Лабораторная работа № 23 углеводы (моно-, ди- и полисахариды)

Цель работы

Изучение синтеза и некоторых физических и химических свойств моно-, ди- и полисахаридов.

Оборудование и реактивы

Пробирки, пробиркодержатель, спиртовка, спички, ступка с пестиком, обратный холождильник, водяная баня.

Гидрокарбонат натрия NaHCO₃ (к), реактив Фелинга (медный купорос и натриево-калиевая соль винной кислоты в растворе гидроксида натрия), древесные опилки, анилин (ж); растворы: серная кислота H₂SO₄ (10% и конц.), гидроксид натрия NaOH (10%), глюкоза (1%), сахароза (1%), мальтоза (1%), CuSO₄ (5%), сульфат кобальта CoSO₄ (5%), сульфат никеля NiSO₄ (5%), крахмальный клейстер (1%), иод (раствор Люголя); универсальная лакмусовая бумага.

Экспериментальная часть²³

Опыт 1. Взаимодействие сахаров с гидроксидом меди (II) в щелочном растворе

К 2 мл 1% раствора глюкозы (1 пробирка), сахарозы (2 пробирка) и маль­тозы (3 пробирка) добавляют по 1 мл 10%-ного раствора NaOH и 2–3 капли 5%-ного раствора CuSO₄. Встряхните каждую пробирку.

При этом в первой пробирке наблюдаем ___________________________, во второй пробирке наблюдаем ___________________________, в третьей пробирке наблюдаем ___________________________, и жидкости окрашиваются в______________________ цвет. Эта реакция доказывает _________________________________________________, т.е. она характерна для многоатомных спиртов. Уравнение реакции взаимо­действия глюкозы (цикличекая форма) с гидроксидом меди (II) с образованием сахарата меди (II) имеет вид:

+ Cu(ОН)₂ →

Затем осторожно нагрейте в пламени спиртовки верхнюю часть жидкости в каждой пробирке до начала кипения.

При этом в первой про­бирке (глюкоза) наблюдаем __________________________,

во второй пробирке (сахароза) _______________________, в третьей пробирке (мальтоза) ______________________.

Эта реакция показывает, что _________________________________________________

________________________________________________________________________________

HOCH₂(CHOH)₄CH=O + 2Cu(OH)₂ ^__t→ HOCH₂(CHOH)₄COOH + 2CuOH↓ (желтый) + H₂O

2CuOH → Cu₂O↓ (красный) + H₂O

Опыт 2. Гидролиз (инверсия) сахарозы

В пробирку к 3 мл 1%-ного раствора сахарозы прилейте 10%-ный раствор H₂SO₄. Полученный раствор кипятите в течение 1–2 мин., затем охладите и нейтрализуйте сухим NaHCO₃ (осторожно: жидкость вспенивается из-за выделяющегося СО₂). После нейтрализации налейте равный объем реактива Фелинга и нагрейте верхнюю часть жидкости до начинающегося кипения. При этом окраска реакционной смеси ____________________________. Уравнение реакции гидролиза сахарозы имеет вид:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 3. Качественная реакция на сахарозу

В пробирку к 2–3 мл раствора сахарозы налейте несколько капель водного раствора сульфата кобальта (CoSO₄) или сульфата никеля (NiSO₄) и избыток щелочи. При этом окраска реакционной смеси:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Взаимодействие крахмала с иодом

В пробирку налейте 1 мл 1%-ного раствора крахмального клейстера и добавьте 1–2 капли раствора иода. При этом появляется _____________________________________________.

Нагрейте полу­ченную смесь, наблюдаем ____________________________________. При дальнейшем охлаждении окраска _______________________________________________.

Схематично взаимодействие иода с крахмалом имеет вид:

________________________________________________________________________________

Опыт 5. Кислотный гидролиз крахмала

В пробирку наливают 2 мл крахмального клейстера и добавляют 2 мл 10%-ного раствора серной кислоты. Смесь нагревают до кипения и через равные промежутки времени (2 мин.) пипеткой отбирают пробы раствора (по 0,5 мл) в 5 пробирок. В охлажденные пробы добавляют по 1–2 капли раствора иода. Нагревание раствора прекращают, когда проба раствора с иодом становится слабо-желтой (не изменяет цвета).

