Продуктами реакции гидролиза сахарозы являются. Сахароза. Ее структура, химические свойства, отношение к гидролизу. Влияние фруктозы и глюкозы на организм человека
Сахароза представляет собой дисахарид С 12 Н 22 О 11 . Это нередуцирующее вещество, не реагирующее с фелинговой жидкостью. Сахароза гидролизуется под действием фермента - сахаразы (инвертазы). Реакция идет с присоединением воды и образованием молекул глюкозы и фруктозы, которые являются редуцирующими сахарами и могут быть обнаружены реакцией с фелинговой жидкостью.
С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6
сахароза глюкоза фруктоза
Наиболее активную сахарозу содержат клетки дрожжей, из которых ее легко получить. Активность сахарозы можно легко контролировать по количеству продуктов гидролиза, образующихся за определенной время, которые обнаруживаются с помощью фелинговой жидкости. Определение ведут по количеству гидролизованного раствора, которое нужно прилить к фелинговой жидкости, чтобы выпал осадок закиси меди.
Скорость гидролиза сахарозы зависит от внешних условий (температура, катализатор, реакция среды).
Оборудование:
пробирки
карандаш по стеклу
мерная пипетка на 1-2 мл
мерный цилиндр на 10 мл
баня водяная
термометр лабораторные на интервал температур 50 – 100 °С
часы песочные на 10 мин или любые другие часы.
Ход работы:
Подготовить таблицу 5 для записи схемы опыта и результатов опыта. Подготовить и подписать три пробирки, налить в них по 10 мл 20% раствора сахарозы.
В пробирки с сахарозой налить необходимое количество воды, 0,1 н раствора HCl или 0,1 н раствора NaOH.
Внести в опытные пробирки нужное количество фермента или неорганического катализатора (соляной кислоты), тщательно перемешать и поставить пробирки на 40-50 мин.
Приготовить три пробирки с раствором фелинговой жидкости (ФЖ): в каждую из трех пробирок влить по 2 мл ФЖ и дистиллированной воды. По истечении времени определить активность сахаразы или неорганического катализатора следующим образом: в три пробирки с нагретым до кипения раствором ФЖ поочередно прилить по каплям жидкость из опытных растворов до полного покраснения раствора ФЖ. Количество капель опытного раствора занести в таблицу 5.
Сравнить результаты по отдельным вариантам опыта и сделать выводы о влиянии изучаемых условий на скорость гидролиза сахарозы.
Таблица 5.- Влияние различных условий на скорость реакции
| № п/п | Вариант | № про бир ки * | К 10 мл сахарозы вносят, мл | катализатор | Условия опыта (t°С, pH) | Кол-во капель испытуемого раствора, пошедшее на реакцию с ФЖ | |||
| вода | 0,1 н. HCl | 0,1 н. NaOH | |||||||
| Влияние температуры | фермент 1 мл | 18-20°С | |||||||
| фермент 1 мл | 40-45°С | ||||||||
| фермент 1 мл | 100°С | ||||||||
| Влияние температуры на неорганический катализатор | HCl 2 капли | 18-20°С | |||||||
| HCl 2 капли | 40-45°С | ||||||||
| HCl 2 капли | 100°С | ||||||||
| Влияние pH среды | фермент 1 мл | 40-45°С (pH 4,5) | |||||||
| фермент 1 мл | 40-45°С (pH 6,5) | ||||||||
| фермент 1 мл | 40-45°С (pH 7,5) | ||||||||
| Влияние количества фермента | фермент 1 мл | 40-45°С | |||||||
| фермент 2мл | 40-45°С | ||||||||
| фермент 4 мл | 40-45°С | ||||||||
Контрольные вопросы:
1. Как можно обнаружить присутствие редуцирующих сахаров?
2. Что такое ферментативный гидролиз?
3. Какие условия будут оказывать влияние на скорость гидролиза?
4. Количественное определение восстанавливающих сахаров. Ускоренный метод определения массовой доли общего сахара
Метод основан на окислении всех сахаров сернокислым раствором двухромовокислого калия до углекислоты и воды и колориметрировании образовавшегося иона Сг +3 , эквивалентного количеству вступившего в реакцию сахара.
