Reakcija glukoze z ocetno kislino. Kemijske lastnosti glukoze. Reakcije na karbonilni skupini

Alkilacija Rezultat interakcije je odvisen od narave alkilirajočega sredstva in reakcijskih pogojev Metanol v prisotnosti suhe HCl metilira le hemiacetal ali hemiketal hidroksil, pri čemer nastane b-in mešanicaβ-metilglukopiranozidi. Alkilacijo preostalih hidroksilnih skupin lahko izvedemo le z delovanjem močnih alkilirnih sredstev, na primer dimetilsulfata (CH 3) 2 SO 4 in alkalij.

b-D-glukopiranoza metil-b-D-glukopiranozid metil-b-D-glukopiranozid

metil-2,3,4,5-tetrametil-b-D-glukopiranozid

Aciliranje. Glukoza se zlahka zaestri v estre. Aciliranje običajno poteka s presežkom anhidrida ocetne kisline v prisotnosti kislih (H 2 SO 4 , ZnCl 2 ) ali bazičnih (CH 3 COONa) katalizatorjev. Razmerje med b- in b-anomernimi pentaacetati je mogoče nadzorovati s spreminjanjem reakcijskih pogojev.

pri povišane temperature kot posledica izmenjav b- in c-acetati nastane zmes, sestavljena iz 90 % b- in 10 % b-anomerov. Pri 0 °C nastane predvsem β-anomer.

Reakcije na karbonilni skupini

Kot posledica interakcije D-glukoze s presežkom fenilhidrazina najprej nastane fenilhidrazon, ki ga dehidrira druga molekula fenilhidrazina, ki se v tem primeru spremeni v amoniak in anilin s tvorbo druge karbonilne skupine. Naslednja reakcija tretje molekule fenilhidrazina vodi do bis-fenilhidrazona ali ozona.

Reakcije glukoze s hidroksilaminom. Glukozni oksimi v raztopinah tvorijo tavtomerne ciklične b- in c-oblike.

Eden od načinov za skrajšanje verige glukoze temelji na tej reakciji:

Dehidracijo oksima pod delovanjem anhidrida ocetne kisline spremlja hkratna acilacija vseh hidroksilnih skupin. Kot posledica naknadne transesterifikacije s tvorbo metil acetata in hkratne eliminacije HCN nastane aldoza z ogljikovo verigo, skrajšano za en ogljikov atom v primerjavi s prvotno, D-arabinozo.

Dehidracija glukoze

Nastane pod delovanjem mineralnih kislin in vodi do derivata furana - 4-hidroksimetilfurfurala, ki se z izgubo molekule mravljinčne kisline spremeni v levulinsko (4-oksopentanojsko) kislino.

Oksidacijske reakcije

Oksidacijo glukoze lahko izvajamo z oksidanti različnih jakosti, ki v skladu s tem dajejo različne produkte oksidacije.

Glukoza se v blagih pogojih oksidira v glikonsko kislino s tako šibkimi oksidanti, kot so:

Bromova voda Br 2 / H 2 O

Tollensov reagent (reakcija "srebrnega zrcala"):

Fehlingova raztopina: CuSO 4 + NaOH + KOOC-CHOHCHOHCOONа.

Kot rezultat reakcije se izloči rdeča oborina bakrovega oksida.

Močni oksidanti, kot je koncentrirana HNO3, oksidirajo oba končna ogljika glukoze, da nastanejo sladkorne (glikar) dibazične kisline:

V alkalnem okolju običajno poteka oksidacija vrzel C-C vezi in nastanek oksidacijskih produktov s krajšo dolžino ogljikove verige.

Cepitev glukoze poteka tudi z delovanjem perjodatnega iona IO - 4 ali svinčevega tetraacetata (CH3COO) 4 Rb - specifičnih reagentov za skupino b-glikola.

Analiza produktov oksidacije vam omogoča, da ugotovite strukturo monosaharidov.

Kot posledica razgradnje D-glukoze nastanejo drugi reakcijski produkti:

Reakcije okrevanja

Redukcija glukoze z natrijevim amalgamom v razredčeni H 2 SO 4, NaBH 4 v vodi ali katalitsko z vodikom preko Ni, Pt, Pd je enostavna, s tvorbo polihidričnih alkoholov. Glukoza, ko se zmanjša, daje D-sorbitol.

Fermentacija monosaharidov

Posebnost monosaharidov je njihova sposobnost, da vstopijo v anaerobno (brez dostopa kisika) cepitev pod vplivom mikroorganizmov ali encimov, izoliranih iz njih. Takšni procesi se imenujejo fermentacija.

Narava produktov fermentacije je odvisna od vrste mikroorganizma, pogojev, pod katerimi poteka (pH, prisotnost ali odsotnost kisika, narava substrata itd.).

