Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко

§ 58. Вуглеводи: глюкоза, сахароза, крохмаль, целюлоза

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

• якою є загальна формула вуглеводів;
• який вуглевод є одним із головних джерел енергії в їжі людини;
• які вуглеводи є природними ізомерами;
• які реакції є якісними для виявлення глюкози та крохмалю.

Склад вуглеводів. Назва «вуглеводи» пов’язана зі складом цих сполук. Молекули вуглеводів утворені атомами Карбону, Гідрогену й Оксигену, при цьому кількісне співвідношення атомів Гідрогену та Оксигену дорівнює 2 : 1, як у молекулі води.

Загальну формулу вуглеводів подають у вигляді С_m(Н₂О)_n (m, n > 3).

Вуглеводи поділяють на прості, або моносахариди, та складні: ди- та полісахариди (схема 13).

Схема 13

Глюкоза. Молекулярна формула глюкози — С₆Н₁₂О₆. Вона міститься в рослинах, а саме в плодах, квітках, листі та корінні. Особливо багато її у винограді, солодких фруктах та ягодах. Глюкоза міститься в складі меду.

Масова частка глюкози в крові людини становить 0,1 %, але у хворих на цукровий діабет вона набагато більша.

За участі груп —ОН глюкоза взаємодіє з гідроксидами металічних елементів, зокрема з купрум(ІІ) гідроксидом, з утворенням розчину яскраво-синього кольору:

Якщо цей розчин обережно нагріти, то утвориться осад купрум(І) оксиду Сu₂О червоного кольору.

Лабораторний дослід 19

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Взаємодія глюкози з купрум(II) гідроксидом

1. У пробірку налийте розчин купрум(IІ) сульфату об’ємом 0,5 мл, додайте розчин натрій гідроксиду об’ємом 2 мл. Що спостерігаєте? Осад якої речовини та якого кольору утворюється? Запишіть рівняння здійсненої реакції.

2. До добутого осаду додайте такий самий об’єм розчину глюкози, суміш перемішайте. Що спостерігаєте? Осад розчиняється з утворенням забарвленого розчину. Який колір розчину?

3. Обережно нагрійте розчин. Спостерігайте за змінами, які відбуваються.

4. Усі спостереження запишіть у зошит.

Сахароза — це хімічна назва цукру. Молекулярна формула сахарози — С₁₂Н₂₂О₁₁. Її виділяють із цукрових буряків або цукрової тростини. Вона є одним із головних джерел енергії у їжі людини. Сахарозу ще називають дисахаридом, тому що в кислотному середовищі під час нагрівання або під дією ферментів, тобто біологічних каталізаторів, відбувається її гідроліз із утворенням молекул двох інших речовин — глюкози та фруктози:

Ці речовини мають однаковий склад, але відрізняються будовою молекул.

Крохмаль. Молекулярна формула крохмалю — (С₆Н₁₀О₅)_n. Це біла порошкоподібна речовина, нерозчинна в холодній воді. У гарячій воді крохмаль набухає, утворюючи крохмальний клейстер.

Лабораторний дослід 20

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Відношення крохмалю до води

1. У пробірку шпателем насипте трохи крохмалю й залийте водою об’ємом 4-5 мл. За допомогою скляної палички суміш ретельно перемішайте.

2. В іншій пробірці нагрійте до кипіння воду об’ємом 2-3 мл. Потім у цю саму пробірку невеликими порціями влийте, перемішуючи, суспензію крохмалю. Що спостерігаєте? Утворюється колоїдний розчин (крохмальний клейстер). Яку назву він має? Колоїдний розчин зберігайте для виконання наступного досліду.

3. Усі спостереження, назви отриманих продуктів запишіть у зошит.

Крохмаль міститься в рослинах: у картоплі його масова частка наближається до 20 %; у зернах пшениці та кукурудзи — до 70 %, а найбільша в зернах рису — 80 %. Крохмаль належить до цінних поживних речовин.

В організмі людини під дією ферментів крохмаль зазнає гідролізу з утворенням глюкози:

Молекули крохмалю неоднакові за структурою та розмірами. Молекули лінійної структури (рис. 60, а) містять кілька сотень ланок складу С₆Н₁₀О₅. Їхня молекулярна маса становить кілька сотень тисяч.

Рис. 60. Полімерна будова молекули крохмалю: а — лінійна; б — розгалужена

Молекули розгалуженої структури крохмалю (рис. 60, б) містять кілька тисяч ланок С₆Н₁₀О₅, молекулярна маса яких становить кілька мільйонів.

Під час взаємодії крохмалю з йодом утворюється речовина синього кольору. Її застосовують як якісну реакцію з метою визначення наявності в речовині як йоду, так і крохмалю.

Целюлоза, яку ще називають клітковиною, — волокниста речовина, нерозчинна не лише у воді, а й в органічних розчинниках. Вона, подібно до крохмалю, унаслідок повного гідролізу під час нагрівання за наявності кислот перетворюється на глюкозу:

Крохмаль і целюлоза — природні ізомери. На відміну від молекул крохмалю, молекули целюлози мають лише лінійну структуру, вони переплітаються між собою, утворюючи волокна (рис. 61).

Рис. 61. Волокна целюлози під мікроскопом

Целюлоза міститься в складі рослинних клітин, здебільшого бавовни та льону. Деревина також містить целюлозу. Її масова частка в цьому матеріалі приблизно 50 %.