Оборудование:
баня водяная
бумага фильтровальная лабораторная
весы лабораторные общего назначения
колбы мерные
фотоэлектроколориметр
эксикатор
Ход работы:
Приготовление сернокислого раствора двухромовокислого калия
49 г двухромовокислого калия растворяют в 300 см 3 дистиллированной воды (первый раствор). Отдельно к 300 см 3 дистиллированной воды осторожно небольшими порциями при перемешивании приливают 300 см 3 концентрированной серной кислоты и охлаждают (второй раствор). Сначала первый, а затем второй раствор осторожно переливают в мерную колбу вместимостью 1000 см 3 , охлаждают до комнатной температуры, доводят объем дистиллированной водой до метки, перемешивают.
Построение калибровочного графика производят не ранее чем через сутки после приготовления реактива.
Приготовление стандартного раствора сахарозы
1,0 г сахарозы или сахара-рафинада, предварительно высушенных в эксикаторе в течение 3-х суток, взвешивают с погрешностью не более 0,001 г, растворяют в дистиллированной воде и количественно переносят в мерную колбу вместимостью 250 см 3 . Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Полученный раствор должен содержать 4 мг сахарозы в 1 см 3 . Раствор сахарозы готовят непосредственно перед употреблением.
Построение калибровочного графика
В пять мерных колб вместимостью каждая 100 см 3 мерным цилиндром вносят по 25 см 3 сернокислого раствора двухромовокислого калия, затем пипеткой 2, 4, 6, 8, 10 см 3 стандартного раствора сахарозы и по 23, 21, 19, 17, 15 см дистиллированной воды, чтобы объем в каждой колбе достиг 50 см 3 . Колбы с содержимым помещают в кипящую водяную баню на 10 мин, охлаждают до комнатной температуры, доводят объем дистиллированной водой до метки, тщательно перемешивают и измеряют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре со светофильтром, имеющим максимум светопропускания при λ = 630-670 мкм (на ФЭК-56 и КФК-2 этому соответствуют красный светофильтр и кювета 30 мм).
Оптическую плотность измеряют в каждом растворе не менее 3 раз и из полученных данных берут среднеарифметическое значение.
По полученным данным строят калибровочный график, откладывая на оси ординат значения оптической плотности, а на оси абсцисс - соответствующие этим значениям массы сахарозы в миллиграммах. Калибровочный график используется для определения общего сахара.
Анализ результатов:
Навеску измельченного исследуемого изделия взвешивают с погрешностью не более 0,001 г из такого расчета, чтобы в 1 см 3 раствора было 0,004 г общего сахара.
Массу навески (т ) в граммах определяют по формуле:
m= 0.004V/P *100 ,
где 0,004 - оптимальная концентрация редуцирующих веществ раствора навески, г/см 3 ;
V- вместимость мерной колбы, см 3 ;
Р - предполагаемая массовая доля общего сахара в исследуемом изделии, %.
В мерную колбу вместимостью 100 см 3 мерным цилиндром вносят 25 см 3 сернокислого раствора двухромовокислого калия, 10 см 3 фильтрата исследуемого раствора и 15 см 3 дистиллированной воды. Колбу помещают в кипящую водяную баню на 10 мин, охлаждают до комнатной температуры, доводят объем дистиллированной водой до метки, тщательно перемешивают и измеряют оптическую плотность. По значению оптической плотности и калибровочному графику находят соответствующее количество общего сахара, условно выраженное в сахарозе.
Массовую долю общего сахара (X 1) в процентах, выраженную в сахарозе, определяют по формуле
X 1 =m 1 VK100/mV 1 1000,
где m- масса навески изделия, г;
m 1 - масса сахарозы, полученная по калибровочному графику, мг;
V - вместимость мерной колбы, см;
V 1 - объем исследуемого раствора, взятый для анализа, см;
1000 - коэффициент пересчета миллиграммов сахарозы в граммы;
К - поправочный коэффициент, учитывающий окисление декстринов (для изделий, содержащих патоку), определяют по табл.6.
Таблица 6.-Поправочный коэффициент, учитывающий окисление декстринов
| Отношение содержания патоки к содержанию общего сахара.% | Поправочный коэффициент К |
| 2-5 6-10 11-15 16-20 21-30 | 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88 |
Массовую долю общего сахара (X 2) в процентах в пересчете на сухое вещество определяют по формуле
X 2 =X 1 100/100-W,
где W- массовая доля влаги в исследуемом изделии, %.
За окончательный результат анализа принимают среднеарифметическое значение результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми в одной лаборатории не должны превышать по абсолютному значению 0,5%, а выполненных в разных лабораториях -1,0%.
