Моносахарид глюкоза обладает химическими свойствами спиртов и альдегидов.
Реакции глюкозы по спиртовым группам
Глюкоза взаимодействует с карбоновыми кислотами или их ангидридами с образованием сложных эфиров. Например, с ангидридом уксусной кислоты:
Как многоатомный спирт глюкоза реагирует с гидроксидом меди(II) с образованием ярко-синего раствора гликозида меди(II):
Реакции глюкозы по альдегидной группе
Реакция «cеребряного зеркала»:
Окисление глюкозы гидроксидом меди(II) при нагревании в щелочной среде:
При действии бромной водой глюкоза также окисляется в глюконовую кислоту.
Окисление глюкозы азотной кислотой приводит к двухосновной сахарной кислоте:
Восстановление глюкозы в шестиатомный спирт сорбит:
Cорбит содержится во многих ягодах и фруктах.
Сорбит в растительном мире
Три вида брожения глюкозы под действием различных ферментов
Спиртовое брожение:
Молочнокислое брожение:
Маслянокислое брожение:
Реакции дисахаридов
Гидролиз сахарозы в присутствии минеральных кислот (Н2SO4, НСl, Н2СО3):
Окисление мальтозы (восстанавливающего дисахарида), например реакция «серебряного зеркала»:
Реакции полисахаридов
Гидролиз крахмала в присутствии кислот или ферментов может протекать ступенчато. В разных условиях можно выделить различные продукты – декстрины, мальтозу или глюкозу:
Крахмал дает синее окрашивание с водным раствором йода. При нагревании окраска исчезает, а при охлаждении появляется снова. Йодкрахмальная реакция является качественной реакцией крахмала. Считают, что йодистый крахмал представляет собой соединения включения-внедрения йода во внутренние канальцы молекул крахмала.
Гидролиз целлюлозы в присутствии кислот:
Нитрование целлюлозы концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты. Из трех возможных нитроэфиров (моно-, ди- и тринитроэфиров) целлюлозы в зависимости от количества азотной кислоты и температуры проведения реакции образуется преимущественно один из них. Например, образование тринитроцеллюлозы:
Тринитроцеллюлозу, называемую пироксилином, применяют в производстве бездымного пороха.
Ацетилирование целлюлозы реакцией с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот:
Из триацетилцеллюлозы получают искусственное волокно – ацетатное.
Целлюлоза растворяется в медноаммиачном реактиве – растворе [Cu(NH3)4](OH)2 в концентрированном аммиаке. При подкислении такого раствора в специальных условиях получают целлюлозу в виде нитей. Это – медноаммиачное волокно.
При действии на целлюлозу щелочи и затем сероуглерода образуется ксантогенат целлюлозы:
Из щелочного раствора такого ксантогената получают целлюлозное волокно – вискозное.
Применение целлюлозы
УПРАЖНЕНИЯ.
1. Приведите уравнения реакций, в которых глюкоза проявляет: а) восстановительные свойства; б) окислительные свойства.
2. Приведите два уравнения реакций брожения глюкозы, в ходе которых образуются кислоты.
4. Глюкозу подвергли осторожному окислению бромной водой. Образовавшееся соединение нагрели с метиловым спиртом в присутствии серной кислоты. Напишите уравнения химических реакций и назовите получившиеся продукты.
5. Сколько граммов глюкозы было подвергнуто спиртовому брожению, протекающему с выходом 80%, если для нейтрализации образовавшегося при этом оксида углерода(IV) потребовалось 65,57 мл 20%-го водного раствора гидроксида натрия (плотность 1,22 г/мл)? Сколько граммов гидрокарбоната натрия при этом образовалось?
6. С помощью каких реакций можно отличить: а) глюкозу от фруктозы; б) сахарозу от мальтозы?
8. Чем объясняется появление синей окраски при действии на крахмал раствора йода?
9. С помощью каких реакций можно различить глюкозу, сахарозу, крахмал и целлюлозу?
10. Приведите формулу сложного эфира целлюлозы и уксусной кислоты (по трем группам ОН структурного звена целлюлозы). Назовите этот эфир. Где используют ацетаты целлюлозы?
