Классификация Углеводов. Моносахариды
план-конспект урока по химии (10 класс) на тему

Тема: Классификация углеводов. Моносахариды. Глюкоза.

Тип урока: урок формирования знаний

Технологии: ЦОР (ЭОР Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов (http://school-collection.edu.ru).

Цель урока: систематизировать знания об углеводах, как классе органических соединений; изучить строение, свойства, способы получения и применение моносахаридов на примере глюкозы.

Задачи урока:

Образовательные:актуализировать знания о классификации углеводов;исследовать химические свойства глюкозы и на основании этого сделать вывод о её строении;изучить способы получения и применение глюкозы;проконтролировать степень усвоения знаний с помощью теста.

Воспитательные:формировать мировоззрение учащихся;воспитывать самостоятельность, чувство собственного достоинства.

Развивающие:совершенствовать умения и навыки при проведении химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности;развивать память, речь, мышление, умение анализировать, сопоставлять, делать выводы;совершенствовать навыки решения тестовых заданий;развивать познавательный интерес, творческие способности, уверенность в своих силах, настойчивость.

Методы обучения: использование ЦОР, химический эксперимент, метод исследования, фронтальная беседа, фронтальный опрос.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, пробирки, держатель для пробирок, спиртовка.

Реактивы: растворы медного купороса CuSO4 ∙ 5H2O, гидроксида натрия NaOH, глюкозы C6H12O6.

Ход урока.

Актуализация знаний. Постановка цели.

Вступление учителя:

Человеческий организм не может не только расти и развиваться, но и просто существовать без притока органических веществ. В отличие от растений и подобно животным, он не может сам создавать органические соединения из неорганического сырья. Кроме того, организму требуется энергия – как для обеспечения соответствующей температуры тела, так и для совершения работы, следовательно, пища – жизнь.

Вопросы классу:

Из чего состоит наша пища? Какие вещества являются главными поставщиками энергии организму человека?

Наша пища состоит из очень большого числа различных химических веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ, вода. Среди них имеются соединения, которые определяют её энергетическую и биологическую ценность, участвуют в формировании структуры, вкуса, цвета и аромата пищевых продуктов.

Главными поставщиками энергии организму человека являются углеводы. Углеводами богаты зерновые и бобовые культуры, картофель, фрукты и овощи. Считается, что на 60% потребности человека в энергии должны обеспечиваться углеводами. В день человек должен получать не менее 500 г углеводов.

Сегодня на уроке мы должны систематизировать знания об углеводах, как о классе органических соединений, особенностях их строения и свойств. И начнём мы с определения и классификации.

Введение знаний.

Углеводы – кислородсодержащие органические вещества, большинство которых отвечает общей формуле Сn(H2O)m.

Т.е. углеводы как бы состоят из углерода и воды, отсюда и название класса. Это название появилось на основе элементного анализа первых известных углеводов. В дальнейшем было установлено, что существуют углеводы, в молекулах которых не соблюдается указанное соотношение, например, дезоксирибоза C5H10O4. Известны также соединения, состав которых соответствует приведённой общей формуле, но они не принадлежат к классу углеводов (формальдегид, уксусная кислота). Однако название «углеводы» укоренилось и в настоящее время является общепризнанным.

Углеводы – это чрезвычайно разнообразный класс соединений, как по составу, так и по строению их молекул.

Классификация углеводов.

По способности к гидролизу углеводы можно разделить на 3 основные группы: моносахариды, олигосахариды, полисахариды.

Учащиеся записывают в тетради схему и примеры.

Моносахариды – углеводы, являющиеся по строению альдегидоспиртами или кетоноспиртами, которые не подвергаются гидролизу. В зависимости от числа атомов углерода делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы.

Примеры: глюкоза (виноградный сахар) C6H12O6 – белое кристаллическое вещество, содержится в соке винограда и других фруктах.

Использование ЭОР (можно продемонстрировать некоторые структурные формулы в качестве примера, формулы глюкозы и фруктозы лучше показать в разделах «строение»):

Трехмерные химические формулы:

Глюкоза (линейная форма) (№ 104073); Глюкопираноза (№ 103942);

Фруктоза (фруктовый сахар) C6H12O6 – белое кристаллическое вещество, составляет значительную часть мёда; Фруктоза (линейная форма) (№ 103999); Фруктофураноза (№ 104018);

Рибоза C5H10O5 – входит в состав РНК; Рибоза (линейная форма) (№ 103926); Рибоза (циклическая форма) (№ 103849);

Дезоксирибоза C5H10O4 – входит в состав ДНК; Дезоксирибоза (циклическая форма) (№ 103827).

