Органическая химия. Химия кислородсодержащих соединений. Учебное пособие

2.4. Гидролиз сахарозы и крахмала

Реактивы: сахароза (10 %-й раствор), крахмал (0.5 %-й раствор), серная кислота (10 %-й раствор), сода (крист.), гидроксид натрия (10 %-й раствор), резорцин, соляная кислота (конц.), универсальная индикаторная бумага.

Приборы и материалы: пробирки, водяная баня, пипетки, шпатели.

Ход работы

В пробирку налейте 2 мл раствора сахарозы, 1 мл раствора соляной кислоты. Пробирку осторожно нагрейте до кипения. При этом должно происходить расщепление сахарозы на глюкозу и фруктозу. Охладите раствор и затем нейтрализуйте его сухим бикарбонатом натрия (Na2CO3). Бикарбонат натрия добавляйте небольшими порциями до тех пор, пока не прекратится выделение углекислого газа (CO2). Разделите содержимое пробирки на две части. Раствор первой пробирки проанализируйте на содержание глюкозы (опыт 1.2, анализ на альдегидную группу), а раствор второй пробирки – на фруктозу (опыт 2.1, реакция Селиванова). Напишите уравнения реакций.

Проделайте аналогичный опыт с крахмалом.

2.5. Йодная реакция крахмала

Реакция крахмала с йодом – сложный процесс. Синюю окраску с йодом дает амилоза – одна из фракций крахмала. Амилоза – полисахарид линейного строения, состоящий из остатков α-D-глюкопиранозы. Ее молекулы имеют структуру спирали, внутри которой есть свободный канал диаметром около 5 мкм, в него внедряются молекулы йода, образующие окрашенные комплексы («соединения включения») за счет взаимодействия с гидроксильными группами моносахаридных остатков. Комплекс крахмала с йодом имеет синий цвет. При нагревании молекулы амилозы теряют свою спиралевидную структуру и окрашенные комплексы разрушаются. Однако при охлаждении спиралевидная структура амилозы восстанавливается. Для полисахаридов с разветвленными цепями (амилопектин и гликоген) наряду с процессами образования комплексов большое значение имеет процесс адсорбции йода на поверхности боковых цепей. Если боковые цепи в молекуле гликогена короткие, то появляется бурая окраска, если они длинные – темно-красная.

51

Эта реакция используется в аналитических целях для открытия как крахмала, так и йода (йодкрахмальная проба).

Реактивы: йод (1 %-й спиртовой раствор), крахмальный клейстер (1 %-й раствор).

Приборы и материалы: пробирки, пипетки, спиртовка.

Ход работы

Впробирку, содержащую 2 мл крахмального клейстера, добавьте каплю йода. Должно наблюдаться окрашивание раствора в синий цвет. Полученную смесь прогрейте в пламени спиртовки. Должно наблюдаться обесцвечивание раствора.

Оттенок окрашивания крахмала йодом зависит от строения полисахарида, в частности, от степени его разветвления. Темно-синее окрашивание свидетельствует о присутствии крахмала, красно-бурое – гликогена или эритродекстрина. Заметим, что для идентификации двух последних соединений исследуемый раствор нужно нагреть: в присутствии гликогена наблюдается опалесценция, а если раствор прозрачный – присутствует эритродекстрин.

2.6.Гидролиз крахмала амилазой слюны

Вживых организмах крахмал расщепляется под действием фермента амилазы с образованием различных промежуточных полисахаридов разной молекулярной массы:

крахмал амилодекстрины эритродекстрины флаводекстрины ахродекстрины и мальтодекстрины глюкоза.

Эти полисахадиды с йодом дают разную окраску. Так, при добавлении йода к амилодекстринам появляется фиолетовый цвет, эритродекстрины дают красно-бурую окраску, флаводекстрины – желтую, ахродекстрины и мальтодекстрины перестают давать реакцию с йодом.

Реактивы: крахмал (0.5 %-й раствор), вода дистиллированная, раствор йода.

Приборы и материалы: пробирки, водяная баня, пипетки, шпатели.