11. Какой реактив используют для растворения целлюлозы?
Ответы на упражнения к теме 2
Урок 37
1. а) Восстановительные свойства глюкозы в реакции с бромной водой:
б) Окислительные свойства глюкозы в реакции каталитического гидрирования альдегидной группы:
2. Брожение глюкозы с образованием органических кислот:
5. Рассчитаем массу NaOH в 20%-м растворе объемом 65,57 мл:
Уравнение реакции нейтрализации с образованием NaHCO3:
В реакции (1) расходуется m(CO2) = х = 16•44/40 = 17,6 г, причем образуется m(NaHCO3) = y = 16•84/40 = 33,6 г.
Реакция спиртового брожения глюкозы:
C учетом выхода 80% в реакции (2) теоретически должно образоваться:
Масса глюкозы: z = 180•22/(2•44) = 45 г.
6. Отличить: а) глюкозу от фруктозы и б) сахарозу от мальтозы можно с помощью реакции «серебряного зеркала». Глюкоза и мальтоза дают осадок серебра в этой реакции, а фруктоза и сахароза не реагируют.
7. Из данных задачи следует, что искомое вещество содержит альдегидную группу и одинаковое число атомов С и О. Это может быть углевод СnH2nOn. Уравнения реакций его окисления и горения:
Из уравнения реакции (1) молярная масса углевода:
x = 18•232/23,2 = 180 г/моль,
8. При действии на крахмал раствора йода образуется новое цветное соединение. Этим объясняется появление синей окраски.
9. Из набора веществ: глюкоза, сахароза, крахмал и целлюлоза – глюкозу определим по реакции «серебряного зеркала». Крахмал различим по синему окрашиванию с водным раствором йода. Сахароза очень хорошо растворима в воде, тогда как целлюлоза нерастворима. К тому же сахароза легко гидролизуется даже под действием угольной кислоты при 40–50 °С с образованием глюкозы и фруктозы. Этот гидролизат дает реакцию «серебряного зеркала». Для гидролиза целлюлозы требуется длительное кипячение в присутствии серной кислоты.
Моносахарид глюкоза обладает химическими свойствами спиртов и альдегидов.
Реакции глюкозы по спиртовым группам
Глюкоза взаимодействует с карбоновыми кислотами или их ангидридами с образованием сложных эфиров. Например, с ангидридом уксусной кислоты:
Как многоатомный спирт глюкоза реагирует с гидроксидом меди(II) с образованием ярко-синего раствора гликозида меди(II):
Реакции глюкозы по альдегидной группе
Реакция «cеребряного зеркала»:
Окисление глюкозы гидроксидом меди(II) при нагревании в щелочной среде:
При действии бромной водой глюкоза также окисляется в глюконовую кислоту.
Окисление глюкозы азотной кислотой приводит к двухосновной сахарной кислоте:
Восстановление глюкозы в шестиатомный спирт сорбит:
Cорбит содержится во многих ягодах и фруктах.
Сорбит в растительном мире
Три вида брожения глюкозы под действием различных ферментов
Спиртовое брожение:
Молочнокислое брожение:
Маслянокислое брожение:
Реакции дисахаридов
Гидролиз сахарозы в присутствии минеральных кислот (Н2SO4, НСl, Н2СО3):
Окисление мальтозы (восстанавливающего дисахарида), например реакция «серебряного зеркала»:
Реакции полисахаридов
Гидролиз крахмала в присутствии кислот или ферментов может протекать ступенчато. В разных условиях можно выделить различные продукты – декстрины, мальтозу или глюкозу:
Крахмал дает синее окрашивание с водным раствором йода. При нагревании окраска исчезает, а при охлаждении появляется снова. Йодкрахмальная реакция является качественной реакцией крахмала. Считают, что йодистый крахмал представляет собой соединения включения-внедрения йода во внутренние канальцы молекул крахмала.
Гидролиз целлюлозы в присутствии кислот:
Нитрование целлюлозы концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты. Из трех возможных нитроэфиров (моно-, ди- и тринитроэфиров) целлюлозы в зависимости от количества азотной кислоты и температуры проведения реакции образуется преимущественно один из них. Например, образование тринитроцеллюлозы:
Тринитроцеллюлозу, называемую пироксилином, применяют в производстве бездымного пороха.
