Углеводы
методическая разработка по химии (9 класс) по теме

Тема: Углеводы (9класс)

  Урок с применением интерактивного метода ТРКМЧП – технология развития критического мышления через чтение и письмо.

Используемые приемы: на стадии вызова - прием «Ассоциация», на стадии   осмысления новой информации  - приемы   «Пометки на полях»,  «Кластер», на стадии размышления (рефлексии)- прием    «Синквейн».

 Цели урока:

1. Изучить состав, строение и свойства углеводов
2. Выявить черты сходства и различия между моносахаридами, дисахаридами и полисахаридами.
3. Развивать логическое мышление, умение находить причинно-следственные связи  между веществами и явлениями, способности защищать собственное мнение.
4. Воспитывать коммуникативные навыки.

Оборудование:

           ПК, презентация  PowerPoint,  тексты        

Ход урока.

1. Стадия вызова.

Слайд 1.Учитель  объявляет тему урока «Углеводы» и предлагает   записать обучающимся   в тетради те ассоциации, которые приходят в голову, когда они слышат слово «углеводы». Обучающиеся работают в течении 1 минуты. Затем предложенные ассоциации записываются на доске.

Учитель: Обратите внимание на фото к слайду, нет ли здесь лишнего?

Ответ обучающихся фиксируется на доске.

 Учитель: Термин «углеводы» (углерод + вода) был предложен в 1844 г. Шмидтом (С. Schmidt), т.к. формулы известных в то время представителей этого класса веществ соответствовали общей формуле   Cn (Н2О)m, однако позже оказалось, что подобную формулу могут иметь не только углеводы,  но и, например, молочная кислота.  

Класс углеводов  включает самые разнообразные соединения от низкомолекулярных веществ до высокомолекулярных полимеров. Условно углеводы делят на три большие группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды.    

Слайд 2. Учитель предлагает рассмотреть слайд 2 и обнаружить знакомые углеводы.

Обучающиеся называют глюкозу, сахарозу, крахмал, целлюлозу и другие.

Учитель просит записать названия данных углеводов, рядом написать их формулы и к какому классу они относятся.      

2. Стадия осмысления новой информации.

   1. Самостоятельная работа с новой информацией. Классу  предлагается прочитать  тексты  (приложение)   и выполнить задание:

 изучите текст, в ходе работы на полях текста  карандашом делайте пометки                

V- я это уже знаю,

+- новая для меня  информация,

! - очень ценная информация,

? -  не очень понятно, я удивлён,

- - думал иначе

2. Структурная организация информации в памяти. Учащиеся обсуждают полученные данные.
3. Заполнение кластера.

При заполнении кластера остановка работы для выполнения упражнений для глаз (Слайд 6.)

3. Стадия размышления (рефлексии).

    Предлагается поработать со слайдами презентации 7-9, определить к какому углеводороду соответствует информация на каждом  слайде. По слайдам 11-13 определить соответствие рисунков схемам.

В конце урока предлагается написать синквейн - загадку об углеводе, который изучили.

1)Существительное

2)Два прилагательных

3)Три глагола

4)Фраза из четырех слов, показывающая отношение к теме

5)Существительное-синоним

Синквейны зачитываются, дети отгадывают загадки.

Возвращаемся к вопросу о лишней картинке на титульном слайде, выясняем, что лишних картинок нет. 

Домашнее задание: написать несколько вопросов для теста об углеводах.

Заканчивая урок,  дети рисуют смайлики своего настроения и, уходя с урока, прикрепляют их  к доске.                                                                      

      Приложение

               Тексты для осмысления новой информации

САХАРОЗА

Сахароза, или свекловичный сахар, тростниковый сахар, в быту просто сахар  - дисахарид, состоящий из двух  моносахаридов – глюкозы и фруктозы.  Молярная масса 342,31.  Сахароза является весьма распространённым в природе дисахаридом, она встречается во многих  фруктах, плодах  и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свёкле и сахарном тростнике, которые и используются для промышленного  производства пищевого сахара. Представляет  бесцветные  кристаллы,  хорошо растворимые  в воде (насыщенный  раствор  содержит 67% сахарозы  при 20°С и 83% при 100°С), умеренно  растворяется  в полярных органических растворителях и водно-органических  смесях, не растворяется  в   спиртах и неполярных органических растворителях.

