что будет являться конечным продуктом гидролиза крахмала
Химия. 10 класс
Конспект урока
Урок № 11. Полисахариды. Крахмал. Целлюлоза
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён полисахаридам, их строению, свойствам, знакомству с самыми распространёнными полисахаридами: крахмалом и целлюлозой, их структурой, свойствами, нахождением в природе и ролью в жизни человека.
Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа молекул моносахаридов.
Реакция поликонденсации – процесс образования макромолекул, в котором выделяется низкомолекулярный побочный продукт.
Крахмал – продукт поликонденсации молекул альфа-глюкозы.
Целлюлоза – продукт поликонденсации молекул бета-глюкозы.
Реакция этерификации – процесс взаимодействия органического соединения, содержащего спиртовые функциональные группы, с кислотой, в результате которого образуется сложный эфир и вода.
Амилоза – линейные макромолекулы, состоящие из остатков альфа-глюкозы, входят в состав крахмала.
Амилопектин – разветвлённые макромолекулы, состоящие из остатков альфа-глюкозы, входят в состав крахмала.
Ацетатное волокно – искусственное волокно, получаемое на основе триацетата целлюлозы.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.
2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.
Открытые электронные ресурсы:
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа молекул моносахаридов.
Картофельный и кукурузный крахмал, гликоген, целлюлоза, входящая в состав древесины и хлопка, хитин, из которого построены панцири насекомых – это всё полисахариды.
Образование молекул полисахаридов
Крахмал состоит из макромолекул, которые образованы большим количеством молекул альфа-глюкозы.
При соединении двух молекул альфа-глюкозы образуется побочный продукт – молекула воды.
Реакция образования макромолекул, в которой выделяется низкомолекулярный побочный продукт, называется реакцией поликонденсации.
В результате реакции поликонденсации из молекул альфа-глюкозы: могут образовываться линейные макромолекулы.
Линейная макромолекула, образованная из молекул альфа-глюкозы, называется амилоза.
В результате поликонденсации молекул альфа-глюкозы могут образовываться и разветвленные макромолекулы, которые называются амилопектин.
Смесь амилозы и амилопектина называется крахмалом.
Макромолекулы целлюлозы образуются из молекул бета-глюкозы.
Образование целлюлозы также происходит в результате реакции поликонденсации. При этом образуется побочный низкомолекулярный продукт – вода.
Цепь молекулы целлюлозы образуется в результате последовательного присоединения всё новых и новых молекул бета-глюкозы.
Макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, имеют линейное строение.
Физические и химические свойства крахмала и целлюлозы
Крахмал – белый аморфный порошок без вкуса и запаха. Крахмал не растворяется в холодной воде, а в горячей воде набухает и образует клейстер.
Целлюлоза – белое твёрдое нерастворимое в воде вещество без вкуса и запаха.
При добавлении в качестве катализатора небольшого количества кислоты в раствор крахмала происходит его гидролиз. Макромолекулы распадаются на молекулы меньших размеров (декстрин, мальтоза), конечным продуктом реакции гидролиза является альфа-глюкоза.
Механизм реакции следующий: положительно заряженный ион водорода притягивается к кислородному мостику между двумя остатками альфа-глюкозы, соединяется с атомом кислорода. В результате связь разрывается. На атоме углерода второго фрагмента молекулы крахмала образуется положительный заряд, который притягивает к себе молекулу воды. Кислород в молекуле воды присоединяется к атому углерода, а один из ионов водорода отрывается от молекулы воды. В результате образуются молекулы декстрина, которые по такому же механизму гидролизуются с образованием молекул мальтозы. Конечным продуктом гидролиза крахмала являются молекулы альфа-глюкозы.
Если к раствору крахмала добавить каплю раствора йода, появляется синяя окраска. Это качественная реакция на крахмал.
При действии на целлюлозу уксусной кислоты образуются ацетатные эфиры целлюлозы.
Нахождение крахмала и целлюлозы в природе
Крахмал и целлюлоза широко распространены в природе.
