Какие свойства глюкозы лежат в основе ее применения
Получение глюкозы
В промышленности
Гидролизкрахмала:
(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
I.
Специфические свойства
Важнейшим свойством моносахаридов
является их ферментативное брожение, т.е. распад молекул на осколки под
действием различных ферментов. Брожение происходит в присутствии ферментов,
выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. В
зависимости от природы действующего фермента различают реакции следующих видов:
1.Спиртовое брожение:
C6H12O6 → 2C2H5-OH + 2CO2↑
2. Молочнокислое брожение:
3. Маслянокислоеброжение:
C6H12O6 → C3H7COOH
+ 2H2 ↑+ 2CO2↑
II. Свойства
альдегидов
1. Реакция серебряного зеркала:
Видео «Качественная реакция глюкозы саммиачным раствором оксида серебра (I)»
СH2OH(CHOH)4-COH + Ag2O t.NH3→ СH2OH(CHOH)4-COOH + 2Ag↓
или
СH2OH(CHOH)4-COH + 2[Ag(NH3)2]OH → СH2OH(CHOH)4-COONH4 + 2Ag↓+ 3NH3 + H2O
СH2OH(CHOH)4-COOH — глюконовая кислота
2. Окисление гидроксидом меди (II):
СH2OH(CHOH)4-COH + 2Cu(OH)2t→ СH2OH(CHOH)4-COOH + Cu2O + 2H2O
голубой красный
3. Восстановление:
СH2OH(CHOH)4-COH
+ H2t,Ni → СH2OH(CHOH)4-CH2OH
сорбит – шестиатомный спирт
III. Свойствамногоатомныхспиртов
1. Образование простых эфиров со спиртами
При действии метилового спирта в присутствии
газообразного хлористого водорода атом водорода гликозидного гидроксила
замещается на метильную группу.
α — глюкоза | + СH3ОН | HCl(газ)→ | + H2О |
2. Качественная реакция многоатомных спиртов
Прильём к раствору глюкозы несколько
капель раствора сульфата меди (II) и раствор щелочи. Осадка гидроксида
меди не образуется. Раствор окрашивается в ярко-синий цвет. В данном случае
глюкоза растворяет гидроксид меди (II) и ведет себя как многоатомный спирт,
образуя комплексное соединение – ярко синего цвета.
Видео
«Качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди (II)»
(глюкозат меди (II) – синий раствор)
Применение
Глюкоза является ценным питательным
продуктом. В организме она подвергается сложным биохимическим превращениям в
результате которых образуется диоксид углерода и вода, при это выделяется
энергия согласно итоговому уравнению:
C6H12O6
+ 6O2 → 6H2O
+ 6CO2 + 2800 кДж
Так как глюкоза легко усваивается
организмом, её используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства
при явлениях сердечной слабости, шоке, она входит в состав кровозаменяющих и
противошоковых жидкостей. Широко применяют глюкозу в кондитерском деле
(изготовление мармелада, карамели, пряников и т. д.), в текстильной
промышленности в качестве восстановителя, в качестве исходного продукта при
производстве аскорбиновых и глюконовых кислот, для синтеза ряда производных
сахаров и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например,
при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение
глюкозы, так же как и при силосовании кормов. Если подвергаемая силосованию масса
недостаточно уплотнена, то под влиянием проникшего воздуха происходит
маслянокислое брожение и корм становится непригоден к применению. На практике
используется также спиртовое брожение глюкозы, например при производстве пива.
ВИДЕО:
Окислениеглюкозы кислородом воздуха в присутствии метеленового голубого
Определениеглюкозы в виноградном соке
Углеводы. Глюкоза. Химические свойства глюкозы. Применение глюкозы на основе свойств
Доброе время суток, уважаемые десятиклассники!
Мы начинаем знакомиться с новой группой органических соединений — углеводами.
Углеводы… А это те самые сладости, которые вы так любите, (фрукты, торты, конфеты, варенье, шоколад и т.д., особенно много углеводов содержит виноград). Углеводы жизненно важные вещества, которые необходимы каждому организму. Эти вещества расходуются, и человек должен постоянно пополнять их запасы. Понятно, что вещества, входящие в состав тканей организма, не похожие на те, которые он употребляет в пищу. Организм человека перерабатывает пищевые продукты и в процессе своей жизнедеятельности постоянно расходует энергию, которая, как мы знаем, выделяется при окислении в тканях организма, углеводы входят в состав нуклеиновых кислот, осуществляющих биосинтез белка и передачу наследственных признаков.
Животные и человек не синтезируют углеводы. В зеленых растениях при участии хлорофилла и солнечного света осуществляется ряд процессов преобразования поглощенной из воздуха углекислого газа и впитанной из почвы воды. Конечным продуктом этих процесса – фотосинтеза, является сложная молекула углевода.
