§ 37. Поняття про вуглеводи. Глюкози і сахароза

Після опрацювання параграфа ви зможете:

називати глюкозу, сахарозу, розрізняти їх за складом, характеризувати їхні фізичні властивості;
обґрунтовувати роль глюкози і сахарози в живій природі, складати їхні молекулярні формули;
визначати дослідним шляхом глюкозу;
висловлювати судження щодо значення глюкози й сахарози в суспільному господарстві, побуті, харчуванні, охороні здоров’я тощо.

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.

Інструкція

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.

• Молекулярна формула глюкози С₆Н₁₂О₆.

• 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