Пределы допускаемых значений погрешности измерения ±1,0% при доверительной вероятности Р =0.95.
Результат вычислений округляют до первого десятичного знака.
Сахароза – органическое соединение, которое является дисахаридом. Его молекула состоит из остатков d-глюкозы и d-фруктозы. Что представляет собой гидролиз сахарозы, и какие вещества образуются в процессе этой реакции?
Общая характеристика сахарозы
Сахароза – вещество, входящее в класс углеводов. Она считается дисахаридом, так как состоит из двух моносахаридов: фруктозы и глюкозы.В естественных условиях она встречается во многих фруктах, овощах и ягодах. Особенно ее много в сахарной свекле и сахарном тростнике. По внешнему виду представляет собой бесцветные кристаллы, которые при плавлении превращаются в карамель. Температура плавления составляет 186 градусов. Сахароза хорошо растворяется в воде и этаноле, но плохо – в метаноле, и совершенно не растворима в диэтиловом эфире.
Рис. 1. Сахароза – бесцветные кристаллы.
Химическая формула сахарозы выглядит следующим образом: С 12 H 22 O 11 .
Рис. 2. Структурная формула сахарозы.
Химическими особенностями сахарозы является то, что она не проявляет восстанавливающих свойств, не проявляет свойств альдегидов и кетонов.
Cахароза имеет несколько названий. Часто это вещество называют свекловичным или тростниковым сахаром.
Гидролиз сахарозы
Гидролиз – химическая реакция, в процессе которой вода реагирует с каким-либо веществом. Уравнение реакции гидролиза сахарозы выглядит следующим образом:
C 6 H 12 O 11 +H 2 O=C 6 H 12 O 6 +C 6 H 12 O 6
– в результате этой химической реакции образуются фруктоза и глюкоза.
Рис. 3. Фруктоза и глюкоза формулы.
Если раствор сахарозы довести до кипения с небольшим количеством серной или соляной кислоты и добавить щелочь, чтобы нейтрализовать кислоту, а потом снова нагреть получившуюся жидкость, то в результате этой реакции образуются молекулы, которые восстанавливают гидроксид меди до оксида меди.
Cкорость реакции гидролиза сахарозы зависит исключительно от концентрации сахарозы в растворе.
Сахароза является важным элементом, обеспечивающим человеческий организм энергией. Также она стимулирует работу мозга, а также защищает внутренние органы от воздействия токсических веществ. Недостаток вещества может очень пагубно сказаться на работе организма и вызвать апатию, раздражительность, упадок сил и депрессию. Однако избыток также может отрицательно сказаться на организме человека. Это может быть вызвано ожирением, кариесом, высоким риском развития диабета.
Что мы узнали?
Сахароза содержится в большинстве растений и во множестве продуктов. Главным продуктом, который является источником сахарозы, служит обычный сахар. При гидролизе (реакции химического вещества с водой) сахарозы образуются фруктоза и глюкоза.
При помощи данного видеоурока вы сможете самостоятельно изучить тему «Олиго- и полисахариды. Сахароза. Гидролиз сахарозы. Крахмал». Молекулы углеводов моносахаридов способны взаимодействовать друг с другом, образуя цепи различной длины. На этом уроке мы рассмотрим, как это происходит и как образуются олиго- и полисахариды. Более подробно обсудим самый известный и наиболее распространенный дисахарид - о сахарозу. Рассмотрим гидролиз сахарозы. Также изучим свойства крахмала - ещё одного полисахарида.
Данный текст представляет собой неотредактированную версию стенограммы, которая в дальнейшем будет отредактирована.
Химия. 10 класс
Урок 60. Олиго- и полисахариды. Сахароза.
Гидролиз сахарозы. Крахмал
Загорский В.В., д.п.н., проф. Специализированного учебно-научного центра МГУ
(школа им. А.Н. Колмогорова при МГУ),
многократный лауреат грантов «Учитель Москвы»
17.03.2011 г.
При участии:
Морозовой Н.И., к.х.н., ст. преп. СУНЦ МГУ
Менделеевой Н.А., к.х.н., доц. СУНЦ МГУ
Олиго- и полисахариды, сахароза, гидролиз сахарозы, крахмал
Здравствуйте.
Тема сегодняшнего урока – «Олиго- и полисахариды».
