Биология для учителя

Химические свойства глюкозы

Слово «глюкоза» имеет общий корень с названием трёхатомного спирта глицерина и происходит от греческого прилагательного  glykys  — сладкий. Глюкоза - вещество органической природы, т.е. соединение, в состав которого как одни из главных составляющих входят атомы (либо атом) углерода.

Общая характеристика

Глюкоза содержится в живых организмах и служит для преобразования в энергию. Дополнительное название – виноградный сахар. Происходит от названия винограда – растения, плоды которого содержат, как и многие ягоды и фрукты, значительное количество глюкозы – 30% от общей массы. Глюкоза принадлежит к группам гексоз – шестиатомных моносахаров, гидроксиальдегидов – веществ с гидроксильными и альдегидными группами.

История…

Процесс получения глюкозы исследовал французский химик Соссюр. Он выяснил, что крахмал подвергается гидролизу, при котором разрушаются связи между углеводными фрагментами, причём на каждый разрыв расходуется по одной молекуле воды. Также было обнаружено, что конфеты, производимые из сиропов глюкозы, не такие сладкие, как те, что получают из сахарозы. Поэтому в Германии и других странах Европы было организовано производство глюкозы.

В 1923 году в США Уильям Б. Ньюкирк запатентовал промышленный способ получения глюкозы. Этот способ отличался тщательным контролем условий кристаллизации, благодаря чему глюкоза выпадала из раствора в виде чистых, крупных кристаллов.

Физические свойства

• Глюкоза — бесцветное кристаллическое вещество без запаха. Обладает сладким вкусом.
• D-глюкоза представлена в виде трёх кристаллических форм: безводной α-D-глюкопиранозы, моногидрата α-D-глюкопиранозы и безводной β-D-глюкопиранозы. Безводные формы имеют орторомбические кристаллы, а гидрат — моноклинные. Все три формы отличаются температурой плавления: α-аномер плавится при 146 °C, его моногидрат — при 83 °C, β-аномер — при 148–150 °C.
• Аномеры D-глюкопиранозы оптически активны: удельное вращение α-аномера составляет +112,2°, β-аномера — +18,9°. Оба аномера при растворении претерпевают мутаротацию, то есть превращаются в равновесную смесь, состоящую из 62 % β-аномера и 38 % α-аномера. Удельное вращение этой смеси составляет +52,7°.

Получение

• Производство глюкозных сиропов
• Кислотный гидролиз крахмала
• Ферментативный гидролиз крахмала
• Производство общего сахара
• Производство кристаллической глюкозы

Химические свойства глюкозы

1.   Специфические свойства

Ферментативное брожение происходит в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. В зависимости от природы действующего фермента различают реакции следующих видов: 

А) Спиртовое брожение- вид   брожения , при котором углеводы, преимущественно  глюкоза , преобразуются в молекулы этанола и углекислого газа.

C 6 H 12 O 6  → 2C 2 H 5 -OH + 2CO 2 ↑  

Б) Молочнокислое   брожение   — процесс анаэробного окисления углеводов, конечным продуктом при котором выступает  молочная  кислота.

2С6Н12О6 —» СНзСНОНСООН + СООНСН2СН2СООН + СНзСООН

В) Маслянокислое брожение- биохимический процесс, тип  брожения , характеризующийся анаэробным окислением сахара под действием  маслянокислых  бактерий с образованием масляной кислоты ,углекислого газа CO2 и водорода H2. 

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

2.Свойства альдегидов  

А)Реакция серебряного зеркала- это  реакция  восстановления  серебра  из аммиачного раствора оксида  серебра  (реактив Толленса).

СH 2 OH(CHOH) 4 -COH + Ag 2 O  t.NH3 → СH 2 OH(CHOH) 4 -COOH + 2Ag↓

Б)  Окисление гидроксидом меди (II)- Происходит при нагревании альдегидов со свежеосажденным гидроксидом меди, при этом  образуется красно-кирпичный осадок оксида меди (I)  Cu 2 O. Это — одна из  качественных реакций на альдегиды .

СH 2 OH(CHOH) 4 -COH + 2Cu(OH) 2   t  → СH 2 OH(CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O + 2H 2 O

В)Восстановление:   

СH 2 OH(CHOH) 4 -COH + H 2   t,Ni  → СH 2 OH(CHOH) 4 -CH 2 OH                              

3)Свойства многоатомных спиртов

А)Образование простых эфиров со спиртами

При действии метилового спирта в присутствии газообразного хлористого водорода атом водорода гликозидного гидроксила замещается на метильную группу.

Б)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.  

Биологическая роль

В организме человека и животных глюкоза является основным и наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов.

Глюкоза депонируется у животных в виде гликогена, у растений — в виде крахмала, полимер глюкозы — целлюлоза является основной составляющей клеточных оболочек всех высших растений.

Применение

• В медицине

• Глюкозу используют при интоксикации;
• Глюкозу используют для целей регидратации
• организма, как источник углеводов;
• Также препараты на основе глюкозы и сама глюкоза используются эндокринологами при определении наличия и типа сахарного диабета у человека;

• В пищевой промышленности:

• В пищевой промышленности глюкоза применяется при выпечке хлеба, а также при производстве сгущённого молока и мороженого;

• В сельском хозяйстве:

• В сельском хозяйстве глюкоза, зачастую, применяется для подкормки пчёл.

• В химической промышленности