Крахмал входит в состав многих растений. В пшенице содержание крахмала составляет 64 %, в рисе – 75 %, в кукурузе – 70 % и в картофеле – 24 %.
Целлюлоза – основной материал клеток растений, она придает прочность стеблям и веткам. Больше всего – 98 % целлюлозы в хлопковом волокне, до 85 % её содержится в льняном волокне. Древесина содержит до 50 % целлюлозы, а в соломе её 30 %.
Роль крахмала и целлюлозы в жизни человека
Полисахариды играют важную роль в жизни человека. Во-первых, полисахариды – это источник углеводов. Из полисахаридов делают бумагу, синтетические волокна и ткани (вискозный, ацетатный, медно-аммиачный шёлк, искусственный мех), фото- и киноплёнку, и даже взрывчатые вещества (бездымный порох).
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
1. Решение задачи на расчёт количества готового продукта, изготовленного из полисахаридов.
Шаг первый: вычислить массу данного в условии объёма древесины:
Шаг второй: вычислить массу целлюлозы, содержащуюся в 200000 кг древесины:
200000·0,52 = 104000 кг.
Шаг третий: из пропорции найти массу бумаги, которую можно получить из 104000 кг древесины.
; 
кг = 69,3 т.
2. Решение задач на нахождение выхода продукта реакции.
Условие задачи: Вычислите выход глюкозы, если из хлопка массой 150 кг получили 110 кг этого моносахарида. Массовая доля целлюлозы в хлопке составляет 95%. Ответ выразите в процентах, запишите в виде целого числа.
Шаг первый: вычислить содержание целлюлозы в 150 кг хлопка.
Шаг второй: записать уравнение реакции гидролиза целлюлозы с образованием глюкозы:
(С6Н10О5)п + пН2О 
пС6Н12О6.
Шаг третий: вычислить молярные массы целлюлозы и глюкозы:
Шаг четвёртый: с помощью пропорции найти теоретически возможное количество глюкозы, которое может быть получено по этой реакции:
; 
кг.
Шаг пятый: найти выход глюкозы как отношение практически полученного количества глюкозы к теоретически возможному, выраженное в процентах:
%.
Так как в ответе требуется записать целое число, то округляем до 70%.
Что будет являться конечным продуктом гидролиза крахмала
Крахмал – ценный питательный продукт. Он входит в состав хлеба, картофеля, круп и наряду с сахарозой является важнейшим источником углеводов в человеческом организме.
Строение крахмала
Крахмал состоит из 2 полисахаридов, построенных из остатков циклической a-глюкозы.
Как видно, соединение молекул глюкозы происходит с участием наиболее реакционноспособных гидроксильных групп, а исчезновение последних исключает возможность образования альдегидных групп, и они в молекуле крахмала отсутствуют. Поэтому крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала».
Крахмал состоит не только из линейных молекул, но и из молекул разветвленной структуры. Этим объясняется зернистое строение крахмала.
В состав крахмала входят:
Амилоза
Амилоза растворима в воде и представляет собой линейный полимер, в котором остатки α–глюкозы связаны друг с другом через первый и четвертый атомы углерода (α-1,4-гликозидными связями).
Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев a-глюкозы.
Амилопектин
В отличие от амилозы, амилопектин не растворим в воде, и имеет разветвленное строение.
Подавляющее большинство глюкозных остатков в амилопектине связаны, как и в амилозе α-1,4-гликозидными связями. Однако в точках разветвлений цепи имеются α-1,6-гликозидные связи.
Молекулярная масса амилопектина достигает 1-6 млн.
Молекулы амилопектина также довольно компактны, так как имеют сферическую форму.
Биологическая роль крахмала. Гликоген
Крахмал – главное запасное питательное вещество растений, основной источник резервной энергии в растительных клетках.
Остатки глюкозы в молекулах крахмала соединены достаточно прочно и в то же время под действием ферментов легко могут отщепляться, как только возникает потребность в источнике энергии.