Молекулы углеводов моносахаридов способны взаимодействовать друг с другом, образуя цепи различной длины. Посмотрим, как это происходит.
Взаимодействие происходит по механизму образования простых эфиров. Известно, что две молекулы спирта, одинаковые или разные, могут взаимодействовать друг с другом с выделением молекулы воды и образованием связи углерод – кислород, который и называется связью в простом эфире. Точно такие же связи возникают между молекулами моносахаридов.
Например, из глюкозы и фруктозы легко образуется дисахарид – сахароза. Две молекулы моносахарида глюкозы взаимодействуют друг с другом в кислой среде, образуя дисахарид – мальтозу. Самый известный из дисахаридов и наиболее распространенный – это сахароза. В ее состав входят два моносахарида: глюкоза в виде 6 членного цикла и фруктоза в виде 5 членного цикла.
В отличие от составляющих ее моносахаридов сахароза не дает характерных реакций, например, для альдегидов. Все остальные свойства ее обычны. Сладкий вкус, растворимость в воде, способность давать карамели.
А почему нет альдегидной реакции?
Потому что, во-первых, глюкоза в сахарозе находится в циклической форме.
Во-вторых, эта циклическая форма стабилизирована эфирной связью между двумя молекулами моносахаридов, поэтому реакции окисления не идут.
Только одна реакция сахарозы не характерна для составляющих ее моносахаридов. Разумеется, эта реакция обратная, т.е. гидролиз дисахарида в кислой среде или под действием ферментов с образованием исходных моносахаридов – глюкозы и фруктозы.
Кроме дисахарида широко распространены полисахариды, которые нам хорошо известны. Это крахмал и целлюлоза. Их формальный состав одинаков, т.е. это полимеры глюкозы. Тем не менее, свойства их существенно различаются.
Крахмал является составной частью очень многих пищевых продуктов. Он входит в состав хлеба, картофеля, всевозможных зерновых продуктов и ряда растений.
Молекула крахмала состоит из остатков a глюкозы. Структурную единицу одного звена можно представить себе следующим образом: крахмал, как полисахарид, способен гидролизоваться с образованием исходного моносахарида. Гидролиз идет либо в кислой среде при нагревании, либо под действием ферментов. Продуктом гидролиза является глюкоза.
В воде крахмал ведет себя специфически. В холодной воде крахмал практически не растворяется, а при нагревании и кипячении способен образовать вязкий раствор, так называемый крахмальный клейстер.
Рассмотрим эту реакцию на примере хорошо известного природного объекта – картофеля. Берем картофелину, разрезаем и на свежий разрез картофеля наносим рисунок йодом. Видно, что коричневатая окраска йода постепенно превращается в несколько иной цвет. В разбавленных водных растворах это синеватый оттенок, на природном объекте это может быть почти черный или серо-черный оттенок. Эта реакция характерна для всех природных продуктов, содержащих крахмал.
На основе этой реакции в химическом анализе используется так называемая йод-крахмальная бумага, которая содержит йодид калия и раствор крахмала.
Сегодня мы разобрали олиго- и полисахариды. На этом наш урок закончен.
Реакция гидролиза сахарозы протекает с образованием глюкозы и фруктозы:
C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 (124)
сахароза глюкоза фруктоза
глюкоза фруктоза
Реакция бимолекулярная. Поскольку молярная концентрация воды в водном растворе во много раз больше чем сахарозы, то ее изменение в процессе реакции будет незначимым по сравнению с изменением концентрации сахарозы. Поэтому скорость реакции гидролиза сахарозы будет пропорциональна практически только молярной концентрации сахарозы и кинетическим уравнением реакции будет уравнение реакции первого порядка.
Обозначим:
a – молярная концентрация сахарозы в реагирующей смеси в момент времени t = 0, моль/дм 3 ;
х – молярная концентрация глюкозы или фруктозы в последующие моменты времени t , моль/дм 3 .
Тогда кинетическое уравнение реакции:
,
(125)
где k – константа скорости реакции, с -1 ;
t – время протекания реакции, с.
Реакция гидролиза сахарозы в водном растворе практически не идет. Её катализируют ионами водорода, добавляя в раствор сахарозы раствор сильной минеральной кислоты. Реакция очень удобна для изучения, так как сама сахароза и продукты гидролиза обладают асимметрическим атомом углерода и являются оптически активными. Поэтому за ходом данной реакции легко следить при помощи прибора – поляриметра (или сахариметра ), принцип работы которого основан на применении поляризованного света.
