"Глюкоза: молекулярна формула та її відкрита форма. Хімічні властивості глюкози".

"Глюкоза: молекулярна формула та її відкрита форма. Хімічні властивості глюкози"

Глюкоза: основні відомості

Глюкоза (C₆H₁₂O₆) – це один з найважливіших моносахаридів, який є основним джерелом енергії для живих організмів. Її також називають виноградним цукром, оскільки вона міститься у великій кількості у винограді.

Молекулярна формула та відкрита форма глюкози:

• Молекулярна формула: C₆H₁₂O₆

Відкрита форма: Глюкоза має відкриту (альдегідну) та циклічну форми. У відкритій формі вона є альдегідоспиртом, тобто містить альдегідну групу (-CHO) та п'ять гідроксильних груп (-OH).  Відкрита форма глюкози – це лінійна структура молекули глюкози, де шість атомів вуглецю утворюють ланцюг. У цій формі глюкоза має альдегідну групу (–CHO) на першому атомі вуглецю та гідроксильні групи (–OH) на інших атомах вуглецю.

Ключові аспекти відкритої форми глюкози:

• Альдегідна група: Наявність альдегідної групи робить глюкозу відновником, тобто вона здатна віддавати електрони в хімічних реакціях.
• Багатоатомний спирт: Глюкоза також є багатоатомним спиртом, оскільки містить кілька гідроксильних груп.
• Рівновага з циклічними формами: У водному розчині відкрита форма глюкози перебуває в рівновазі з циклічними формами (α- та β-глюкозою). Циклічні форми є більш стабільними, і більшість молекул глюкози в розчині існують саме в цих формах.
• Хімічні властивості: Відкрита форма глюкози відповідальна за деякі її хімічні властивості, такі як реакція "срібного дзеркала" та реакція з гідроксидом міді (II).

Отже, відкрита форма глюкози є важливою для розуміння її хімічних властивостей та поведінки в розчинах, хоча в природі вона зустрічається рідше, ніж циклічні форми.

Хімічні властивості глюкози:

Глюкоза має різноманітні хімічні властивості, зумовлені наявністю альдегідної та гідроксильних груп.

1. Реакції окиснення:
   • Глюкоза легко окислюється. При м'якому окисненні утворюється глюконова кислота, а при сильному – глюкарова кислота.
     • Реакція "срібного дзеркала":

C₆H₁₂O₆ + 2[Ag(NH₃)₂]OH → 2Ag↓ + C₅H₁₀O₅(COONH₄) + 3NH₃ + H₂O

• Окиснення гідроксидом міді (II):

C₆H₁₂O₆ + 2Cu(OH)₂ → C₆H₁₂O₇ + Cu₂O↓ + 2H₂O

2. Реакції відновлення:
   • Глюкоза може відновлюватися до шестиатомного спирту – сорбіту.
     • C₆H₁₂O₆ + H₂ → C₆H₁₄O₆
3. Реакції бродіння:
   • Спиртове бродіння: Глюкоза під дією ферментів дріжджів перетворюється на етанол та вуглекислий газ.
     • C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂
   • Молочнокисле бродіння: Глюкоза під дією молочнокислих бактерій перетворюється на молочну кислоту.
     • C₆H₁₂O₆ → 2CH₃CH(OH)COOH
4. Реакції естерифікації:
   • Глюкоза реагує з кислотами, утворюючи естери.
     • C₆H₁₂O₆ + 5(CH₃COOH) → C₆H₇O(OCOCH₃)₅ + 5H₂O
5. Реакції поліконденсації:
   • Глюкоза бере участь в реакціях поліконденсації, в наслідок чого утворюються дисахариди та полісахариди.

Біологічне значення глюкози:

• Глюкоза є основним джерелом енергії для клітин.
• Вона бере участь у синтезі інших органічних речовин.
• Глюкоза є важливим компонентом крові.

Глюкоза є життєво важливою сполукою, яка відіграє ключову роль в енергетичному обміні живих організмів.

