її властивості.

Учитель. Які хімічні властивості , на ваш погляд, характерні для глюкози?

Учні. Реакції на альдегідну групу: реакція «срібного дзеркала» (взаємодія з амонійним розчином арґентум оксиду на гідроксогрупи (взаємодія з купрум ІІ гідроксидом).

Отже, яке припущення можна зробити на підставі цих даних?

Для підтвердження реакції на функціональні групи звернемося до віртуальної хімічної лабораторії та переглянемо відеоролик з виконання лабораторного досліду реакції «срібного дзеркала». Перегляд відеоролику « Окиснення глюкози аміачним розчином оксиду срібла (І).

На початку уроку ви отримали щоденник експериментальних досліджень, де ви повинні зафіксувати дослідження, які будемо проводити на уроці.

А зараз мої помічники, юні хіміки Віктор та Дмитро, дотримуючись правил техніки безпеки, продемонструють нам хімічний дослід реакцію глюкози з гідроксидом міді свіже виготовленим.

(учні заповнюють щоденники спостережень, помічники проводять дослід)

Отже, ми можемо зробити впевнено висновок, що глюкоза альдегідоспирт.

А) окислюється аміачним розчином А g ₂ О (реакція «срібного дзеркала»);

Б)окислюється купрум (ІІ) гідроксидом (свіжо добутим: NaOH + CuSO ₄ );

Це я кі сна реакц і я на глюкозу

В) відновлюється до шестиатомного спирту

Герої роману Жуль Верна «Діти капітана Гранта» тільки збиралися повечеряти м’ясом підстреленої ними дикої лами (гуанако), але виявилося, що воно зовсім непридатне для харчування. «Можливо воно довго лежало?»-запитав один з них. «Ні, воно на жаль, дуже довго бігло!»-відповів вчений-географ Паганель. –М’ясо гуанако смачне лише тоді, коли тварина вбита під час відпочинку, але якщо за ним довго полювати і тварина довго бігла, тоді м’ясо неїстівне».

Навряд чи Паганель зумів би пояснити причину описаного ним явища. Але, користуючись даними сучасної науки, зробити це зовсім не важко. Але розпочати прийдеться здалеку. Коли клітина дихає киснем, глюкоза «згоряє» в ній, перетворюючись у воду і вуглекислий газ, і виділяє при цьому енергію. Але допустимо, що тварина довго біжить, або людина швидко виконує яку-небудь важку фізичну працю, наприклад, рубає дрова. Кисень не встигає потрапити в клітини м’язів. Тим паче клітини «задихаються» не відразу. Розпочинається цікавий процес—ГЛІКОЛІЗ ( що в перекладі означає «розклад цукру»). При розкладі глюкози утворюється не вода і вуглекислота, а більш складна речовина—молочна кислота. Кожен, хто пробував кисле молоко або кефір, знайомий з її смаком. Енергії при гліколізі виділяється в 13 разів менше, чим при диханні. Чим більше молочної кислоти утворилося в м’язах, тим сильніше людина чи тварина відчуває втому. Та й вкінці кінців , всі запаси глюкози в м’язах меншає. Необхідний відпочино к. Тому перестаючи рубати дрова або піднявшись по східцях, людина звичайно «переводить дух», поповнюючи недостачу кисню в крові. Саме тому молочна кислота зробила несмачним м’ясо тварини, підстреленого героями Жуля Верна.

Гл і ко́л і з — ферментативн и й процес послідовного розщеплення глюкози в кл ітинах , що супроводжується синтезом АТФ .

Де є глюкоза? Вона міститься у всіх органах зелених рослин. Особливо багато глюкози у винограді (виноградний цукор). В організмі людини міститься у м’язах і крові (0,1%). У природі постійно відбувається процес перетворення вуглекислого газу і води в органічні речовини, з яких побудовані рослинні організми. Під впливом сонячної енергії в зелених листках рослин відбувається реакція фотосинтезу, внаслідок якої утворюється глюкоза. Процесу сприяє, тобто є каталізатором, зелений пігмент хлорофіл, що вбирає сонячну енергію. Отже, глюкоза утворюється у процесі фотосинтезу: 6СО ₂ +6Н ₂ О→С ₆ Н ₁₂ О ₂ .