Амилоза и амилопектин гидролизуются под действием кислот или ферментов до глюкозы, которая служит непосредственным источником энергии для клеточных реакций, входит в состав крови и тканей, участвует в обменных процессах.
Гликоген (животный крахмал) – полисахарид, молекулы которого построены из большого числа остатков α–глюкозы. Он имеет сходное строение с амилопектином, но отличается от него большей разветвленностью цепей, а также большей молекулярной массой.
Содержится гликоген главным образом в печени и в мышцах.
Гликоген – белый аморфный порошок, хорошо растворяется даже в холодной воде, легко гидролизуется под действием кислот и ферментов, образуя в качестве промежуточных веществ декстрины, мальтозу и при полном гидролизе – глюкозу.
Превращение крахмала в организме человека и животных
Нахождение в природе
Крахмал широко распространен в природе. Он образуется в растениях в процессе фотосинтезе и накапливается в клубнях, корнях, семенах, а также в листьях и стеблях.
Крахмал содержится в растениях в виде крахмальных зерен. Наиболее богато крахмалом зерно злаков: риса (до 80%), пшеницы (до 70%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 25%). В клубнях картофеля крахмальные зерна плавают в клеточном соке, в злаках они плотно склеены белковым веществом клейковиной.
Физические свойства
Крахмал – белое аморфное вещество, без вкуса и запаха, нерастворимое в холодной воде, в горячей воде набухает и частично растворяется, образуя вязкий коллоидный раствор (крахмальный клейстер).
Крахмал существует в двух формах: амилоза – линейный полимер, растворимый в горячей воде, амилопектин – разветвлённый полимер, не растворимый в воде, лишь набухает.
Химические свойства крахмала
Химические свойства крахмала объясняются его строением.
Крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала», однако ее дают продукты его гидролиза.
1. Гидролиз крахмала
При нагревании в кислой среде крахмал гидролизуется с разрывом связей между остатками α-глюкозы. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, в частности мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза:
Процесс гидролиза протекает ступенчато, схематически его можно изобразить так:
Видеоопыт «Кислотный гидролиз крахмала»
Реакцию превращения крахмала в глюкозу при каталитическом действии серной кислоты открыл в 1811 г. русский ученый К.Кирхгоф (реакция Кирхгофа).
2. Качественная реакция на крахмал
Так как молекула амилозы представляет собой спираль, то при взаимодействии амилозы с йодом в водном растворе молекулы йода входят во внутренний канал спирали, образуя так называемое соединение включения.
Раствор иода окрашивает крахмал в синий цвет. При нагревании окрашивание исчезает (комплекс разрушается), при охлаждении появляется вновь.
Крахмал + J2 – синее окрашивание
Видеоопыт «Реакция крахмала с йодом»
Данная реакция используется в аналитических целях для обнаружения, как крахмала, так и йода (йодкрахмальная проба)
3. Большинство глюкозных остатков в молекулах крахмала имеют по 3 свободных гидроксила (у 2,3,6-го атомов углерода), в точках разветвления – у 2-го и 3-го атомов углерода.
Следовательно, для крахмала возможны реакции, характерные для многоатомных спиртов, в частности образование простых и сложных эфиров. Однако эфиры крахмала большого практического значения не имеют.
Качественную реакцию на многоатомные спирты крахмал не дает, так как плохо растворяется в воде.
Получение крахмала
Из растений извлекают крахмал, разрушая клетки и отмывая его водой. В промышленном масштабе его получают главным образом из клубней картофеля (в виде картофельной муки), а также кукурузы, в меньшей степени – из риса, пшеницы и других растений.
Получение крахмала из картофеля
Картофель моют, измельчают и промывают водой и перекачивают в большие сосуды, где происходит отстаивание. Вода извлекает из измельченного сырья крахмальные зерна, образуя так называемое «крахмальное молоко».
Полученный крахмал ещё раз промывают водой, отстаивают и сушат в струе теплого воздуха.
