Углеводы

Углеводы являются полигидроксикарбонильными соединениями, исторически выделяемыми в самостоятельную группу. Большинство из них можно отнести к производным многоатомных спиртов, содержащих карбонильную группу (альдегидную или кетонную).

Углеводы наряду с жирами (липидами), белками и нуклеиновыми кислотами являются важнейшими химическими соединениями растительного и животного мира. Достаточно сказать, что около 12 % сухого веса любых организмов приходится на долю сахаристых веществ. Они присутствуют во всех частях животного организма (кровь, клеточная ткань, мозг, печень и т.д.). Например, гликоген – крахмал животного происхождения – может составлять до 20 % от общего веса печени. В одной бактериальной клетке присутствуют 4,2 млн молекул глюкозы и фруктозы, 1,8 млн молекул рибозы и 3,9 млн молекул дезоксирибозы. Согласно принятой классификации, углеводы подразделяют на две основные группы: моносахариды и полисахариды. Моносахариды, в свою очередь, по числу углеродных атомов разделяются на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д., а в зависимости от природы карбонильной группы, которая входит в их состав, они делятся на альдозы и кетозы.

Полисахариды – это конденсационные полимеры моносахаридов с отщеплением молекул воды. Так, сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁ – конденсационный димер глюкозы С₆Н₁₂О₆ и фруктозы С₆Р₁₂О₆. Полисахариды, в свою очередь, делятся на низкомолекулярные (или сахароподобные) и высокомолекулярные (или несахароподобные). Среди сахароподобных полисахаридов важны дисахариды, часто встречающиеся в природе: сахароза, мальтоза, целлобиоза, лактоза. Дисахариды, как и моносахариды, легко растворяются в воде, из которой выделяются в виде кристаллов. Они сладки на вкус. Полимеры моносахаридов с большим молекулярным весом лишены физических свойств сахаристых веществ и не обладают сладким вкусом.

Лабораторная работа № 8

Цель: изучить некоторые химические свойства моно- и полисахаридов.

Опыт 1.Доказательство наличия нескольких гидроксильных групп

в глюкозе

В пробирку налейте 2 мл 1 %-ного раствора глюкозы, 1 мл 10 %-ного раствора едкого натра и по каплям (2-3 капли) при встряхивании добавьте 5 %-ный раствор сульфата меди. Образовавшийся вначале гидроксид меди немедленно растворяется и получается прозрачный раствор сахарата меди со слабой синей окраской. Полученный раствор оставьте для следующего опыта.

Вопросы

1. Какой структурный фрагмент в молекуле глюкозы обуславливает ее участие в растворении осадка?

2. Напишите схему реакции образования комплексной соли иона меди (II) с диольным фрагментомD-глюкозы.

Опыт 2.Окисление моносахаридов гидроксидом меди (II) в щелочной среде

Полученный в предыдущем опыте щелочной раствор сахарата меди осторожно нагрейте на пламени спиртовки до начала кипения. Окисление глюкозы до глюконовой кислоты сопровождается переходом синего цвета раствора в зелёный и выделением вначале осадка гидроксида меди (I), переходящего затем в красный осадок оксида меди (I).

Вопросы

1. Напишите схему реакции окисления глюкозы гидроксидом меди (II).

2. Чем объясняется наличие восстановительных свойств у глюкозы?

Опыт 3.Окисление моносахаридов аммиачным раствором оксида

серебра (реакция «серебряного зеркала»)

В чисто вымытую пробирку прилейте 1 мл аммиачного раствора оксида серебра, 1 мл 1 %-ного раствора глюкозы и поместите в стакан с горячей водой. Через некоторое время (5-10 мин.) наблюдается выделение серебра в виде зеркального слоя, либо в виде чёрного осадка серебра.

Вопросы

1. Напишите схему окисления D-глюкозы по реакции «серебряного зеркала».

2. Какая функциональная группа молекулы глюкозы проявляет восстановительные свойства?

Опыт 4.Образование озазона глюкозы

В пробирку налейте 3 мл 5 %-ного раствора глюкозы и 3 мл уксуснокислого фенилгидразина. Пробирку поместите в кипящую водяную баню на 10-15 минут и периодически встряхивайте. Когда начнут появляться жёлтые кристаллы фенилгидразона, прекратите нагревание, пробирку закрепите на штативе. Выпадают жёлтые кристаллы озазона. Тот же озазон образуют фруктоза и манноза.