№ пробирки	Время, мин.	Цвет
1 пробирка
2 пробирка
3 пробирка
4 пробирка
5 пробирка

Опыт 6. Кислотный гидролиз целлюлозы

В сухую пробирку поместите несколько мелко нарезанных кусочков фильтровальной бумаги и прилейте 1 мл конц. серной кислоты. Содержимое пробирки тщательно перемешайте стеклянной палочкой до полного разрушения бумаги и образования бесцветного вязкого раствора. После этого осторожно при перемешивании по каплям добавьте 1 мл дистиллированной воды. Пробирку поставьте на кипящую водяную баню на 10–15 мин.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

После охлаждения жидкость нейтрализуют растором гидроксида натрия (контроль по универсальной лакмусовой бумаге). Гидролизат проверяют на присутствие глюкозы – реакция с гидроксидом меди (II) или реактивом Фелинга.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 7. Получение фурфорола и конденсация его с анилином – качественная реакция на пентозы

В пробирку насыпьте слой опилок высотой 1,5–2 см и смочите их смесью конц. соляной кислоты и воды (1:1). Пробирку закройте обратным холодильником и нагрейте на кипящей бане 10 мин. Затем обратный холодильник замените на пробку с изогнутой газоотводной трубкой, пробирку закрепите в штативе и нагрейте на спиртовке и отгоните в пустую пробирку-приемник 1–2 мл жидкости.

Фурфурол образуется из пентазанов, которые вместе с клетчаткой входят в состав древисины:

(С₅H₈O₄)n + nH₂O → nС₅H₁₀O₅ ^{HCl, t}→ фурфурол

пентазаны пентоза _________________________

На полоску фильтровальной бумаги нанесите каплю анилина и в это же место каплю уксусной кислоты, а затем раствора фурфурола. Наблюдаем пояление пятна, окрашенного в _______________________ цвет.

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Написать формулы α и β-пиранозных форм рибозы. Подчеркнуть гликозидный гидроксил.

2. Привести формулы всех таутомерных форм фруктозы. Подчеркнуть гликозидный гидроксил.

3. Привести схемы реакций взаимодействия D-глюкозы с HCN, окисле­ния D‑фруктозы.

4. Привести формулу α-D-галактофуранозы. Отметить асимметрические атомы углерода. Подчеркнуть гликозидный гидроксил.

5. Написать схему образования восстанавливающего дисахарида, построенного из двух молекул α-D-галактопиранозы.

6. Составить схему реакции образования гликозида β-D-фруктопиранозы и этанола.

7. Написать формулы восстанавливающего и невосстанавливающего ди-сахаридов, построенных из остатков α-D-глюкопиранозы.

8. Составить схему реакции алкилирования мальтозы этанолом в присутствии хлороводорода.

9. Написать уравнения реакции образования: а) дикарбоновой кислоты при окислении глюкозы; б) этилгликозида.

1. Химические свойства моносахаридов на примере D-маннозы.

10. Почему возникло название класса «углеводы»? На какие группы они делятся?

11. Какие функциональные группы входят в состав углеводов? Как это доказать?

12. Какими свойствами отличаются моно-, ди- и полисахариды?

13. Какие продукты обнаруживаются при гидролизе сахарозы? крахмала? целлюлозы? Какой вывод можно сделать о строении данных соединений?

14. Составьте уравнение реакции присоединения Н₂ к глюкозе.

15. Составьте уравнения реакций по схеме: глюкоза → глюконовая ки­слота.

16. Составьте уравнения реакций глюкозы с целью получения сахаратов, простых и сложных эфиров.

17. Напишите формулы пентоз: рибозы, дезоксирибозы.

18. Какие дисахариды называют восстанавливающими и невосстанавли­вающими? Напишите их формулы.

19. Напишите уравнения реакции получения из целлюлозы: а) ди- и тринитрата целлюлозы; б) ацетата целлюлозы.

Пример. С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения: сахароза → глюкоза → глюконовая кислота?

Решение

Сахароза гидролизуется при нагревании в подкис­ленном растворе:

С₁₂Н₂₂O₁₁ + H₂O → С₆Н₁₂O₆ (глюкоза) + С₆Н₁₂O₆ (фруктоза)

Глюкоза окисляется свежеосажденным гидроксидом меди (II) с образованием глюконовой кислоты (С₆Н₁₂О₇):

CH₂OH–(CHOH)₄–CH=O + 2Cu(OH)₂ → CH₂OH–(CHOH)₄–COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________