Получение крахмала из кукурузы
Зерна кукурузы замачивают в теплой воде разбавленной сернистой кислоты с целью размягчения зерна и удаления из него основной части растворимых веществ.
Набухшее зерно дробят для удаления ростков.
Ростки, после всплывания на поверхность воды, отделяют и используют в дальнейшем для получения кукурузного масла.
Кукурузную массу повторно измельчают, обрабатывают водой для вымывания крахмала, затем отделяют отстаиванием или с помощью центрифуги.
Применение крахмала
Крахмал широко применяется в различных отраслях промышленности (пищевой, фармацевтической, текстильной, бумажной и т.п.).
Он является основным углеводом пищи человека – хлеба, круп, картофеля.
В значительных количествах перерабатывается на декстрины, патоку и глюкозу, используемые в кондитерском производстве.
Из крахмала, содержащегося в картофеле и зерне злаков, получают этиловый, н-бутиловый спирты, ацетон, лимонную кислоту, глицерин.
Крахмал используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей, крахмаления белья.
В медицине на основе крахмала готовятся мази, присыпки и т.д.
§ 43. Крахмал
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Химия. 10 класс |
| Книга: | § 43. Крахмал |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Понедельник, 6 Декабрь 2021, 05:11 |
Оглавление
Крахмал
Крахмал представляет собой белый порошок. В отличие от глюкозы, фруктозы и сахарозы, он не имеет сладкого вкуса и не растворяется в холодной воде. При смешивании с горячей водой крахмал образует вязкий, клейкий коллоидный раствор — клейстер. При помощи этого раствора можно приклеить бумагу к различным поверхностям.
Крахмал широко распространён в природе, он образуется в результате фотосинтеза и накапливается в семенах, клубнях и плодах растений (рис. 43.1). Наиболее богаты крахмалом зёрна кукурузы, пшеницы и риса (содержание крахмала достигает 70–80 %), а также клубни картофеля (более 20 %).
Состав и строение крахмала
Рассмотрим состав и строение крахмала. Молекулярная формула крахмала — (C6H10O5)n, то есть крахмал является полимером. Установлено, что макромолекулы крахмала состоят из остатков α-глюкозы. Тогда процесс образования крахмала из глюкозы можно представить следующей схемой: 
Таким образом, крахмал является продуктом поликонденсации глюкозы. Макромолекула крахмала состоит из большого числа остатков моносахарида глюкозы. Поэтому крахмал является полисахаридом.
Макромолекулы крахмала могут быть линейными или разветвлёнными, то есть крахмал представляет собой смесь двух полимеров, которые называются амилоза и амилопектин.
Амилоза — неразветвлённый полимер (рис. 43.2). Макромолекулы амилозы имеют форму спирали. Внутри спирали могут разместиться некоторые молекулы, например молекула иода. При этом образуется так называемое соединение включения, в котором молекула иода «включена» внутрь спиралевидной макромолекулы амилозы. Это соединение имеет ярко-синий цвет. Образование ярко-синего соединения включения при взаимодействии с иодом является качественной реакцией на крахмал, и наоборот, с помощью крахмального раствора можно обнаружить даже небольшие количества иода.
Крахмал содержит также разветвлённые макромолекулы. Разветвлённый полимер называется амилопектин (рис. 43.2).
Подобно растениям, в животных организмах также содержится полисахарид, состоящий из остатков α-глюкозы. Он называется гликоген. Гликоген похож по строению на амилопектин, но является ещё более разветвлённым (рис. 43.2).
Химические свойства крахмала
В макромолекуле крахмала циклические формы глюкозы зафиксированы, поэтому крахмал не проявляет свойства, характерные для альдегидов. Крахмал не даёт реакцию «серебряного зеркала» и не образует красный осадок оксида меди(I) при нагревании с гидроксидом меди(II).