Олигосахариды – полимерные углеводы, построенные из небольшого числа (2 – 10) остатков моносахаридов.

Примеры: сахароза С12H22O11 (свекловичный или тростниковый сахар) – дисахарид, белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус. Содержится в большинстве растений. В живых организмах под действием ферментов сначала подвергается гидролизу до моносахаридов, которые затем окисляются до углекислого газа и воды с выделением большого количества энергии.

Лактоза С12H22O11 (молочный сахар) – дисахарид, входит в состав молока и молочных продуктов.

Мальтоза С12H22O11 (солодовый сахар) – входит в состав солода, мёда.

Использование ЭОР:

Трехмерные химические формулы:

Сахароза (№104016) Лактоза (№104064) Мальтоза (№104075)

Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, построенные из остатков моносахаридов. Могут иметь разветвлённое и линейное строение.

Примеры: крахмал (C6H10O5)n - полисахарид, построенный из звеньев α-глюкозы, белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде набухает и образует крахмальный клейстер. Содержится в растениях и является ценным питательным веществом. Под воздействием ферментов в организме гидролизуется до глюкозы.

Использование ЭОР:трехмерная химическая формула: Крахмал № 103817

Целлюлоза (C6H10O5)n – полисахарид, построенный из звеньев β-глюкозы, твёрдое волокнистое вещество, нерастворимое в воде. Служит «строительным материалом» для стенок растительной клетки, является самым распространённым органическим веществом на Земле. Применяется для изготовления хлопчатобумажных тканей и бумаги.

Целлюлоза (№ 103845); применение крахмала. (№124460); применение природных волокон, содержащих целлюлозу. (№125462); применение сложных эфиров целлюлозы. (№125466)

Изучение моносахаридов продолжим на примере глюкозы.

Нахождение в природе (проводится фронтальная беседа).

В свободном виде глюкоза содержится почти во всех органах зеленых растений. Особенно её много в соке винограда (отсюда название «виноградный сахар»). Мёд в основном состоит из смеси глюкозы и фруктозы. Также глюкоза содержится цветочном нектаре, некоторых фруктах и овощах.

В крови человека и животных содержится около 0,1% глюкозы (80 – 120 мг в 100 мл крови). Превышение содержания глюкозы в крови уровня 180 мг на 100 мл крови свидетельствует о нарушении углеводного обмена и развитии сахарного диабета.

Глюкоза. Нахождение в природе. (№125436)

Исследование строения глюкозы.

К демонстрационному столу вызывается 1 учащийся, которому будет предложено решить экспериментальную задачу:

Докажите опытным путем с помощью предложенных реактивов (растворы CuSO4, NaOH), что виноградный сок содержит глюкозу. Проведите соответствующие химические реакции, отметьте их признаки. Какое строение молекулы глюкозы доказывают проведенные реакции?

В это время остальные учащиеся смотрят видеофрагмент «Определение глюкозы в виноградном соке» (использование ЦОР: видеофрагмент № 54862)

В процессе выполнения эксперимента и просмотра видеофрагмента учащиеся должны сделать вывод о том, что в состав глюкозы входят функциональные группы многоатомных спиртов (гидроксогруппа –ОН) и альдегидов ( альдегидная группа).

Строение глюкозы.

Простейшая формула глюкозы: СН2О

Молекулярная формула глюкозы: С6Н12О6

М(С6Н12О6)=180 г/моль

Трехмерные химические формулы: глюкоза (линейная форма) (№ 104073)

Глюкоза – это альдегидоспирт, содержит функциональные группы спиртов – OH, и альдегидов-СОН).

Кристаллическая глюкоза состоит из линейных (альдегидных) молекул, а в растворе существуют молекулы циклического строения.

Использование ЭОР: трехмерная формула Глюкопираноза (№ 103942); флеш-анимация«Равновесие трёх форм глюкозы в одном растворе» (№125439).

Изомерия глюкозы.

Изомером глюкозы является фруктоза («фруктовый сахар»), составляющая значительную часть мёда, а также содержащаяся в цветочном нектаре.

В молекуле фруктозы содержатся характерные функциональные группы спиртов –ОН и кетонов (фруктоза – кетоноспирт).

Трехмерные химические формулы: фруктоза (линейная форма) (№ 103999); фруктофураноза (№ 104018).

Получение глюкозы.

В природе глюкоза образуется в результате фотосинтеза:  

6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2

(к доске вызывается 1 учащийся, который записывает уравнение реакции на доске, остальные делают это в тетради).

Первый синтез простейших углеводов из формальдегида был произведён А. М. Бутлеровым в 1861 г.: HCOH → С6Н12О6(уравнение демонстрируется учителем в презентации).

