Уравнение сахарозы с серной кислотой
Под действием концентрированной серной кислоты сахароза C12H22O11 превращается в чёрную массу, из которой затем начинают выделяться газы. Объясните эти процессы и напишите уравнения реакций.
Концентрированная серная кислота обладает сильными гигроскопическим свойствами, поэтому под действием этой кислоты сахароза теряет воду, и превращается в уголь. Отнятая вода гидратирует молекулы серной кислоты, в результате чего выделяется большое количество тепла, которое нагревает воду до кипения.
C12H22O11 H₂SO₄ ⟶ 12C + 11H2O
Гидролиз сахарозы — уравнение реакции, формула и свойства
Сахароза — природный углевод, являющийся химическим органическим соединением. Его относят к дисахаридам, так как в его структуре содержится два моносахаридных звена: остатки молекул глюкозы и фруктозы, соединенных через гидроксильную группу. В быту сахарозу называют тростниковым (иногда свекловичным) сахаром.
Общие свойства
Внешне сахароза выглядит как бесцветные мелкие кристаллы. Ее физические свойства:
- в воде, этаноле растворима, однако практически не растворяется в метаноле и диэтиловом эфире;
- температура плавления равна 186 градусов по Цельсию. При застывании расплавленной массы получается аморфное прозрачное вещество, называемое карамелью;
- в природе находится в овощах, фруктах и ягодах.
Получение сахарозы
Получение — довольно сложный и тонкий процесс. Для этого сахарный тростник или свеклу измельчают до мелких опилок и переносят в громадные диффузоры.
В них происходит процесс вымывания сахарозы под действием горячей воды.
Так как совместно с С12Н22О11 в раствор попадают примеси, для отделения данных продуктов через раствор пропускают гидроксид кальция Ca (OH2). После такой процедуры происходит образование почти нерастворимых солей, выпадающих в осадок (CaCO3), и растворимого сахарата кальция С12Н22О11*СаО*2Н2О.
Следующим шагом углекислый газ (СО2) добавляют к получившемуся раствору с целью разделения сахарата кальция.
В результате в осадок выпадает карбонат кальция, который отфильтровывается, а оставшийся раствор выпаривают в специальных вакуумных аппаратах. Далее образующиеся кристаллики разделяются при помощи центрифуги. Оставшийся раствор называется меласса. Он широко применяется для получения лимонной кислоты.
Полученная сахароза подвергается дополнительным очисткам, кристаллизации и упариванию.
Сферы применения
Сахароза применяется во многих областях:
Химические свойства
Формула — C12H22O11. Она не проявляет восстановительных свойств, а реакции идут обычно по гидроксильным группам:
Гидролиз дисахаридов — химическая реакция, при которой вода вступает в реакцию с другими веществами.
Для дисахаридов характерна данная реакция (среда должна быть кислой либо необходимо присутствие фермента) с образованием моносахаридов, то есть происходит диссоциация. Чтобы гидролизоваться, нужна кислота.
Гидролизация происходит при высокой температуре и в присутствии ионов водорода. В результате она расщепляется до молекулы глюкозы и молекулы фруктозы.
Уравнение реакции гидролиза сахарозы можно написать следующим образом: C12H22O11+H2O=C6H12O6 (глюкоза)+C6H12O6 (фруктоза).
Из моносахаридов можно получить дисахариды обратной реакцией. А также в живых существах данная реакция происходит при участии различных ферментов. Скорость протекания реакции зависит от количества С12Н22О11 в растворе.
Углеводы
Теория по теме Углеводы. Краткие конспект по углеводам. Классификация углеводов, химические свойства углеводов, способы получения углеводов. Свойства и получение моносахаридов (глюкоза, фруктоза), олигосахаридов (сахароза и др.), полисахаридов.
| Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное строение, состав большинства которых отражает формула Cx(H2O)y, где x, y ≥ 3. |
Исключение составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С5Н10O4 (на один атом кислорода меньше, чем рибоза).
Классификация углеводов
По числу структурных звеньев
- Моносахариды — содержат одно структурное звено.
- Олигосахариды — содержат от 2 до 10 структурных звеньев (дисахариды, трисахариды и др.).
- Полисахариды — содержат n структурных звеньев.
Некоторые важнейшие углеводы:
| Моносахариды | Дисахариды | Полисахариды |
| Глюкоза С6Н12О6 Дезоксирибоза С5Н10О4 | Сахароза С12Н22О11 Целлобиоза С12Н22О11 | Целлюлоза (С6Н10О5)n Крахмал(С6Н10О5)n |
По числу атомов углерода в молекуле
- Пентозы — содержат 5 атомов углерода.
- Гексозы — содержат 6 атомов углерода.
- И т.д.
По размеру кольца в циклической форме молекулы
- Пиранозы — образуют шестичленное кольцо.
- Фуранозы — содержат пятичленное кольцо.