Ход работы

Получение ферментного препарата амилазы слюны: ополосните рот водой для удаления остатков пищи. Затем наберите 10…20 мл дистиллированной воды и подержите ее во рту 2-3 мин. Слейте все в стакан.

52

В чистую пробирку прилейте 1 мл раствора амилазы слюны. Добавьте 2 мл раствора крахмала. Все перемешайте. Поставьте пробирку в штатив при комнатной температуре. Через каждые 2-3 мин берите пробы на анализ. Для этого к 2-3 каплям анализируемой смеси, помещенной на предметное стекло, добавляют по одной капле раствора йода. По степени окрашивания йода судят о степени гидролиза крахмала.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие соединения относятся к углеводам? Классификация углеводов.

2.Назовите основные функциональные группы моносахаридов.

3.Назовите основные качественные реакции, используемые для определения функциональных групп моно-, ди- и олигосахаридов.

4.Объясните, почему для незрелого зеленого яблока наблюдается йодная реакция, а для зрелого яблока такая реакция отсутствует.

53

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ МАТЕРИАЛА

Задание 1. СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ, НОМЕНКЛАТУРА И МЕХАНИЗМЫ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Вариант 1

Задача 1

Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК. Напишите, к какому классу относится каждое соединение:

Задача 2

Нарисуйте все изомеры соединения С6Н10. Назовите эти соединения по номенклатуре ИЮПАК. Рассчитайте количество σ- и π-связей в циклических и ациклических соединениях.

Задача 3

По какому механизму протекает реакция гидролиза алкилгалогени-

дов в присутствии муравьиной кислоты R-Br + H2O R-OH + HBr, если известно, что скорость реакции изменяется следующим образом:

54

Как будет влиять полярность растворителя на скорость данной реакции?

Задача 4

Определите вид электронных эффектов карбоксильной группы в пропановой CH3CH2COOH и акриловой CH2=CH-COOH кислотах.

Задача 5

Определите, какие из соединений обладают оптической изомерией: 1-фтор-1-йод-пропан, 1,3-дибромбутан, 1,4-дибромциклогексана и 3,4- дибромгексена-3. Нарисуйте пространственные изомеры для всех соединений. Для оптически активных соединений нарисуйте проекции Фишера.

Вариант 2

Задача 1

Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК. Напишите, к какому классу относится каждое соединение:

Задача 2

Изобразите структурные формулы соединений, которые имеют молекулярную формулу С7Н12. Назовите эти соединения по номенклатуре

55

ИЮПАК. Рассчитайте количество σ- и π-связей в циклических и ациклических соединениях.

Задача 3

Определите, какие из соединений обладают оптической изомерией. Нарисуйте пространственные изомеры для следующих соединений: 2-метил-3-гидроксипропановая кислота, 2-метилпропан, 1,2-дибром- циклобутан, 2,3-дихлорбутен-2. Нарисуйте пространственные изомеры для всех соединений. Для оптически активных соединений нарисуйте проекции Фишера.

Задача 4

Определите вид электронных эффектов карбонильной группы в приведенных ниже соединениях:

Задача 5

Реакция 1-хлор-2,2-диметилпропана с этилатом натрия протекает по механизму SN2. Напишите механизм реакции. Объясните, почему скорость замещения атома хлора в хлорэтане выше, чем в 1-хлор-2,2- диметилпропане.

Вариант 3

Задача 1

Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК. Напишите, к какому классу относится каждое соединение:

56

Задача 2

Определите, какие из соединений обладают оптической изомерией: 2-гидроксипропановая кислота, 2-метилбутан, 1,2-дибромциклопентан, 2,3-дибромгексен-2. Нарисуйте пространственные изомеры для всех соединений. Для оптически активных соединений нарисуйте проекции Фишера.

Задача 3

Расположите в порядке возрастания кислотных свойств, основываясь на электронных эффектах функциональных групп: уксусной, аминоуксусной, муравьиной, масляной и хлоруксусной кислоте.

