Крахмал егэ химия

Всего: 29    1–20 | 21–29

Добавить в вариант

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Всего: 29    1–20 | 21–29

Углеводы — группа природных органических соединений, химическая структура которых отвечает формуле
C_m(H₂O)_n. Входят в состав всех без исключения живых организмов.

Классификация

Углеводы подразделяются на

• Моносахариды

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

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

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

Получение глюкозы возможно несколькими способами:

• Реакция Бутлерова

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



• Гидролиз крахмала

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



• Фотосинтез

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

6CO₂ + 6H₂O → (hν) C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑

По химическому строению глюкоза является пятиатомным альдегидоспиртом, а, значит, для нее характерны реакции и
альдегидов, и многоатомных спиртов.

• Реакции по альдегидной группе

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.



• Реакции по гидроксогруппам

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.



• Брожение глюкозы

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.

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).

Классификация углеводов

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:

Моносахариды	Дисахариды	Полисахариды
Глюкоза С6Н12О6 Фруктоза С6Н12О6 Рибоза С5Н10О5 Дезоксирибоза С5Н10О4	Сахароза С12Н22О11 Лактоза С12Н22О11 Мальтоза С12Н22О11 Целлобиоза С12Н22О11	Целлюлоза (С6Н10О5)n Крахмал(С6Н10О5)n

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. 

Химические свойства, общие для всех углеводов

1. Горение 

Все углеводы горят до углекислого газа и воды.

Например, при горении глюкозы образуются вода и углекислый газ

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой

Концентрированная серная кислота отнимает воду от углеводов, при этом образуется углерод С («обугливание») и вода.

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

C₆H₁₂O₆ → 6C + 6H₂O

Моносахариды

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

Название и формула	Глюкоза C6H12O6	Фруктоза C6H12O6	Рибоза C5H10O5
Структурная формула
Классификация	гексоза альдоза в циклической форме – пираноза	гексоза кетоза в циклической форме — фураноза	пентоза альдоза в циклической форме – фураноза

Глюкоза

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):

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 «серебряного зеркала»

• 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.

Концентрированная азотная кислота окисляет не только альдегидную группу, но и гидроксогруппу на другом конце углеродной цепи.

• 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:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

          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:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

Синтез из формальдегида

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

6CH₂=O_n  →  C₆H₁₂O₆

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO₂ и Н₂О:

 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Фруктоза

 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 – 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

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:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

                                                                                                       глюкоза   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.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2C₆H₁₂O₆

Полисахариды

  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.

• Гидролиз целлюлозы.

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

Крахмал – ценный питательный продукт. Он входит в состав хлеба, картофеля, круп и наряду с сахарозой является важнейшим источником углеводов в человеческом организме.

Химическая формула крахмала (С₆(Н₂О)₅)n.

Строение крахмала

Крахмал состоит из 2 полисахаридов, построенных из остатков циклической a-глюкозы.

Как видно, соединение молекул глюкозы происходит с участием наиболее реакционноспособных гидроксильных групп, а исчезновение последних исключает возможность образования альдегидных групп, и они в молекуле крахмала отсутствуют. Поэтому крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала».

Иллюстрация. Фрагмент молекулы крахмала

Крахмал состоит не только из линейных молекул, но и из молекул разветвленной структуры. Этим объясняется зернистое строение крахмала.

В состав крахмала входят:

• амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) — 10-20%;
• амилопектин (оболочка крахмального зерна) — 80-90%.

Амилоза

Амилоза растворима в воде и представляет собой линейный полимер, в котором остатки α–глюкозы связаны друг с другом через первый и четвертый атомы углерода (α-1,4-гликозидными связями).

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков a-глюкозы (средняя мол. масса 160 000) .

Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев a-глюкозы.

Амилопектин

В отличие от амилозы, амилопектин не растворим в воде, и имеет разветвленное строение.

Подавляющее большинство глюкозных остатков в амилопектине связаны, как и в амилозе α-1,4-гликозидными связями. Однако в точках разветвлений цепи имеются α-1,6-гликозидные связи.

Молекулярная масса амилопектина достигает 1-6 млн.

Молекулы амилопектина также довольно компактны, так как имеют сферическую форму.

Биологическая роль крахмала. Гликоген

Крахмал – главное запасное питательное вещество растений, основной источник резервной энергии в растительных клетках.