Структурная формула сахарозы

           Сахароза - дисахарид, широко распространенное резервное вещество  растений, образующееся в процессе фотосинтеза и запасаемое в листьях, стеблях, корнях, цветах или плодах. При нагревании  выше температуры  плавления происходит разложение и окрашивание расплава (карамелизация). Сахароза  к щелочам довольно устойчива, но   чрезвычайно легко  расщепляется (гидролизуется) кислотами  на D-глюкозу и D-фруктозу.

С12Н22О11   +  Н2О  →С6Н12О6  + С6Н12О6

 Сахароза легко сбраживается дрожжами. Будучи слабой кислотой  (Кдис.  ок. 10-13), сахароза образует комплексы (сахараты) с гидроксидами щелочных и щелочноземельных  металлов.  

Сахароза, попадая в кишечник живого организма, быстро гидролизуется  альфа-глюкозидазой тонкой кишки  на глюкозу и фруктозу, которые затем всасываются в кровь.  

    Сахарозу получают в промышленных  масштабах из сока сахарного тростника   или сахарной свеклы, эти два растения обеспечивают около  90% мировой продукции сахара, которая превышает 50 млн. т/год. Хим. синтез сахарозы весьма сложен и экономического значения не имеет. Сахарозу используют как пищевой продукт (сахар) непосредственно или в составе кондитерских изделий, а в высоких концентрациях - как консервант; она  служит также субстратом в промышленных  ферментационных процессах получения этанола, бутанола, глицерина, лимонной  кислоты,  используется    при приготовлении лекарственных  средств.

ГЛЮКОЗА

Глюкоза (от греч. glykys — сладкий), виноградный сахар, декстроза; углевод, наиболее часто встречающийся в природе; относится к гексозам, т. е. моносахаридам, содержащим 6 углеродных атомов.

Строение. Строение глюкозы  выведено на основе изучения ее химических свойств. Так, глюкоза проявляет свойства, присущие спиртами и альдегидам. Следовательно, глюкоза - альдегидоспирт, ее молекула может иметь строение

Однако не все свойства согласуются с ее строением как альдегидоспирта.  Наряду с альдегидной формой существуют циклические формы молекул глюкозы (α-циклическая и β-циклическая), которые отличаются положением гидроксильных групп относительно плоскости кольца. Циклическое строение молекулы глюкоза имеет в кристаллическом состоянии, в водных же растворах она существует в различных формах, взаимно превращающихся друг в друга:

      β-циклическая               альдегидная       α-циклическая

 форма                              форма                                 форма

Как видим, в циклических формах альдегидная группа отсутствует. Гидроксильная группа, стоящая у первого углеродного атома, наиболее реакционноспособная. Циклической формой углеводов объясняются их многие химические свойства.

Свойства. Бесцветные кристаллы, tпл=146,5 °С. Хорошо растворима в воде. Раствор глюкозы содержит молекулы в α-форме и β-форме;                                                                           равновесное состояние достигается при соотношении этих форм 37% и 63%.

 α-Глюкоза— необходимый компонент всех живых организмов — от вирусов до высших растений и позвоночных животных (включая человека); входит в состав различных соединений — от сахарозы, целлюлозы и крахмала .

При полном ферментативном окислении глюкозы до CO2 и H2O выделяется энергия: C6H12O6 + 6O2 →6CO2 + 6H2O + 686 ккал/моль, значительная часть которой аккумулируется макроэргическими соединениями типа АТФ.

  Глюкоза содержится в растительных и живых организмах, в особенности велико ее содержание в виноградном соке (отсюда и название - виноградный сахар), в меде, а также в спелых фруктах и ягодах.

В промышленном масштабе глюкозу получают гидролизом крахмала (в присутствии кислот). Освоено также ее производство из древесины (целлюлозы).

Глюкоза - ценное питательное вещество. При окислении ее в тканях освобождается энергия, необходимая для нормальной жизнедеятельности организмов.  

Глюкоза применяется в медицине для приготовления лечебных препаратов, консервирования крови, внутривенного вливания и т. д. Она широко применяется в кондитерском производстве, в производстве зеркал и игрушек (серебрение). Ею пользуются при крашении и аппретировании тканей и кож.

КРАХМАЛ

Крахмал образуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в корнях и семенах. Он представляет собой белый порошок, нерастворимый в холодной воде и образующий коллоидный раствор в горячей воде.

