Углеводы
план-конспект урока по химии (10, 11 класс) на тему

«Углеводы».

Задачи урока:

Образовательная: повторить и закрепить классификацию углеводов, понятия «моносахариды», «дисахариды» и «полисахариды». Изучить структуру углеводов, детально разобрать её на примере различных представителей данного класса химических веществ. Обозначить функции углеводов. Изучить явление таутомерии углеводов на примере глюкозы.

Развивающая: формировать у учащихся умение выявлять связь между составом, строением веществ, их свойствами  и функциями. Формировать информационную компетенциюпо поиску информации, умение работать с дополнительной литературой, а так же предоставление полученных знаний в разных формах: таблицах, схемах и т.п.

Воспитывающая: формирование коммуникативной компетенции посредством работы в группах.

Тип урока – комбинированный урок

Вид  урока – с демонстрацией презентации

План занятия:

Ход урока.

I. Актуализация опорных знаний.

1. Дать определение понятию «углеводы».

1. Составить кластер (схему) классификации углеводов с представителями (см. Приложение1)
2. Охарактеризовать основные функции углеводов.

II. Изучение нового материала.

Учащиеся делятся на 6 групп (или 3, если их малое количество). Каждой группе достаются названия углеводов, которые они должны охарактеризовать и презентовать остальным учащимся: глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, крахмал, целлюлоза (или же глюкоза и фруктоза, сахароза и мальтоза, крахмал и целлюлоза для 3-ёх групп).

Работа ведётся по раздаточному материалу с дополнительной информацией (см. Приложение 2). В процессе работы каждый углевод должен быть охарактеризован по следующим признакам:

1. Определение, общая формула.
2. Физические свойства.
3. Химические свойства.
4. Биологическая роль.
5. Применение углевода.

По истечении времени на оформление плаката и подготовку рассказа учащиеся группами представляют проделанную работу.

Остальные учащиеся в это время заполняют сводную таблицу по углеводам (так же раздаточный материал, в целях экономии времени) (см. Приложение 3)

Далее продолжает учитель.

К классу углеводов относят органические соединения, содержащие альдегидную или кетонную группу и несколько спиртовых гидроксилов. 

К углеводам относятся соединения, обладающие разнообразными и часто совершенно различными свойствами. Среди них есть вещества низкомолекулярные и высокомолекулярные, кристаллические и аморфные, растворимые в воде и не растворимые в ней, гидролизуемые и негидролизуемые и т. д. Это многообразие качеств находится в тесной связи с химической природой углеводов, со строением их молекул; оно предопределяет то или иное участие углеводов в процессах жизнедеятельности и в построении тканей животных и растений.

В зависимости от состава, строения и свойств углеводы делят на две группы: простые и сложные. Простые углеводы не подвергаются гидролизу. Сложные углеводы при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов.

Для моносахаридов характерно явление изомерии. Какие вещества называются изомерами? (Изомерами являются вещества, которые имеют одинаковую химическую, но разные структурные формулы).

 Выделяют два вида изомерии моносахаров:

- структурная изомерия. Относится к изменению в самом углеводородном скелете, либо в положении функциональных групп относительно углеводородного скелета;

- пространственная изомерия. Касается изменения положения функциональной группы относительно одного атома в цепи. Атом, к которому присоединены 4 разных функциональных группы называется асимметрическим, вокруг такого атома возможно вращение функциональных групп.

В каких формах может находиться глюкоза? (линейная и циклическая)

Как линейная переходит в циклическую вы уже знаете. Но это далеко не весь секрет моносахаров, и сейчас я покажу вам всю волшебность данных веществ на примере глюкозы.

Для дальнейшей работы нам необходимо познакомиться с новым понятием – таутомерия.

Таутомерия - явление обратимой изомерии, при которой два или более изомера легко переходят друг в друга. При этом устанавливается таутомерное равновесие, и вещество одновременно содержит молекулы всех изомеров (таутомеров) в определённом соотношении.

Характерной особенностью моносахаридов является их ярко выраженная способность к таутомерным превращениям. Различают два вида таутомерии моносахаридов: кето-енольную и кольчато-цепную.

Кольчато-цепная таутомерия моносахаридов заключается в существовании кольчатых (циклических) форм и цепной (т. е. с открытой углеродной цепью) формы моносахарида, находящихся в динамическом равновесии. Мысль о существовании циклических форм моносахаридов была впервые (1870) высказана профессором Московского высшего технологического училища А. А. Колли. 

Кето-енольная таутомерия моносахаридов состоит в переходе формы с карбонильным кислородом в альдегидной или кетонной группе в енольную форму (с ОН-группой при углеродном атоме, связанном двойной связью). Благодаря кето-енольной таутомерии эпимерные моносахариды могут превращаться друг в друга. Поясните, что значит «эпимерные моносахариды»?

В кристаллическом состоянии моносахариды находятся в одной из циклических форм. При растворении образуется равновесная смесь линейной и циклических форм. Циклические, особенно пиранозные формы, энергетически более выгодны для большинства моносахаридов. Например, в растворе D-глюкозы преобладает  b-D-глюкопираноза:

Зарисовка схемы на доске с пояснениями причин конкретных форм, с конечным видом, представленным ниже.

Таким образом получив только одну из форм глюкозы в организме будут находится все перечисленные формы, и если для какого-либо биологического процесса потребуется конкретная форма глюкозы, отличная от той, что попала с пищей, то этот недостаток будет с лёгкостью решён. Поистине волшебно!

