Материал: 2928

30

В лабораторных работах вам предстоит изучить химические свойства моносахаридов. Научитесь различать альдозы и кетозы; обратите внимание на свойства спиртовых гидроксидов и сравните их со свойствами полуацетального (гликозидного) гидроксила.

Необходимо четко представлять взаимосвязь между моно-, ди- и полисахаридами. Уясните, в чем причина восстанавливающих свойств дисахаридов и в каком случае эти свойства отсутствуют.

Особенно важно понять строение и свойства природных полимерных углеводов: целлюлозы и крахмала. Обратите внимание на различия в их строении:

1)тип связи между мономерными звеньями;

2)пространственную конфигурацию и конформацию всей полимерной молекулы.

Различия в строении определяют и различия в химических свойствах и различное биологическое значение крахмала и целлюлозы.

Опыт 29. Характерные реакции моносахаридов. Взаимодействие моносахаридов с аммиачным раствором оксида серебра

В тщательно вымытую пробирку помещают 1 мл аммиачного раствора оксида серебра и 1 мл раствора любого моносахарида. Пробирку помещают на несколько минут в водяную баню. Если пробирка была чистой, то выделяющееся при окислении сахара металлическое серебро осаждается на стенках в виде зеркального слоя; в ином случае выпадает черный осадок.

Данная реакция была рассмотрена ранее в разделе альдегиды и кетоны. Напишите уравнения данной реакции для:

а) глицеринового альдегида, б) глюкозы.

Опыт 30. Открытие в моносахаридах гидроксильных групп

В две пробирки помещают раздельно по 1 мл 1 %-го раствора глюкозы и фруктозы. В обе пробирки добавляют 2–3 капли 10 %-го раствора едкого натра и перемешивают. Затем в каждую пробирку приливают одну каплю 1 %-го раствора сернокислой меди. Выделяющийся осадок гидроксида меди при встряхивании растворяется, и жидкость окрашивается в интенсивно синий цвет, что говорит об образовании алкоголятов меди. Растворы оставляют для следующего опыта.

31

Химизм реакции

Образование легкорастворимых, интенсивно окрашенных и не разлагаемых щелочью комплексов алкоголятов меди при взаимодействии растворов сахаров с гидроксидом двухвалентной меди доказывает наличие в молекулах сахаров нескольких гидроксильных групп, расположенных рядом:

CuSO4 + 2 NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4 .

Опыт 31. Восстанавливающие свойства моносахаридов

В растворы, оставшиеся от опыта 30, добавляют по каплям 5 %-й раствор сернокислой меди до образования помутнения. Пробирку осторожно нагревают. Если сахар окисляется, то синяя окраска раствора при нагревании переходит в зеленую и затем исчезает. Одновременно появляется желтый, красный или коричневый осадок.

Химизм реакции

Восстанавливающие свойства моносахаридов обусловлены тем, что моносахариды, как вещества, имеющие в своей структуре карбонильную группу, способны легко окисляться, восстанавливая при этом некоторые металлы (серебро, медь и др.) из их окисных соединений. Это свойство моносахаридов используется для их открытия в соответствующих качественных реакциях. Например, реакция серебряного зеркала (см. опыт 29).

32

При окислении моносахаридов гидроксидом меди в щелочной среде происходит образование сложной смеси водорастворимых веществ, преимущественно оксикислот. В результате образуются и яркоокрашенные нерастворимые продукты: гидроксид меди (I), оксид меди (I) или металлическая медь.

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4

2CuOH ––t→ Cu2O + H2O

красный осадок

Дисахариды, полисахариды

Опыт 32. Открытие гидроксильных групп в дисахаридах

В три пробирки помещают по 1 мл мальтозы, сахарозы, лактозы и добавляют по 2-3 капли 10 %-го раствора едкого натра, перемешивают и приливают в каждую пробирку одну каплю 1 %-го раствора сульфата меди. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций. Растворы оставляют для следующего опыта.

Опыт 33. Восстанавливающие свойства дисахаридов

В растворы предыдущего опыта добавляют по каплям 5 %-й раствор сульфата меди до образования помутнения, пробирки нагревают.