Ацетилирование целлюлозы реакцией с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот:
Из триацетилцеллюлозы получают искусственное волокно – ацетатное.
Целлюлоза растворяется в медноаммиачном реактиве – растворе [Cu(NH3)4](OH)2 в концентрированном аммиаке. При подкислении такого раствора в специальных условиях получают целлюлозу в виде нитей. Это – медноаммиачное волокно.
При действии на целлюлозу щелочи и затем сероуглерода образуется ксантогенат целлюлозы:
Из щелочного раствора такого ксантогената получают целлюлозное волокно – вискозное.
Применение целлюлозы
УПРАЖНЕНИЯ.
1. Приведите уравнения реакций, в которых глюкоза проявляет: а) восстановительные свойства; б) окислительные свойства.
2. Приведите два уравнения реакций брожения глюкозы, в ходе которых образуются кислоты.
4. Глюкозу подвергли осторожному окислению бромной водой. Образовавшееся соединение нагрели с метиловым спиртом в присутствии серной кислоты. Напишите уравнения химических реакций и назовите получившиеся продукты.
5. Сколько граммов глюкозы было подвергнуто спиртовому брожению, протекающему с выходом 80%, если для нейтрализации образовавшегося при этом оксида углерода(IV) потребовалось 65,57 мл 20%-го водного раствора гидроксида натрия (плотность 1,22 г/мл)? Сколько граммов гидрокарбоната натрия при этом образовалось?
6. С помощью каких реакций можно отличить: а) глюкозу от фруктозы; б) сахарозу от мальтозы?
8. Чем объясняется появление синей окраски при действии на крахмал раствора йода?
9. С помощью каких реакций можно различить глюкозу, сахарозу, крахмал и целлюлозу?
10. Приведите формулу сложного эфира целлюлозы и уксусной кислоты (по трем группам ОН структурного звена целлюлозы). Назовите этот эфир. Где используют ацетаты целлюлозы?
11. Какой реактив используют для растворения целлюлозы?
Ответы на упражнения к теме 2
Урок 37
1. а) Восстановительные свойства глюкозы в реакции с бромной водой:
б) Окислительные свойства глюкозы в реакции каталитического гидрирования альдегидной группы:
2. Брожение глюкозы с образованием органических кислот:
5. Рассчитаем массу NaOH в 20%-м растворе объемом 65,57 мл:
Уравнение реакции нейтрализации с образованием NaHCO3:
В реакции (1) расходуется m(CO2) = х = 16•44/40 = 17,6 г, причем образуется m(NaHCO3) = y = 16•84/40 = 33,6 г.
Реакция спиртового брожения глюкозы:
C учетом выхода 80% в реакции (2) теоретически должно образоваться:
Масса глюкозы: z = 180•22/(2•44) = 45 г.
6. Отличить: а) глюкозу от фруктозы и б) сахарозу от мальтозы можно с помощью реакции «серебряного зеркала». Глюкоза и мальтоза дают осадок серебра в этой реакции, а фруктоза и сахароза не реагируют.
7. Из данных задачи следует, что искомое вещество содержит альдегидную группу и одинаковое число атомов С и О. Это может быть углевод СnH2nOn. Уравнения реакций его окисления и горения:
Из уравнения реакции (1) молярная масса углевода:
x = 18•232/23,2 = 180 г/моль,
8. При действии на крахмал раствора йода образуется новое цветное соединение. Этим объясняется появление синей окраски.
9. Из набора веществ: глюкоза, сахароза, крахмал и целлюлоза – глюкозу определим по реакции «серебряного зеркала». Крахмал различим по синему окрашиванию с водным раствором йода. Сахароза очень хорошо растворима в воде, тогда как целлюлоза нерастворима. К тому же сахароза легко гидролизуется даже под действием угольной кислоты при 40–50 °С с образованием глюкозы и фруктозы. Этот гидролизат дает реакцию «серебряного зеркала». Для гидролиза целлюлозы требуется длительное кипячение в присутствии серной кислоты.