Alkoholno vrenje je razgradnja glukoze v anaerobnih pogojih z mešanico encimov – cimaza, ki jo izločajo glive kvasovke.

Zaradi anaerobne encimske cepitve se glukoza pretvori v piruvično kislino, ki jo dekarboksilira piruvat dekarboksilaza. Nastali acetaldehid se reducira v etanol z reduciranim nikotinamid adenin dinukleotidom (NADH), ki je del encima alkohol dehidrogenaze.

Ocetna fermentacija. Če fermentacijo izvajamo v prisotnosti kisika, dobimo ocetno kislino kot glavni produkt. V atmosferi zraka se alkohol, ki nastane med fermentacijo, oksidira s kisikom med katalizo z alkoholno oksidazo, ki jo izločajo ocetnokislinske bakterije (Acetobacter).

CH 3 CH 2 OH > CH 3 COOH + H 2 O 2

Mlečnokislinska fermentacija Pri encimski fermentaciji pod delovanjem Lactobacillus delbruckii pride do redukcije piruvične kisline v mlečno kislino s pomočjo NADH.

d) Citronskokislinska fermentacija glukoze se lahko izvede pod delovanjem Aspergillusniger, Citromycespfefferianus, Citromycesgraber.

OPREDELITEV

Glukoza(C 6 H 12 O 6) - so beli kristali, sladkega okusa in dobro topni v vodi.

Molekule glukoze lahko obstajajo v linearni (aldehidni alkohol s petimi hidroksilnimi skupinami) in ciklični obliki (α- in β-glukoza), pri čemer druga oblika nastane iz prve z interakcijo hidroksilne skupine pri 5. ogljikovem atomu s karbonilno skupino. (slika 1).

riž. 1. Oblike obstoja glukoze: a) β-glukoza; b) α-glukoza; c) linearna oblika

Pridobivanje glukoze

V industriji se glukoza pridobiva s hidrolizo polisaharidov - škroba in celuloze:

(C 6 H 10 O 5) x + H 2 O (H +) → xC 6 H 12 O 6.

Kemijske lastnosti glukoze

Glukoza ima naslednje kemične lastnosti:

1) Reakcije, ki potekajo s sodelovanjem karbonilne skupine:

- glukoza se pri segrevanju oksidira z amoniakovo raztopino srebrovega oksida (1) in bakrovega (II) hidroksida (2) v glukonsko kislino

CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH=O + Ag 2 O → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH + 2Ag↓ (1);

CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH \u003d O + 2Cu (OH) 2 → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O + H 2 O (2).

- glukoza se lahko predela v šesthidrični alkohol - sorbitol

CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH \u003d O + 2 [H] → CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH 2 OH.

- glukoza ne vstopi v nekatere reakcije, značilne za aldehide, na primer z natrijevim hidrosulfitom.

2) Reakcije, ki potekajo s sodelovanjem hidroksilnih skupin:

- glukoza daje modro barvo z bakrovim (II) hidroksidom (kvalitativna reakcija za polihidrične alkohole);

- tvorba etrov. Pod delovanjem metilnega alkohola se eden od vodikovih atomov nadomesti s skupino CH3. Ta reakcija vključuje glikozidni hidroksil, ki se nahaja na prvem atomu ogljika v ciklični obliki glukoze

- tvorba estrov. Pod delovanjem anhidrida ocetne kisline se vseh pet -OH skupin v molekuli glukoze nadomesti s skupino -O-CO-CH3.

3) Fermentacija:

- mlečnokislinska fermentacija

C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 -CH (OH) -COOH.

- maslena fermentacija

C 6 H 12 O 6 → C 3 H 7 COOH + 2H 2 + 2CO 2.

Uporaba glukoze

Glukoza se pogosto uporablja v tekstilni industriji za barvanje in tiskanje modelov; izdelava ogledal in božičnih okraskov; v živilski industriji; v mikrobiološki industriji kot hranilni medij za proizvodnjo krmnih kvasovk; v medicini za najrazličnejše bolezni, predvsem pri izčrpanosti telesa.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

PRIMER 2

Glukoza v grščini pomeni "sladek". V naravi ga v velikih količinah najdemo v sokovih jagodičja in sadja, vključno z grozdnim sokom, zato ga popularno imenujejo "vinski sladkor".

Zgodovina odkritij

Glukozo je v začetku 19. stoletja odkril angleški zdravnik, kemik in filozof William Prout. Ta snov je postala zelo priljubljena, potem ko jo je Henri Braccono leta 1819 ekstrahiral iz žagovine.

Fizične lastnosti

Glukoza je brezbarven kristalinični prah sladkega okusa. Je zelo topen v vodi, koncentrirani žveplovi kislini in Schweitzerjevem reagentu.

