Глюкоза и сахароза

Глюкоза и сахароза Глюкоза и сахароза ВУГЛЕВОДИ(САХАРИДИ) МОНОСАХАРИДИ ДИСАХАРИДИ ПОЛІСАХАРИДИ Гексози Альдози Сахароза Крохмаль Целюлоза Глюкоза С6Н12О6 Кетози Фруктоза Вуглеводи — природні сполуки, які відіграють важливу роль у житті людини, тварин і рослин. Вони дуже поширені в природі, особливо в рослинному світі: 80 % сухої маси рослин становлять вуглеводи. Вуглеводи входять до складу їжі і є одним з найважливіших харчових продуктів людини. Потреба людини в енергії покривається при харчуванні за рахунок вуглеводів. До вуглеводів відносять глюкозу, фруктозу, цукор (сахаро­зу), крохмаль, целюлозу тощо. Одні з них є основними про­дуктами їжі, інші (целюлоза) — основа для добування паперу, пластмас, волокон. Назва «вуглеводи» запропонована на тій основі, що перші вивчені представники цього класу сполук за складом формаль­но розглядали як сполуки вуглецю з водою, наприклад С„НІ.-0., або 60-бН'О. Тепер відомо, що вуглеводи — це не гідрати вуглецю, але стара назва залишилася. Крім того, існують вугле­води з іншим співвідношенням С, Н й О. Вуглеводи поділяють на моносахариди, дисахариди і поліса­хариди. Ознайомимося з найважливішими представниками вуглеводів. Із моносахаридів найбільше значення має глюкоза, яку ще називають виноградним цукром. Глюкоза широко поширена в природі, вона міститься у великих кількостях у виноградному соку, меді, а також у спілих фруктах і ягодах. Це біла криста­лічна речовина, добре розчинна у воді, солодка на смак. Глюкоза ( від грец. солодкий) – дуже поширений у природі вуглевод групи моносахаридів. Молекулярна маса 180,16; безбарвні, солодкі на смак кристали, добре розчинні у воді. Оптично активна, обертає площину поляризованого світла праворуч. Як і всі моносахариди, має два оптичні антиподи (D- і L-форми). Найпоширеніша в природі D- форма (виноградний цукор або декстроза). В природі синтез глюкози відбувається з неорганічних речовин в процесі фотосинтезу і хемосинтезу (в рослинах). У вільному стані глюкоза разом з фруктозою міститься в меду, плодах, квітках та інших частинах рослин; у тваринних тканинах – у крові, лімфі, мозку, серцевому та скелетному м’язах тощо. Вільна глюкоза використовується організмом для біосинтезу ряду інших цукрів – фруктози, сахарози, ксилоли, глюкуронової кислоти тощо. Глюкоза є структурним елементом і багатьох інших речовин – клітковини, глікозидів,. Вірусної рибонуклеїнової кислоти. У тканинах тварин і людини глюкоза може перетворюватися на резервний вуглевод – глікоген. Глюкоза бере участь в багатьох реакціях обміну речовин, посідає центральне місце у вуглеводному обміні. Глюкоза – важливе джерело енергії в організмі. При повному окисленні глюкози до вуглекислого газу і води виділяється енергія, значна частина якої акумулюється макроергічнми (багатими на енергію) зв’язками аденозинтрифосфорної кислоти, АТФ та інших, подібних до АТФ сполук. Для деяких бактерій глюкоза – єдине джерело енергії. Розклад глюкози в організмі відбувається шляхом гліколізу та у пентозофосфатному циклі. В крові людини міститься 100 мг % глюкози. Концентрації її регулюється гормонально та центральною нервовою системою. Глюкоза бере участь у регуляції водного режиму організму, стимуляції функцій клітин та в знешкодженні токсичних речовин, підвищує діяльність серцевого м’яза, розширює судини, збільшує сечовиділення тощо. При багатьох захворюваннях кількість глюкози в крові збільшується, що веде до виділення її з сечею. Препарати глюкози широко використовують у медицині. В промисловості глюкозу добувають при гідролізі крохмалю, застосовують у кондитерському виробництві та інше. Молекулярна формула глюкози С6Н12О6 її будову визначено на основі вивчення властивостей. Так, глюкоза виявляє власти­вості багатоатомних спиртів і альдегідів. Доведено, що в молекулі глюкози є альдегідна група і п'ять гідроксильних груп. Отже, глюкоза — це альдегідоспирт, її мо­лекула має таку будову: Однак не всі властивості глюкози узгоджуються з її будовою як альдегідоспирту. Деяких реакцій, характерних для альдегі­дів, глюкоза не дає. Справа в тому, що глюкоза е сполукою з мі­шаною функцією, її природа ускладнюється можливістю внутрішньо молекулярних взаємодій гідроксильної групи з карбонільною групою, завдяки чому глюкоза Існує не тільки у відкритій ланцюговій формі, айв циклічних α- та β-формах, які відрізняються розміщенням гідроксильних груп відносно площини кільця. Циклічну будову молекула глюкози має у кристалічному стані, у водних же розчинах вона існує у двох різних формах, які взаємно переходять одна в одну: ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГЛЮКОЗИ. Хімічні властивості глюкози обумовлені наявністю гідро­ксильних і альдегідної груп. Тому глюкоза вступає в реакції, характерні для спиртів і альдегідів. 