Влечение к употреблению сладкого – довольно распространённая среди людей зависимость. Привычка пище с высоким содержанием сладких, или нейтральных на вкус простых углеводов (картофель, макароны, белый хлеб, рафинированные злаки) зачастую формируется в раннем детстве. Именно деформация питания с преобладанием в рационе углеводов провоцирует наблюдаемый в последние годы рост числа так называемых болезней цивилизации (ожирение, диабет, гипертония, кариес).
Современные заменители сахара разрабатываются на основе последних достижений клинической нутрициологии, выпускаются с использованием инновационных производственных технологий, что обеспечивает получение безопасных для здоровья сахарозаменителей. Сахарозаменители не содержат глюкозы, следовательно, при употреблении в пищу не стимулируют выработку инсулина, что позволяет активно использовать их для заместительного подслащивания продуктов, предназначенных к употреблению больными сахарным диабетом, ожирением и другими патологиями, при которых рекомендуется избегать «инсулиновых пиков».
Сахарозаменители должны соответствовать следующим требованиям:
1. Приятный сладкий вкус и отсутствие нежелательного послевкусия.
2. Безвредность для организма человека.
3. Отсутствие влияния на углеводный обмен.
4. Хорошая растворимость в воде (быстрое и полное растворение).
5. Стойкость к кулинарной обработке (температуре).
Какие бывают заменители сахара
Вещества не обладающие, или почти не обладающие энергетической ценностью и метаболизирующиеся без участия инсулина, не влияющие на уровень сахара крови, называют подсластителями.
При оценке степени сладости сахарозамещающих веществ сравнивают их пороговые (минимальные) концентрации, при которых начинает ощущаться сладкий вкус.
Так, сладкий вкус при использовании сахара чувствуется при его содержании в стакане воды в количестве 700 мг. А сладость при использовании сахарина при 1,6 мг (то есть сахарин в 400 раз слаще сахара)
Также используют коэффициент сладости; у сахарозы он равен 1, у глюкозы 0,81, у фруктозы 1,73 (это наиболее сладкий сахар из всех естественных сахаров)
Натуральные сахарозаменители
Фруктоза. Является углеводом. Природные источники: ягоды, фрукты, мед. Коэффициент сладости 1,2-1,7. На треть менее калорийна, чем сахар. В значительно меньшей степени влияет на уровень глюкозы крови, поэтому в умеренных количествах допустимо употребление людьми, страдающими сахарным диабетом. Однако даже полная замена сахара на фруктозу в рационе не исключает угрозу возникновения ожирения. Также рассматривается вопрос о том, что пищевой режим с высоким содержанием фруктозы и одновременным дефицитом магния, может служить фактором, способствующим развитию метаболического синдрома с ожирением, гипертонией и резистентностью тканей к инсулину. Суточная доза не более 30-40 г в сутки.
Мёд. Является инертным сахаром. Включает в свой состав фруктозу, глюкозу, мальтозу, галактозу, лактозу, триптофан и алитам.
Эритрит. Или «дынный сахар» – заменитель сахара, получаемый из природных источников. Внешне очень похож на кристаллический сахар. Уровень сладости эритрита составляет около 70% от уровня обычного сахара. При этом калорийность на 95 % ниже, чем у сахара. Не вызывает кариес, метаболизируются без участия инсулина. Оказывает положительное влияние на углеводный обмен и снижает показатели оксидативного стресса. Часто используется в комбинациях с другими подсластителями, так как эффективно корректирует специфические вкусовые оттенки и нежелательное послевкусие, свойственные некоторым подслащивающим веществам. На сегодняшний момент эритриол заслуженно считается «золотым стандартом» сахарозаменителей и подсластителей.
Синтетические подсластители
В подавляющем большинстве не имеют энергетической ценности, и не усваиваются организмом человека. Ассортимент подсластителей этого класса постоянно обновляется и расширяется благодаря использованию наукоемких инновационных технологий производства и химического синтеза.
Ацесульфам калия. Торговое наименование – «Sweet One». Коэффициент сладости 200. В безалкогольных напитках, особенно за рубежом, широко применяется смесь ацесульфама калия с аспартамом. Детям, беременным и кормящим женщинам употреблять не рекомендуется.Максимально допустимая суточная доза 1,0 г.