Struktura molekule

Kot vsi monosaharidi je tudi glukoza heterofunkcionalna spojina (molekula vsebuje več hidroksilnih in eno karboksilno skupino). V primeru glukoze je karboksilna skupina aldehid.

Splošna formula za glukozo je C6H12O6. Molekule te snovi imajo ciklično strukturo in dva prostorska izomera alfa in beta oblik. V trdnem stanju alfa oblika prevladuje skoraj 100 %. V raztopini je beta oblika stabilnejša (zavzema približno 60 %). Glukoza je končni produkt hidrolize vseh poli- in disaharidov, to pomeni, da nastajanje glukoze v veliki večini primerov poteka na ta način.

Pridobivanje snovi

V naravi glukoza nastaja v rastlinah kot posledica fotosinteze. Razmislite o industrijskih in laboratorijskih metodah za pridobivanje glukoze. V laboratoriju je ta snov rezultat aldolne kondenzacije. V industriji je najpogostejši način pridobivanje glukoze iz škroba.

Škrob je polisaharid, katerega monodeli so molekule glukoze. To pomeni, da je za njegovo pridobitev potrebno polisaharid razgraditi na monodele. Kako poteka ta postopek?

Pridobivanje glukoze iz škroba se začne z dejstvom, da se škrob postavi v posodo z vodo in premeša (škrobno mleko). Drugo posodo z vodo zavrite. Omeniti velja, da mora biti vrele vode dvakrat več kot škrobnega mleka. Da bi se reakcija za proizvodnjo glukoze končala, je potreben katalizator. AT ta primer gre za slano vodo ali Izračunano količino dodamo v posodo z vrelo vodo. Nato počasi prilivamo škrobno mleko. Pri tem procesu je zelo pomembno, da ne nastane pasta, če pa se vendarle oblikuje, je treba kuhati, dokler popolnoma ne izgine. V povprečju traja vrenje uro in pol. Da bi bili prepričani, da je škrob popolnoma hidroliziran, je treba izvesti kvalitativno reakcijo. Izbranemu vzorcu dodamo jod. Če se tekočina obarva modro, potem hidroliza še ni končana, če pa postane rjava ali rdeče-rjava, potem v raztopini ni več škroba. Toda ta raztopina ne vsebuje samo glukoze, temveč je bila pridobljena s pomočjo katalizatorja, kar pomeni, da ima tudi kislina svoje mesto. Kako odstraniti kislino? Odgovor je preprost: z nevtralizacijo s čisto kredo in drobno zdrobljenim porcelanom.

Nevtralizacija se preveri. Nato nastalo raztopino filtriramo. Bistvo je majhno: nastalo brezbarvno tekočino je treba izhlapeti. Nastali kristali so naš končni rezultat. Zdaj razmislite o proizvodnji glukoze iz škroba (reakcija).

Kemično bistvo procesa

Ta enačba za pridobivanje glukoze je predstavljena pred vmesnim produktom - maltozo. Maltoza je disaharid, sestavljen iz dveh molekul glukoze. Jasno je razvidno, da sta metoda pridobivanja glukoze iz škroba in maltoze enaka. To pomeni, da lahko v nadaljevanju reakcije postavimo naslednjo enačbo.

Za zaključek je vredno povzeti potrebne pogoje da bi uspešno izločili glukozo iz škroba.

Potrebni pogoji

• katalizator (klorovodikova ali žveplova kislina);
• temperatura (najmanj 100 stopinj);
• tlak (dovolj je že atmosferski, vendar naraščajoči tlak pospeši proces).

Ta metoda je najenostavnejša, z visokim izkoristkom končnega izdelka in minimalnimi stroški energije. A ni edini. Glukozo pridobivajo tudi iz celuloze.

Pripravek iz celuloze

Bistvo postopka skoraj popolnoma ustreza prejšnji reakciji.

Podana je priprava glukoze (formula) iz celuloze. Dejansko je ta proces veliko bolj zapleten in energetsko intenziven. Torej je reakcijski produkt odpadek iz lesnopredelovalne industrije, zdrobljen na frakcijo, katere velikost delcev je 1,1 - 1,6 mm. Ta izdelek najprej obdelamo z ocetno kislino, nato z vodikovim peroksidom, nato z žveplovo kislino pri temperaturi najmanj 110 stopinj in hidromodulu 5. Trajanje tega postopka je 3-5 ur. Nato dve uri poteka hidroliza z žveplovo kislino pri sobni temperaturi in hidromodulu 4-5. Sledi redčenje z vodo in približno uro in pol invertiranje.

