Сахароза

Изменение сахара при нагревании. Опыты нагревания сахара могут быть поставлены как в виде демонстрации, так и в виде домашней работы учащихся.

Нагревают в пробирке или фарфоровой чашке толченый сахар до плавления (160°С). Выливают часть расплава на бумагу. По мере остывании образуется леденец.

При более сильном нагревании (до 200°С и выше) сахар окрашивается в желтый цвет, при этом образуется карамель. Если са

хар нагревают далее, он еще более темнеет и наконец обугливается, выделяя белый дым: сухая перегонка. Выделяющиеся газообразные продукты можно поджечь. Легко можно составить коллекцию разнообразных продуктов, образующихся при нагревании сахара. При всяком изменении окраски часть расплава отливают в маленькую пробирочку, где он и застывает. Пробирочки монтируют на щитке в порядке углубления окраски сахара.

Обугливание сахара концентрированной серной кислотой. Серная кислота, отнимая у сахара молекулы воды и частично окисляя его, освобождает чистый углерод.

В небольшом химическом стакане смачивают водой 10 г толченого сахара и прибавляют равный объем концентрированной серной кислоты. Через непродолжительное время сахар начинает обугливаться и сильно вспучиваться за счет выделения газов (СО2 и SO2). Если черная масса станет выходить из стакана, его следует поставить в кристаллизатор.

Обнаружение гидроксильных групп в сахаре. С гидроксидами металлов сахар как вещество, богатое гидроксильными группами, дает сахараты.

а) Взаимодействие с гидроксидом меди (II). В демонстрационной пробирке или химическом стакане получают небольшое количество гидроксида меди (II) взаимодействием растворов медного купороса и едкого натра. Приливают к осадку раствор сахарозы. Образуется синий раствор сахарата меди.

б) Взаимодействие с гидроксидом кальция. С гидроксидом кальция сахароза образует растворимые в воде сахараты (например, С₁₂Н₂₂О₁₁• СаО), дающие при нагревании осадок трисахарата С₁₂Н₂₂О₁₁ • ЗСаО и разрушающиеся при пропускании углекислого газа. Образование растворимых сахаратов и разрушение их углекислым газом лежат в основе технического извлечения сахара из свеклы.

К 20-процентному раствору сахара прибавляют постепенно известковое молоко (не известковую воду!), постоянно перемешивая жидкость. Гидроксид кальция при этом растворяется.

Чтобы показать, что растворение извести происходит вследствие образования сахарата, ставят параллельный опыт: приливают такое же примерно количество известкового молока к воде того же объема, что и взятый раствор сахара. Заметного растворения мути в этом случае не наблюдается.

После того как растворение извести в растворе сахара прекратится, сливают прозрачный раствор (при необходимости фильтруют) и делят его на две части.

Одну часть нагревают до кипения: образующийся трехкальцие-вый сахарат выпадает в осадок

Во вторую часть раствора пропускают углекислый газ и наблюдают образование осадка карбоната кальция.

Опыт можно провести более быстро, если к раствору сахара сразу прилить избыток известкового молока, отфильтровать раствор сахарата, разделить его на 2 части и затем поступить, как указано выше.

Отношение сахарозы к раствору оксида серебра и гидроксида меди (II). К аммиачному раствору оксида серебра прибавляют раствор сахарозы и поступают, как указано для альдегидов. Восстановление серебра не наблюдается.

К раствору сахарозы прибавляют половинный объем раствора едкого натра и затем немного раствори сульфата меди (II). При нагревании смеси красный осадок оксида меди (I) не образуется.

Гидролиз сахарозы. Известно, что в обычных условиях гидролиз сахарозы идет очень медленно. Скорость его сильно возрастает при действии катализаторов (энзимов или кислот). Продуктами гидролиза сахарозы являются глюкоза и фруктоза:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О  С₆Н₁₂O₆ + С₆Н₁₂O₆

а) В две демонстрационные пробирки помещают по кусочку пиленого сахара, растворяют сахар в равных объемах воды (примерно в 15 мл). В одну из пробирок добавляют 1 мл раствора соляной кислоты. Содержимое обеих пробирок кипятят в течение 3-5 мин. После этого нейтрализуют кислоту щелочью и оба раствора испытывают на реакцию восстановления гидроксида меди (II).

Раствор, где кипячение производилось в присутствии кислоты, восстанавливает Сu(ОН)₂ в Сu₂О. В нем. следовательно, прошел гидролиз с образованием моносахаридов. Кипячение же без катализатора оказалось недостаточным для гидролиза.

б) Гидролизом сахарозы с кислотой можно получить искусственный мед, так как мед представляет собой в основном смесь тех же продуктов (глюкозы и фруктозы), которые образуются при гидролизе сахарозы.

Пять кусочков пиленого сахара растворяют в небольшом количестве воды, добавляют 0,5-1 мл разбавленной химически чистой серной кислоты и нагревают на водяной бане в течение часа. Затем раствор охлаждают, нейтрализуют кислоту мелом (при нейтрализации щелочью в растворе осталась бы соль), добавляя порошок его мелкими порциями, пока не перестанет выделяться углекислый газ, и отфильтровывают осадок сульфата кальция. Раствор упаривают на водяной бане до состояния сиропа, не давая ему при этом подгорать, и пробуют на вкус.