Остатки глюкозы в молекулах крахмала соединены достаточно прочно и в то же время под действием ферментов легко могут отщепляться, как только возникает потребность в источнике энергии.

Амилоза и амилопектин гидролизуются под действием кислот или ферментов до глюкозы, которая служит непосредственным источником энергии для клеточных реакций, входит в состав крови и тканей, участвует в обменных процессах.

Гликоген (животный крахмал) – полисахарид, молекулы которого построены из большого числа остатков α–глюкозы. Он имеет сходное строение с амилопектином, но отличается от него большей разветвленностью цепей, а также большей молекулярной массой.

Содержится гликоген главным образом в печени и в мышцах.

Гликоген – белый аморфный порошок, хорошо растворяется даже в холодной воде, легко гидролизуется под действием кислот и ферментов, образуя в качестве промежуточных веществ декстрины, мальтозу и при полном гидролизе – глюкозу.

Превращение крахмала в организме человека и животных

Нахождение в природе

Крахмал широко распространен в природе. Он образуется в растениях в процессе фотосинтезе и накапливается в клубнях, корнях, семенах, а также в листьях и стеблях.

Крахмал содержится в растениях в виде крахмальных зерен. Наиболее богато крахмалом зерно злаков: риса (до 80%), пшеницы (до 70%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 25%). В клубнях картофеля крахмальные зерна плавают в клеточном соке, в злаках они плотно склеены белковым веществом клейковиной.

Физические свойства 

Крахмал – белое аморфное вещество, без вкуса и запаха, нерастворимое в холодной воде, в горячей воде набухает и частично растворяется, образуя вязкий коллоидный раствор (крахмальный клейстер).

Крахмал существует в двух формах: амилоза – линейный полимер, растворимый в горячей воде, амилопектин – разветвлённый полимер, не растворимый в воде, лишь набухает.

Химические свойства крахмала

Химические свойства крахмала объясняются его строением.

Крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала», однако ее дают продукты его гидролиза.

1. Гидролиз крахмала

При нагревании в кислой среде крахмал гидролизуется с разрывом связей между остатками α-глюкозы. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, в частности мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза:

Процесс гидролиза протекает ступенчато, схематически его можно изобразить так:

Видеоопыт «Кислотный гидролиз крахмала»

Реакцию превращения крахмала в глюкозу при каталитическом действии серной кислоты открыл в 1811 г. русский ученый К.Кирхгоф (реакция Кирхгофа).

2. Качественная реакция на крахмал

Так как молекула амилозы представляет собой спираль, то при взаимодействии амилозы с йодом в водном растворе молекулы йода входят во внутренний канал спирали, образуя так называемое соединение включения.

Раствор иода окрашивает крахмал в синий цвет. При нагревании окрашивание исчезает (комплекс разрушается), при охлаждении появляется вновь.

Крахмал + J₂ – синее окрашивание

Видеоопыт «Реакция крахмала с йодом»

Данная реакция используется в аналитических целях для обнаружения, как крахмала, так и йода (йодкрахмальная проба)

3. Большинство глюкозных остатков в молекулах крахмала имеют по 3 свободных гидроксила (у 2,3,6-го атомов углерода), в точках разветвления – у 2-го и 3-го атомов углерода.

Следовательно, для крахмала возможны реакции, характерные для многоатомных спиртов, в частности образование простых и сложных эфиров. Однако эфиры крахмала большого практического значения не имеют.

Качественную реакцию на многоатомные спирты крахмал не дает, так как плохо растворяется в воде.

Получение крахмала

Из растений извлекают крахмал, разрушая клетки и отмывая его водой. В промышленном масштабе его получают главным образом из клубней картофеля (в виде картофельной муки), а также кукурузы, в меньшей степени – из риса, пшеницы и других растений.

Получение крахмала из картофеля

Картофель моют, измельчают и промывают водой и перекачивают в большие сосуды, где происходит отстаивание. Вода извлекает из измельченного сырья крахмальные зерна, образуя так называемое «крахмальное молоко».

Полученный крахмал ещё раз промывают водой, отстаивают и сушат в струе теплого воздуха.