Metode kvantifikacije

Po preučitvi vseh metod za pridobivanje glukoze je treba preučiti metode za njeno kvantitativno določanje. Obstajajo situacije, ko mora v tehnološkem procesu sodelovati samo raztopina, ki vsebuje glukozo, to je, da je postopek izhlapevanja tekočine, dokler ne dobimo kristalov, odveč. Potem se pojavi vprašanje, kako določiti koncentracijo dane snovi v raztopini. Nastala količina glukoze v raztopini se določi s spektrofotometričnimi, polarimetričnimi in kromatografskimi metodami. Obstaja tudi bolj specifična metoda določanja - encimska (z uporabo encima glukozidaze). V tem primeru je izračun že produkt delovanja tega encima.

Uporaba glukoze

V medicini se glukoza uporablja za zastrupitev (to je lahko oboje zastrupitev s hrano in aktivnost okužbe). V tem primeru se raztopina glukoze daje intravensko s kapalko. To pomeni, da je v farmaciji glukoza univerzalni antioksidant. Prav tako ima ta snov pomembno vlogo pri odkrivanju in diagnosticiranju sladkorne bolezni. Tu glukoza deluje kot stresni test.

V živilski industriji in kulinariki zaseda glukoza zelo pomembno mesto pomembno mesto. Ločeno je treba navesti vlogo glukoze v vinarstvu, proizvodnji piva in lune. To je približno o takšni metodi, kot je pridobivanje etanola. Podrobno razmislimo o tem postopku.

Pridobivanje alkohola

Tehnologija proizvodnje alkohola ima dve stopnji: fermentacijo in destilacijo. Fermentacija pa se izvaja s pomočjo bakterij. V biotehnologiji so že dolgo vzrejene kulture mikroorganizmov, ki vam omogočajo, da dobite največji donos alkohola z minimalno količino porabljenega časa. V vsakdanjem življenju lahko navaden namizni kvas uporabljamo kot reakcijske pomočnike.

Najprej se glukoza razredči v vodi. Uporabljene mikroorganizme razredčimo v drugi posodi. Nadalje dobljene tekočine premešamo, pretresemo in damo v posodo s. Ta cev je povezana z drugo (v obliki črke U). Na sredino druge epruvete vlijemo Konec epruvete zapremo z gumijastim zamaškom z votlo stekleno paličico, ki ima izvlečen konec.

To posodo postavimo v termostat pri temperaturi 25-27 stopinj štiri dni. V epruveti z apneno vodo bomo opazili motnost, kar pomeni, da je z njo reagiral ogljikov dioksid. Takoj ko se ogljikov dioksid preneha sproščati, se lahko šteje, da je fermentacija končana. Sledi faza destilacije. V laboratoriju za destilacijo alkohola se uporabljajo povratni kondenzatorji - naprave, v katerih hladna voda prehaja vzdolž zunanje stene, s čimer ohladi nastali plin in ga prenese nazaj v tekočino.

Na tej stopnji je treba tekočino, ki je v naši posodi, segreti na 85-90 stopinj. Tako bo alkohol izhlapel, voda pa ne bo zavrela.

Mehanizem za pridobivanje alkohola

Razmislite o proizvodnji alkohola iz glukoze v reakcijski enačbi: C6H12O6 \u003d 2C2H5OH + 2CO2.

Torej lahko ugotovimo, da je mehanizem za proizvodnjo etanola iz glukoze zelo preprost. Poleg tega je bil človeštvu znan že več stoletij in pripeljan skoraj do popolnosti.

Vrednost glukoze v človeškem življenju

Torej, če imamo določeno razumevanje te snovi, njenih fizikalnih in kemijskih lastnosti, uporabe v različnih panogah, lahko sklepamo, kaj je glukoza. Pridobivanje iz polisaharidov že daje razumevanje, da je glukoza kot glavna sestavina vseh sladkorjev nepogrešljiv vir energije za človeka. Kot posledica presnove iz te snovi nastane adenozin trifosforna kislina, ki se pretvori v enoto energije.

Toda vsa glukoza, ki vstopi v človeško telo, ne gre za dopolnitev energije. V budnem stanju človek pretvori le 50 odstotkov prejete glukoze v ATP. Preostanek se pretvori v glikogen in shrani v jetrih. Glikogen se sčasoma razgradi in s tem uravnava raven sladkorja v krvi. Količinsko je vsebnost te snovi v telesu neposreden pokazatelj njegovega zdravja. Hormonsko delovanje vseh sistemov je odvisno od količine sladkorja v krvi. Zato je vredno zapomniti, da lahko prekomerna uporaba te snovi povzroči resne posledice.

Glukoza je na prvi pogled preprosta in razumljiva snov. Tudi z vidika kemije imajo njegove molekule dokaj preprosto strukturo, kemijske lastnosti pa so jasne in znane v vsakdanjem življenju. Toda kljub temu je glukoza velikega pomena tako za samega človeka kot za vse sfere njegovega življenja.

