Материал: Ткачёв С.В. Введение в органическую химию

4. Какая реакция лежит в основе получения сложных эфиров:

5. Какой продукт образуется при взаимодействии этанола с пропионовой кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты:

а) пропаналь; в) пропионовый ангидрид; б) этилпропионат; г) этилпропионовый эфир?

8.Укажите, где применяются сложные эфиры: а) в производстве фруктовых вод; б) при изготовлении духов и одеколонов; в) растворители; г) как топливо.

9.Укажите кислоты, которые образуют твердые жиры:

10. Укажите химические реакции, в которые вступают жидкие жиры:

13. УГЛЕВОДЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ

Углеводы — это большая группа природных соединений. Они играют важную роль в жизни человека, животных и растений. Состав большинства углеводов выражается формулой Cn(H2O)m. Эта формула показывает, что углеводы состоят из углерода и воды.

Углеводы делят на три группы. Моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды — это простейшие углеводы, которые не могут гидролизоваться с образованием более простых углеводов.

При гидролизе дисахаридов образуются две молекулы моносахаридов. Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов, на которые полисахариды разлагаются при гидролизе.

80

Моносахариды с альдегидной группой называются альдозами, с кетогруппой — кетозами. Альдоза, содержащая пять атомов углерода в молекуле, называется альдопентозой; кетоза, содержащая шесть атомов углерода в молекуле, называется кетогексозой и т. д. Наибольшее значение имеют гексозы и пентозы.

13.1. СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ГЛЮКОЗЫ

Химическое строение молекулы глюкозы выражается формулой:

O

СH2–CH–CH–CH–CH–C

Н

OH OH OH OH OH

Как видно из формулы, глюкоза содержит гидроксильные группы

иальдегидную группу. Поэтому глюкоза — это альдегидоспирт.

Вводном растворе молекула глюкозы может перейти из одной формы — альдегидной (цепочечной) — в другую — циклическую. Это происходит вследствие того, что гидроксильная группа пятого углеродного атома может приблизиться к альдегидной группе. В последней под влиянием гидроксильной группы разрывается π-связь. К свободной связи присоединяется атом водорода и образуется шестичленное кольцо, в котором альдегидная группа отсутствует:

Процесс превращения альдегидной формы в циклическую обратим. В растворе существует равновесие между ними. Гидроксильная группа, которая образуется у первого углеродного атома вместо альдегидной, называется полуацетальным гидроксилом. Полуацетальный гидроксил более реакционно-способный, чем другие гидроксилы. Полуацетальный гидроксил может занимать различное положение относительно плоскости молекулы. Циклическая форма, в которой полуацетальный гидроксил находится под плоскостью кольца молекулы, называется -формой (1).

81

В -форме (2) глюкозы полуацетальный гидроксил находится над плоскостью кольца молекулы.

Между альдегидной, - и -формами глюкозы устанавливается равновесие с преобладанием формы:

Получение. В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала и целлюлозы. В природе глюкоза образуется в процессе фотосинтеза:

6CO2 + 6H2O C6H12О6+ 6O2 + Q

13.2. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛЮКОЗЫ

Физические свойства. Глюкоза — белое кристаллическое вещество, сладкая на вкус, хорошо растворима в воде.

Химические свойства. Глюкоза имеет химические свойства, характерные для спиртов и альдегидов.

1. Реакции с участием альдегидной группы а) Глюкоза дает реакцию серебряного зеркала:

б) При кипячении глюкоза окисляется гидроксидом меди (II) в глюконовую кислоту и выпадает красный осадок оксида меди (I):

CH2OH – (CHOH)4 – CHO + 2Cu(OH)2 CH2OH – (CHOH)4COOH +

+ Cu2O +2H2O

в) Под действием водорода глюкоза превращается в шестиатомный спирт сорбит:

СН2ОН – (СНОН)4 – СНО + Н2 СН2ОН – (СНОН)4 – СН2ОН

82

2. Реакции с участием гидроксильных групп

а) Глюкоза взаимодействует с Cu(OH)2 с образованием глюконата меди (II):

б) Глюкоза взаимодействует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров:

СН2ОН – (СНОН)4 – СНО + 5СН3СООН СН2(ОСОСН3) –

–(СНОСОСН3)4 –СНО + 5Н2О

3.Особые реакции глюкозы:

а) Спиртовое брожение в присутствии ферментов дрожжей: С6Н12О6 2СН3СН2ОН + 2СО2

б) Молочнокислое брожение в присутствии ферментов: С6Н12О6 2СН3СН(ОН)СООН

Образуется молочная кислота.

в) Окисление. В организмах человека и животных глюкоза окисляется, в результате чего выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Поэтому глюкоза является источником энергии для клеточных реакций.

С6Н12О6 + 6О2 СО2+ 6Н2О + Q

Применение. Глюкозу применяют в медицине для внутривенных инъекций, в пищевой промышленности, в производстве зеркал и игрушек (серебрение).

13.3. ФРУКТОЗА

Фруктоза — изомер глюкозы, является кетоспиртом и имеет молекулярную формулу С6Н12О6 как и глюкоза. Строение ее молекулы выража-

ется формулой: СH2OH–C–(CHOH)3–CH2OH

O

Содержится во фруктах и меде. Фруктоза слаще глюкозы в три раза. Как и глюкоза, фруктоза существует в циклических формах.

83

13.4. РИБОЗА И ДЕЗОКСИРИБОЗА

Рибоза (1) и дезоксирибоза (2) входят в состав нуклеиновых кислот. Их формулы:

O

СH2OH–CH(OH)–CH(OH)–CH(OH)–C (1)

Н

O

СH2OH–CH(OH)–CH(OH)–CH2–C (2)

Н

В составе нуклеиновых кислот рибоза и дезоксирибоза находятся в циклической форме.

Эти пентозы по своим химическим свойствам подобны глюкозе: окисляются в кислоты, восстанавливаются в многоатомные спирты.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Что такое углеводы?

2.На какие группы делятся углеводы?

3.Что такое: а) моносахариды; б) дисахариды; в) полисахариды?

4.Что такое: а) альдозы; б) кетозы?

5.Как можно доказать присутствие в молекуле глюкозы гидроксильных групп и альдегидной группы?

6.Какой гидроксил называется полуацетальным гидроксилом?

7.Какие циклические формы глюкозы имеются в растворе?

8.С помощью каких реакций можно отличить раствор глюкозы от раствора фруктозы? Напишите уравнения реакций.

9.Какова роль глюкозы в жизнедеятельности человека и животных?

10.Напишите формулы пентоз: рибозы и дезоксирибозы.

ЗАДАЧИ

1.При спиртовом брожении 150 г водного раствора глюкозы выделилось 2,24 л (н.у.) газа. Рассчитайте массовую долю спирта в полученном растворе и массовую долю глюкозы в исходном растворе. Глюкоза прореагировала полностью. (Ответ: 3,16 % и 6 %)

2.Рассчитать, сколько граммов серебра можно получить при взаимодействии 18 г глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра (I), если выход продукта реакции 75 %. (Ответ: 16,2 г)

3.Какой объем газа выделится при спиртовом брожении 18 г глюкозы, если процесс протекает на 75 %? (Ответ: 3,36 л)

4.При брожении раствора глюкозы с массовой долей 10 % выделилось столько же газа, сколько его образуется при полном сгорании 35 мл

84