Подведение итогов занятия.

Приложение 1

Приложение 2

Примерный текст дополнительного материала «Сахароза»

Молекулярная формула C12H22O11. Сахароза – столовый сахар, получаемый из сахарной свеклы, тростника, а также коричневый сахар, черная патока. Содержится в небольшом количестве в овощах и фруктах. Сахароза представитель дисахаридов класса углеводов. Её молекула состоит из взаимно связанных остатков молекул глюкозы и фруктозы.

        При исследовании химических свойств сахарозы можно убедиться, что для неё характерна реакция многоатомных спиртов – образование ярко-синего раствора при взаимодействии с гидроксидом меди (II). Реакцию серебряного зеркала с сахарозой осуществить не удаётся. Следовательно, в её молекуле имеются гидроксильные группы, но нет альдегидных.

Физические свойства.

Сахароза является органическое соединение, широко известный как столовый сахар и иногда называется сахарозой. Белый, без запаха, кристаллический порошок со сладким вкусом. Чистая сахароза – бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, растворимое в воде. Плотность 1,587г/см3. Температура плавления 186°C. Растворимость в воде 2000г/л (25°С). При температуре 190-2000  превращается в бурую массу (карамель) с выделением воды. Как и другие углеводы, сахароза сгорает до диоксида углерода и воды.

Химические свойства.

Важнейшее химическое свойство сахарозы – способность в присутствии минеральных кислот и при повышенной температуре подвергаться гидролизу:

С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6

(сахароза + вода = глюкоза + фруктоза)

Нахождение в природе.

Сахароза входит в состав сока сахарной свеклы (16-20%) и сахарного тростника (14-26%). В небольших количествах сахароза вместе с глюкозой содержится в плодах и листьях многих зелёных растений.

История сахара.

Первое производство сахара из сахарного тростника состоялась в Индии. Воины Александра Великого сообщили, что видели мед, который производится без вмешательства пчелы. И сахар оставался экзотическим продуктом в Европе, пока арабы не начали производить его в Сицилии и Испании. Только после крестовых походов сахар начал конкурировать с медом в качестве подсластителя в Европе.

Применение сахара.

Сахароза является самым известным углеводом за её роль в питании человека. Рафинированный сахар только первоначально был роскошью, но в конечном счете стал достаточно дешевым и обычным продуктом. Сахар основной элемент в кондитерской продукции и десертах. Сахароза имеет важное значение для структуры многих пищевых продуктов, в том числе печенья, тортов, пирогов, конфет, мороженого, шербетов и т.д…

        Биологическая роль.

Сахароза легко усваивается в организме, что приводит к быстрому росту глюкозы в крови после приема пищи. Злоупотребление сахарозы связано с неблагоприятными последствиями для здоровья. Наиболее распространенным является кариес зубов. Разрушение зубов, связанное с потреблением сахара опасно для здоровья. Многие слышали, что сахар может привести к образованию полостей в зубах. Хотя сахар сам по себе не образует полости, то отсутствие чистки зубов после еды сахара или других продуктов может к этому привести. Ребёнок, который употребляет много сахара и не чистит зубы на регулярной, основе подвержен появлению полостей в зубах.

Бактерии полости рта, живущие в зубном нале, при избытке сахарозы, усиливают метаболизм сахара любого (не только сахарозы, но и глюкозы, лактозы, фруктозы, но и крахмала) в молочную кислоту. Высокая концентрация, которой ведёт к деминерализации поверхности зубов, что приводит к кариесу. Быстрота, с которой сахароза повышает уровень глюкозы в крови, может вызвать проблемы у людей, страдающих сахарным диабетом.

Диабет, болезнь, которая заставляет организм усваивать сахар плохо. Диабет возникает, когда разрушаются тела клеток, продуцирующих инсулин. Накопление глюкозы в крови, может вызвать две проблемы: в краткосрочной перспективе, клеткам начинает не хватать энергии, в долгосрочной перспективе, постоянно повышенный уровень глюкозы приводит к повышению  кислотности крови, повреждению многих органов, включая глаза, почки, нервы и сердце.

Следствием  повышенного содержания сахара в крови является и такая болезнь как подагра. Возникновение подагры связано с избыточным производством мочевой кислоты. Пища, богатая сахарозой может привести к подагре, так как она повышает уровень инсулина, что предотвращает выделение мочевой кислоты из организма. Концентрация мочевой кислоты в организме увеличивается, в том числе и концентрация мочевой кислоты в жидкостях организма. Мочевая кислота начинает выпадать в осадок в виде кристаллов. Исследователи находят связь между частым употреблением сладких напитков с высоким содержанием фруктозы и ростом случаев проявления подагры.

В 2003 году, Организация Объединенных Наций подготовила доклад, составленный группой из 30 международных экспертов. Группа экспертов заявила, что общее число свободных сахаров (всех моносахаридов и дисахаридов), добавленных в продукты от производителей или поваров, а также сахаров, естественно присутствующих в меде, сиропах и фруктовых соках не должна составлять более 10% потребления здорового человека. Общее число углеводов должно составлять от 55% и 75% потребления.  

Наибольше количество тростникового сахара поступает из стран с теплым климатом, таких как Бразилия, Индия, Китай, Таиланд, Мексика и Австралия.

Свекольный сахар поступает из регионов с более холодным климатом: северо-западной и Восточной Европы, Северной Японии, а также из некоторых районов Соединенных Штатов (в том числе Калифорния).

Приложение 3

Раздаточный материал «Сводная таблица «Углеводы»