Углеводы – важный источник энергии для организма, участвуют в обмене веществ. Основными источниками углеводов являются растительные продукты.
Физиологи установили, что при физической нагрузке, которая в 10 раз превышает привычную, человек, соблюдающий жировую диету, лишается сил уже через полчаса. А вот углеводная диета позволяет выдержать такую же нагрузку в течение четырех часов. Оказывается, получение организмом энергии из жиров – процесс длительный. Это объясняется малой реакционной способностью жиров, особенно их углеводородных цепей. Углеводы же, хотя и дают меньше энергии, чем жиры, однако выделяют ее намного быстрее. Поэтому, если предстоит основательная нагрузка, предпочтительнее подкрепиться сладким, а не жирным.
Классификация углеводов.
Углеводы – обширный класс природных соединений.
Обратимся к схеме 1. “Классификация углеводов”. В зависимости от числа остатков моносахаридов в молекуле делятся на моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды (простые углеводы) – углеводы, которые не гидролизуются. В зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Для человека наиболее важны глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза.
Дисахариды – углеводы, которые гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов. Наиболее важны для человека
сахароза, мальтоза и лактоза.
Полисахариды – высокомолекулярные соединения – углеводы, которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов. Они делятся на перевариваемые и неперевариваемые в желудочно-кишечном тракте. К перевариваемым относят крахмал и гликоген, из вторых для человека важны клетчатка, гемицеллюлоза и пектиновые вещества.
Углеводы часто называют сахаристыми веществами или сахарами. Они могут быть безвкусными, сладкими и горькими. Если сладость раствора сахарозы принимать за 100 %, то сладость фруктозы – 173 %, глюкозы – 81 %, мальтозы и галактозы – 32 %, лактозы – 16 %.
Качественный состав углеводов.
Углеводы – органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород входят в соотношении (2 : 1) как в воде, отсюда и название.
На основе этой аналогии русский химик К. Шмидт в 1844 г. предложил термин углевода (углерод и вода), а общая формула углеводов Сn(Н2О)m
Итак, важнейшим представителем моносахаридов является глюкоза. При изучении, каких некоторых тем мы встречались с вами с этим веществом в курсе химии и биологии: химия – альдегиды, спирты; биология – фотосинтез, строение клетки.
Получение глюкозы.
1. Реакция фотосинтеза.
6СО2 + 6H2O –> С6Н12 О6 + 6О2 +Q
2. Реакция полимеризации.
3. Гидролиз крахмала.
(С6Н10О5)n + nH2O –> nС6Н12О6
Физические свойства:
бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде, сладкое на вкус, температура плавления 146оС.
Строение молекулы глюкозы. Изомерия.
Вывод: таким образом, глюкоза – альдегидоспирт, точнее – многоатомный альдегидоспирт.Установлено, что в растворе глюкозы находится не только её альдегидная форма; но и молекулы циклического строения.
Установлено, что у третьего атома углерода группа – ОН расположена иначе, чем у других атомов углерода распространённое строение глюкозы выглядит так:
Превращение молекулы линейного строения в молекулу циклического строения объяснимо, если вспомнить что атомы углерода могут вращаться вокруг сигма -связей. Альдегидная группа может приблизиться к гидроксильной группе 5-го атома углерода, поскольку атом кислорода карбонильной группы несёт на себе частичный – заряд, а атом водород гидроксильной группы – частично + заряд.
Осуществляется своеобразный химический процесс: происходит разрыв -связи карбонильной труппы, к атому кислорода присоединяется атом водорода, а атом кислорода гидроксильной группы с атомом углерода замыкают цепь. Циклические формы находятся в равновесии, превращаясь альфа и бетту форму. Таким образом, в водном растворе глюкозы находятся три изомерные формы. Молекула кристаллической глюкозы альфа -форма, при растворении в воде – открытая форма, а затем снова циклическая бетта-форма. Такая изомерия называется динамической (таутомерия).
Химические свойства глюкозы.
Моносахариды вступают в химические реакции, свойственные карбонильной и гидроксильной группам.1) Реакция “серебряного зеркала”
Доказать наличие альдегидной группы в глюкозе можно с помощью аммиачного раствора оксида серебра. Эта реакция называется реакцией серебряного зеркала. Ее используют как качественную для открытия альдегидов. Альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной группы. Глюкоза превращается в глюконовую кислоту.
СН2ОН – (СНОН)4 – СОН + Ag2O = СН2ОН – (СНОН)4 – СООН + 2Ag
(Реакцию серебряного зеркала используют в промышленности для серебрения зеркал, изготовления колб для термосов, елочных украшений).
2) Взаимодействие глюкозы с гидроксидом меди (II)
3) Гидрирование глюкозы
Альдегидная группа может быть восстановлена в гидроксильную группу действием водорода в присутствии катализатора.