33

Химизм реакции

Восстанавливающие дисахариды, имеющие в своей молекуле свободный полуацетальный (гликозидный) гидроксил (т.е. свободную карбонильную группу), способны восстанавливать соединения двухвалентной меди в щелочном растворе. Сахароза в соответствии со своей структурой не обнаруживает в этих условиях восстановительных свойств и начинает постепенно окисляться с выделением желтого осадка гидроксида меди (I) лишь при длительном кипячении, что объясняется образованием моносахаридов в результате гидролиза.

Напишите уравнение реакции для любого из восстанавливающих дисахаридов.

Опыт 34. Гидролиз сахарозы (инверсия)

а) В две пробирки налейте раствор сахарозы, прибавьте в одну из них “фелинговую жидкость”, в другую аммиачный раствор оксида серебра. Восстанавливает ли сахароза эти вещества?

б) Налейте в пробирку раствор сахарозы, прилейте несколько капель соляной кислоты, прокипятите. Нейтрализуйте раствор щелочью. Разлейте раствор на две пробирки. В одну из них прибавьте “фелинговую жидкость”, нагрейте, в другую – аммиачный раствор оксида серебра, нагрейте. Что наблюдается? Написать уравнение гидролиза сахарозы, объясните различие в результатах опытов а) и б).

Опыт 35. Гидролиз крахмала

В шесть пробирок налейте по 5 мл йодной воды. В колбочку налейте 50 мл крахмального клейстера и добавьте 10 мл 10 %-й серной кислоты. С помощью стеклянной трубочки перенесите 3 капли клейстера в первую пробирку с йодной водой. Отметить окраску раствора.

Колбу с клейстером нагрейте до кипения и через каждые 2-3 минуты переносите по 3 капли клейстера в новую пробирку с йодной водой. Как изменяется окраска растворов? Объясните данные явления. Напишите уравнение реакции гидролиза крахмала.

Вконце опыта нейтрализуйте оставшийся в колбе раствор едким натром

идобавьте 3 мл “фелинговой жидкости”. Прокипятите. Что наблюдается? Какое вещество является конечным продуктом гидролиза крахмала?

34

Опыт 36. Растворение целлюлозы в медноаммиачном растворе (реактив Швейцера)

В пробирку наливают 3-4 мл медноаммиачного раствора (реактив Швейцера) и помещают кусочки фильтровальной бумаги или ваты.

Волокна целлюлозы при встряхивании быстро разъединяются и растворяются почти нацело, образуя очень вязкую жидкость. Около 1 мл прозрачного густого раствора целлюлозы отливают в другую пробирку, добавляют в нее 4-5 мл воды и выливают смесь в большую пробирку с 10-12 мл разбавленной соляной кислоты. Смесь сразу почти совсем обесцвечивается и выделяется свободная целлюлоза в виде белого студенистого осадка.

Медноаммиачный раствор, предложенный Швейцером, содержит в растворе комплексное основание [Cu(NH3)4]+2(OH-)2. Молекула целлюлозы (С6Н10О5)n построена из большого числа соединенных между собой остатков глюкозы, каждый из которых сохраняет по три свободных гидроксила, т. е.

[C6H7O2(OH)3]m.

При растворении целлюлозы атомы водорода двух из трех гидроксильных групп, замещаются атомы меди, а водород третьей гидроксильной группы ионизируется. Глюкозные остатки целлюлозы, сохраняя связь между собой, образуют анионы состава [C6H7O2(O2Cu)O]– и катионы водорода, которые связываются аммиаком.

Следовательно, раствор целлюлозы в медноаммиачном растворе содержит медь и в анионах и катионах. Изобразите строение аниона состава [C6H7O2(O2Cu)O]– c помощью проекционных формул Хеуорса и строение катиона.

Кислоты разрушают медные комплексы, связывая медь и аммиак. Получающаяся целлюлоза имеет тот же состав, но не имеет характерного для природной целлюлозы волокнистого строения и может быть получена в виде нитей желаемой толщины. Ранее в промышленности получали нити целлюлозы, выделяя ее из медноаммиачного раствора концентрированными растворами щелочей или солей. Это один из первых видов искусственного волокна называемого “аммиачный шелк”.