Тестові завдання

1. Яка молекулярна формула глюкози?
   • а) C₅H₁₀O₅
   • б) C₆H₁₂O₆
   • в) C₁₂H₂₂O₁₁
   • г) C₆H₁₀O₅
2. Яка функціональна група присутня у відкритій формі глюкози?
   • а) Карбоксильна
   • б) Альдегідна
   • в) Гідроксильна
   • г) Кетона
3. Яка реакція використовується для якісного визначення глюкози?
   • а) Реакція нейтралізації
   • б) Реакція гідролізу
   • в) Реакція "срібного дзеркала"
   • г) Реакція естерифікації
4. Який продукт утворюється при спиртовому бродінні глюкози?
   • а) Молочна кислота
   • б) Етанол та вуглекислий газ
   • в) Глюконова кислота
   • г) Сорбіт
5. Який продукт утворюється при молочнокислому бродінні глюкози?
   • а) Етанол
   • б) Вуглекислий газ
   • в) Молочна кислота
   • г) Сорбіт
6. Який продукт утворюється при окисненні глюкози гідроксидом міді (II)?
   • а) Срібне дзеркало
   • б) Глюконова кислота
   • в) Червоний осад Cu₂O
   • г) Сорбіт
7. Який продукт утворюється при відновленні глюкози?
   • а) Глюконова кислота
   • б) Сорбіт
   • в) Етанол
   • г) Молочна кислота
8. До якого класу органічних сполук належить глюкоза?
   • а) Альдегіди
   • б) Спирти
   • в) Моносахариди
   • г) Карбонові кислоти
9. Яку функцію виконує глюкоза в живих організмах?
   • а) Структурну
   • б) Запасну
   • в) Енергетичну
   • г) Каталітичну
10. Який тип реакції відбувається при утворенні дисахаридів з глюкози?
    • а) Гідроліз
    • б) Естерифікація
    • в) Поліконденсація
    • г) Окиснення
11. Який продукт утворюється в результаті реакції «срібного дзеркала»?
    • а) Cu₂O
    • б) Ag
    • в) CO₂
    • г) H₂O
12. Вкажіть, яка з наведених реакцій характерна для глюкози:
    • а) Реакція нейтралізації
    • б) Реакція гідрування
    • в) Реакція дегідратації
    • г) Реакція полімеризації

Відповіді:

1. б) C₆H₁₂O₆
2. б) Альдегідна
3. в) Реакція "срібного дзеркала"
4. б) Етанол та вуглекислий газ
5. в) Молочна кислота
6. в) Червоний осад Cu₂O
7. б) Сорбіт
8. в) Моносахариди
9. в) Енергетичну
10. в) Поліконденсація
11. б) Ag
12. б) Реакція гідрування

Задача 1:

При спиртовому бродінні 90 г глюкози утворився етиловий спирт. Обчисліть об'єм утвореного вуглекислого газу (н.у.).

Розв'язок:

1. Записуємо рівняння реакції спиртового бродіння глюкози:
   • C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂
2. Обчислюємо молярну масу глюкози (C₆H₁₂O₆):
   • M(C₆H₁₂O₆) = 6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16 = 180 г/моль
3. Обчислюємо кількість речовини глюкози:
   • n(C₆H₁₂O₆) = m(C₆H₁₂O₆) / M(C₆H₁₂O₆) = 90 г / 180 г/моль = 0,5 моль
4. З рівняння реакції видно, що з 1 моль глюкози утворюється 2 моль вуглекислого газу, тому:
   • n(CO₂) = 2 × n(C₆H₁₂O₆) = 2 × 0,5 моль = 1 моль
5. Обчислюємо об'єм вуглекислого газу (н.у.):
   • V(CO₂) = n(CO₂) × Vm = 1 моль × 22,4 л/моль = 22,4 л

Відповідь: Об'єм вуглекислого газу становить 22,4 л.

Задача 2:

Яка маса срібла утвориться при реакції "срібного дзеркала" з 36 г глюкози?