Тема. Виявлення глюкози в продуктах харчування.

Мета: виявити глюкозу в продуктах харчування.

Обладнання: пробірки з соками (яблучний, виноградний), розчин меду, пробірки з розчинами, сульфату (ІІ) міді, гідроксидом натрію.

1. Приготуйте розчин купруму (ІІ) гідроксиду.
2. Розділіть добутий розчин на кілька пробірок. Додайте в кожну один із соків. Чи зміниться забарвлення? Чому?

Висновок . Глюкоза—цінна поживна речовина, входить до складу рослин (≈80%), є продуктом фотосинтезу; надає продуктам харчування солодкого смаку; використовується в кондитерському виробництві. Спиртове бродіння здавна використовують у виноробстві та пивоварінні. Молочнокисле бродіння відбувається, наприклад, під час квашення овочів.

Сьогодні на урок ви попередньо отримали завдання підготувати інформацію про глюкозу у побуті, та у медицині та у вашій професії. Прошу. Все в природі, як і в людському організмі в ідеалі знаходиться в балансі та гармонії. А що ж відбувається коли щось порушується, наприклад, коли в організмі відбувається збій вуглеводневого обміну. Адже норма для людського організму є знаходження глюкози в крові від 3,5ммоль до 5,5 ммолів. Якщо ця норма перевищена настає захворювання цукровий діабет. (учні записують у словник) Відредактуйте схему, яку ви бачите на екрані.

• У медицині для лікування дистрофії.
• Кондитерська справа.
• Виробництво пива (спиртове бродіння).
• Квашення капусти, огірків, молока, силосування кормів (молочнокисле бродіння)
• Відновник у текстильній промисловості.

Давайте дамо відповіді на питання, що нас турбували на початку уроку.

В організмі людини постійно відбувається процес окиснення глюкози. Частина енергії, яка утворюється в результаті цього окиснення, виділяється у вигляді тепла. Під час фізичної праці цей процес відбувається набагато швидше, тому й теплової енергії виділяється значно більше. Людині стає жарко.

Глюкоза—джерело енергії клітин. Нервові клітини особливо чутливі до її нестачі. Тому можлива непритомність.

Під час фізичної праці відбувається:

• Окиснення глюкози;
• Втрата води організмом разом з потом;
• Витрата води на гідроліз глікогену (запасні вуглеводи).

Виноградний сік—це вода і джерело глюкози. Тому він вгамовує спрагу та поновлює витрати глюкози.

В першій коробці—лежить люстерко, яке виготовлено під час реакції «срібного дзеркала», в іншій—пиво, яке виготовлюють за допомогою спиртового бродіння глюкози.

VI . Закріплення нового матеріалу.

Вважаю за потрібне кожного учня навчити розв’язувати задачі, бо цей процес—найважливіша умова для засвоєння хімічних понять. З іншого боку, життя кожної людини—це розв’язання великої кількості задач. І рівень розвитку людини визначається здатністю приймати правильні рішення.

Газ, одержаний під час бродіння 50 грам глюкози, пропустили через розчин Са (ОН) ₂ і одержали 50 грамів осаду. Який відсоток глюкози перетворився на спирт?

До складу речовини входить 40% карбону, 6,6% гідрогену, 53,3% оксисену. Густина парів речовини за воднем дорівнює 90, за повітрям 62. Знайти формулу речовини.

Які у вас виникли труднощі? Що здалося самим цікавим? Що вас здивувало? Назвіть які знання і вміння допомогли вам сьогодні на уроці. Які знання допомогли вам дослідити глюкозу.

Домашнє завдання : опрацювати в підручнику (П.П. Попель, Л.С. Крикля «Хімія 10 клас» Рівень стандарту. М. Київ ВЦ «Академія» 2018 р.) §24 стор 141;

створити презентацію по питанням:

1. Чому фруктові соки солодкі на смак?
2. Справжній мед чи підробка??
3. Квашена капуста чи маринована?
4. Чому організм непритомніє без глюкози?

Аналіз роботи учнів на уроці. Оцін ки.