1.Якісна реакція на глюкозу: Якщо до розчину глю­кози влити гідроксид міді (II), то він набуває яскраво-синього забарвлення, подібно до того, як це відбувається з гліцерином. Якщо підігріти яскраво-синій розчин, який добули, з'являється червоний осад, який свідчить що наявність альдегідної групи. 2. Окиснення глюкози оксидом аргентума (якісна реакція на глюкозу): Як альдегід глюкоза легко окиснюється. Вона вступає в ре­акцію «срібного дзеркала», окиснюючись до глюконової кис­лоти: 3. Глюкоза окиснюється гідроксидом міді (II) під час кипіння також до глюконової кислоти: 4. Як багатоатомний спирт глюкоза вступає в реакції етерифікації з органічними кислотами і утворює естери; Одна молекула глюкози взаємодіє з п'ятьма молекулами оцтової кислоти, що підтверджує наявність у молекулі глюкози п'яти спиртових гідроксигруп. 5. За участю гідроксильних груп відбувається взаємодія глю­кози з гідроксидами металів з утворенням сахаратів: При взаємодії глюкози з гідроксидом міді (II) утворюється сахарат міді — сполука синього кольору. Цю реакцію викори­стовують для виявлення цукру в сечі. 6. Спиртове бродіння глюкози: Велике значення мають процеси бродіння глюкози, які відбуваються під дією органічних каталізаторів — ферментів (вони виробляються мікроорганізмами). Відомо кілька видів бродіння. Спиртове бродіння відбувається під дією ферментів дріжджів. Складний хімізм цього процесу сумарно виражає­ться рівнянням: 7. Молочнокисле бродіння глюкози відбувається під дією молочнокислих бактерій: Молочна кислота утворюється при скисанні молока, ква­шенні капусти, огірків, силосуванні зелених кормів. 8. Глюкоза подібно до альдегідів може відновлюватись, пе­ретворюючись на шестиатомний спирт — сорбіт: Сорбіт вперше був виділений з плодів горобини. Він приблизно вдвічі менш солодкий, ніж звичайний цукор. Сорбіт не підвищує вмісту глюкози в крові, тому його використовують замість цукру в харчуванні людей, хворих на цукровий діабет. 9. Окислення: Глюкоза — цінна поживна речовина. При окисненні її у тка­нинах вивільнюється енергія, необхідна для нормальної життєдіяльності організму. Реакцію окиснення можна подати сумарним рівнянням: С6Н12О6 + 6О2 à6СО2 + 6Н2О В обміні речовин глюкоза займає центральне місце, оскільки е енергетичним «паливом» для численних процесів, що від­буваються в клітинах організму. Глюкоза — необхідний ком­понент крові, її вміст у крові людини становить 80 —120 мг в 100 мл. Коли вміст глюкози у крові становить більше ніж 180 мг, порушується вуглеводневий обмін, виникає хвороба діабет. У зв'язку з тим, що глюкоза легко і швидко засвоюється, її застосовують як засіб посиленого харчування, а також для виготовлення лікувальних препаратів, при консервуванні крові. Вона широко використовується в кондитерському виробництві, у виробництві дзеркал та іграшок (сріблення). Нею користую­ться при обробці й фарбуванні тканин і шкір. 10.Добування глюкози. У промисловості глюкозу добувають із більш складного вуглеводню — крохмалю: Н2SО4 а) (-С6Н1205)n + Н2О C6Н12О6 + С6Н1206 б) Рівняння Бутлерова: Н 6 Н-С С 6Н 12О 6 в) Фотосинтез hν 6СО2 + 6Н2О C6Н12О6 + 6О2 ФРУКТОЗА До моносахаридів належить і фруктоза С,,НІ_>ОІ„ або, як її називають, плодовий цукор. Це ізомер і супутник глюкози у багатьох плодових і ягідних соках. На відміну від глюкози фруктоза є кетоноспиртом, до її складу входить функціональна кетонна група: Фруктоза значно солодша за глюкозу, у суміші з нею вхо­дить до складу меду. Фруктоза — найкращий вид цукру для хворих атеросклерозом, при порушенні в організмі обміну жирів. Фруктоза є кетоноспиртом. Вона разом із глюкозою міститься у солодких плодах та меді. Фруктоза має більш солодкий смак, ніж глюкоза й цукроза. ЦУКРОЗА Цукроза — речовина солодкого смаку, дуже добре розчинна у воді. Міститься в багатьох рослинах, здебільшого у їх плодах. Сахароза, яку ще називають буряковим, або тростинним, цукром — найважливіша сполука з дисахаридів. Молекулярна формула її — СІ.'Н._>О|І. У великих кількостях сахароза мі­ститься у буряках і стеблах цукрової тростини, а також у бере­зовому і кленовому соках, у багатьох плодах і овочах. 