В то же время крахмал проявляет некоторые химические свойства, присущие сахарозе. Мы уже знаем, что, в отличие от моносахаридов, дисахарид сахароза подвергается гидролизу. При этом происходит расщепление молекулы сахарозы, и образуются две молекулы моносахаридов: глюкозы и фруктозы (§ 42). Будучи полисахаридом, крахмал также подвергается гидролизу. Если нагреть крахмальный клейстер с несколькими каплями серной кислоты, то происходит постепенное расщепление макромолекул крахмала. При этом сначала образуются продукты частичного расщепления макромолекул, имеющие молекулярную массу меньше, чем у крахмала, — декстрины. При дальнейшем расщеплении молекул может образоваться дисахарид мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза:
Ознакомиться с тем, как на практике проводят гидролиз крахмала, вы можете, перейдя по ссылке в QR-коде.
Применение и получение и крахмала
Крахмал является одним из наиболее распространённых углеводов в рационе питания человека. Под действием пищеварительных ферментов макромолекулы крахмала гидролизуются до глюкозы. В клетках происходит окисление глюкозы до углекислого газа и воды. Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии, необходимой для функционирования организма. Излишки глюкозы накапливаются «про запас» в клетках в виде гликогена.
Крахмал используется для приготовления разнообразных продуктов питания: киселей, муссов, желе, кондитерских и кулинарных изделий. Его применяют для обработки тканей и получения клеевых составов. В химических лабораториях крахмал используют как чувствительный индикатор на наличие иода.
Частичным гидролизом крахмала получают пáтоку — густую сладкую массу, представляющую собой смесь декстринов, мальтозы и глюкозы.
Пáтока используется в пищевой промышленности при производстве кондитерских изделий и др.
Полным гидролизом крахмала получают глюкозу. Реакции брожения глюкозы используют для производства этилового спирта, молочной кислоты и других веществ.
Получают крахмал выделением из природных источников (зёрна злаков, клубни картофеля).
Крахмал является природным полисахаридом, он образуется в результате фотосинтеза и накапливается в растениях.
Макромолекулы крахмала состоят из остатков α -глюкозы, связанных между собой кислородными мостиками.
Крахмал представляет собой смесь двух полимеров — амилозы и амилопектина.
Качественной реакцией на крахмал является образование ярко-синего соединения включения при взаимодействии с иодом.
В результате полного гидролиза крахмала образуется глюкоза.
Крахмал получают выделением из природных источников — картофеля, риса, пшеницы, кукурузы.
В животных организмах также имеется полисахарид, состоящий из остатков α -глюкозы. Он называется гликогеном.
Вопросы и задания
1. Приведите молекулярную формулу крахмала и уравнение реакции его полного гидролиза.
2. Напишите схему получения крахмала из глюкозы. Почему реакция получения крахмала из глюкозы называется поликонденсацией, а не полимеризацией?
3. В домашних условиях легко выполнить следующий эксперимент. Если на кусочек белого хлеба либо свежий срез клубня картофеля нанести каплю иодной настойки, появится синее окрашивание. Объясните наблюдаемый эффект.
4. К крахмальному клейстеру добавили несколько капель серной кислоты и смесь нагрели. Затем раствор нейтрализовали щёлочью. Будет ли полученная смесь давать реакцию «серебряного зеркала»? Приведите уравнения реакций.
5. При гидролизе крахмала может быть получен дисахарид мальтоза. Приведите структурную формулу мальтозы. Составьте уравнение реакции гидролиза мальтозы, используя структурные формулы веществ.
6. Средняя относительная молекулярная масса крахмала равна 405 000. Укажите среднее число остатков глюкозы в молекуле крахмала.
7. Рассчитайте массы: а) пшеницы, б) картофеля, которые теоретически потребуются для получения 100 л этанола плотностью 0,79 г/мл. Содержание крахмала в пшенице и клубнях картофеля принять равными 75 % и 24 % по массе соответственно.
8. Массовая доля крахмала в кукурузе составляет 65 %. Суммарный выход получения этанола из кукурузы равен 70 % от теоретически возможного. Укажите массу этанола, которая будет получена из 324 г кукурузы.