Kemijske lastnosti monosaharidi so posledica posebnosti njihove strukture.

Kot primer si oglejte kemijske lastnosti glukoze.

Monosaharidi imajo lastnosti alkoholov in karbonilnih spojin.

I. Reakcije na karbonilni skupini

1. Oksidacija.

a) Kot pri vseh aldehidih, oksidacija monosaharidov vodi do ustreznih kislin. Torej, ko se glukoza oksidira z raztopino amoniaka srebrovega hidroksida, nastane glukonska kislina (reakcija "srebrnega ogledala").

Sol glukonske kisline - kalcijev glukonat - dobro znano zdravilo.

b) Pri reakciji monosaharidov z bakrovim hidroksidom pri segrevanju nastanejo tudi aldonske kisline.

modra opečnato rdeča

Te reakcije so kvalitativne za glukozo kot aldehid.

c) Močnejši oksidanti oksidirajo ne samo aldehidno skupino, ampak tudi primarno alkoholno skupino v karboksilno skupino, kar vodi do dibazičnih sladkornih (aldarskih) kislin. Običajno se za to oksidacijo uporablja koncentrirana dušikova kislina.

2. Okrevanje.

Redukcija sladkorjev vodi do polihidričnih alkoholov. Kot redukcijsko sredstvo se uporablja vodik v prisotnosti niklja, litijevega aluminijevega hidrida itd.

3. Kljub podobnosti kemijskih lastnosti monosaharidov z aldehidi glukoza ne reagira z natrijevim hidrosulfitom (NaHSO 3).

II. Reakcije na hidroksilne skupine

Reakcije na hidroksilne skupine monosaharidov se praviloma izvajajo v hemiacetalni (ciklični) obliki.

1. Alkilacija (tvorba etrov).

Pod delovanjem metilnega alkohola v prisotnosti plinastega vodikovega klorida se vodikov atom glikozidnega hidroksila nadomesti z metilno skupino.

Pri uporabi močnejših alkilirnih sredstev, kot sta na primer metil jodid ali dimetil sulfat, taka transformacija vpliva na vse hidroksilne skupine monosaharida.

2. Acilacija (tvorba estrov).

Ko anhidrid ocetne kisline deluje na glukozo, nastane ester - pentaacetilglukoza.

3. Kot vsi polihidrični alkoholi, glukoza z bakrovim (II) hidroksidom v mrazu s tvorbo bakrovega (II) glukonata daje intenzivno modro barvo - kvalitativna reakcija za glukozo kot polihidrični alkohol.

svetlo modra raztopina

III. Specifične reakcije

1. Zgorevanje (kot tudi popolna oksidacija v živem organizmu):

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O

2. Reakcije fermentacije

Poleg naštetega so za glukozo značilne še nekatere specifične lastnosti – procesi fermentacije. Fermentacija je razgradnja molekul sladkorja pod vplivom encimov (encimov). Sladkorji z večkratnikom treh ogljikovih atomov so fermentirani. Obstaja veliko vrst fermentacije, med katerimi so najbolj znane naslednje:

a) alkoholno vrenje

C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 -CH 2 OH (etilni alkohol) + 2CO 2

b) mlečnokislinsko vrenje

c) masleno vrenje

C 6 H 12 O 6 → CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH (maslena kislina) + 2H 2 + 2CO 2

Omenjene vrste fermentacije, ki jih povzročajo mikroorganizmi, imajo širok praktični pomen. Na primer alkohol - za proizvodnjo etilnega alkohola, v vinarstvu, pivovarstvu itd., In mlečna kislina - za proizvodnjo mlečne kisline in fermentiranih mlečnih izdelkov.

Fruktoza sodeluje pri vseh reakcijah, značilnih za polihidrične alkohole, vendar reakcije aldehidne skupine, za razliko od glukoze, zanjo niso značilne.

Kemijske lastnosti riboza C 5 H 10 O 5 podobno kot glukoza.

D) Biološka vloga glukoze.

D-glukoza (grozdni sladkor) je zelo razširjena v naravi: najdemo jo v grozdju in drugem sadju, v medu. Je bistvena sestavina krvi in ​​tkiv živali ter neposreden vir energije za celične reakcije. Raven glukoze v človeški krvi je konstantna in je v območju 0,08-0,11%. Celoten volumen krvi odraslega človeka vsebuje 5-6 g glukoze. Ta količina zadostuje za pokritje energetskih stroškov telesa za 15 minut. njegova življenjska dejavnost. Za nekatere patologije, na primer z boleznijo diabetes Raven glukoze v krvi se dvigne, presežek pa se izloči z urinom. Hkrati se lahko količina glukoze v urinu poveča do 12% v primerjavi z običajnimi 0,1%.