Получение крахмала из кукурузы

Зерна кукурузы замачивают в теплой воде разбавленной сернистой кислоты с целью размягчения зерна и удаления из него основной части растворимых веществ.

Набухшее зерно дробят для удаления ростков.

Ростки, после всплывания на поверхность воды, отделяют и используют в дальнейшем для получения кукурузного масла.

Кукурузную массу повторно измельчают, обрабатывают водой для вымывания крахмала, затем отделяют отстаиванием или с помощью центрифуги.

Применение крахмала

Крахмал широко применяется в различных отраслях промышленности (пищевой, фармацевтической, текстильной, бумажной и т.п.).

Он является основным углеводом пищи человека – хлеба, круп, картофеля.

В значительных количествах перерабатывается на декстрины, патоку и глюкозу, используемые в кондитерском производстве.

Из крахмала, содержащегося в картофеле и зерне злаков, получают этиловый, н-бутиловый спирты, ацетон, лимонную кислоту, глицерин.

Крахмал используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей, крахмаления белья.

В медицине на основе крахмала готовятся мази, присыпки и т.д.

Иллюстрация. Применение крахмала

Углеводы

Полисахариды

ГОТОВИМСЯ К ЕГЭ

УГЛЕВОДЫ

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

     Исключение
составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С₅Н₁₀O₄.

НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ УГЛЕВОДЫ

Физические
свойства

Моно- и олигосахариды – твердые, белые
кристаллические вещества, имеют сладкий вкус, хорошо растворимы в воде.
Полисахариды – твердые, без сладкого вкуса, практически нерастворимые в воде
(кроме крахмала).

Моносахариды

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

ГЛЮКОЗА

 Строение

В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя  циклическими
формами — α и β и линейной формой:

Циклические α- и
β-формы глюкозы представляют собой пространственные изомеры, отличающиеся положением
полуацетального гидроксила относительно плоскости кольца. В α-глюкозе этот гидроксил находится втранс-положении
к гидроксиметильной группе -СН₂ОН,
в β-глюкозе – в цис-положении.

Явление существования веществ в нескольких
взаимопревращающихся изомерных формах было названо А. М. Бутлеровым динамической изомерией.
Позднее это явление было названо таутомерией 

В твёрдом состоянии глюкоза имеет циклическое строение.
Обычная кристаллическая глюкоза – это α- форма. В растворе более устойчива
β-форма (при установившемся равновесии на неё приходится более 60% молекул).
Доля альдегидной формы в равновесии незначительна. Это объясняет отсутствие
взаимодействия с фуксинсернистой кислотой (качественная реакция альдегидов).

Для глюкозы кроме явления таутомерии характерны структурная изомерия с кетонами (глюкоза и фруктоза –
структурные межклассовые изомеры) и оптическая
изомерия:

Физические свойства

Глюкоза
– бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, сладкое на
вкус (лат. «глюкос» – сладкий):

1)
она встречается почти во всех органах растения: в плодах, корнях, листьях,
цветах;

2)
особенно много глюкозы в соке винограда и спелых фруктах, ягодах;

3)
глюкоза есть в животных организмах;

4) в
крови человека ее содержится примерно 0,1 %.

Получение.

В
промышленности

Гидролиз крахмала:           
                   

(C₆H₁₀O₅)_n +
nH₂O ^t,H+→ nC₆H₁₂O₆

крахмал                                 глюкоза

В лаборатории 

Из формальдегида (1861 г А.М. Бутлеров):           
  

  6 HCOH   ^Ca(OH)2→    C₆H₁₂O₆

 формальдегид

В природе 

Фотосинтез:             
           

6CO₂ + 6H₂O     ^{hν, хлорофилл} →     C₆H₁₂O₆ + 6O₂ 

Другие способы 

Гидролиз дисахаридов:           
                

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O ^t,H+→ 2 C₆H₁₂O₆

мальтоза           
                   глюкоза           
                

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O ^t,H+→   C₆H₁₂O₆ +  C₆H₁₂O₆

сахароза                              глюкоза       фруктоза

Химические
свойства глюкозы.

1.      Реакция комплексообразования с гидроксидом
меди (II).  

Глюкоза как многоатомный спирт

При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с моносахаридами
происходит растворение гидроксида с образованием комплекса  синего цвета.

