Контрольные вопросы
1. Напишите уравнение гидролиза мальтозы. К какому типу дисахаридов относится мальтоза?
2. После обработки тростникового сахара раствором Н2SО4 образовалась смесь моносахаридов. Напишите их формулы.
3. Почему сахароза (пищевой сахар) не дает реакции серебряного зеркала, а мальтоза дает?
4. Какими реакциями можно отличить глюкозу от сахарозы?
Тема 19 полисахариды
Полисахариды представляют собой высокомолекулярное соединение (молекулярная масса от 20 тыс. до 1 млн и выше), построенное по типу дисахаридов. При полном гидролизе полисахаридов образуются монозы. Полисахариды, которые образуют одну монозу, называются гомополисахаридами. Полисахариды, которые образуют смесь двух или более моноз, называются гетерополисахаридами.
К гомополисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза.
К гетерополисахаридам – камеди и многочисленные полисахариды микроорганизмов. Полисахариды бывают линейно-поликонденсирован-ные, как целлюлоза, и разветвленные, как крахмал.
Крахмал и целлюлоза имеют общую формулу (С6Н10О5)n. Макромолекулы этих полисахаридов отличаются только характером связи между остатками молекул глюкозы: в молекуле крахмала содержится α-связь, в молекуле целлюлозы – β-связь.
Целлюлоза образует простые и сложные эфиры и ксантогенат. Из целлюлозы производят волокна. Крахмал даёт качественную реакцию с йодом.
В данном разделе дана классификация полисахаридов и основные реакции полисахаридов.
[1, с. 116−119; 4, с. 17−33; 5, с. 281−292; 6, с. 591−595].
Лабораторная работа 16
Требования техники безопасности
Очень осторожно надо работать со смесью концентрированных азотной и серной кислот, а также с крепкими растворами соляной и серной кислот, не допуская их проливания, попадания на кожу.
При работе с раствором йода надо помнить, что йод может вызвать ожоги. При попадании йода на кожу необходимо промыть ее раствором гипосульфита, крахмалом, спиртом.
Цель работы: изучить свойства полисахаридов на примере крахмала и целлюлозы
Реактивы и посуда: конц. азотная и серная кислоты, 70 %-я серная кислота, 10 %-й раствор соляной кислоты, растворы Швейцера, Фелинга, йода, крахмального клейстера, раствор щелочи, целлюлоза, вата, 1 %-й раствор крахмала, разбавленный раствор йода в иодиде калия (раствор Люголя), 10 %-й раствор гидроксида натрия, реактив Фелинга, 80 %-й раствор серной кислоты, 5 %-й раствор аммиака, универсальная индикаторная бумага, вата, пробирки, спиртовки, фарфоровые чашки, конические колбы на 100 мл, пипетки, мерные цилиндры на 50 и 10 мл.
Методика выполнения лабораторной работы
Опыт № 1. Получение азотнокислых эфиров клетчатки
В смесь азотной и серной кислот 1:2 положить при помощи стеклянной палочки небольшой комок ваты. Стакан (или пробирку), слегка помешивая его содержимое нагревают на водяной бане. Через 5 мин вынуть вату палочкой и хорошо промыть проточной водой. При промывке расщипывать вату пальцами. Промытую вату отжать фильтровальной бумагой и высушить в фарфоровой чашке на кипящей водяной бане. Поджечь кусочек ваты, обработанный смесью кислот, и также кусочек ваты, не обработанный смесью кислот.
Задания: 1. Описать наблюдаемые явления.
2. Написать уравнения проведенных реакций.
Опыт № 2. Растворение клетчатки в медноаммиачном реактиве
В 2–3 мл медноаммиачного реактива (Швейцера) поместить кусочек ваты. При встряхивании волокна клетчатки разъединяются и растворяются почти полностью, образуя вязкую жидкость.
1 мл густого раствора отлить в другую пробирку, добавить в нее 4 мл воды и вылить смесь в стакан с 10 мл соляной кислоты. Что наблюдаете?
Задания: 1. Описать наблюдаемые явления.
2. Написать уравнения проведенных реакций.
Опыт № 3. Растворение и гидролиз клетчатки кислотами
В пробирку с 2–3 мл холодной 70 %-й серной кислоты поместить небольшой кусочек ваты и встряхивать в течение 1–2 мин до образования бесцветного густого раствора (пробирку закрыть пробкой!). Половину этого раствора вылить в 5-кратный объем воды, при этом выделяется хлопок нерастворимых в воде продуктов частичного гидролиза клетчатки. Другую половину нагреть до появления светло-коричневой окраски, после охлаждения также вылить в 5-кратный объем воды. Что наблюдаете?