3. Disaharidi.

Oligosaharidi so ogljikovi hidrati, katerih molekule vsebujejo od 2 do 8-10 monosaharidnih ostankov, povezanih z glikozidnimi vezmi. V skladu s tem ločimo disaharide, trisaharide itd.

Disaharidi so kompleksni sladkorji, katerih vsaka molekula ob hidrolizi razpade na dve molekuli monosaharidov. Disaharidi so poleg polisaharidov eden glavnih virov ogljikovih hidratov v prehrani ljudi in živali. Disaharidi so po svoji strukturi glikozidi, v katerih sta dve molekuli monosaharida povezani z glikozidno vezjo.

Struktura

1. Molekule disaharidov lahko vsebujejo dva ostanka enega monosaharida ali dva ostanka različnih monosaharidov;

2. Vezi, ki nastanejo med monosaharidnimi ostanki, so lahko dveh vrst:

a) pri tvorbi vezi sodelujejo hemiacetalni hidroksili obeh molekul monosaharida. Na primer, tvorba molekule saharoze;

b) pri tvorbi vezi sodelujeta hemiacetalni hidroksil enega monosaharida in alkoholni hidroksil drugega monosaharida. Na primer tvorba molekul maltoze, laktoze in celobioze.

Za ugotavljanje zgradbe disaharidov je treba vedeti: iz katerih monosaharidov je zgrajen, kakšna je konfiguracija anomernih centrov teh monosaharidov (- ali -), kakšne so velikosti obročev (furanoza ali piranoza), kakšna je konfiguracija anomernih centrov teh monosaharidov (- ali -). in kateri hidroksili so vključeni v dve molekuli monosaharida.

Disaharide delimo v dve skupini: reducirajoče in neredukcijske.

Med disaharidi so še posebej poznane maltoza, laktoza in saharoza.

Maltoza (sladni sladkor), ki je α-glukopiranozil-(1-4)-α-glukopiranoza, nastane kot intermediat z delovanjem amilaz na škrob (ali glikogen), vsebuje dva ostanka α-D-glukoze. Ime sladkorja, katerega hemiacetalni hidroksil sodeluje pri tvorbi glikozidne vezi, se konča na "silt".

V molekuli maltoze ima drugi ostanek glukoze prosti hemiacetalni hidroksil. Takšni disaharidi imajo redukcijske lastnosti.

Med reducirajoče disaharide spadajo zlasti maltoza (sladni sladkor), ki jo vsebuje slad, tj. kaljena, nato pa posušena in zdrobljena zrna žit.

(maltoza)

Maltoza je sestavljena iz dveh ostankov D-glukopiranoze, povezanih z (1–4)-glikozidno vezjo, tj. glikozidni hidroksil ene molekule in alkoholni hidroksil na četrtem ogljikovem atomu druge molekule monosaharida sodelujeta pri tvorbi etrske vezi. Anomerni atom ogljika (С 1), ki sodeluje pri tvorbi te vezi, ima -konfiguracijo, anomerni atom s prostim glikozidnim hidroksilom (označen z rdečo) pa ima lahko tako α- (α-maltoza) kot β-konfiguracijo ( β-maltoza).

Maltoza je bel kristal, dobro topen v vodi, sladkega okusa, vendar veliko manj kot sladkor (saharoza).

Kot je razvidno, maltoza vsebuje prosti glikozidni hidroksil, zaradi česar se ohrani sposobnost odpiranja obroča in prehoda v aldehidno obliko. V zvezi s tem je maltoza sposobna vstopiti v reakcije, značilne za aldehide, in zlasti dati reakcijo "srebrnega ogledala", zato se imenuje redukcijski disaharid. Poleg tega maltoza vstopi v številne reakcije, značilne za monosaharide, na primer tvori etre in estre.

Disaharid laktoza (mlečni sladkor) se nahaja samo v mleku in je sestavljen iz D-galaktoze in D-glukoze. To je α-glukopiranozil-(1-4)-glukopiranoza:

Ker molekula laktoze vsebuje prosti hemiacetalni hidroksil (v ostanku glukoze), spada med reducirajoče disaharide.

Eden najpogostejših disaharidov je saharoza (sladkor iz sladkornega trsa ali pese). živilski sladkor. Molekula saharoze je sestavljena iz enega D-glukoznega in enega D-fruktoznega ostanka. Zato je α-glukopiranozil-(1-2)-β-fruktofuranozid:

Za razliko od večine disaharidov saharoza nima prostega hemiacetalnega hidroksila in nima redukcijskih lastnosti.

Saharoza (pesni ali trsni sladkor) je nereducirajoč disaharid. Najdemo ga v sladkornem trsu, sladkorni pesi (do 28 % suhe snovi), rastlinskih sokovih in sadju. Molekula saharoze je zgrajena iz α,D-glukopiranoze in β,D-fruktofuranoze.