4) Специфические свойства.Большое значение имеют процессы брожения глюкозы, происходящие под действием органических катализаторов-ферментов (они вырабатываются микроорганизмами).а) спиртовое брожение (под действием дрожжей)
С6Н12О6= 2С2Н5 ОН + 2СО2
б) молочнокислое брожение (под действием молочнокислых бактерий)
в) маслянокислое брожение
Применение глюкозы.
Глюкоза находит применение в различных отраслях промышленности:
- в пищевой промышленности, как заменитель сахарозы;
- в кондитерской промышленности при изготовлении мягких конфет, десертных сортов шоколада, тортов и различных диетических изделий;
- в хлебопечении глюкоза улучшает условия брожения, придает пористость и хороший вкус изделиям, замедляет очерствение;
- в производстве мороженого она занижает точку замерзания, увеличивает его твердость;
- при производстве фруктовых консервов, соков, ликеров, вин, безалкогольных напитков, так как глюкоза не маскирует аромата и вкуса;
- в молочной промышленности при изготовлении молочных продуктов и продуктов детского питания рекомендуется использовать глюкозу в определенной пропорции с сахарозой для придания этим продуктам более высокой питательной ценности;
- в ветеринарии;
- в птицеводстве;
- в фармацевтической промышленности.
Кристаллическую глюкозу целесообразно использовать для питания больных, травмированных, выздоравливающих, а также людей, работающих с большими перегрузками.
Медицинскую глюкозу применяют в антибиотиках и других лекарственных препаратах, в том числе для внутривенных вливаний, и для получения витамина С. Техническая глюкоза находит применение в качестве восстановителя в кожевенном производстве, в текстильном – при производстве вискозы, в качестве питательной среды при выращивании различных видов микроорганизмов в медицинской и микробиологической промышленности.
Закрепление:
Источник: https://festival.1september.ru/articles/532403/
Углеводы используются человеком, начиная с седой древности, но лишь в 1811 году русский ученый К. Кирхгоф выделил «виноградный сахар» в чистом виде гидролизом крахмала. Кстати, данным способом глюкозу производят и по сей день. Формулу этого вещества вывел шведский химик Й.Я. Берцелиус в 1837 году.
Роль глюкозы в организме
Принимая пищу, немногие задумываются о пользе определенного продукта, А между тем глюкоза, этот «быстрый» углевод просто необходим человеку. Когда-то было популярно мнение, что сладкое вредно, но современные исследования говорят об ином. Сегодня за глюкозой прочно закрепилась роль главного источника энергии и непременного участника обменных процессов.
Это самый важный для человека из всех углеводов, поскольку моносахариды полностью усваиваются, легко всасываясь в кишечнике. Глюкоза очень питательна и безопасна для здорового организма. Именно при окислении этого вещества выделяется энергия, которая необходима для работы наших органов. Также глюкоза — единственный источник энергии для работы мозга. Как только мы съели что-то сладкое, сразу чувствуем прилив сил. Окисляясь, «быстрый» углевод выделяет больше трети используемой в организме энергии.
Глюкоза настолько важна для тела, что организм постоянно поддерживает ее количество на одном уровне. При ее дефиците в крови человек теряет концентрацию, становится вялым. Повышение концентрации приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы – инсулина, который уменьшает ее содержание в крови. Важно, что доставка глюкозы в клетки осуществляется благодаря инсулину, а без него «быстрый углевод» не поступает в клетку. Когда гормон перестает вырабатываться в нужных количествах, развивается сахарный диабет.
Кроме того глюкоза – это необходимая единица для построения многих пищевых ди- и полисахаридов, таких как крахмал и гликоген. Именно полисахариды составляют основу хрящевой ткани, связок и волос. Гликоген – это углеводные запасы, которые организм делает в расчете на тяжелые физические нагрузки. Также он входит в состав ДНК и РНК, целого ряда ферментов
В организме человека глюкоза содержится в мышцах, крови и в небольших количествах во всех клетках. Концентрация глюкозы в крови здорового человека: 3,33 -5,55 мкмоль/л. Это примерно 0,1% до 0,12% от общего количества. В 100 мл крови содержится 80-100 мг глюкозы. Ее уровень повышается после приема пищи и падает во время голода и выполнения физической работы. При снижении уровня глюкозы формируется патологическое состояние – гипогликемия, которая сопровождается возбуждением, беспокойством, мышечной дрожью, обмороками.
Применение глюкозы в спорте
Это вещество способно быстро поставлять энергию в клетки, а поэтому используется для повышения спортивной выносливости. Глюкоза является эффективным инструментом повышения работоспособности атлетов. Она содержит калорий в два раза меньше, чем жиры, но окисляется намного быстрее. Поэтому «быстрый углевод» поможет восстановить силы после изнуряющих нагрузок на тренировках или соревнованиях. Применение глюкозы в спорте возможно в виде таблеток, растворов для инъекций или инфузий. Также ее можно употреблять, разводя в воде, приготовив изотонический напиток.