1 Поляризация излучения
Излучение, имеющее длину волны от 350 до 900 нм (видимая область спектра) называют светом.
При распространении световой волны вектор напряженности электромагнитного поля обычно колеблется по всевозможным направлениям, перпендикулярным к линии распространения светового луча. Однако при определенных условиях направления этих колебаний становятся параллельными друг другу – в этом случае говорят, что свет плоско поляризован. Согласно электромагнитной теории распространения света магнитное возмущение происходит в плоскости поляризации, а электрическое возмущение – под прямым углом к магнитному. Для упрощения схемы рассмотрения колебаний в поляризованном луче совместим все параллельные плоскости в одну. Если луч естественного (неполяризованного) света пропустить через кристалл исландского шпата по направлению его кристаллографической оси, то он расщепляется на два луча, причем оба становятся плоско поляризованными, а плоскости их поляризации взаимно перпендикулярны. Каждый из этих лучей может быть снова раздвоен при прохождении через кристалл исландского шпата и так далее.
При определении показателя преломления этого кристалла изучали прохождение через него излучения возбужденного атома натрия (натриевая линия D ). Для каждого из двух лучей было найдено, что для одного из них (называемого обыкновенным лучом ) показатель преломления имеет постоянное значение, равное 1.658, а для другого (называемого необыкновенным лучом ) показатель преломления изменяется в диапазоне от 1.486 до 1.658 в зависимости от направления, по которому луч распространяется в кристалле.
Оба луча (обыкновенный и необыкновенный) можно отделить друг от друга при помощи призмы Николя . Эту призму, для краткости называемую просто николем, изготавливают следующим образом: ромбический кристалл исландского шпата распиливают по плоскости, проходящей через вершины его тупых углов и делящей кристалл на две симметричные части; затем плоскости полируют и склеивают опять в одно целое при помощи канадского бальзама.
На рисунке 10.1 изображена плоскость сечения кристалла ABCD . Прямая линия AO показывает направление оптической оси кристалла; луч PQ при входе в кристалл у поверхности AD преломляется; преломленный луч оказывается наклоненным к оптической оси под углом около 75 , причем необыкновенный луч испытывает меньшее отклонение вследствие меньшего показателя преломления и проходит по направлению PQRS . Так как обыкновенный луч имеет больший показатель преломления, то он отклоняется по направлению QX и встречается с плоскостью AC под большим углом, чем необыкновенный луч.
Рисунок 10.1 –
Схема прохождения света через призму
Николя.
Таким образом, николь разделяет на две части падающий на него свет, а вышедший через грань BC луч оказывается плоско поляризованным. Если этот луч падает на второй николь, поставленный также как и первый, то поляризованный луч пройдет через него. Если же второй николь повернут на 90 , то поляризованный свет претерпевает полное внутреннее отражение и выходит через боковую грань; в результате указанный луч не пройдет через второй николь. При повороте второго николя на угол меньший 90 плоско поляризованный луч разделяется вторым николем на два луча, и только один из них пройдет через призму. Таким образом, при повороте второго николя в любом направлении на 180 интенсивность света, прошедшего через эту призму, уменьшается от максимального значения до нуля, а затем снова возрастает от нуля до прежнего значения.
Если николи перекрещены, то есть они взаимно ориентированы так, что через второй николь свет не проходит, то при введении определенных веществ между двумя николями часть излучения проходит через второй николь. Вещества, обладающие указанным свойством, называют оптически активными и говорят, что они вращают плоскость поляризации. В подобных случаях первый николь, из которого выходит поляризованный луч, называется поляризатором , а второй николь, позволяющий определить поляризован ли падающий на него свет – анализатором .
При введении между скрещенными николями оптически активного вещества свет может быть снова потушен путем поворота анализатора на небольшой угол. В одних случаях этот поворот приходится производить вправо, а в других влево. Соответственно, этим поворотам вращение плоскости поляризации называют правым или левым. Если свет потухает при вращении анализатора вправо на 15 , то тот же эффект может наблюдаться в результате вращения анализатора влево на 165 ; однако при определении направления вращения имеется всегда в виду меньший из двух углов поворота.
Значение угла вращения плоскости поляризации зависит от природы вещества, от толщины взятого слоя, от длины волны примененного света, от температуры, а в случае растворов – дополнительно от концентрации растворенного вещества и от природы растворителя.