(saharoza)

V nasprotju z maltozo se glikozidna vez (1–2) med monosaharidi tvori zaradi glikozidnih hidroksilov obeh molekul, torej ni prostega glikozidnega hidroksila. Zaradi tega saharoza nima redukcijske sposobnosti, ne daje reakcije "srebrnega zrcala", zato jo imenujemo neredukcijski disaharidi.

Med naravnimi trisaharidi je nekaj pomembnih. Najbolj znana je rafinoza, ki vsebuje ostanke fruktoze, glukoze in galaktoze, ki se v velikih količinah nahaja v sladkorni pesi in številnih drugih rastlinah.

Na splošno so oligosaharidi, prisotni v rastlinskih tkivih, po svoji sestavi bolj raznoliki kot oligosaharidi živalskih tkiv.

Vsi imajo enako empirično formulo C 12 H 22 O 11, tj. so izomeri.

Saharoza je bela kristalinična snov, sladkega okusa, dobro topna v vodi.

Za saharozo so značilne reakcije na hidroksilne skupine. Kot vsi disaharidi se tudi saharoza s kislo ali encimsko hidrolizo pretvori v monosaharide, iz katerih je sestavljena.

Disaharidi so tipični sladkorju podobni ogljikovi hidrati; To so trdne brezbarvne kristalne snovi, zelo topne v vodi, sladkega okusa.

Od disaharidov najvišjo vrednost vsebuje saharozo C 12 H 22 O 11:

Molekula saharoze je sestavljena iz ostankov molekul glukoze in fruktoze.

Monosaharid glukoza ima kemijske lastnosti alkoholov in aldehidov.

Reakcije glukoze z alkoholnimi skupinami

Glukoza reagira s karboksilnimi kislinami ali njihovimi anhidridi in tvori estre. Na primer z anhidridom ocetne kisline:

Kot polihidrični alkohol glukoza reagira z bakrovim (II) hidroksidom in tvori svetlo modro raztopino bakrovega (II) glikozida:

Reakcije glukoze na aldehidno skupino

Reakcija srebrnega ogledala:

Oksidacija glukoze z bakrovim (II) hidroksidom pri segrevanju v alkalnem mediju:

Ko je izpostavljena bromovi vodi, se tudi glukoza oksidira v glukonsko kislino.

Oksidacija glukoze z dušikovo kislino vodi do dibazične sladkorne kisline:

Redukcija glukoze v heksahidrični alkohol sorbitol:

Sorbitol najdemo v številnih jagodah in sadju.

Tri vrste fermentacije glukoze
z različnimi encimi

Alkoholna fermentacija:

Mlečna fermentacija:

Maslena fermentacija:

Disaharidne reakcije

Hidroliza saharoze v prisotnosti mineralnih kislin (H 2 SO 4, Hcl, H 2 CO 3):

Oksidacija maltoze (reducirajoči disaharid), kot je reakcija "srebrnega zrcala":

Reakcije polisaharidov

Hidroliza škroba v prisotnosti kislin ali encimov lahko poteka v stopnjah. AT različni pogoji ločimo različne produkte - dekstrine, maltozo ali glukozo:

Škrob daje modro barvo z vodno raztopino joda. Pri segrevanju barva izgine, pri ohlajanju pa se ponovno pojavi. Reakcija škrobnega joda je kvalitativna reakcija škroba. Menijo, da je škrobni jodid spojina inkluzije-vgradnje joda v notranje tubule molekul škroba.

Hidroliza celuloze v prisotnosti kislin:

Nitriranje celuloze s koncentrirano dušikovo kislino v prisotnosti koncentrirane žveplove kisline. Od treh možnih nitroestrov (mono-, di- in trinitroestrov) celuloze, odvisno od količine dušikove kisline in reakcijske temperature, nastane pretežno eden izmed njih. Na primer, tvorba trinitroceluloze:

Trinitroceluloza, imenovana piroksilin uporabljajo pri proizvodnji brezdimnega smodnika.

Acetilacija celuloze z reakcijo z anhidridom ocetne kisline v prisotnosti ocetne in žveplove kisline:

Iz triacetil celuloze dobite umetna vlakna - acetat.

Celuloza se raztopi v bakrovo-amoniakovem reagentu - raztopini (OH) 2 v koncentriranem amoniaku. Po nakisanju takšne raztopine v posebni pogoji dobijo celulozo v obliki niti.
to - bakrenih vlaken.

Pod delovanjem alkalij in nato ogljikovega disulfida na celulozo nastane celulozni ksantat:

Iz alkalne raztopine takega ksantata dobimo celulozno vlakno - viskoza.

VAJE.