1. Гідроліз: Сахароза (звичайний цукор) — біла кристалічна речовина, солодша за глюкозу, добре розчинна у воді. Важлива хімічна властивість сахарози — здатність до гідролізу (при нагріванні і наявності іонів водню як каталізатора). При цьому з однієї молекули сахарози утворюється молекула глюкози й молекула фруктози: Це підтверджує, що молекули сахарози складаються із спо­лучених один з одним залишків молекул глюкози і фруктози. Сахарозу порівняно з глюкозою можна розглядати ніби подвій­ним цукром, через що вона й належить до дисахаридів (грецьке слово ди означає «двічі»). Утворення дисахаридів можна уявити собі як процес, зво­ротний їх гідролізу: 2. Реакція срібного дзеркала: Сахароза не дає реакції «срібного дзеркала» і не має відновних властивостей. У цьому її відмінність від глюкози. В той же час вона, як І глюкоза, легко взаємодіє з гідроксида­ми металів. Так, суспензія гідроксиду кальцію розчиняється у розчині сахарози з утворенням сахарату кальцію, подібного за будовою до сполуки глюкози з кальцієм. 3. Взаємодія з купрум (ІІ) гідроксидом: В Україні сахарозу (цукор) добувають з цукрового буряку. Для виділення сахарози цей природний продукт миють, подрібнюють І обробляють гарячою водою. Разом з сахарозою в розчин переходять різні кислоти, барвні речовини, від яких треба позбавитись. Обробляють розчин вапняним молоком. Ма­лорозчинні кальцієві солі більшості органічних кислот випада­ють в осад. Сахароза з гідроксидом кальцію утворює розчинний у воді сахарат кальцію. Щоб розкласти його і нейтралізувати надлишок гідроксиду кальцію, крізь добутий розчин пропуска­ють оксид вуглецю (IV). Після осадження кальцію у вигляді карбонату розчин фільтрують, упарюють і одержують криста­лики піскового цукру жовтуватого кольору, який надають йому барвні речовини. З метою додаткового очищення цукор знову розчиняють у воді і добутий розчин пропускають крізь активо­ване вугілля, після чого його упарюють і кристалізують. Сахароза не лише важливий продукт харчування — її по­хідні використовуються в техніці, наприклад як пластифіка­тори у виробництві пластмас. Вона застосовується також для виготовлення деяких ліків, мікстур для дітей, сиропів тощо. Схема одержання цукрози із цукрового буряка Цукровий буряк Стружка цукрового буряка Розчин цукрози з домішками Нерозчинні солі кальцію Цукроза Розчин цукрози Застосування глюкози і цукрози Глюкоза Цукроза 1. У кондитерській промисловості. 2. У медицині 3. У текстильній промисловості (для відділки тканин) 1. У кондитерській промисловості. 2. Як продукт харчування 3. Для одержання штучного меду Вправа У п'яти пробірках без написів містяться розчини таких речовин: гліцерину, оцтового альдегіду, мурашиної кислоти, пропіонової кислоти, глюкози. Запропонуйте план визначення кожної з цих ре­човин, використовуючи розчини карбонату натрію, гідроксиду натрію, сульфату міді (II). Масова частка кожної з зазначених речовин у цих розчинах становить 10 %. Р о з в' я з а н н я. За допомогою розчину карбонату натрію можна визначити мурашину і пропіонову кислоти за виділенням вуглекисло­го газу: Після цього в пробірки .і кислотами додаємо свіжоосаджении гідроксид міді (II) і суміш нагріваємо. За утворенням червоного осаду оксиду міді (І) і виділенням СО2.і виявляємо мурашину кислоту: У три пробірки, що залишились, додаємо свіжоосаджении гідроксид міді (II) і за появою інтенсивно синього забарвлення визна­чаємо гліцерин і глюкозу. Так, для гліцерину цей процес описується за рівнянням, поданим на с- 115. При подальшому нагріванні вмісту цих трьох пробірок виявимо оцтовий альдегід і глюкозу за утворенням червоного осаду: 1. Які речовини відносять до вуглеводів і звідки погодить ця назва? 2. Як класифікують вуглеводи? 3. Як побудована молекула глюкози? Які функціональні груші містяться в ній? 4. Як можна довести наявність у молекулі глюкози альдегідної групи? 5. Як дослідним шляхом довести, що в молекулі глюкози є п’ять гідроксильних груп? 6. Наведіть рівняння реакцій, у яких глюкоза виявляє: а) відновні властивості: б) окисні властивості. 7. Яке значення глюкози в життєвих процесах організмів тварин і людини? 8. Які види бродіння глюкози вам відомі? Назвіть їх практичне значення. 9. Чому буряковий (тростинний) цукор належить до дисахаридів? 10. Які групи речовин дають реакцію «срібного дзеркала”: а) глюкоза, гліцерин, етиленгліколь; б) гліцерин, глюкоза, сахароза: в) глюкоза, формальдегід, метанова кислота? 11. Які я речовин виявляють змішані функції: а) глюкоза і гліцерин; б) глюкоза і олеїнова кислота; в) глюкоза І оцтова кислота; г) глюкоза і метанова кислота?