Вопросы

1. Напишите схему реакции взаимодействия D-глюкозы с фенилгидразином. К какому типу превращений она относится?

Опыт 5.Окисление дисахаридов гидроксидом меди (II) в щелочной среде

В пробирку налейте 1 мл 5 %-ного раствора мальтозы, в другую – 1 мл 5 %-ного раствора сахарозы, затем в каждую пробирку добавьте по 1 мл 10 %-ного раствора едкого натра и несколько капель 5% раствора сульфата меди. Осторожно нагрейте пробирки над пламенем горелки до момента кипения.

Вопросы

1. Приведите строение мальтозы и сахарозы. Какую конфигурацию имеют аномерные атомы углерода в остатках D-глюкозы иD-фруктозы?

2. Объясните причину отсутствия восстановительных свойств у молекулы сахарозы.

Опыт 6.Гидролиз сахарозы

Налейте в пробирку 1 мл 5 %-ного раствора сахарозы, добавьте 4-5 капель 10 %-ного раствора серной кислоты и кипятите 2-3 минуты на пламени спиртовки. Охладите раствор и прибавьте к нему 1 мл 10 %-ного раствора едкого натра, несколько капель 5 %-ного раствора сульфата меди и нагрейте смесь над пламенем спиртовки. Отметьте происходящие изменения.

Гидролиз сахарозы называется инверсией, так как при этом происходит изменение знака вращения плоскополяризованного луча света (сахароза вращает вправо, а смесь глюкозы и фруктозы – влево).

Опыт 7.Качественная реакция на крахмал

Налейте в пробирку 1-2 капли крахмального клейстера и добавьте 0,5 мл воды. Добавьте каплю сильно разбавленной иодной воды. Раствор становится синим (иодокрахмальная реакция). Нагрейте пробирку, при этом происходит обесцвечивание ее содержимого. При охлаждении пробирки (под струёй воды) окрашивание появляется вновь.

Вопросы

1. Какой дисахарид является структурным фрагментом амилозы крахмала? Какой вид связи осуществляется в этом дисахариде между моносахаридными остатками?

2. Какова причина появления синей окраски раствора амилозы при добавлении иода?

Опыт 8.Гидролиз крахмала

При гидролизе крахмала идёт его постепенное расщепление на декстрины, которые дают с иодом различно окрашенные продукты. Предпоследним продуктом гидролиза является мальтоза, последним – глюкоза, которые не изменяют окраски иода. Их присутствие устанавливается по восстановлению гидроксида меди (II) в щелочной среде.

Приготовьте 10 пробирок с 5 каплями разбавленной иодной воды в каждой. В колбочке смешайте 30-40 мл 1 %-ного крахмального клейстера с 5-10 мл 10 %-ного раствора серной кислоты и нагревайте смесь на закрытой плитке. Через каждые 1-2 минуты после начала кипения отбирайте пробы на йод, не забывая промывать пипетку после каждой пробы. Отмечайте изменение окраски йода. После того как в очередной пробе окраска на изменилась, нагревание прекратите .

(С₆Н₁₀О₅)_n+nH₂O→ (C₆H₁₀O₅)_m→C₁₂H₂₂O₁₁→C₆H₁₂O₆

крахмал декстрины мальтоза глюкоза

К охлаждённому раствору добавьте несколько капель 10 %-ного раствора едкого натра и несколько капель 5 %-ного раствора сульфата меди и нагрейте. Наблюдается образование оксида меди (I), подтверждающее присутствие в гидролизате глюкозы.

ЛИПИДЫ

Липиды – природные неполярные соединения, не растворимые в воде. В класс липидов попадает обширная группа соединений, имеющих разную структуру и биологические функции. В структурном отношении большинство липидов являются сложными эфирами жирных кислот и разнообразных спиртов.

Лабораторная работа № 9

Цель: изучить химический состав представителей простых и сложных липидов

Опыт 1.Обнаружение глицерина в жирах (акролеиновая проба)

В пробирку внесите 2-3 капли масла (жира) и прибавьте 100-200 мг безводного сульфата магния. Нагрейте пробирку осторожно, но сильно (ТЯГА!) до появления белых густых паров. Отметьте (осторожно!) резкий раздражающий запах акролеина. Если в этот пар внести кусочек фильтровальной бумаги, смоченной аммиачным раствором оксида серебра, то бумага почернеет вследствие выделения металлического серебра (качественная реакция на альдегид).