1. Navedite enačbe reakcij, v katerih ima glukoza: a) redukcijske lastnosti; b) oksidativne lastnosti.

2. Navedite dve enačbi za reakcije fermentacije glukoze, med katerimi nastanejo kisline.

3. Iz glukoze boste dobili: a) kalcijevo sol kloroocetne kisline (kalcijev kloroacetat);
b) kalijeva sol - bromomaslena kislina (-kalijev bromobutirat).

4. Glukozo smo skrbno oksidirali z bromovo vodo. Nastalo spojino smo segrevali z metilnim alkoholom v prisotnosti žveplove kisline. Napišite enačbe kemične reakcije in poimenuj nastale izdelke.

5. Koliko gramov glukoze je bilo podvrženih alkoholni fermentaciji z izkoristkom 80%, če je bilo za nevtralizacijo nastalega ogljikovega monoksida (IV) potrebnih 65,57 ml 20% vodne raztopine natrijevega hidroksida (gostota 1,22 g / ml)? Koliko gramov natrijevega bikarbonata je pri tem nastalo?

6. S katerimi reakcijami lahko ločimo: a) glukozo od fruktoze; b) saharoza iz maltoze?

7. Določite strukturo organske spojine, ki vsebuje kisik, katere 18 g lahko reagira s 23,2 g. raztopina amoniaka srebrov oksid Ag 2 O , in prostornina kisika, ki je potrebna za gorenje enake količine te snovi, je enaka prostornini, ki nastane med njenim zgorevanjem CO2.

8. Kaj pojasnjuje pojav modre barve, ko raztopina joda deluje na škrob?

9. Katere reakcije lahko uporabimo za razlikovanje med glukozo, saharozo, škrobom in celulozo?

10. Navedite formulo celuloznega estra in ocetne kisline (glede na tri OH skupine strukturna enota celuloze). Poimenujte to oddajo. Kje se uporablja celulozni acetat?

11. Kateri reagent se uporablja za raztapljanje celuloze?

Odgovori na vaje za temo 2

Lekcija 37

1. a) Redukcijske lastnosti glukoze pri reakciji z bromovo vodo:

b) Oksidativne lastnosti glukoze pri reakciji katalitskega hidrogeniranja aldehidne skupine:

2. fermentacijo glukoze, da nastane organske kisline:

5. Izračunajte maso NaOH v 20 % raztopini s prostornino 65,57 ml:

m(NaOH) = (NaOH) m(20 % NaOH) = m V= 0,2 1,22 65,57 = 16,0 g.

Enačba za reakcijo nevtralizacije s tvorbo NaHCO 3:

Reakcija (1) porabi m(CO2) = X\u003d 16 44/40 \u003d 17,6 g in m(NaHCO3) = l\u003d 16 84/40 \u003d 33,6 g.

Reakcija alkoholne fermentacije glukoze:

Ob upoštevanju 80 % izkoristka pri reakciji (2) bi teoretično moralo nastati:

m(teor.) (CO 2) \u003d 17,6 / 0,8 \u003d 22 g.

Masa glukoze: z\u003d 180 22 / (2 44) \u003d 45 g.

Odgovori. m(C 6 H 12 O 6) = 45 g, m(NaHCO3) = 33,6 g.

6. Z reakcijo »srebrnega ogledala« je mogoče ločiti: a) glukozo od fruktoze in b) saharozo od maltoze. Glukoza in maltoza pri tej reakciji oborita srebro, medtem ko fruktoza in saharoza ne reagirata.

7. Iz podatkov naloge sledi, da želena snov vsebuje aldehidno skupino in enako število atomov C in O. To je lahko ogljikov hidrat C n H2 n O n. Enačbe za reakcije njegove oksidacije in zgorevanja:

Iz reakcijske enačbe (1) je molska masa ogljikovih hidratov:

x\u003d 18 232 / 23,2 \u003d 180 g / mol,

M(OD n H2 n O n) = 12n + 2n + 16n = 180, n = 6.

Odgovori. Glukoza C 6 H 12 O 6.

8. Ko raztopina joda deluje na škrob, nastane nova obarvana spojina. To pojasnjuje videz modre barve.

9. Iz nabora snovi: glukoza, saharoza, škrob in celuloza - bomo določili glukozo z reakcijo "srebrnega ogledala".
Škrob se razlikuje po modri barvi z vodno raztopino joda.
Saharoza je zelo topna v vodi, medtem ko je celuloza netopna. Poleg tega se saharoza zlahka hidrolizira tudi pod delovanjem ogljikove kisline pri 40–50 °C, da nastane glukoza in fruktoza. Ta hidrolizat daje reakcijo "srebrnega zrcala".
Hidroliza celuloze zahteva dolgotrajno vrenje v prisotnosti žveplove kisline.

10, 11. Odgovori so v besedilu lekcije.