Розв'язок:

1. Записуємо рівняння реакції "срібного дзеркала":
   • C₆H₁₂O₆ + 2[Ag(NH₃)₂]OH → 2Ag↓ + C₅H₁₀O₅(COONH₄) + 3NH₃ + H₂O
2. Обчислюємо молярну масу глюкози (C₆H₁₂O₆):
   • M(C₆H₁₂O₆) = 180 г/моль
3. Обчислюємо кількість речовини глюкози:
   • n(C₆H₁₂O₆) = m(C₆H₁₂O₆) / M(C₆H₁₂O₆) = 36 г / 180 г/моль = 0,2 моль
4. З рівняння реакції видно, що з 1 моль глюкози утворюється 2 моль срібла, тому:
   • n(Ag) = 2 × n(C₆H₁₂O₆) = 2 × 0,2 моль = 0,4 моль
5. Обчислюємо масу срібла:
   • m(Ag) = n(Ag) × M(Ag) = 0,4 моль × 108 г/моль = 43,2 г

Відповідь: Маса срібла становить 43,2 г.

Задача 3:

При окисненні глюкози купрум (II) гідроксидом утворився осад червоного кольору масою 14,4 грама. Яка маса глюкози вступила в реакцію?

Розв'язок:

1. Записуємо рівняння реакції:
   • C₆H₁₂O₆ + 2Cu(OH)₂ → C₆H₁₂O₇ + Cu₂O↓ + 2H₂O
2. Обчислюємо молярну масу Cu₂O:
   • M(Cu₂O) = 2 × 64 + 16 = 144 г/моль.
3. Обчислюємо кількість речовини Cu₂O:
   • n(Cu₂O) = m(Cu₂O) / M(Cu₂O) = 14,4 г / 144 г/моль = 0,1 моль
4. З рівняння видно, що кількості речовин глюкози та купрум (I) оксиду однакові:
   • n(C₆H₁₂O₆) = n(Cu₂O) = 0,1 моль
5. Обчислюємо масу глюкози:
   • m(C₆H₁₂O₆) = n(C₆H₁₂O₆) × M(C₆H₁₂O₆) = 0,1 моль × 180 г/моль = 18 г

Відповідь: Маса глюкози становить 18 г.

Задача 4.

При спалюванні 18 г вуглеводу утворилося 26,4 г вуглекислого газу (CO₂) та 10,8 г води (H₂O). Відносна молекулярна маса вуглеводу становить 180. Визначте молекулярну формулу вуглеводу.

Розв'язок:

1. Визначаємо маси елементів у продуктах згоряння:
   • Маса вуглецю (C) у CO₂:
     • M(CO₂) = 12 + 2 × 16 = 44 г/моль
     • Масова частка вуглецю в CO₂: 12 / 44
     • Маса вуглецю: (12 / 44) × 26,4 г = 7,2 г
   • Маса водню (H) у H₂O:
     • M(H₂O) = 2 × 1 + 16 = 18 г/моль
     • Масова частка водню в H₂O: 2 / 18
     • Маса водню: (2 / 18) × 10,8 г = 1,2 г
2. Визначаємо масу кисню (O) у вуглеводі:
   • Маса кисню: 18 г (маса вуглеводу) - 7,2 г (маса вуглецю) - 1,2 г (маса водню) = 9,6 г
3. Визначаємо кількість речовини кожного елемента:
   • n(C) = 7,2 г / 12 г/моль = 0,6 моль
   • n(H) = 1,2 г / 1 г/моль = 1,2 моль
   • n(O) = 9,6 г / 16 г/моль = 0,6 моль
4. Визначаємо співвідношення атомів:
   • C : H : O = 0,6 : 1,2 : 0,6 = 1 : 2 : 1
5. Найпростіша формула:
   • CH₂O
6. Визначаємо молярну масу найпростішої формули:
   • M(CH₂O) = 12 + 2 + 16 = 30 г/моль
7. Визначаємо, скільки разів найпростіша формула міститься в молекулярній формулі:
   • 180 / 30 = 6
8. Молекулярна формула вуглеводу:
   • (CH₂O)₆ = C₆H₁₂O₆

Відповідь: Молекулярна формула вуглеводу - C₆H₁₂O₆.