Крахмал — это природный полимер, образованный остатками α-глюкозы. Он существует в двух формах: амилоза и амилопектин. Амилоза растворима в воде и представляет собой линейный полимер, в котором остатки α-глюкозы связаны друг с другом через первый и четвертый атомы углерода. Фрагмент амилозы выглядит следующим образом:

Линейная полимерная цепь в молекуле амилозы свернута в спираль. Внутри спирали находится канал размером 0,5 нм, который может захватывать некоторые молекулы, например молекулу йода. Образующийся комплекс амилозы и йода имеет характерное синее окрашивание. Эта реакция служит для обнаружения йода.

В отличие от амилозы, амилопектин не растворим в воде и имеет разветвленное строение. В его молекуле остатки α-глюкозы связаны не только 1,4-связями, но и 1,6-связями:

 Химические свойства. 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:

Эта реакция имеет важное промышленное значение, поскольку из глюкозы получают этанол, молочную кислоту и другие ценные продукты.

Крахмал — это ценный питательный продукт. Он входит в состав хлеба, картофеля, круп и наряду с сахарозой является важнейшим источником углеводов в человеческом организме.

ЦЕЛЛЮЛОЗА

Целлюлоза (франц. cellulose, от лат. cellula, букв. комнатка, здесь - клетка), полисахарид   общей формулы [С6Н7О2(ОН)3]n. Один из наиболее  распространенных биополимеров, входящий в состав клеточных (отсюда название) стенок растений и микроорганизмов.     Содержание целлюлозы (% по массе) в волокнах семян хлопчатника 95-98, лубяных 60-85, тканях древесины 40-44, низших растениях 10-25.

Строение.    

Целлюлоза тоже является  природным  полимером.  Ее  макромолекула  состоит  из  многих остатков  молекул  глюкозы.  Может  возникнуть  вопрос:  почему  крахмал   и целлюлоза  –  вещества  с  одинаковой  молекулярной  формулой   –   обладают различными свойствами?

При  рассмотрении  синтетических  полимеров  мы  уже  выяснили,  что  их свойства зависят от числа  элементарных  звеньев  и  их  структуры.  Это  же положение  относится  и  к   природным   полимерам.   Оказывается,   степень полимеризации у целлюлозы  намного  больше,  чем  у  крахмала.  Кроме  того, сравнивая структуры этих природных полимеров, установили, что  макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, состоят из остатков молекулы  β-глюкозы  и имеют только линейное  строение.  Макромолекулы  целлюлозы  располагаются  в одном направлении и образуют волокна (лен, хлопок, конопля).  Степень полимеризации n от нескольких сотен до 10-14 тысяч.  

 Элементарное звено макромолекулы целлюлозы:                                                                                           Свойства.

Целлюлоза - белое волокнистое вещество с длиной волокон более 20 мм (текстильные волокна) и 3 мм (волокна для производства бумаги и картона, хим. переработки). Плотность 1,52-1,54 г/см3; tразл.=210°С: Целлюлоза - горючее вещество. tвоспл.= 275°С, t самовоспл.= 420 °С (хлопковая целлюлоза).   Целлюлоза  нерастворима  ни  в  воде,  ни   в большинстве других неорганических и органических растворителях.

Получение. Выделение технической целлюлозы из растительного сырья, главным образом древесины, осуществляется ее варкой с различными  химическими  реагентами. Под их воздействием происходит удаление из природного материала   нецеллюлозных компонентов.   Технологическая схема производства целлюлозы из древесины включает: распиловку сырья, удаление коры, рубку в щепу и ее сортировку, варку целлюлозы в щелоке, удаление отработанного щелока, очистку, сушку и резку готового продукта. Мировое производство целлюлозы св. 190 млн. т в год  

Химические свойства целлюлозы. Одно  из  наиболее  характерных  свойств  целлюлозы  –   способность   в присутствии  кислот   подвергаться   гидролизу   с   образованием   глюкозы. Аналогично крахмалу гидролиз целлюлозы протекает ступенчато.  Суммарно  этот процесс можно изобразить так:

Применение целлюлозы. Целлюлоза  используется  человеком  с  очень  древних  времен.   Сначала применяли древесину как горючий и строительный  материал;  затем  хлопковые, льняные и другие волокна стали использовать как  текстильное  сырье.  Первые промышленные способы химической переработки древесины  возникли  в  связи  с развитием бумажной промышленности.

Целлюлозу используют для изготовления различных сортов бумаги (в т.ч. бумаги фотографической) и картона, хим. переработки на искусственные  волокна (ацетатные волокна, вискозные волокна, медноаммиачные волокна), пластмассы, пленки полимерные, кино- и фотопленки, лаки и эмали, бездымный порох, моющие средства и др.