Углеводы. Моносахариды. Глюкоза, её свойства

Углеводы. Моносахариды. Глюкоза.

Урок по органической химии.

Урок химии в 10 классе

Тема урока: «Углеводы. Моносахариды. Строение молекулы глюкозы»

Урок задуман как проблемно-исследовательский с использованием эвристического, объяснительно-иллюстративного и экспериментального методов обучения.

Проблемно-исследовательский метод обучения в химии является одним из актуальных методов развития учащихся. Поэтому на уроках очень важны способы организации самостоятельной, поисково-исследовательская деятельность учащихся. Но результативна она лишь тогда, когда обучающиеся обладают достаточными знаниями необходимыми для построения научных предположений, а также умение выдвигать гипотезы объясняющие противоречие, причины явлений.

Правильно поставленная система проблемно-исследовательского обучения позволяет рациональными педагогическими средствами целенаправленно развивать познавательную самостоятельность и творческие способности учащихся, т. к. в процессе обучения активно приобретаются не только конкретные знания по предмету, но и знания о средствах их наиболее эффективного усвоения и применения.

Давно известно, что знания добытые собственным трудом намного прочнее и ценнее чем знания предложенные учителем в готовом виде.

Урок построен так, чтобы обеспечить формирование познавательного интереса учащихся, продемонстрировать красоту процесса познания, почувствовать радость от результатов проведенных опытов, создать положительное эмоциональное отношение к учебе.

В качестве девиза можно взять слова Аристотеля «Познание начинается с удивления»

Тип урока: комбинированный. Изучение нового материала.

Вид урока: проблемно-исследовательский.

Тема 3. «Углеводы»

Место урока в программе №2. «Моносахариды. Глюкоза.»

Цель урока: закрепить знания о кислородсодержащих органических соединений и их взаимосвязи. Сформировать умение предсказывать строение молекулы вещества исходя из его химических свойств (второе положение теории химического строения органических соединений А.М. Бутлерова)

Задачи обучения.

О. Закрепить методику решения задач на вывод молекулярной формулы вещества, умение различать доказывать класс органических соединений по их функциональным группам, химические свойства и качественные реакции на многоатомные спирты и альдегиды. Спрогнозировать и опытным путем выявить химические свойства глюкозы как альдегидоспирта. Вывести ее структурные формулы. Записать химические уравнения реакций.

В. Воспитать потребность в знаниях о тех веществах, с которыми мы соприкасаемся в жизни. По средствам химического эксперимента прививать навыки трудолюбия, бережного отношения к реактивам, аккуратность, эстетические качества при оформлении конспекта.

Р. Развивать умение формировать проблему, определять цель, выдвигать и проверять гипотезу. Умение наблюдать, сравнивать изучаемые явления, выявлять причинно-следственные связи, выделять внутрипредметные и межпредметные связи. Делать выводы, развивать доказательную речь используя химическую терминологию.

Методы обучения: проблемно-исследовательский, объяснительно-иллюстративный.

Формы обучения: фронтальная беседа, практическая работа, обобщение.

Принципы обучения: систематичность и последовательность формирования знаний, умений и навыков, самостоятельность.

Реактивы: глюкоза (тв.), раствор 40%, лакмус, раствор нашатырного спирта, нитрата серебра, сульфата меди, гидроксида калия или натрия, вода, уксусная кислота, карбонат натрия, фуксинсерная кислота, мед или фруктовый сок.

Оборудование: набор пробирок, спиртовка, держатель для пробирок, спички.

Структурные элементы урока.

1. Восстановление опорных знаний. Фронтальная беседа.

Деятельность учителя

На прошлом уроке мы познакомились-----

1.Что такое углеводы?

2.Классификация?

3.В чем заключается значение углеводов для жизнедеятельности организмов?

4.В состав чего входят углеводы ?

5.На основании знаний по биологии - как называется процесс образования углеводов в растениях и его условия протекания, уравнение реакции, значение?

Главная реакция углеводородов в животном

организме это---

К какому виду углеводов относятся глюкоза и фруктоза?

1. Темой этого урока и являются «Моносахариды»

1 Расширяя знания об углеводах, начнем с моносахаридов в молекулах которых может содержаться от четырех до десяти атомов углерода. Название дается с добавлением окончания -оза. Составьте название …

2 Наибольшее значение из пентоз и гексоз имеют … (см. учебник стр. 103.)

3- Важнейшие представители пентоз …

4-Какая из формул не отвечает общей формуле углеводов?

5- Какой вывод можно сделать об общей формуле углеводов?

6-Какую роль рибоза и дезоксирибоза играют в жизнедеятельности организмов? (см. учебник стр. 103 и используя знания по биологии )

7-Представителем гексоз являются глюкоза и фруктоза. Наша задача -выявить химические свойства и строение глюкозы.

Молекулярная формула глюкозы была определена опытным путем (см. Н.Н.Гара и Н.И.Габрусева. Сборник задач по химии. 11 класс, стр. 4, зад. 1-7)

Исходя из состава молекулы, к какому классу можно отнести глюкозу?

1- Какие ранее изученные вещества относятся к кислородсодержащим органическим соединениям?

2- Какие функциональные группы для них характерны?

3- Проблема заключается в том, чтобы на основании химических свойств вывести структурную формулу глюкозы и определить , к какому классу кислородсодержащих соединений она относится?

4- Вспомните качественные реакции на все предполагаемые функциональные группы.

5.Начнем исследование глюкозы со знакомства ее физических свойств, Рассмотреть предложенное в-во, учесть , что ее тривиальное название «виоградный сахар». Почему?.

6. Встречается ли в животных организмах и какова ее роль?

7.И так- предположим, что глюкоза- карбоновая кислота. Как проверить опытным путем?

8.В молекуле глюкозы 6 атомов кислорода, могут ли они быть в составе альдегидной группы?

9.Тогда, быть может это поликетон?

10. Что тогда можно предположить?

11.Как подтвердить предположение?

12.Выполнить опыт соблюдая правильную последовательность.

13. Как называют соли многоатомных спиртов?

14. Алкоголяты углеводов называют …

Написать уравнение реакции.

Результаты записать в блок-конспект.

Вывод?

15. На какую функциональную группу можно еще использовать данный реактив?

16. Как называется данная реакция?

Какие продукты должны получиться, и какова роль гидроксида меди в данной реакции? Результаты записать.

Назовите полученную кислоту и какой вывод?

17. Какими еще реакциями можно подтвердить альдегидную группу?

18. Проделать опыт, соблюдая последовательность его выполнения.

Записать уравнение реакции данного опыта.

19. Чем же является глюкоза по своим свойствам, имея несколько гидроксильных групп и альдегидную?

20. Сколько гидроксильных групп в молекуле глюкозы было доказано при взаимодействии её с уксусной кислотой? Был получен сложный эфир - пятиуксусный глюконат. Какой вывод можно сделать о количестве гидроксильных групп в глюкозе?

21. Могут ли нес-ко гидроксильных групп находиться у одного углеродного атома?

Теперь предложите структурную формулу глюкозы, линейную.

Какой же можно сделать общий вывод?

Поставленная проблема решена, цель достигнута. Но если посмотреть учебник стр. 105, то рис. 66 показывает, что кроме линейной формулы у глюкозы есть и циклическая. Вспомните, какая еще реакция характерна только для альдегидов.

Проделайте данный опыт.

В чем причина?

Смотрим учебник стр. 104. Составьте шаростержневую модель глюкозы, сначала линейную. Теперь разорвите п-связь у альдегидного атома С. Можно ли из линейной сделать циклическую?

Исследования ученых доказали, что глюкоза в растворе имеет циклическое строение. Особенность в том, что альдегидной группы в цикле нет, как вы видите сами, при разрыве п-связи, она переходит в гидроксильную. Читаем учебник стр. 104. Циклическая форма глюкозы была названа формулами Хеуорса. Их две, они представляют шестичленный цикл, содержащий атом кислорода и 5 гидроксильных групп. Но 5 гидроксид образованный из альдегидной группы имеет особые св-ва. И называется гликозидный.

Циклические формулы две, они являются изомерами и различаются взаимным положением гликозидного гидроксила и гидроксильной группы при последнем углеродном атоме. Если эти группы (ОН) находятся по разные стороны цикла, то такой изомер называется альфа-глюкоза, если по одну - бета-глюкоза.

Деятельность ученика

-С углеводами

-Определение, общая формула Cn (H2O)m, где Н и О относятся 2:1

- моно-(альдозы, кетозы), ди-(диозы, триозы), поли-(крахмал, целюллоза).

- это составная часть пищи, при окислении которых в клетках образуется углекислый газ и вода, и выделяется энергия необходимая для функционирования живого организма.

-растительные организмы: злаки, фрукты, овощи, технические культуры, молоко, кровь и т.д.

-фотосинтез:

6CO2 + 6Н2О +свет = С6Н12О6 + 6О2

Это единственный источник кислорода в атмосфере нашей планеты и органического углерода всей живой природы.

-гидролиз- продуктом которого является глюкоза и фруктоза.

-моносахариды.

Записывают тему урока в блок -конспект, определяют цель и задачи, что должны узнать нового и уметь высказывать свои предположения, искать доказательства, делать выводы записывать уравнения химических реакций.

-тетроза, пентоза, гексоза и т.д.

-пентозы и гексозы

-рибоза С5Н10О5, дезоксирибоза С4Н10О5

-дезоксирибоза

-Не все углеводы по составу могут отвечать общей формуле, следовательно, общая формула углеводов неточная.

-записывают сведения в блок-конспект

-Предлагают и записывают план изучения глюкозы:

1-Вывести молекулярную формулу глюкозы

2-Познакомиться с физическими свойствами

3- Выявить функциональные группы глюкозы опытным путем

4- Определить ее структурное строение.

-задачи решаем по формуле:

n = m/ M

nЭ = w% ×Мr в-ва / Аr Э × 100%

ответ: молекулярная формула глюкозы

С6Н12О6

Кислородсодержащие.

-Спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты.

-Гидроксильная- ОН, карбонильная -С=О

-карбоксильная -СООН

Выдвигают гипотезу : Так как в составе молекулы глюкозы имеются атомы кислорода, то предполагаем , что она может иметь любые из названных функциональных групп.

-Кислоту можно определить лакмусом или карбонатом натрия, спирты многоатомные гидроксидом меди( Си(ОН)2, при н. у.,а при нагревании - альдегид. Как альдегид - реакцию «серебреного зеркала», или фуксинсерной кислотой.

Выясняют что: глюкоза белое кристаллическое в-во, сладкая, хорошо растворимое в воде.Много содержится в винограде

-в крови до О,1% ..узнают ее значение.

(см. учебник с. 104)

-раствор глюкозы проверяем лакмусом и карбонатом натрия. Изменения цвета и выделение газа не наблюдается. Следовательно глюкоза -не кислота!

-нет, т. к. альдегидная группа может располагаться только на конце углеродной цепи.

-исключено, в молекуле 12 атомов Н.(водорода)

-возможно несколько групп- ОН, т. е. многоатомный спирт.

-опытным путем с гидроксидом меди (Си(ОН)2 при н. у., должен появиться ярко- синий цвет, а осадок исчезнуть.

-получаем гидроксид меди:

2NaOH + CuSO4 =Cu(OH)2 +Na2SO4

Затем добавляем 3-4 мл. глюкозы и наблюдаем. Глюкоза - многоатомный спирт.

- Алкоголяты.

Сахараты

C6H12O6 + Cu(OH)2 = C6H10O6Cu + 2H2O

Сахарат Cu

многоатомный Глюкозы - спирт.

На альдегидную группу при нагревании, должен получиться ярко-оранжевый цвет, т.к. гидроксид меди при этом восстанавливается до закиси меди (Cu2O). Реакция называется «медное зеркало».

- Реакция окисления альдегидов до кислоты.

C6H12O6 + 2Cu(OH)2 -> С6H12O7 + 2CuOH + H2O

2CuOH = Cu2O + H2O

Полученная кислота называется глюконовая.

Следовательно - глюкоза альдегид.

- Реакция «серебряного зеркала». Она также является реакцией окисления альдегида до кислоты.

- К раствору глюкозы (2-3 мл.) добавить нитрат серебра и избыток раствора аммиака до исчезновения осадка. Затем нагреть вертикально вращая вокруг пламени спиртовки.

Наблюдаем налет серебра.

C6H12O6 + Ag2O -> C6H12O7 + 2Ag

Этим опытом окончательно доказано, что глюкоза - альдегид.

Глюкоза имеет два вида функциональной групп и является альдегидоспиртом.

- В глюкозе должно быть 5 функциональных групп ОН.

Невозможно, из-за валентности атома углерода.

H H H H H

| | | | |

H - C - C - C - C - C - C = O

| | | | | |

OH OH OH OH OH H

Формула получилась прямая и неразветвленная.

Мы предположили и доказали на основании химических свойств глюкозы её структурную формулу. Она является альдегидом и многоатомным спиртом.

- Реакция с фуксинсерной кислотой (бесцветная). При добавлении ее к альдегиду должна появиться ярко-розовая или красно-фиолетовая окраска.

При добавлении к раствору глюкозы фуксинсерной кислоты окраска не изменилась (бесцветная).

- Ответ вызывает затруднения.

- Можно. Образуют циклическую модель глюкозы.

- Собираем модель и рисуем.

Н СН2ОН

альфа-глюкоза

ОН Н ОН

/\

| |

\/

Н СН2ОН

ОН Н ОН бета-глюкоза

В водном растворе присутствуют в равновесии все три формы глюкозы. В твердом состоянии глюкоза может существовать в одном из двух циклических форм.

Проблемно-исследовательским методом в ходе эвристической беседы и экспериментальных опытов было доказано строение молекулы глюкозы - линейная и циклическая.

Далее идет знакомство об изомерах глюкозы: фруктозе и галактозе, о межклассовой изомерии, химических св-вах глюкозы как альдегида (реакция восстановления с водородом).

Специфические реакции глюкозы - реакции бражения и значения их (см. учебник стр. 105). По действием микроорганизмов или ферментов глюкоза способна расщепляться с образованием молекул с меньшим молекулярной массой. Этот процесс называют брожением (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое).

В живом организме происходит окисление глюкозы кислородом воздуха, в рез-те которого образуется углекислый газ, выделяется большое кол-во энергии, необходимое для функционирования клетки. Таким образом, глюкоза является своеобразным аккумулятором солнечной энергии.

С6Н12О6 + 6О2 -> 6СО2 + 6Н2О + Q

Рефлексия.

Д/3 параграф 14 (письменно №9, 10, 11)

Стр. 100-109

Задания для закрепления (творческие):

Экспериментальные задание.

1) В пробирках без этикеток находятся глюкоза, фруктоза, глицерин, уксусный альдегид. Составьте уравнения р-ций, с помощью которых можно распознать эти в-ва.

2) С какими из перечисленных в-в будет реагировать глюкоза: этиловый спирт, НСООН, HNO3, CuSO4, гидроксид натрия, оксид меди (II), аммиачный раствор оксида серебра, вода. Записать возможные реакции.

Логические задания.

3) Составить и осуществить генетическую цепочку:

св. дрож. к-та

а) CO2 ---> X1 ---> X2 ---> X3

б) СО2 ---> этилацетат

4) одним реактивом доказать, что глюкоза - альдегидоспирт.

5) Процесс фотосинтеза можно условно представить следующим уравнением

6CO2 + 6Н2О + 2920 кДж = С6Н12О6 + 6О2

Каждый квадратный см земной поверхности ежеминутно получает в среднем 2 Дж солнечной энергию Сколько времени потребуется, чтобы в 10 листьях образовалась глюкоза массой 0,9 г, если площадь каждого листа 10 см в кв, а солнечная энергия используется только на 10%?

6) Дерево при максимальной интенсивности фотосинтеза способно превращать за сутки 50 г углекислого газа в углеводы. Сколько литров кислорода при этом выделится?

7) Составьте уравнение реакции, в которых глюкоза является: а) окислителем; б) восстановителем.

Литература

1. Программа по химии для средней школы М. «Дрофа» 2005

2. Габриелян О. С. Учебник химии 10 класса 2009

3. Лобанова Н.Е. Кислородсодержащие органические соединения. //Первое сентября: химия. - 2006 - № 4. - с. 26-30

4. Габриелян О.С, Остроумов И. Г. Настольная книга учителя. Химия, 10 класс. - М.: Дрофа, 2004 - 278 с.

5. Фролова О.Г. Функциональные группы. //Первое сентября: химия. - 2006. - №9. - с. 15-18