Химические свойства, общие для всех углеводов
1. Горение
Все углеводы горят до углекислого газа и воды.
| Например, при горении глюкозы образуются вода и углекислый газ |
2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой
Концентрированная серная кислота отнимает воду от углеводов, при этом образуется углерод С («обугливание») и вода.
| Например, при действии концентрированной серной кислоты на глюкозу образуются углерод и вода |
Моносахариды
| Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (группа альдегида или кетона) и несколько гидроксильных. |
Моносахариды являются структурными звеньями олигосахаридов и полисахаридов.
Важнейшие моносахариды
| Название и формула | Глюкоза C6H12O6 | Фруктоза C6H12O6 | Рибоза C5H10O5 |
| Структурная формула |  |  |  |
| Классификация |
|
|
|
Глюкоза
Глюкоза – это альдегидоспирт (альдоза).
Она содержит шесть атомов углерода, одну альдегидную и пять гидроксогрупп.
Глюкоза существует в растворах не только в виде линейной, но и циклических формах (альфа и бета), которые являются пиранозными (содержат шесть звеньев):
| α-глюкоза | β-глюкоза |
 |  |
Химические свойства глюкозы
Водный раствор глюкозы
В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя циклическими формами — α и β и линейной формой:
Качественная реакция на многоатомные спирты: реакция со свежеосажденным гидроксидом меди (II)
При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с глюкозой (и другими моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.
Реакции на карбонильную группу — CH=O
Глюкоза проявляет свойства, характерные для альдегидов.
- Реакция «серебряного зеркала»
- Реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) выпадает красно-кирпичный осадок оксида меди (I):
- Окисление бромной водой. При окислении глюкозы бромной водой образуется глюконовая кислота:
- Также глюкозу можно окислить хлором, бертолетовой солью, азотной кислотой.
| Концентрированная азотная кислота окисляет не только альдегидную группу, но и гидроксогруппу на другом конце углеродной цепи. |
- Каталитическое гидрирование. При взаимодействии глюкозы с водородом происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, образуется шестиатомный спирт – сорбит:
- Брожение глюкозы. Брожение — это биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях.
Спиртовое брожение. При спиртовом брожении глюкозы образуются спирт и углекислый газ:
Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении глюкозы образуется молочная кислота:
Маслянокислое брожение. При маслянокислом брожении глюкозы образуется масляная кислота (внезапно):
- Образование эфиров глюкозы (характерно для циклической формы глюкозы).
Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры.
Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила.
Например, α-D-глюкоза взаимодействует с метанолом.
При этом образуется монометиловый эфир глюкозы (α-O-метил-D-глюкозид):
| Простые эфиры глюкозы получили название гликозидов. |
В более жестких условиях (например, с CH3-I) возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.
Моносахариды способны образовывать сложные эфиры как с минеральными, так и с карбоновыми кислотами.
| Например, β-D-глюкоза реагирует с уксусным ангидридом в соотношении 1:5 с образованием пентаацетата глюкозы (β-пентаацетил-D-глюкозы): |
Получение глюкозы
Гидролиз крахмала
В присутствии кислот крахмал гидролизуется:
Синтез из формальдегида
Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:
Фотосинтез
В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO2 и Н2О:
Фруктоза
| Фруктоза — структурный изомер глюкозы. Это кетоноспирт (кетоза): она тоже может существовать в циклических формах (фуранозы). |
Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.
| Фруктоза | α-D-фруктоза | β-D-фруктоза |
 |  |  |
Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.
В свободном виде содержится в мёде и фруктах.
Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.
При гидрировании фруктозы также получается сорбит.
Дисахариды
| Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой). |
Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С12Н22О11
Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом:
В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы связан из-за образования кислородного мостика с фруктозой, поэтому сахароза не образует открытую (альдегидную) форму.
| Поэтому сахароза не вступает в реакции альдегидной группы – с аммиачным раствором оксида серебра с гидроксидом меди при нагревании. Такие дисахариды называют невосстанавливающими, т.е. не способными окисляться. |
Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой. При этом образуются глюкоза и фруктоза:
Мальтоза С12Н22О11
Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.
| Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом (одно из циклических звеньев может раскрываться в альдегидную группу) и вступает в реакции, характерные для альдегидов. |
При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.
Полисахариды
| Полисахариды — это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов. |
Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы.
Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C6H10O5)n, но совершенно различные свойства.
Это объясняется особенностями их пространственного строения.
Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы:
Крахмал
Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.
В его состав входят:
- амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
- амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%
Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.
Амилопектин имеет разветвленное строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.
Свойства крахмала
- Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется:
- Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).
- Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.
Целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.
Свойства целлюлозы
- Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.
Нитрование целлюлозы.
Так как в звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании целлюлозы избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:
Ацилирование целлюлозы.
При действии на целлюлозу уксусного ангидрида (упрощённо-уксусной кислоты) происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН.
Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.
- Гидролиз целлюлозы.
Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой среде может гидролизоваться, в результате тоже получается глюкоза. Но процесс идёт гораздо труднее.
http://kupuk.net/uroki/himiya/gidroliz-saharozy-yravnenie-reakcii-formyla-i-svoistva/
http://chemege.ru/uglevody/