Лабораторний дослід 21

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Взаємодія крохмалю з йодом

1. Добутий у попередньому досліді крохмальний клейстер об’ємом 1 мл налийте в пробірку. Додайте до нього воду об’ємом 1 мл та 1-2 краплини спиртового розчину йоду. Уміст пробірки ретельно перемішайте скляною паличкою. Розчин забарвлюється. У який колір?

2. Пробірку з отриманим розчином за допомогою тримача нагрійте в полум’ї спиртівки до кипіння. Забарвлення розчину зникає, але після охолодження знову з’являється.

Біологічне значення й застосування вуглеводів. В організмі людини глюкоза розноситься кров’ю по всьому організму та є для нього основним джерелом енергії.

Глюкозу застосовують у медицині, кондитерському виробництві, бавовняній промисловості (для обробляння тканин), а також у шкіряному виробництві.

Сахарозу використовують переважно в харчовій промисловості.

Крохмаль, що міститься в таких харчових продуктах, як картопля, хліб, крупи, практично задовольняє потребу людей у вуглеводах. Його застосовують у виробництві антибіотиків, вітамінів.

Целюлозу у вигляді деревини використовують як будівельний матеріал, у складі волокнистих матеріалів — для виробництва канатів, тканин, ниток. Із целюлози виготовляють папір, вату, етанол, штучні волокна та шкіру, пластмаси, лаки, електроізоляційні покриття, негорючі кіноплівки.

Загальна схема виробництва цукру

У цукрових буряках міститься в середньому 16-18 % цукру. Добування цукру показано на схемі 14.

Схема 14

Застосовують так званий дифузійний спосіб, який ґрунтується на тому, що цукор дифундує крізь клітинну оболонку подрібнених буряків, тоді як білкові речовини залишаються всередині клітин і не забруднюють розчин цукру.

Основні поняття. Вуглеводи. Моносахариди. Полісахариди. Глюкоза. Сахароза. Крохмаль. Целюлоза.

Експериментуємо вдома

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Еспериментуйте в присутності дорослих!

Виявлення органічних сполук у харчових продуктах

Проведіть експеримент із виявлення крохмалю в бульбах сирої картоплі.

1. Миту обчищену бульбу картоплі подрібніть у блендері. Потім помістіть її на дрібне сито та промийте водою. Утворена в результаті каламутна рідина — крохмальне молоко.

2. Дайте йому відстоятися та відфільтруйте. Те, що залишилося на фільтрі, є крохмалем.

3. Наберіть крохмальне молоко в металеву кружку, залийте невеликим об’ємом води і, перемішуючи, доведіть до кипіння. Утворився крохмальний клейстер.

4. Після охолодження додайте до нього, безперервно перемішуючи, краплинами спиртовий розчин йоду. Що спостерігаєте? Якого кольору набуває суміш? Зробіть висновок.

Запитання та завдання

°1 . Чому глюкоза, сахароза, крохмаль і целюлоза мають загальну назву «вуглеводи»?

°2 . Які вуглеводи належать до моносахаридів, а які — до полісахаридів?

°3 . Якою є молекулярна формула глюкози? Де міститься глюкоза?

4. Яку реакцію називають якісною реакцією на глюкозу? Де її застосовують?

5. Якою є молекулярна формула сахарози? Чому сахарозу ще називають дисахаридом? З яких рослин її виділяють?

6. Молекули яких речовин і якого складу утворюються із сахарози під дією ферментів або в кислотному середовищі? Чим відрізняються молекули цих речовин?

7. Який продукт утворюється внаслідок гідролізу крохмалю та целюлози?

8. Як зображують молекули крохмалю з різною структурою?

9. Яку реакцію застосовують для визначення наявності як йоду, так і крохмалю?

10. Якою є молекулярна формула целюлози? На яку речовину перетворюється целюлоза внаслідок повного гідролізу?

11. У чому — бульбах картоплі, зернах кукурудзи чи рису — масова частка крохмалю найбільша?

12. Як відрізнити крохмаль від целюлози?

13. Із наведених формул виберіть формули вуглеводів: C₃H₈O, C₅H₁₀O₅, C₁₂H₂₆, C₁₂H₂₂O₁₁, C₆H₁₂O.

14. Унаслідок гідролізу сахарози утворилася глюкоза масою 90 г. Обчисліть масу сахарози, що прогідролізувала.

*15. Відомо, що в листі рослин у процесі фотосинтезу, який відбувається під дією сонячного світла, утворюється глюкоза:

6СО₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6О₂

Обчисліть об’єм (н. у.) карбон(ІV) оксиду, який перетворився на глюкозу, якщо в навколишнє середовище виділився кисень об’ємом 112 л (н. у.).

*16. В організмі людини глюкоза є основним джерелом енергії, яка виділяється внаслідок її окиснення:

C₆H₁₂O₆ + 6О₂ → 6Н₂О + 6CO₂↑.

Обчисліть масу глюкози, що зазнала окиснення з утворенням води масою 126 г.

*17. Обчисліть об’єм (н. у.) карбон(ІV) оксиду, що утвориться внаслідок окиснення глюкози кількістю речовини 5,5 моль.

*18. Під дією ферментів дріжджів відбувається перетворення глюкози на етанол:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СO₂↑.

Обчисліть масу глюкози, яка перетворилася на етанол, якщо внаслідок цього виділився карбон(ІV) оксид об’ємом 33,6 л (н. у.).

19. Одне дерево за добу здатне перетворювати на вуглеводи карбон(ІV) оксид масою 55 г. Обчисліть об’єм кисню (н. у.), який при цьому виділяється.