В опыте не следует брать много кислоты, так как каталитичес-

кое действие ее от этого почти не изменяется, а избыток ее разрушает фруктозу.

в) Получение искусственного меда можно упростить, если в качестве катализатора воспользоваться кислотой, не требующей дальнейшей нейтрализации и фильтрования.

К 100 мл водного раствора сахара, имеющего вид негустого сиропа, прибавляют примерно 1 г лимонной кислоты и нагревают раствор на водяной бане в течение 30-40 мин. Получающаяся смесь глюкозы и фруктозы напоминает по вкусу мед. Для придания ей аромата можно прибавить немного натурального меда.

Получение сахара из свеклы. Как показывает практика, учащиеся с большим желанием ставят работу по извлечению сахара из свеклы, несмотря на трудоемкость этого опыта. Их привлекает здесь возможность копировать в миниатюре все важнейшие процессы промышленного способа получения сахара. В процессе работы может быть сконструирована установка той или иной степени сложности, которая может быть показана в классе при рассмотрении основных этапов технологии производства сахара.

а) 400—500 г сахарной свеклы хорошо промывают и нарезают в виде мелкой стружки или истирают на терке. Свеклу помещают в большой химический стакан, добавляют к ней равное количество горячей воды и смесь нагревают полчаса при 70—80"С. Полученный раствор сливают, а к свекле добавляют новую порцию горячей воды и снова нагревают. Через тот же промежуток времени образовавшийся раствор прибавляют к ранее полученному и ту же операцию проделывают в третий раз. Так, применяя всякий раз чистую воду, удается полнее извлечь сахар из свеклы, чем при однократной обработке свеклы большим количеством воды.

Полученный сок фильтруют от посторонних примесей через ткань. Готовят известковое молоко из 15 г оксида кальция и добавляют его к свекловичному соку. Смесь нагревают в течение 15 — 20 мин (на водяной бане). При этом под действием извести происходит осаждение органических кислот, белковых и других органических веществ, а сахар остается в виде сахарата в растворе.

Далее раствор фильтруют в другую колбу и пропускают в него углекислый газ. При этом сахарат разлагается: известь в виде карбоната выпадает в осадок, а сахар в свободном виде остается в растворе. Пропускание углекислого газа продолжают с таким расчетом, чтобы раствор остался слабощелочным (при нанесении капли раствора на фильтровальную бумажку, смоченную фенолфталеином, бумажка должна окраситься в бледно-розовый цвет). Это дает гарантию, что несахаристые вещества, находящиеся в соединении с известью, при этом не будут разложены.

Полученный раствор, содержащий иногда до 10% сахара, имеет желтоватый цвет. Обесцвечивают его фильтрованием через свежепрокаленный уголь.

Пробу раствора подвергают гидролизу (кипячение с небольшим количеством H₂SО₄) и открывают глюкозу реакцией с гидроксидом меди (II).

После этого раствор упаривают на водяной бане (желательно в вакууме, чтобы не было подгорания сахара) до уменьшения объема примерно в 5 раз и оставляют кристаллизоваться. Для затравки можно бросить в раствор несколько крупинок сахарного песка.

Чтобы получить наиболее чистый продукт, выделившийся сахар следует перекристаллизовать. Для этого его отделяют от патоки, кристаллы растворяют в очень небольшом количестве горячей воды и оставляют в кристаллизаторе до следующего занятия или осторожно выпаривают до образования кристаллов, не доводя при этом раствор до полного обезвоживания.

Принцип конструирования учащимися «производственной установки» заключается в том, чтобы не переливать в работе растворы из одной колбы в другую, а последовательно соединить ряд колб, чтобы растворы можно было перекачивать из одного сосуда в другой с помощью пульверизационной груши (пуская их в случае необходимости предварительно на фильтр).

б) Получение сахара из свеклы можно осуществить проще, если процесс извлечения его водой вести при обычной температуре. В таком случае несахаристые вещества в значительной степени удерживаются волокнами клеток и очистка сока упрощается.

500 г промытой свеклы протирают на терке и затем еще растирают в фарфоровой ступке до состояния пасты. Переносят пасту в большую колбу и приливают к ней 500 мл 15-процентного взмученного известкового молока. Закрыв колбу пробкой, встряхивают содержимое время от времени в течение нескольких часов. При этом происходит одновременно извлечение сахара из свеклы. Затем отжимают свеклу через ткань, собирая сок в стакан. Выжимки с ткани переносят в ту же колбу, добавляют 300 г воды и через некоторое время вновь отжимают. Обе порции сока соединяют и пропускают в него углекислый газ до полного осаждения извести. Сначала сок фильтруют на установке под вакуумом, а затем, если он имеет желтоватый вид, через слой активированного угля. Этот сок упаривают на водяной бане до уменьшения объема раствора примерно в 5—7 раз и оставляют кристаллизоваться. В качестве затравки в раствор можно поместить несколько крупинок сахарного песка.