Для культуристов глюкоза чрезвычайно важна, как и остальные углеводы. Ее недостаток в пище ухудшает метаболизм, приводит к упадку сил. В этом случае у тренирующегося не только падает активность, но и резко сокращается возможность набора массы. Казалось бы, потребляешь много глюкозы и больше тренируешься, но в реальности все происходит иначе. Почему так? Во-первых, слоновые дозы «быстрого» углевода повышают уровень холестерина. Во-вторых, повышенное содержание сахара в крови грозит сахарным диабетом. Также избыток в пище глюкозы увеличивает жировые отложения, с которыми борется бодибилдер. Поэтому питание должно быть сбалансированным, а рацион разнообразным. Профессионалы рекомендуют глюкозу как тактическое средство для быстрого восстановления количества гликогена в организме.
Прямо перед тренировкой ее лучше не употреблять, иначе уровень глюкозы в крови резко упадет из-за повышения содержания инсулина. Оптимальный вариант – принять глюкозу сразу после тренировки, во время так называемого «углеводного окна». Это период, когда мышечная ткань наиболее чувствительна к инсулину. Можно приготовить изотонический напиток с глюкозой для тренировки, длящейся более часа. Делается он очень просто: 14 таблеток глюкозы по 0,5 граммов разводим в литре чистой кипяченой воды. Для получения эффекта нужно выпивать по стакану напитка каждые 15-20 минут. Добавим, что глюкоза входит в состав витаминного комплекса «Леветон Форте», который помогает спортсмену справляться с нагрузками.
Использование глюкозы в медицине.
Против отравлений и стрессов
Это универсальное антитоксическое средство, которое помогает при инфекционных заболеваниях. Глюкоза поддерживает объем циркулирующей плазмы, помогает восполнить баланс жидкости и легкодоступных элементов, необходимых для жизнедеятельности организма. Она легко проникает во все клетки организма, поэтому ее ценят в медицине. Раствор глюкозы повышает давление в клетках, активизирует основные процессы обмена веществ. Стимулирует работу печени, почек, сердца, активизирует выработку многих гормонов и ферментов. Попадая в кровь, она дает чувство спокойствия и стабильности. Кроме этого обнаружено иммуномодулирующее действие глюкозы.
Назначается это средство в следующих случаях:
- гипогликемия;
- заболевания печени;
- инфекционные болезни;
- дегидратация (диарея, рвота);
- недостаточное содержание в пище углеводов;
- шок и коллапс;
- заболевания сердца (стимулирует работу миокарда);
- стресс.
Глюкозу в форме таблеток дают больным, травмированным и выздоравливающим. Помогает поддержать здоровье людей, которые работают в экстремальных условиях: горняков, нефтяников, военных. Помимо этого ее применяют в антибиотиках и других лекарствах. Отлично подходит для разведения некоторых лекарственных препаратов при введении их в вену. Противопоказана глюкоза при сахарном диабете и повышенном содержании сахара в крови (гипергликимии).
Свойства глюкозы, нужные в промышленности
Сегодня это вещество используется во многих сферах. Назовем основные области применения глюкозы.
- Пищевая промышленность. Глюкоза применяется как заменитель сахарозы, а также необходима для выпуска диетических продуктов.
- Кондитерское производство: изготовление мягких конфет, некоторых сортов шоколада, тортов. Из нее делают патоку, которая незаменима при производстве пряников, мармелада.
- Производство мороженого. Глюкоза занижает точку замерзания данного продукта и увеличивает его твердость.
- Хлебопечение. «Виноградный сахар» улучшает условия брожения и вкусовые качества продукта, придает пористость, замедляет очерствение.
- Производство фруктовых консервов, соков, ликеров, вин, безалкогольных напитков.
- Молочная промышленность и производство детского питания. Используется в определенной пропорции с сахарозой для придания продукту большей питательной ценности.
- Ветеринария и сельское хозяйство (птицеводство).
- Фармацевтическая промышленность — в производстве лекарств и витамина С. Также применяется в качестве консерванта.
- Микробиологическая промышленность. Глюкозу используют в качестве питательной среды при выращивании различных микроорганизмов.
- Кожевенное производство, где она применяется в качестве восстановителя.
- Текстильное производство. «Виноградный сахар» необходим для изготовления вискозы.
Итак, мы рассмотрели свойства «виноградного сахара», этого универсального топлива для нашего тела. Вместе с тем глюкоза – не только составляющая полноценного рациона человека, но и является сырьем для промышленности, применяется в медицине и спорте.