Сахарин. Коэффициент сладости 400-450. Торговые наименования: Сукразит, Милфорд Зус, Сладис. Организмом не усваивается. Входит в состав многих таблетированных сахарозаменителей. Предполагается, что сахарин обладает канцерогенной активностью и оказывает неблагоприятное влияние на течение желчекаменной болезни; как побочный эффект после его употребления нередко дебютирует «синдром беспокойных ног» проявляющийся неприятными ощущениями покалывания в области голеней, стоп. Максимально допустимая суточная доза 0,2 г.
Цикламат. Коэффициент сладости 50. Торговое наименование – Цукли. Чаще всего используется соли цикламата (цикламат натрия, цикламат кальция) и цикламатовая кислота. Цикламат обычно не используют в чистом виде, а добавляют в состав комплексных таблетированных сахарозаменителей. Все цикламаты легко растворяются в воде и термически устойчивы, могут использоваться в процессе приготовления горячих блюд. Противопоказаниями к его употреблению являются заболевания почек, период беременности и лактации. Цикламат натрия нежелательно употреблять людям с артериальной гипертензией. С 1969 года цикламат и его производные запрещёны к применению в США и ряде европейских стран из-за подозрения, что они провоцируют почечную недостаточность. На территории Российской Федерации запрета на использование цикламата нет, более того, цикламат – один из наиболее часто использующихся подсластителей, что, возможно, обьясняется его низкой ценой. Суточная доза не должна превышать 11 мг/кг массы тела
Сукралоза. Производное сахарозы. Коэффициент сладости 600. Торговое наименование – Спленда. Не влияет на уровень глюкозы в крови и не участвует в углеводном обмене; может использоваться беременными, кормящими матерями и детьми. Максимально допустимая суточная доза 18 мг/кг массы тела.
Ксилит. Получают из отходов переработки кукурузы и хлопковых семян. Коэффициент сладости 1,0. Энергетическая ценность и сладость аналогичны сахару, однако, ксилит не оказывает разрушительного влияния на состояние эмали зубов, предотвращает развитие кариеса, потому входит в состав некоторых зубных паст и жевательных резинок. Повышает секрецию желудочного сока, обладает желчегонным и слабительным действиями.
Максимально допустимая суточная доза 40-50 г в сутки.
Сорбит. Многоатомный спирт натурального происхождения. Содержится в плодах рябины, яблоках, абрикосах. Коэффициент сладости 0,6, в 4 раза менее калориен, нежели сахар. Иногда сорбит добавляют в соки и прохладительные напитки в качестве консерванта.
Рекомендуется не превышать рекомендованные безопасные дозы употребления сахарозаменителей и подсластителей. Синтетические подсластители активно применяются в питании людей менее 100 лет, в последние десятилетия активно синтезируются новые формы подслащивающих веществ. Можно сказать, что период накопления доказательной базы по безопасности подсластителей еще не завершен. При этом, подсластители «первого поколения», синтезированные в начале и середине прошлого века (цикламаты и сахарин), по степени сладости и вкусовым качествам значительно уступают подсластителями нового поколения (аспартам, сукралоза, ацесульфам калия) как по органолептическим показателям, так и по количеству побочных эффектов.
Желательно использовать в своем питании сахарозаменители только эпизодически, в составе рациона со сниженным содержанием простых углеводов. При ежедневном, бесконтрольном употреблении подсластителей возрастает риск развития и закрепления неадекватной оценки калорийности простых углеводов, что нередко приводит к перееданию и прогрессии ожирения.
Глюкоза взаимодействует с карбоновыми кислотами или их ангидридами с образованием сложных эфиров. Например, с ангидридом уксусной кислоты:
-броммасляной кислоты (
(NaOH)•m(20%-й NaOH) = w•
•V = 0,2•1,22•65,57 = 16,0 г.
Глюкоза взаимодействует с карбоновыми кислотами или их ангидридами с образованием сложных эфиров. Например, с ангидридом уксусной кислоты:
-броммасляной кислоты (
(NaOH)•m(20%-й NaOH) = w•
•V = 0,2•1,22•65,57 = 16,0 г.