Вопросы

1. Приведите строение молекулы триглицерида трипальмитина.

2. Чем отличаются по химическому строению жидкие жиры от твёрдых? Приведите примеры.

3. Какие химические превращения протекают в ходе акролеиновой пробы? Напишите схемы реакции.

Опыт 2.Омыление жиров

В небольшую фарфоровую чашку поместите 0,5 мл касторового масла и 4 капли 35 %-ного раствора едкого натра. Стеклянной палочкой хорошо размешайте щёлочь с маслом до получения однородной эмульсии. Затем поставьте чашку на плитку и при незначительном подогревании продолжайте помешивать, пока не получится однородная, прозрачная, слегка желтоватая жидкость. Затем добавьте 2 мл дистиллированной воды и вновь нагрейте, тщательно перемешивая до полного упаривания воды. Получается кусочек твёрдого белого мыла.

Вопросы

1. В чем заключается сущность реакции омыления? Напишите реакцию щелочного гидролиза диолеопальмитина. Какие продукты реакции являются мылом?

2. Почему мясной бульон иногда может иметь привкус мыла?

Опыт 3.Выделение и анализ сложного липида (лецитина)

Все опыты выполнять в вытяжном шкафу!

А) выделение лецитина из яичного желтка

¼ часть яичного желтка поместите в пробирку, добавьте 10 мл кипящего спирта и тщательно перемешайте содержимое пробирки палочкой в течение 5-10 минут. Затем жидкость отфильтруйте в сухую пробирку, осадок на фильтре промойте 5 мл кипящего спирта. Фильтрат поместите в фарфоровую чашку и выпарите досуха. Остаток используйте для выявления составных компонентов лецитина.

Б) обнаружение азота

К осадку лецитина в пробирке добавьте кусочек металлического натрия величиной с горошину. Смесь осторожно нагрейте на небольшом пламени до плавления натрия, после чего нагревание продолжите до разложения вещества (процесс иногда сопровождается вспышкой!). Нагревание продолжите ещё 1-2 минуты, доведя пробирку до слабо-красного каления. Раскалённую пробирку опустите в ступку с водой (5 мл), от быстрого охлаждения пробирка растрескивается, а её содержимое остаётся в воде. Кусочки плава хорошо измельчите и отфильтруйте. К раствору добавьте на кончике скальпеля немного сульфата железа (II), смесь осторожно нагрейте до кипения, кипятите 1-2 минуты, затем охладите и добавьте несколько капель 10 %-ного раствора соляной кислоты до кислой реакции. Выпадает синий осадок берлинской лазури. Если азота в исходном материале мало, то жидкость приобретает зелёно-синюю окраску, и осадок выделяется лишь после стояния.

Лецитин + Na → NaCN + продукты распада

2NaCN + FeSO₄ → Fe(CN)₂ + Na₂SO₄

Fe(CN)₂ + 4NaCN → Na₄[Fe(CN)₆]

3Na₄Fe(CN)₆ + 2Fe₂(SO₄)₃ → Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 6Na₂SO₄

берлинская лазурь

В) обнаружение фосфора

Осадок лецитина перенесите в пробирку и тщательно смешайте с двукратным количеством смеси, состоящей из двух частей углекислого натрия и одной части нитрата калия. Пробирку осторожно нагрейте. Реакция идёт бурно и сопровождается небольшой вспышкой. При разложении лецитина образуется триметиламин, обнаруживаемый по посинению лакмусовой бумажки, которую держите у отверстия пробирки.

После охлаждения пробирки серовато-белую золу растворите в 10 %-ном растворе азотной кислоты. С полученным раствором проведите качественную реакцию на фосфорную кислоту с помощью молибдата аммония, для чего к 2 мл молибденового реактива прибавьте небольшими порциями испытуемый раствор. Смесь слегка нагрейте. Образуется жёлто-зелёный осадок фосфоромолибдата аммония.

(NH₄)₂MoO₄ + 2HNO₃ → H₂MoO₄ + 2NH₄NO₃

H₃PO₄ + 12H₂MoO₄ → H₃PO₄•12MoO₃ + 12H₂O

H₃PO₄ +12MoO₃ + NH₄NO₃ → (NH₄)₃PO₄•12MoO₃ + 3HNO₃

Вопросы

1. Какие липиды относятся к группе сложных?

2. Приведите общую структурную формулу лецитина.