Задача 4

Изобразите структурные формулы и рассчитайте количество σ- и π-связей в следующих соединениях: 1) 2-метилпропанол; 2) пропа- нон-2; 3) этановая кислота; 4) метаналь.

Задача 5

Нарисуйте конфигурацию продукта бромирования при облучении светом (R)-3-метилгексана по С3-атому. Напишите механизм реакции. Какие еще могут образовываться продукты при монобромировании данного соединения?

57

Задание 2. АЛКАНЫ, ЦИКЛОАЛКАНЫ, АЛКЕНЫ, АЛКАДИЕНЫ

Вариант 1

Задача 1

Получите 2,5-диметилгексан из 2-метилпропена. Напишите структурные формулы всех продуктов монохлорирования 2,5-диметилгекса- на. Назовите полученные соединения по номенклатуре ИЮПАК. Для оптически активных хлорсодержащих соединений нарисуйте проекции Фишера. Рассчитайте процентный состав смеси, содержащей монохлорпроизводные, исходя из того, что при 300 °С соотношение скоростей хлорирования первичного, вторичного и третичного атома углерода составляет 1 : 3.3 : 4.4.

Задача 2

Не заглядывая в таблицу, расположите следующие углеводороды в порядке уменьшения температуры кипения: а) 3,3-диметилпентан; б) н-пентан; в) н-гептан; г) 3-метилгексан; д) 2-метилгептан. Напишите структурные формулы.

Задача 3

При сжигании углеводорода образуется 5.6 л (н.у.) углекислого газа и 4.5 г воды. Определите молекулярную формулу данного соединения, если известно, что его плотность относительно азота равна двум. Напишите все структурные изомеры данного соединения и его межклассовые изомеры. Подействуйте на них: а) водородом в присутствии катализатора; б) бромом; в) хлористым водородом. Напишите уравнения реакции и назовите продукты реакций.

Задача 4

Из ацетилена и неорганических соединений получите транс- гексен-3 и цис-гексен-3.

Задача 5

Из пентанола-1 получите пентин-2. Назовите все соединения по номенклатуре ИЮПАК.

58

Задача 6

Напишите, какие продукты получаются в результате следующих реакций:

Задача 7

Напишите реакцию взаимодействия бромистого водорода с альде-

O

гидом H2C CH C H . Рассмотрите механизм реакции.

Вариант 2

Задача 1

Реакцией декарбоксилирования 2,2-диметилбутаноата натрия было получено соединение (А). Напишите структурные формулы всех продуктов монохлорирования полученного соединения. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК. Рассчитайте процентный состав смеси, содержащей монохлорпроизводные, исходя из того, что при 300 °С соотношение скоростей хлорирования первичного, вторичного и третичного атома углерода составляет 1 : 3.3 : 4.4. Какие из хлорсодержащих соединений обладают оптической изомерией? Для оптически активных соединений нарисуйте проекции Фишера.

Задача 2

Не заглядывая в таблицу, расположите следующие углеводороды в порядке уменьшения температуры кипения: а) 2-метил-3-этилгексан; б) н-нонан; в) 2,3,3-триметилгексан; г) 2,2,3,3-тетраметилбутан; д) 2,3,4,5-тетраметилгептан. Напишите структурные формулы.

59

Задача 3

Из ацетилена и неорганических соединений получите транс-бутен-2 и цис-бутен-2.

Задача 4

Получите ацетон из пропана. Назовите все соединения по номенклатуре ИЮПАК.

Задача 5

При сжигании углеводорода образуется 8 л углекислого газа (н.у.)

и6.43 г воды. Определите молекулярную формулу данного соединения, если известно, что его плотность относительно углекислого газа равна 1.273. Напишите все структурные изомеры данного соединения

иего межклассовые изомеры. Подействуйте на них: а) водородом в присутствии катализатора; б) хлором; в) хлористым водородом. Напишите формулы и назовите продукты реакций.

Задача 6

Напишите, какие продукты получаются в результате следующих реакций:

Задача 7

Объясните, почему при хлорировании пропана образуется преимущественно 2-хлорпропан, а в случае 2-метилпропана – 2-хлор-2- метилпропан.

60