Налить в отдельные пробирки по 1–2 мл полученных растворов, нейтрализовать щелочью и провести пробы на присутствие редуцирующих сахаров (с фелинговой жидкостью). Раствор, полученный в результате гидролиза клетчатки при нагревании, восстанавливает окисную медь гораздо быстрее.
Задания: 1. Описать наблюдаемые явления.
2. Написать уравнения проведенных реакций.
3. Указать, какую роль играет серная кислота.
Опыт № 4. Гидролиз крахмала
В коническую колбу на 100 мл вносят 20–30 мл 1 %-го раствора крахмала и 5–7 мл 10 %-го раствора серной кислоты. В 8 пробирок наливают по 1 мл очень разбавленного раствора йода в иодиде калия (светло-желтого цвета), пробирки ставят в штатив. В первую пробирку вносят 1 каплю подготовленного для опыта раствора крахмала. Отмечают образовавшуюся окраску. Затем колбу с реакционной смесью нагревают на асбестовой сетке над небольшим пламенем. Через каждые 2–3 мин отбирают пипеткой пробы раствора и вносят в пробирки с растворам Люголя. Отмечают постепенное изменение окраски растворов при реакции с йодом. Вначале окраска раствора будет интенсивно синей, затем фиолетовой (амилодекстрины), далее − от красно-бурой (эритродекстрины) до оранжево-желтой и, наконец, желтой (в дальнейшем эта окраска изменяться не будет). Декстрины расщепляются до дисахарида мальтозы, которая гидролизуется с образованием конечного продукта − D-глюкозы.
Схема гидролиза крахмала:
Н2О (Н+) Н2О(Н+)
(С6Н10О5)n (С6Н10О5)х
крахмал декстрины
Н2О (Н+)
n/2С12Н22О11 nС6Н12О6
D-мальтоза D-глюкоза
После того как реакционная смесь перестанет давать окраску с йодом, ее кипятят еще несколько минут, охлаждают и нейтрализуют 10 %-м раствором гидроксида натрия (контроль по универсальной индикаторной бумаге). Отливают в пробирку 1–2 мл гидролизата и добавляют равный объем реактива Фелинга. Верхнюю часть жидкости нагревают на пламени горелки до начинающегося кипения. Выпадает красный осадок оксида меди (I), что свидетельствует о наличии в растворе продуктов глубокого гидролиза крахмала − глюкозы и мальтозы.
Задание. Написать уравнения реакций окисления продуктов гидролиза крахмала фелинговой жидкостью.
Опыт № 5. Получение растительного пергамента (амилоида) из целлюлозы
В фарфоровые чашки наливают: в первую − 80 %-й раствор серной кислоты, во вторую − дистиллированную воду, в третью − 5 %-й раствор аммиака. В чашку с раствором серной кислоты на 40–50 с погружают полоску фильтровальной бумаги, сухой конец которой держат в руке. Затем бумагу промывают в чашке с дистиллированной водой, остатки кислоты нейтрализуют 5 %-м раствором аммиака. Просушивают полученный растительный пергамент между листками фильтровальной бумаги.
Обработанная кислотой бумага отличается большой прочностью, становится полупрозрачной и плохо смачивается водой. Дело в том, что при непродолжительном действии серной кислоты происходит не только растворение целлюлозы, но и ее частичный гидролиз. Продукты частичного гидролиза при промывании водой и высушивании образуют прочную пленку (растительный пергамент), которая склеивает поверхностные волокна бумаги. Продукт обработки целлюлозы концентрированной серной кислотой получил название амилоида вследствие сходства с крахмалом. Частично гидролизованная целлюлоза также дает с йодом синее окрашивание.
Задание. Указать, что будет, если фильтровальную бумагу дольше подержать в растворе серной кислоты.
Опыт № 6. Качественная реакция на крахмал
В пробирку поместите 5 капель 5 %-го крахмального клейстера 1 каплю раствора йода в иодиде калия, разбавленного водой до светло-желтой краски. Раствор приобретает синюю окраску. Нагрейте раствор − окраска исчезает; при охлаждении раствора окраска появляется вновь.
Задания: 1. Указать какой из компонентов крахмала обусловливает образование окрашенного комплекса с йодом.
2. Объяснить исчезновение при нагревании синей окраски комплекса йода с крахмалом.
Результаты исследований занести в табл. 1 (см. с. 13).