В промышленном производстве глюкозу получают гидролизом крахмала в присутствии серной кислоты:

(C6H10O5)n + nH2O  nC6H12O6 (уравнение демонстрируется учителем в презентации).

Физические свойства глюкозы.

Вопрос классу: Какие физические свойства глюкозы вам известны?

Глюкоза - бесцветное кристаллическое вещество со сладким вкусом, хорошо растворяется в воде. Из водного раствора она выделяется в виде кристаллогидрата: С6H12O6 ∙ (H2O)n. По сравнению со свекловичным сахаром она менее сладкая.

Химические свойства глюкозы.

Гликолиз.

Вопрос классу: Из курса биологии вы знаете, что глюкоза является своеобразным аккумулятором солнечной энергии. Поразмышляйте, что происходит с глюкозой в организме человека?

Около 70% глюкозы, содержащейся в крови человека, подвергается в тканях медленному окислению с выделением энергии и образованием конечных продуктов – углекислого газа и воды.

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2920 кДж (уравнение записывается одним из учащихся на доске)

Энергия, выделяемая при гликолизе, в значительной степени обеспечивает энергетические потребности живых организмов.

Свойства глюкозы как многоатомного спирта.

Глюкоза даёт качественную реакцию многоатомных спиртов – со свежеполученным гидроксидом меди (II) образует ярко-синий раствор.

Использование ЭОР:Качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди (II) (видеофрагмент №54867)

Глюкоза реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров (пять гидроксильных групп глюкозы вступают в реакцию с кислотами).

Свойства глюкозы как альдегида.

Вопрос классу: глюкоза применяется в производстве зеркал и елочных украшений. Какая химическая реакция лежит в основе этого производства?

Глюкоза реагирует с оксидом серебра (I) в аммиачном растворе (реакция “серебряного зеркала”):

Использование ЭОР:«Окисление глюкозы оксидом серебра (I)» (видеофрагмент №54865)

CH2OH-(CHOH)4-COH + Ag2O → CH2OH-(CHOH)4-COOH + 2Ag (уравнение записывается одним из учащихся на доске)

Окисляется гидроксидом меди (II) (с выпадением красного осадка):

CH2OH(CHOH)4-COH + 2Cu(OH)2→ CH2OH(CHOH)4-COOH + Cu2O + 2H2O (уравнение записывается одним из учащихся на доске)

В начале XX в. медики уже знали, что сахар – это «белая смерть», однако очень медленная и сладкая. Но, хорошенько изучив таблицу Д.И.Менделеева, они нашли несколько полноценных заменителей сахара, не отличающихся от него по вкусу, но не вызывающих диабета и разрушения зубов.

Вопрос классу: Как называется один из заменителей сахара, вы узнаете, разгадав шараду:

Слог мой первый метлой выметают.

Слогом вторым информатик считает.

В целом скажу, дорогие друзья,

Для многих больных вместо сахара я. (сорбит)

Как же связана глюкоза с заменителем сахара? Под действием восстановителей глюкоза превращается в шестиатомный спирт сорбит:

CH2OH-(CHOH)4-COH + H2 → CH2OH-(CHOH)4-CH2OH

(уравнение демонстрируется учителем в презентации)

Брожение – специфическое свойство некоторых углеводов:

а) спиртовое брожение

C6H12O6 → 2CH3-CH2-OH+ 2CO2

этанол

б) молочнокислое брожение

C6H12O6 →  2CH3-CH(OH)-COOH

молочная кислота

в) маслянокислое брожение

C6H12O6 → C3H7COOH+2H2+2CO2

масляная кислота

г) лимоннокислое брожение

C6H12O6→ HOOC-CH2-C(OH)(COOH)-CH2-COOH+2H2O

лимонная кислота

(уравнения реакций демонстрируются учителем в презентации)

Применение глюкозы.

Проводится обобщающая беседа, в ходе которой формулируются основные области применения глюкозы: в медицине в качестве общеукрепляющего лечебного средства(№125445); в пищевой промышленности для изготовления кондитерских изделий, вин(№125413); в текстильной промышленности для придания блеска тканям; глюкоза – восстановитель при производстве зеркал и ёлочных украшений; в микробиологии для размножения кормовых дрожжей(№125448).

Проверка знаний (подведение итогов обучения) проводится в форме фронтального опроса.

Использование ЭОР:

Тест «Химические свойства глюкозы» (№ 125441)

Домашнее задание и его инструктаж

Решите задачу: Какова масса молочной кислоты, образующейся при брожении глюкозы массой 300 г, содержащей 5% примесей?

Осуществите превращения:С6H12O6 → A → CH3COOC2H5.