                                                 
  (глюкозат меди (II) – синий
раствор)

2. Глюкоза как
альдегид

а) реакция серебряного зеркала. Образуется соль глюконовой кислоты.

б) реакция с
гидроксидом меди (II) при нагревании. Образуется глюконовая кислота.

в) Глюкозу также
можно окислить до глюконовой кислоты бромной водой, хлором, азотной кислотой
(разб.):

г)
Каталитическое гидрирование глюкозы – происходит
восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, получается шестиатомный
спирт – сорбит.

д) С NaHSO₃ – НЕ реагирует!!!

3. Реакции
брожения.

а) спиртовое брожение                  C₆H₁₂O₆
à 2C₂H₅OH
+ 2CO₂
                                                                                этанол

б) молочнокислое брожение   C₆H₁₂O₆
à 2CH₃-CH(OH)-COOH

                                                                            молочная кислота

в) маслянокислое брожение       C₆H₁₂O₆
à C₃H₇COOH
+ 2CO₂ + 2H₂O
                                                                       масляная кислота

г) лимоннокислое брожение     

4. Реакции
образования эфиров глюкозы.

    Глюкоза способна образовывать простые и
сложные эфиры. Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного)
гидроксила:

Простые эфиры
получили название гликозидов.

В более жестких условиях  (например, с CH₃—I ) 
возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.

  Моносахариды способны образовывать сложные
эфиры с карбоновыми кислотами (реакция проходит с ангидридами, а не с
самими кислотами) и с минеральными кислотами.

5. Реакция
горения глюкозы.

C₆H₁₂O₆ +
6О₂ à 6CO₂ + 6H₂O

Фруктоза

Это структурный изомер глюкозы — кетоноспирт:

   СН₂— СН- СН- СН — С — СН₂

    |        |       |      |        ║    |

   OH  OH   OH  OH   O   OH

     Кристаллическое
вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза. В свободном
виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы обусловлены
наличием кетонной и пяти гидроксильных групп. Так же, как и глюкоза, реагирует с
гидроксидом меди (ярко-синий раствор) без нагревания; образует простые и
сложные эфиры, горит. При гидрировании фруктозы также получается
СОРБИТ. С бромной водой, Сu(OH)₂ при нагревании, аммиачным раствором оксида серебра – не
реагирует. 

Реакция
восстановления:

Реакция
многоатомных спиртов:

Образование
сложных эфиров:

Дисахариды

 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).

1.     
Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С₁₂Н₂₂О₁₁

Физические
свойства и нахождение в природе

1.
Она представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, хорошо растворима в
воде.

2.
Температура плавления сахарозы 160 °C.

3.
При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса – карамель.

4.
Содержится во многих растениях: в соке березы, клена, в моркови, дыне, а также
в сахарной свекле и сахарном тростнике.

Строение

       Молекула сахарозы состоит из
остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом.

  Химические свойства 

  В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы СВЯЗАН,
поэтому она не образует ОТКЫТУЮ (альдегидную) форму. (аль­де­гид­ная груп­па α-глю­ко­зы, вхо­дя­щей в со­став са­ха­ро­зы,
участ­ву­ет в об­ра­зо­ва­нии связи с β-фрук­то­зой)

     Вследствие этого
сахароза не вступает в реакции альдегидной группы – с аммиачным раствором
оксида серебра   с гидроксидом меди при нагревании. Подобные дисахариды
называют невосстанавливающими, т.е. не способными окисляться.

     Сахароза реагирует
с Сu(OH)₂ без нагревания
(ярко-синий раствор), с Са(ОН)₂ (образуется сахарат кальция).

     Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой:

   С₁₂Н₂₂О₁₁
+ Н₂О à   С₆Н₁₂О₆ (глюкоза) + С₆Н₁₂О₆
(фруктоза)

Из числа изомеров сахарозы, имеющих молекулярную формулу
С₁₂Н₂₂О₁₁, можно выделить мальтозу и лактозу.

При гидролизе различные дисахариды расщепляются на
составляющие их моносахариды за счёт разрыва связей между ними (гликозидных
связей):

 

Таким образом, реакция гидролиза дисахаридов является
обратной процессу их образования из моносахаридов.

Применение
сахарозы

·        Продукт питания;

·        В кондитерской промышленности;

·        Получение искусственного мёда

2. Мальтоза  

Это дисахарид, состоящий из двух
остатков  α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе
крахмала.

