Sifat kimia C6h12o6. Karbohidrat. Hiperglikemia dan hipoglikemia

1. Informasi umum

a) D-glukosa - a -D-glukosa - b -D-glukosa

b) L-glukosa

3. Berada di alam

4. Tanda terima

5. Aplikasi

6. Sifat fisik

7. Sifat kimia

8. Ribosa dan deoksiribosa

9. Beberapa fakta menarik

10. