الخواص الكيميائية C6h12o6. الكربوهيدرات. ارتفاع السكر في الدم ونقص السكر في الدم

1. معلومات عامة

أ) D- الجلوكوز - أ -D- الجلوكوز - ب -D- الجلوكوز

ب) لام الجلوكوز

3. التواجد في الطبيعة

4. الاستلام

5. التطبيق

6. الخصائص الفيزيائية

7. الخصائص الكيميائية

8. الريبوز وديوكسيريبوز

9. بعض الحقائق المثيرة للاهتمام

10. الأدب

صيغة الجلوكوز هي C6H12O6.

الجلوكوز هو سكر أحادي، وهو واحد من ثمانية ألدوهيكسوزات متصاوغة. الكتلة المولية 180 جم / مول. الجلوكوز في شكل D (سكر العنب، سكر العنب) هو الكربوهيدرات الأكثر شيوعًا. تم العثور على D- الجلوكوز (المعروف عادة باسم الجلوكوز) في شكل حروعلى شكل سكريات قليلة (سكر القصب، سكر الحليب) والسكريات (النشا والجليكوجين والسليلوز والدكستران) والجليكوسيدات ومشتقاتها الأخرى. يوجد الجلوكوز D في شكله الحر في الفواكه والزهور والأعضاء النباتية الأخرى، وكذلك في الأنسجة الحيوانية (الدم والدماغ وما إلى ذلك). D- الجلوكوز هو أهم مصدر للطاقة في الحيوانات والكائنات الحية الدقيقة. مثل السكريات الأحادية الأخرى، يوجد الجلوكوز D في عدة أشكال. يتم الحصول على الجلوكوز D البلوري في شكلين: أ-D-جلوكوز وب-D-جلوكوز.

أ-د-الجلوكوز

t pl 146 درجة مئوية D = + 112.2 درجة (في الماء)، يتبلور من الماء على شكل أحادي الهيدرات مع t pl 83 درجة مئوية.

ب-د-الجلوكوز

تم الحصول عليه عن طريق تبلور الجلوكوز D من البيريدين وبعض المحاليل الأخرى. ر 148-150 درجة مئوية، D = + 18.9 درجة (في الماء).

في محلول مائي، يتم إنشاء توازن بين عدة أشكال متبادلة من الجلوكوز D: أ- وبيرانوز، أ- وب-فورانوز، وألدهيد مفتوح وشكل هيدرات. في نظام التوازن في الماء، D = + 52.7°.

CHO S HCOH S HOCH S HCOH S HCOH S CH 2 OH

L- الجلوكوز

يتم الحصول على الجلوكوز L صناعيًا عن طريق تقليل لاكتون حمض الجلوكونيك L. a-L- الجلوكوز - نقطة انصهار البلورات 142-143 درجة مئوية D = - 95.5 درجة (في الماء) و - 51.4 درجة (نظام التوازن في الماء). الخصائص الكيميائية للجلوكوز L هي نفس خصائص الجلوكوز D.

التواجد في الطبيعة

في شكل خاصيوجد الجلوكوز في جميع الأعضاء تقريبًا النباتات الخضراء. يوجد الكثير منه بشكل خاص في عصير العنب، ولهذا السبب يسمى الجلوكوز أحيانًا بسكر العنب. يتكون العسل بشكل رئيسي من خليط من الجلوكوز والفركتوز.

يوجد الجلوكوز في جسم الإنسان في العضلات والدم (0.1 – 0.12%) ويعمل كمصدر رئيسي للطاقة لخلايا وأنسجة الجسم. تؤدي زيادة تركيز الجلوكوز في الدم إلى زيادة إنتاج هرمون البنكرياس - الأنسولين، مما يقلل من محتوى هذه الكربوهيدرات في الدم. الطاقة الكيميائية للمواد الغذائية التي تدخل الجسم موجودة في روابط تساهمية بين الذرات. في الجلوكوز، تبلغ كمية الطاقة الكامنة 2800 كيلوجول لكل 1 مول (أي لكل 180 جرام).

إيصال

تم إجراء أول تخليق الجلوكوز من الفورمالديهايد في وجود هيدروكسيد الكالسيوم على يد أ. م. بتليروف في عام 1861: O // Ca(OH) 2

6H-C* * ® C6H12O6

\\H الجلوكوز يمكن الحصول عليه عن طريق التحلل المائي للمواد الطبيعية التي تحتوي عليه. في الإنتاج، يتم الحصول عليه عن طريق التحلل المائي لنشا البطاطس والذرة مع الأحماض.

ح 2 سو 4، ر (ج 6 ح 10 س 5) ن + نح2أو* *® ن C6H12O6

التوليفات الكاملة للجلوكوز، التي يتم إجراؤها بدءًا من كرولين ديبروم، وكذلك من الجليسرالديهيد وثنائي هيدروكسي أسيتون، هي ذات أهمية نظرية فقط.

في الطبيعة، يتكون الجلوكوز مع الكربوهيدرات الأخرى نتيجة تفاعل التمثيل الضوئي: الكلوروفيل 6CO 2 + 6H 2 O * * * ® C 6 H 12 O 6 + 6O 2 - س

خلال هذا التفاعل، تتراكم طاقة الشمس.

طلب

الجلوكوز هو منتج غذائي قيم. ويخضع في الجسم لتحولات بيوكيميائية معقدة يتشكل نتيجة لها ثاني أكسيد الكربون والماء، وتنطلق الطاقة وفق المعادلة النهائية: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 * ® 6H 2 O + 6CO 2 + 2800 kJ تحدث هذه العملية على خطوات، وبالتالي يتم إطلاق الطاقة ببطء.

ويشارك الجلوكوز أيضًا في المرحلة الثانية من استقلاب الطاقة في الخلية الحيوانية (انهيار الجلوكوز). تبدو المعادلة العامة كما يلي: C 6 H 12 O 6 + 2 H 3 PO 4 + 2ADP * ® 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O وبما أن الجسم يمتص الجلوكوز بسهولة، فإنه يستخدم في الطب كعامل مساعد. عامل تقوية علاجوفي حالات ضعف القلب والصدمة يدخل في بدائل الدم والسوائل المضادة للصدمة. يستخدم الجلوكوز على نطاق واسع في حلويات(إنتاج مربى البرتقال، الكراميل، خبز الزنجبيل، إلخ)، في صناعة النسيج كعامل اختزال، كمنتج أولي في إنتاج أحماض الأسكوربيك والجليكونيك، لتخليق عدد من مشتقات السكر، إلخ.

تعتبر عمليات تخمير الجلوكوز ذات أهمية كبيرة. لذلك، على سبيل المثال، عندما يتم مخلل الملفوف والخيار والحليب، يحدث تخمير حمض اللاكتيك للجلوكوز، وكذلك عند تغذية الأعلاف. إذا لم يتم ضغط الكتلة المعرضة للتسريب بما فيه الكفاية، فإن تخمير حمض الزبدة يحدث تحت تأثير الهواء المخترق ويصبح العلف غير مناسب للاستخدام.

ومن الناحية العملية، يتم أيضًا استخدام التخمير الكحولي للجلوكوز، على سبيل المثال في إنتاج البيرة.

الخصائص الفيزيائية

الجلوكوز عبارة عن مادة بلورية عديمة اللون ذات طعم حلو، قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء. يتم إطلاقه من محلول مائي على شكل هيدرات بلورية C6H12O6·H2O. بالمقارنة مع سكر البنجر، فهو أقل حلاوة.

الخصائص الكيميائية

يحتوي الجلوكوز على خصائص كيميائية مميزة للكحوليات والألدهيدات. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يحتوي على بعض الخصائص المحددة:

يعطي D- الجلوكوز تفاعلات عامة للألدوزات، وهو عبارة عن سكر مختزل، ويشكل عددًا من المشتقات بسبب مجموعة الألدهيدات (فينيل هيدرازون، ن-بروموفينيل هيدرازون، الخ). أوزازون الجلوكوز مطابق لأوزون المانوز، وهو إيمير الجلوكوز، وأوزون الفركتوز. عندما ينخفض ​​مستوى الجلوكوز، يتم تشكيل السوربيتول الكحولي السداسي. أثناء أكسدة مجموعة ألدهيد الجلوكوز - حمض D-gluconic أحادي القاعدة، أثناء الأكسدة الإضافية - حمض D-saccharic ثنائي القاعدة. عندما تتأكسد مجموعة الكحول الثانوية فقط من الجلوكوز (شريطة أن تكون مجموعة الألدهيد محمية)، يتكون حمض D- الجلوكورونيك. يمكن أن يحدث تكوين حمض D-glucuronic من D-glucose تحت تأثير إنزيمات أكاسيداز أو هيدروجيناز الجلوكوز. يؤدي الانحلال الحراري للجلوكوز D إلى إنتاج الجليكوزانات: a-glycosan وlevoglucosan (b-glucosan).

لتحديد كمية الجلوكوز ، يتم استخدام طرق قياس السعرات الحرارية واليودومترية وغيرها من الطرق.

الريبوز وديوكسيريبوز

من البنتوزات، الريبوز وديوكسيريبوز لهما أهمية كبيرة، لأنهما جزء من الأحماض النووية. الصيغ البنائية للريبوز مفتوح السلسلة وديوكسيريبوز هي كما يلي: H H H H O H H H H O S S S S S // S S S S // H - C - C - C - C - C H - C - C - C - C - C S S S S S S Ѕ Ѕ \ OH OH OH H OH OH OH H H الريبوز ديوكسيريبوز

بعض الحقائق المثيرة للاهتمام

لقد وجدت بعض الضفادع استخدامًا للجلوكوز في أجسامها، وهو أمر مثير للاهتمام، على الرغم من أنه أقل أهمية بكثير. في وقت الشتاءفي بعض الأحيان يمكنك العثور على الضفادع متجمدة في كتل من الجليد، ولكن بعد ذوبان الجليد تعود البرمائيات إلى الحياة. كيف تمكنوا من عدم التجميد حتى الموت؟ اتضح أنه مع بداية الطقس البارد، تزيد كمية الجلوكوز في دم الضفدع 60 مرة. وهذا يمنع تكوين بلورات الثلج داخل الجسم.

تحلل السكر

كان أبطال رواية جول فيرن "أطفال الكابتن غرانت" على وشك تناول وجبة العشاء من لحم حيوان اللاما البري (غواناكو) الذي أطلقوا النار عليه، عندما تبين فجأة أنه غير صالح للأكل على الإطلاق.

"ربما كان يجلس هناك لفترة طويلة؟" - سأل أحدهم في حيرة.

"لا، لسوء الحظ، استمر الأمر لفترة طويلة! - أجاب الجغرافي باغانيل - لحم الغواناكو لذيذ فقط عندما يُقتل الحيوان أثناء الراحة، ولكن إذا تم اصطياده لفترة طويلة وركض الحيوان لفترة طويلة، فإن لحمه غير صالح للأكل. ومن غير المرجح أن يتمكن باغانيل من شرح سبب الظاهرة التي وصفها. لكن باستخدام البيانات العلوم الحديثة، ليس من الصعب القيام بذلك. ومع ذلك، سيتعين علينا أن نبدأ من بعيد إلى حد ما.

عندما تتنفس الخلية الأكسجين، "يحترق" الجلوكوز فيها، ويتحول إلى ماء وثاني أكسيد الكربون، ويطلق الطاقة. ولكن لنفترض أن الحيوان يركض لفترة طويلة، أو أن الشخص يقوم بسرعة ببعض الأعمال البدنية الشاقة، على سبيل المثال، تقطيع الخشب. الأكسجين ليس لديه الوقت للوصول إلى خلايا العضلات. ومع ذلك، فإن الخلايا لا "تختنق" على الفور. تبدأ عملية غريبة - تحلل السكر (وهو ما يعني "انهيار السكر"). لا ينتج عن تحلل الجلوكوز الماء وثاني أكسيد الكربون، بل ينتج مادة أكثر تعقيدًا - حمض اللاكتيك. كل من حاول الحليب الحامضأو الكفير أنا على دراية بطعمه.

الطاقة المنطلقة أثناء تحلل السكر أقل بـ 13 مرة منها أثناء التنفس. كلما زاد تراكم حمض اللاكتيك في العضلات رجل أقوىأو يستشعر الحيوان تعبه. وأخيرا، يتم استنفاد جميع مخازن الجلوكوز في العضلات. هناك حاجة إلى الراحة. لذلك، بعد التوقف عن تقطيع الخشب أو صعود الدرج الطويل، عادة ما "يأخذ الشخص نفسا"، ويعوض نقص الأكسجين في الدم. لقد كان حمض اللاكتيك هو الذي جعل لحم الحيوان الذي أطلق عليه أبطال جول فيرن طعمًا لا طعم له.

الأدب

موسوعة كيميائية موجزة

كتاب الكيمياء الصف العاشر

موسوعة للأطفال - علم الأحياء

يسمى المركب العضوي الذي يحتوي على الأكسجين مع ست ذرات كربون الجلوكوز أو سكر العنب أو سكر العنب أو الهكسوز. إنه مصدر عالمي للطاقة بين جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب. صيغة المادة هي C6H12O6.

بناء

مادة الجلوكوز في الكيمياء هي سكريات أحادية أبسط الكربوهيدرات، تتكون من جزيء واحد أو وحدة هيكلية واحدة. الوحدة الهيكلية للجلوكوز هي جزء من الكربوهيدرات الأكثر تعقيدًا - السكريات الثنائية والسكريات.

تشمل المادة المجموعات الوظيفية :

• واحد كربونيل (-C=O)؛
• خمسة هيدروكسيل (-OH).

يمكن أن يتواجد الجزيء على شكل دورتين (α و β)، يختلفان في الترتيب المكاني لمجموعة هيدروكسيل واحدة، وفي شكل خطي (D-glucose).

يأخذ الجلوكوز شكلًا دوريًا في المحاليل المائية.

أرز. 1. جزيء الجلوكوز الدوري والخطي.

الصيغة الهيكلية للجلوكوز هي O=CH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH 2 OH أو CH 2 OH(CHOH) 4 -COH.

إيصال

توجد كمية كبيرة من سكر العنب في النباتات، وخاصة الفواكه والأوراق. لذلك، يمكن استهلاك المادة مباشرة من الفواكه والتوت. الجلوكوز هو المنتج النهائي لعملية التمثيل الضوئي:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 - س.

في الصناعة، يتم عزل المركب عن طريق التحلل المائي للسكريات. المنتجات الأولية هي البطاطس أو نشا الحبوب والسليلوز. محلول ساخن من الكبريتيك أو حمض الهيدروكلوريك. يتم تسخين الخليط الناتج حتى تتفكك السكريات تمامًا:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t°، H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6.

يتم تحييد الحمض بالطباشير أو البورسلين، وبعد ذلك يتم ترشيح المحلول وتبخيره. البلورات الناتجة هي الجلوكوز.

أرز. 2. مخطط الحصول على الجلوكوز.

في المختبرات، يتم عزل الدكستروز من الفورمالديهايد في وجود محفز - Ca(OH) 2:

6H-CH=O → C 6 H 12 O 6 .

في السبيل الهضمييتم تقسيم السكريات التي يتم الحصول عليها من الطعام بسرعة إلى الفركتوز والجلوكوز، والتي تشارك في عملية التمثيل الغذائي الخلوي.

الخصائص الفيزيائية

الهكسوز عبارة عن مادة بلورية عديمة اللون وعديمة الرائحة ولكن لها طعم حلو. ومع ذلك، السكروز (السكر العادي) هو ضعف حلاوة الجلوكوز.

المادة قابلة للذوبان بدرجة عالية ليس فقط في الماء، ولكن أيضًا في المذيبات الأخرى - محلول الأمونيا من هيدروكسيد النحاس (كاشف شفايتزر)، وحمض الكبريتيك، وكلوريد الزنك.

الخصائص الكيميائية

يجمع الجلوكوز بين خصائص الألدهيدات (يحتوي على مجموعة -CHO) والكحولات (بما في ذلك الهيدروكسيل)، كونه كحول ألدهيد. لذلك، يمكن أن يشكل الكحول ويتبلمر بشكل مشابه للألدهيدات. يتم وصف الخصائص الكيميائية الرئيسية للجلوكوز في الجدول.

أرز. 3. مخطط تخمير الجلوكوز.

يستخدم الجلوكوز في الطب، والغذاء، وصناعات النسيج. المادة موجودة في الكل المنتجات الغذائية، تستخدم لإنتاج البيرة والنبيذ ومنتجات حمض اللاكتيك.

ماذا تعلمنا؟

الجلوكوز هو سكر أحادي يحتوي على ست ذرات كربون. تتشكل نتيجة لعملية التمثيل الضوئي والتحلل المائي للسكريات من الفورمالديهايد. المجموعات الوظيفيةهي -C=O و -OH. في التفاعلات فإنه يظهر خصائص الألدهيدات والكحولات. يتفاعل مع محلول الأمونيا المكون من هيدروكسيد الفضة والنحاس (II) وحمض النيتريك والهيدروجين، ويخضع للتخمر الكحولي والزبدي وحامض اللبنيك. بفضل التخمير، يتم الحصول على المنتجات الغذائية - الكفير والجبن والكحول.

اختبار حول الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​التقييم: 4.4. إجمالي التقييمات المستلمة: 262.

وأهم السكريات الأحادية هو الجلوكوز C6H12O6، والذي يسمى أيضًا سكر العنب. وهي مادة بلورية بيضاء، حلوة المذاق، وشديدة الذوبان في الماء. يوجد الجلوكوز في النباتات والكائنات الحية، ومحتواه مرتفع بشكل خاص في عصير العنب (ومن هنا الاسم - سكر العنب)، وفي العسل، وكذلك في الفواكه الناضجة والتوت.

تم استنتاج بنية الجلوكوز بناءً على دراسة خواصه الكيميائية. وبالتالي، يُظهر الجلوكوز خصائص متأصلة في الكحوليات: فهو يشكل كحولات (سكريات) وإستر حمض أسيتيك يحتوي على خمس بقايا حمض (حسب عدد مجموعات الهيدروكسيل) مع المعدن. لذلك، الجلوكوز هو كحول متعدد الهيدرات. مع محلول الأمونيا من أكسيد الفضة فإنه يعطي تفاعل "المرآة الفضية"، مما يدل على وجود مجموعة ألدهيد في نهاية سلسلة الكربون. لذلك، الجلوكوز هو كحول ألدهيد، يمكن أن يكون لجزيئه البنية

ومع ذلك، ليست كل الخصائص تتفق مع بنيتها باعتبارها كحول ألدهيد. وبالتالي، فإن الجلوكوز لا يؤدي إلى بعض تفاعلات الألدهيد. يتميز واحد من أصل خمسة هيدروكسيل بأكبر قدر من التفاعل، واستبدال الهيدروجين فيه بجذر الميثيل يؤدي إلى اختفاء خصائص الألدهيد للمادة. كل هذا أعطى سببًا لاستنتاج أنه إلى جانب شكل الألدهيد، هناك أشكال دورية لجزيئات الجلوكوز (α-cyclic و β-cyclic)، والتي تختلف في موضع مجموعات الهيدروكسيل بالنسبة لمستوى الحلقة. يكون التركيب الدوري لجزيء الجلوكوز في الحالة البلورية، ولكنه يوجد في المحاليل المائية أشكال مختلفة، يتحول بعضها إلى بعض:

كما نرى، في الأشكال الدورية لا توجد مجموعة ألدهيد. مجموعة الهيدروكسيل الموجودة عند ذرة الكربون الأولى هي الأكثر تفاعلاً. يفسر الشكل الدوري للكربوهيدرات خصائصها الكيميائية العديدة.

على المستوى الصناعي، يتم إنتاج الجلوكوز عن طريق التحلل المائي للنشا (في وجود الأحماض). كما تم إتقان إنتاجه من الخشب (السليلوز).

الجلوكوز ذو قيمة المغذيات. عندما يتأكسد في الأنسجة، يتم إطلاق الطاقة اللازمة للأداء الطبيعي للكائنات الحية. يمكن التعبير عن تفاعل الأكسدة بالمعادلة الشاملة:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

يستخدم الجلوكوز في الطب للتحضير الأدوية الطبيةوحفظ الدم والتسريب في الوريد وما إلى ذلك. ويستخدم على نطاق واسع في صناعة الحلويات وفي إنتاج المرايا والألعاب (طلاء الفضة). يتم استخدامه لصباغة وتشطيب الأقمشة والجلود.

الجلوكوز يعني "حلو" باللغة اليونانية. ويوجد في الطبيعة بكميات كبيرة في عصائر التوت والفواكه، بما في ذلك عصير العنب، ولهذا يطلق عليه شعبياً "سكر النبيذ".

تاريخ الاكتشاف

تم اكتشاف الجلوكوز في بداية القرن التاسع عشر على يد الطبيب والكيميائي والفيلسوف الإنجليزي ويليام بروت. أصبحت هذه المادة معروفة على نطاق واسع بعد أن استخرجها هنري براكونو من نشارة الخشب في عام 1819.

الخصائص الفيزيائية

الجلوكوز هو مسحوق بلوري عديم اللون ذو طعم حلو. وهو شديد الذوبان في الماء، وحمض الكبريتيك المركز، وكاشف شفايتزر.

هيكل الجزيء

مثل جميع السكريات الأحادية، الجلوكوز عبارة عن مركب غير متجانس (يحتوي الجزيء على عدة مجموعات هيدروكسيل ومجموعة كربوكسيل واحدة). في حالة الجلوكوز، مجموعة الكربوكسيل هي الألدهيد.

الصيغة العامة للجلوكوز هي C6H12O6. جزيئات هذه المادة لها بنية دورية واثنين من الأيزومرات المكانية، ألفا وبيتا. في الحالة الصلبة، يسود شكل ألفا بنسبة 100% تقريبًا. في الحل، يكون نموذج بيتا أكثر استقرارًا (يشغل حوالي 60٪). الجلوكوز هو المنتج النهائي للتحلل المائي لجميع السكريات المتعددة والثنائية، أي أنه يتم الحصول على الجلوكوز في الغالبية العظمى من الحالات بهذه الطريقة.

الحصول على المادة

في الطبيعة، يتم إنتاج الجلوكوز في النباتات نتيجة لعملية التمثيل الضوئي. دعونا نلقي نظرة على الطرق الصناعية والمخبرية لإنتاج الجلوكوز. في المختبر، هذه المادة هي نتيجة تكثيف الألدول. الطريقة الأكثر شيوعًا في الصناعة هي الحصول على الجلوكوز من النشا.

النشا عبارة عن عديد السكاريد، وأحادي جزئه عبارة عن جزيئات الجلوكوز. وهذا يعني أنه للحصول عليه، من الضروري تحليل السكاريد إلى أجزاء أحادية. كيف تتم هذه العملية؟

يبدأ إنتاج الجلوكوز من النشا بوضع النشا في وعاء من الماء وخلطه (حليب النشا). جلب وعاء آخر من الماء ليغلي. تجدر الإشارة إلى أنه يجب أن يكون هناك ضعف كمية الماء المغلي الموجودة في حليب النشا. لكي يستمر التفاعل لإنتاج الجلوكوز حتى اكتماله، هناك حاجة إلى محفز. في في هذه الحالةوهو ماء مملح أو تضاف الكمية المحسوبة إلى وعاء من الماء المغلي. ثم يُسكب الحليب النشا ببطء. في هذه العملية، من المهم جدًا عدم الحصول على عجينة؛ إذا تشكلت، يجب أن تستمر في الغليان حتى تختفي تمامًا. في المتوسط، يستغرق الغليان ساعة ونصف. من أجل التأكد من أن النشا قد تم تحلله بالكامل، يجب إجراء تفاعل عالي الجودة. يضاف اليود إلى العينة المختارة. إذا تحول السائل إلى اللون الأزرق، فهذا يعني أن التحلل المائي لم يكتمل، ولكن إذا تحول إلى اللون البني أو البني المحمر، فهذا يعني أنه لم يعد هناك نشا في المحلول. لكن هذا المحلول لا يحتوي على الجلوكوز فحسب، بل تم إنتاجه باستخدام مادة محفزة، مما يعني وجود حمض أيضًا. كيفية إزالة الحمض؟ الجواب بسيط: استخدام التحييد بالطباشير النظيف والخزف المطحون جيدًا.

يتم فحص التحييد بعد ذلك، يتم تصفية الحل الناتج. هناك شيء واحد فقط يجب القيام به: يجب أن يتبخر السائل عديم اللون الناتج. البلورات المشكلة هي النتيجة النهائية لدينا. الآن فكر في إنتاج الجلوكوز من النشا (التفاعل).

الجوهر الكيميائي للعملية

يتم تقديم هذه المعادلة لإنتاج الجلوكوز قبل المنتج الوسيط - المالتوز. المالتوز هو ثنائي السكاريد يتكون من جزيئين من الجلوكوز. من الواضح أن طرق إنتاج الجلوكوز من النشا والمالتوز هي نفسها. أي لمواصلة التفاعل يمكننا وضع المعادلة التالية.

في الختام، الأمر يستحق التلخيص الشروط الضروريةلكي يتم إنتاج الجلوكوز من النشا بنجاح.

المتطلبات الأساسية

• محفز (حمض الهيدروكلوريك أو الكبريتيك)؛
• درجة الحرارة (100 درجة على الأقل) ؛
• الضغط (الغلاف الجوي بما فيه الكفاية، ولكن الضغط المتزايد يسرع العملية).

هذه الطريقة هي الأبسط، مع إنتاجية عالية للمنتج النهائي وتكاليف طاقة قليلة. لكنه ليس الوحيد. يتم إنتاج الجلوكوز أيضًا من السليلوز.

مشتق من السليلوز

يكاد يكون جوهر العملية متوافقًا تمامًا مع التفاعل السابق.

يتم إعطاء إنتاج الجلوكوز (الصيغة) من السليلوز. في الواقع، هذه العملية أكثر تعقيدًا وتستهلك الطاقة. لذلك، فإن المنتج الذي يدخل في التفاعل هو النفايات الناتجة عن صناعة معالجة الأخشاب، والتي يتم سحقها إلى أجزاء بحجم جسيمات يتراوح من 1.1 إلى 1.6 ملم. تتم معالجة هذا المنتج أولاً بحمض الأسيتيك، ثم ببيروكسيد الهيدروجين، ثم بحمض الكبريتيك عند درجة حرارة لا تقل عن 110 درجة ووحدة مائية 5. مدة هذه العملية 3-5 ساعات. ثم، على مدار ساعتين، يتم التحلل المائي باستخدام حمض الكبريتيك في درجة حرارة الغرفةوالوحدة الهيدروليكية 4-5. ثم يتم التخفيف بالماء والانعكاس لمدة ساعة ونصف تقريبًا.

طرق القياس الكمي

بعد النظر في جميع طرق الحصول على الجلوكوز، يجب عليك دراسة طرق تحديده الكمي. هناك حالات يجب أن يشارك فيها فقط المحلول الذي يحتوي على الجلوكوز في العملية التكنولوجية، أي أن عملية تبخر السائل حتى يتم الحصول على البلورات ليست ضرورية. ثم يطرح السؤال حول كيفية تحديد تركيز مادة معينة في المحلول. يتم تحديد كمية الجلوكوز الناتجة في المحلول عن طريق الطرق الطيفية والاستقطابية والكروماتوغرافية. هناك أيضًا طريقة تحديد أكثر تحديدًا - إنزيمية (باستخدام إنزيم الجلوكوزيداز). وفي هذه الحالة يتم حساب نواتج عمل هذا الإنزيم.

تطبيق الجلوكوز

في الطب، يستخدم الجلوكوز للتسمم (وهذا يمكن أن يكون إما). التسمم الغذائيونشاط العدوى). في هذه الحالة، يتم إعطاء محلول الجلوكوز عن طريق الوريد باستخدام قطارة. وهذا يعني أن الجلوكوز في الصيدلية هو أحد مضادات الأكسدة العالمية. تلعب هذه المادة أيضًا دورًا مهمًا في اكتشاف وتشخيص المرض داء السكري. هنا يعمل الجلوكوز بمثابة اختبار الإجهاد.

في صناعة المواد الغذائيةوفي الطبخ، يحتل الجلوكوز مكانًا مهمًا جدًا. بشكل منفصل، ينبغي تحديد دور الجلوكوز في صناعة النبيذ والبيرة وإنتاج لغو. إنه على وشكحول طريقة مثل إنتاج الإيثانول دعونا نفكر في هذه العملية بالتفصيل.

الحصول على الكحول

تتكون تكنولوجيا إنتاج الكحول من مرحلتين: التخمير والتقطير. ويتم التخمير بدوره بمساعدة البكتيريا. في التكنولوجيا الحيوية، تم تطوير ثقافات الكائنات الحية الدقيقة منذ فترة طويلة، مما يجعل من الممكن الحصول على أقصى إنتاج من الكحول في أقل قدر ممكن من الوقت المستغرق. في الحياة اليومية، يمكن استخدام خميرة المائدة العادية كمساعدين في التفاعل.

بادئ ذي بدء، يتم تخفيف الجلوكوز في الماء. يتم تخفيف الكائنات الحية الدقيقة المستخدمة في حاوية أخرى. بعد ذلك، يتم خلط السوائل الناتجة ورجها ووضعها في وعاء مع توصيل هذا الأنبوب بآخر (على شكل حرف U). تُسكب نهاية الأنبوب في منتصف الأنبوب الثاني وتُغلق بسدادة مطاطية بقضيب زجاجي مجوف ذو نهاية ممتدة.

يتم وضع هذه الحاوية في منظم الحرارة عند درجة حرارة 25-27 درجة لمدة أربعة أيام. سيظهر الأنبوب الذي يحتوي على ماء الجير غائما، مما يدل على تفاعله معه. ثاني أكسيد الكربون. بمجرد توقف إطلاق ثاني أكسيد الكربون، يمكن اعتبار عملية التخمير كاملة. بعد ذلك تأتي مرحلة التقطير. في المختبر، لتقطير الكحول، يتم استخدام مكثفات الارتجاع - الأجهزة التي أ الماء الباردوبالتالي تبريد الغاز الناتج وتحويله مرة أخرى إلى سائل.

في هذه المرحلة، يجب تسخين السائل الموجود في الحاوية لدينا إلى 85-90 درجة. بهذه الطريقة سوف يتبخر الكحول، ولكن لن يغلي الماء.

آلية إنتاج الكحول

لنفكر في إنتاج الكحول من الجلوكوز في معادلة التفاعل: C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2.

لذا يمكن ملاحظة أن آلية إنتاج الإيثانول من الجلوكوز بسيطة للغاية. علاوة على ذلك، فهي معروفة للبشرية منذ قرون عديدة، وقد وصلت إلى الكمال تقريبًا.

أهمية الجلوكوز في حياة الإنسان

لذلك، وجود فهم معين لهذه المادة، وخصائصها الفيزيائية والكيميائية، واستخدامها في مناطق مختلفةالصناعة، يمكننا أن نستنتج ما هو الجلوكوز. إن الحصول عليه من السكريات يوضح بالفعل أن الجلوكوز، باعتباره المكون الرئيسي لجميع السكريات، هو مصدر لا غنى عنه للطاقة للإنسان. ونتيجة لعملية التمثيل الغذائي، يتكون من هذه المادة حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك، الذي يتحول إلى وحدة طاقة.

ولكن ليس كل الجلوكوز الذي يدخل جسم الإنسان يستخدم لتجديد الطاقة. أثناء الاستيقاظ، يحول الشخص 50 بالمائة فقط من الجلوكوز الذي يتلقاه إلى ATP. ويتحول الباقي إلى الجليكوجين ويتراكم في الكبد. يتحلل الجليكوجين بمرور الوقت، وبالتالي ينظم مستويات السكر في الدم. المحتوى الكمي لهذه المادة في الجسم هو مؤشر مباشر على صحته. يعتمد الأداء الهرموني لجميع الأنظمة على كمية السكر في الدم. ولذلك، تجدر الإشارة إلى أن الاستخدام المفرط لهذه المادة يمكن أن يؤدي إلى عواقب وخيمة.

للوهلة الأولى، يعتبر الجلوكوز مادة بسيطة ومفهومة. حتى من وجهة نظر الكيمياء، فإن جزيئاتها لها بنية بسيطة إلى حد ما، والخصائص الكيميائية مفهومة ومألوفة في الحياة اليومية. ولكن على الرغم من هذا، الجلوكوز لديه قيمة عظيمةسواء بالنسبة للشخص نفسه أو لجميع مجالات حياته.

الكربوهيدرات هي مواد عضوية تتكون جزيئاتها من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين. علاوة على ذلك، فإن الهيدروجين والأكسجين فيها بنفس النسب الموجودة في جزيئات الماء (1:2).
الصيغة العامة للكربوهيدرات هي C n (H 2 O) m، أي يبدو أنها تتكون من الكربون والماء، ومن هنا جاء اسم الصنف الذي له جذور تاريخية. وقد ظهر بناءً على تحليل أول الهيدروكربونات المعروفة. في وقت لاحق وجد أن هناك كربوهيدرات في الجزيئات التي لا توجد بها نسبة 1H: 2O، على سبيل المثال، deoxyribose - C 5 H 10 O 4. ومن المعروف أيضًا المركبات العضوية التي يتطابق تركيبها مع الصيغة العامة المعطاة، ولكنها لا تنتمي إلى فئة الكربوهيدرات. وتشمل هذه، على سبيل المثال، الفورمالديهايد CH 2 O وحمض الأسيتيك CH 3 COOH.
ومع ذلك، فقد ترسخ اسم "الهيدروكربونات" وأصبح مقبولًا بشكل عام لهذه المواد.
يمكن تقسيم الهيدروكربونات، وفقًا لقدرتها على التحلل المائي، إلى ثلاث مجموعات رئيسية: السكريات الأحادية والثنائية والسكريات المتعددة.

السكريات الأحادية- الكربوهيدرات التي لا تتحلل (لا تتحلل بالماء). وذلك حسب عدد ذرات الكربون. وتنقسم السكريات الأحادية إلى الثلاثيات(تحتوي جزيئاتها على ثلاث ذرات كربون)، رباعيات(أربع ذرات)، البنتوز(خمسة)، سداسي(ستة) الخ.
في الطبيعة، يتم توفير السكريات الأحادية في الغالب البنتوسو سداسي. وتشمل البنتوس، على سبيل المثال، الريبوز C5H10O5 و ديوكسيريبوز(الريبوز الذي "أُزيلت منه" ذرة الأكسجين) C 5 H 10 O 4 . وهي جزء من الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA) وتحدد الجزء الأول من أسماء الأحماض النووية.
تشمل السداسيات التي لها الصيغة الجزيئية العامة C 6 H 12 O 6، على سبيل المثال، الجلوكوز والفركتوز والجلاكتوز.
السكريات الثنائية– الكربوهيدرات التي يتم تحللها مائياً لتكوين جزيئين من السكريات الأحادية، مثل السداسيات. صيغة عامةليس من الصعب استخلاص الغالبية العظمى من السكريات الثنائية: تحتاج إلى "إضافة" صيغتين سداسيتين و "طرح" جزيء ماء من الصيغة الناتجة - C 12 H 22 O 10. وعليه يمكننا كتابة معادلة التحلل المائي العامة:

ج 12 ح 22 س 10 + ح 2 س → 2 ج 6 ح 12 س 6
تشمل السكريات الثنائية:
1) ج acharose(سكر المائدة العادي)، والذي عند التحلل المائي يشكل جزيءًا واحدًا من الجلوكوز وجزيءًا من الفركتوز. وهو موجود في كميات كبيرةفي بنجر السكر، قصب السكر(ومن هنا جاءت الأسماء - البنجر وقصب السكر)، والقيقب (استخرج الرواد الكنديون سكر القيقب)، ونخيل السكر، والذرة، وما إلى ذلك.

2) المالتوز(سكر الشعير) الذي يتحلل ليشكل جزيئين من الجلوكوز. يمكن الحصول على المالتوز عن طريق التحلل المائي للنشا تحت تأثير الإنزيمات الموجودة في الشعير - حبوب الشعير المنبتة والمجففة والمطحونة.
3)اللاكتوز(سكر الحليب) الذي يتحلل ليشكل جزيئات الجلوكوز والجلاكتوز. وهو موجود في حليب الثدييات، وله حلاوة منخفضة، ويستخدم كمادة حشو في السراج والأقراص الصيدلانية.

يختلف الطعم الحلو للسكريات الأحادية والثنائية المختلفة. وبالتالي، فإن أحلى السكاريد الأحادي - الفركتوز - أحلى 1.5 مرة من الجلوكوز، الذي يؤخذ كمعيار . السكروز(ثنائي السكاريد) بدوره أحلى مرتين من الجلوكوز و4-5 مرات أحلى من اللاكتوز الذي لا طعم له تقريبًا.

السكريات –النشا، الجليكوجين، الدكسترين، السليلوز، الخ. – الكربوهيدرات التي يتم تحللها لتكوين العديد من جزيئات السكريات الأحادية، وفي أغلب الأحيان الجلوكوز.
لاشتقاق صيغة السكريات، تحتاج إلى "طرح" جزيء الماء من جزيء الجلوكوز وكتابة تعبير بالمؤشر n: (C 6 H 10 O 5) n. بعد كل شيء، بسبب انقسام جزيئات الماء يتم تشكيل السكريات الثنائية والسكريات في الطبيعة.
إن دور الكربوهيدرات في الطبيعة وسعرها في حياة الإنسان مهم للغاية. تتشكل في الخلايا النباتية نتيجة لعملية التمثيل الضوئي، وتعمل كمصدر للطاقة للخلايا الحيوانية. وهذا ينطبق في المقام الأول على الجلوكوز.
تؤدي العديد من الكربوهيدرات (النشا والجليكوجين والسكروز) وظيفة تخزين، وهي دور احتياطي العناصر الغذائية.
تؤدي أحماض DNA وRNA، التي تحتوي على بعض الكربوهيدرات (البنتوز-ريبوز وديوكسيريبوز)، وظائف نقل المعلومات الوراثية.
السليلوز – مواد البناءالخلايا النباتية - تلعب دور الإطار لأغشية هذه الخلايا. عديد السكاريد آخر - الكيتين- يؤدي دورًا مشابهًا في خلايا بعض الحيوانات: حيث يتكون الهيكل العظمي الخارجي للمفصليات (القشريات) والحشرات والعناكب.
تعمل الكربوهيدرات في نهاية المطاف كمصدر للتغذية: فنحن نستهلك الحبوب التي تحتوي على النشا، أو نطعمها للحيوانات التي يتحول النشا في أجسامها إلى دهون وبروتينات. الأكثر ملابس صحيةمصنوع من السليلوز أو المنتجات المبنية عليه: القطن والكتان، ألياف الفيسكوز، حرير الأسيتات. يتم بناء المنازل والأثاث الخشبي من نفس مادة السليلوز التي يتكون منها الخشب. يعتمد إنتاج الأفلام والأفلام الفوتوغرافية على نفس السليلوز. الكتب والصحف والرسائل والأوراق النقدية كلها منتجات صناعة اللب والورق. وهذا يعني أن الكربوهيدرات توفر لنا أساسيات الحياة: الطعام والملبس والمأوى.
بالإضافة إلى ذلك، تشارك الكربوهيدرات في بناء البروتينات المعقدة والإنزيمات والهرمونات. الكربوهيدرات هي أيضًا مواد حيوية مثل الهيبارين (يلعب دورًا حيويًا - فهو يمنع تخثر الدم)، والأجار أجار (يتم الحصول عليه من الأعشاب البحرية ويستخدم في الصناعات الميكروبيولوجية والحلويات - تذكر الكعكة الشهيرة""حليب الطير")"
ويجب التأكيد على أن النوع الوحيد من الطاقة على الأرض (إلى جانب الطاقة النووية بالطبع) هو طاقة الشمس، والطريقة الوحيدة لتراكمها لضمان حياة جميع الكائنات الحية هي عملية التمثيل الضوئي، والتي تحدث في الخلايا ويؤدي إلى تخليق الكربوهيدرات من الماء وثاني أكسيد الكربون. ومن خلال هذا التحول يتم تشكيل الأكسجين، والذي بدونه ستكون الحياة على كوكبنا مستحيلة:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

الخصائص الفيزيائية ووجودها في الطبيعة

الجلوكوزو الفركتوز– المواد الصلبة وعديمة اللون والمواد البلورية. يشكل الجلوكوز الموجود في عصير العنب (ومن هنا جاء اسم "سكر العنب")، بالإضافة إلى الفركتوز الموجود في بعض الفواكه والخضروات (ومن هنا اسم "سكر الفاكهة")، جزءًا كبيرًا من العسل. يحتوي دم الإنسان والحيوان باستمرار على حوالي 0.1% من الجلوكوز (80-120 ملجم لكل 100 مل من الدم). يخضع الجزء الأكبر منه (حوالي 70٪) لأكسدة بطيئة في الأنسجة مع إطلاق الطاقة وتكوين المنتجات النهائية - الماء وثاني أكسيد الكربون (عملية تحلل السكر):
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2920 كيلوجول
الطاقة المنطلقة أثناء تحلل السكر توفر إلى حد كبير احتياجات الطاقةالكائنات الحية.
تشير الزيادة في مستويات الجلوكوز في الدم بمقدار 180 ملغ لكل 100 مل إلى انتهاك استقلاب الكربوهيدرات وتطور مرض خطير - داء السكري.

هيكل جزيء الجلوكوز

يمكن الحكم على بنية جزيء الجلوكوز على أساس البيانات التجريبية. يتفاعل مع الأحماض الكربوكسيلية لتكوين استرات تحتوي على 1 إلى 5 بقايا حمض. إذا تمت إضافة محلول الجلوكوز إلى هيدروكسيد النحاس الذي تم الحصول عليه حديثًا (||)، يذوب الراسب ويتم الحصول على محلول أزرق لامع من مركب النحاس، أي يحدث تفاعل نوعي للكحولات متعددة الهيدرات. لذلك الجلوكوزهو كحول متعدد الهيدريك. إذا تم تسخين المحلول الناتج، يتشكل راسب مرة أخرى، وهذه المرة يكون لونه أحمر، أي. سيكون هناك رد فعل نوعي ل الألدهيدات.وبالمثل، إذا تم تسخين محلول الجلوكوز مع محلول الأمونيا من أكسيد الفضة، سيحدث تفاعل "المرآة الفضية". لذلك، الجلوكوز عبارة عن كحول متعدد الهيدرات وألدهيد - ألدهيد الكحول. دعونا نحاول الانسحاب الصيغة الهيكليةالجلوكوز. توجد ست ذرات كربون في جزيء C6H12O6. ذرة واحدة هي جزء من مجموعة الألدهيد:
وترتبط الذرات الخمس المتبقية بمجموعات الهيدروكسي. وأخيرًا، ومع الأخذ في الاعتبار أن الكربون رباعي التكافؤ، سنرتب ذرات الهيدروجين:
أو:
ومع ذلك، فقد ثبت أنه في محلول الجلوكوز، بالإضافة إلى الجزيئات الخطية (الألدهيد)، هناك جزيئات ذات بنية دورية تشكل الجلوكوز البلوري. يمكن تفسير تحول جزيئات الشكل الخطي إلى شكل دوري إذا تذكرنا أن ذرات الكربون يمكن أن تدور بحرية حول روابط σ الموجودة بزاوية 109 o 28 / بينما يمكن لمجموعة الألدهيد (ذرة الكربون الأولى) أن تقترب من الهيدروكسيل مجموعة ذرة الكربون الخامسة. في الأول، تحت تأثير مجموعة الهيدروكسي، يتم كسر الرابطة π: تضاف ذرة الهيدروجين إلى ذرة الأكسجين، وأكسجين مجموعة الهيدروكسي الذي "فقد" هذه الذرة يغلق الدورة.
ونتيجة لإعادة ترتيب الذرات، يتم تشكيل جزيء دوري. لا تظهر الصيغة الدورية ترتيب ترابط الذرات فحسب، بل توضح أيضًا ترتيبها المكاني. ونتيجة لتفاعل ذرات الكربون الأولى والخامسة تظهر عند الذرة الأولى مجموعة هيدروكسي جديدة يمكن أن تشغل موقعين في الفضاء: أعلى وأسفل مستوى الدورة، وبالتالي من الممكن وجود شكلين دوريين من الجلوكوز :
1) توجد مجموعات α من الجلوكوز - الهيدروكسيل في ذرات الكربون الأولى والثانية على جانب واحد من حلقة الجزيء ؛
2) توجد أشكال β من الجلوكوز - مجموعات الهيدروكسيل على جانبي حلقة الجزيء:
في المحلول المائي للجلوكوز، تكون ثلاثة من أشكاله الأيزوميرية في حالة توازن ديناميكي: الشكل α الحلقي، والشكل الخطي (الألدهيد) والشكل الدوري β.
في التوازن الديناميكي القائم، يسود الشكل β (حوالي 63٪)، لأنه مفضل من الناحية الحيوية - فهو يحتوي على مجموعات OH في ذرات الكربون الأولى والثانية على الجانبين المتقابلين من الدورة. في الشكل α (حوالي 37%)، توجد مجموعات OH الموجودة على نفس ذرات الكربون على جانب واحد من المستوى، لذا فهي أقل استقرارًا من حيث الطاقة من الشكل β. حصة الشكل الخطي في التوازن صغيرة جدًا (حوالي 0.0026٪ فقط).
يمكن تغيير التوازن الديناميكي. على سبيل المثال، عند تعريض الجلوكوز لمحلول الأمونيا من أكسيد الفضة، فإن كمية شكله الخطي (الألدهيد)، وهي صغيرة جدًا في المحلول، تتجدد طوال الوقت بسبب الأشكال الدورية، ويتم أكسدة الجلوكوز تمامًا إلى الجلوكونيك حامض.
أيزومر كحول ألدهيد الجلوكوز هو كحول الكيتون - الفركتوز.

الخواص الكيميائية للجلوكوز

الخصائص الكيميائية للجلوكوز، مثل أي شيء مادة عضوية، يتم تحديدها من خلال هيكلها. للجلوكوز وظيفة مزدوجة، كونه ألدهيد وكحول متعدد الهيدرات، لذلك يتميز بخصائص كل من الكحولات متعددة الهيدرات والألدهيدات.
تفاعلات الجلوكوز ككحول متعدد الهيدرات
يتفاعل الجلوكوز نوعيًا مع الكحوليات متعددة الهيدرات (مثل الجلسرين) مع هيدروكسيد النحاس المحضر حديثًا (耺)، مما يشكل محلول أزرق لامع من مركب النحاس (耺).
الجلوكوز، مثل الكحول، يمكن أن يشكل استرات.
تفاعلات الجلوكوز كألدهيد
1. أكسدة مجموعة الألدهيدات.الجلوكوز، باعتباره ألدهيد، قادر على الأكسدة إلى حمض (الجلوكونيك) المقابل وإعطاء ردود الفعل النوعيةإلى الألدهيدات. تفاعل "المرآة الفضية" (عند تسخينها):
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COOH + Ag 2O → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH + 2Ag↓
التفاعل مع Cu(OH) 2 الذي تم الحصول عليه حديثًا عند تسخينه:
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COH + 2 Cu(OH) 2 → CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O↓ +H 2 O

2. الحد من مجموعة الألدهيد.يمكن تقليل الجلوكوز إلى الكحول المقابل (السوربيتول):
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COH + H 2 → CH 2 -OH-(CHOH) 4 - CH 2 -OH
تفاعلات التخمير
تحدث هذه التفاعلات تحت تأثير المحفزات البيولوجية الخاصة ذات الطبيعة البروتينية - الإنزيمات.

1.التخمر الكحولي:
ج 6 ح 12 يا 6 → 2 ج 2 ح 5 أوه + 2 كو 2
منذ فترة طويلة يستخدمها الإنسان للحصول عليها الكحول الإيثيليوالمشروبات الكحولية.
2. تخمر حمض اللاكتيك:
الذي يشكل أساس النشاط الحيوي لبكتيريا حمض اللاكتيك ويحدث أثناء تخمير الحليب وتخليل الملفوف والخيار وتغذية الأعلاف الخضراء