    остаток                     остаток

 α-глюкозы                α-глюкозы

Мальтоза – является восстанавливающим
дисахаридом и вступает в реакции, характерные для альдегидов.

2.     
К восстанавливающим сахаром относятся также целлобиоза

и лактоза

 

Эти дисахариды так же могут
гидролизоваться.                        

Полисахариды.

         
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 (выделена цветом):

Крахмал.

        Крахмалом
называется смесь двух полисахаридов, построенных 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 Mr=160 000) и имеет неразветвленное
строение.

      Макромолекула амилозы представляет собой
спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев α-глюкозы.

Свойства
крахмала:

 1. 
Гидролиз крахмала: при
кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется.

 2.  Крахмал не
дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид
меди (II).

3. Качественная
реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Получение

      Получают крахмал из природных
крахмалосодержащих продуктов, чаще всего картофеля и кукурузы. Он широко
используется в качестве продукта питания, а также как сырье для производства
глюкозы и этилового спирта.

Целлюлоза

Физические
свойства

Это вещество белого цвета, без вкуса и запаха,
нерастворимое в воде, имеющее волокнистое строение. Растворяется в аммиачном
растворе гидроксида меди (II) 

Нахождение
в природе

Этот биополимер обладает большой механической прочностью
и выполняет роль опорного материала растений, образуя стенку растительных
клеток. В большом количестве целлюлоза содержится в тканях древесины (40-55%),
в волокнах льна (60-85%) и хлопка (95-98%). Основная составная часть оболочки
растительных клеток. Образуется в растениях в процессе фотосинтеза.

Древесина состоит на 50% из целлюлозы, а хлопок и лён,
конопля практически чистая целлюлоза.

Хитин (аналог целлюлозы) – основной компонент наружного
скелета членистоногих и других беспозвоночных, а также в составе клеточных
стенок грибов и бактерий.

Получение

Получают
из древесины

     Целлюлоза
(клетчатка) – наиболее
распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков
β-глюкозы и имеют линейное строение.

Молекулярная масса целлюлозы – от 400 000 до 2
млн.

Свойства
целлюлозы.

1. Горение

(С₆Н₁₀О₅)_n
+ О₂ à CO₂
+ Н₂О

Без доступа кислорода – до угля и воды

(С₆Н₁₀О₅)_n 
à C + Н₂О

2. С йодом целлюлоза сине-фиолетовое окрашивание не дает.

3. Образование сложных
эфиров с азотной и уксусной  кислотами.

а) нитрование целлюлозы. Т.к. в  звене
целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании избытком азотной
кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества
пироксилина:

(С₆Н₇О₂(ОН)₃)_n   +   3n HNO₃ à  3nH₂O + (С₆Н₇О₂(ОNO₂)₃)_n

   целлюлоза                                             тринитрат
целлюлозы (пироксилин)

б) ацилирование целлюлозы. При действии на
целлюлозу уксусного ангидрида происходит реакция этерификации, при этом
возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН. Получается ацетат целлюлозы – ацетатное
волокно.

(С₆Н₇О₂(ОН)₃)_n  +3n(СН₃СО)₂Оà
   3nСН₃-СООН   +   (С₆Н₇О₂(ОСОСН₃)₃)_n

целлюлоза           уксусный ангидрид   
уксусная кислота      триацетат целлюлозы

+ 3n

→

триацетилцеллюлоза

+ 3n СH3СOOН

4. Гидролиз
целлюлозы.

    Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой
среде гидролизуется:

Применение

Целлюлоза
используется в производстве бумаги, искусственных волокон, пленок, пластмасс,
лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердого ракетного
топлива, для получения гидролизного спирта и др.

·        Получение ацетатного шёлка –
искусственное волокно, оргстекла, негорючей плёнки из ацетилцеллюлозы.

·        Получение бездымного пороха из
триацетилцеллюлозы (пироксилин).

·        Получение коллодия (плотная плёнка для
медицины) и целлулоида       ( изготовление киноленты, игрушек) из
диацетилцеллюлозы.

·        Изготовление нитей, канатов, бумаги.

·        Получение глюкозы, этилового спирта
(для получения каучука)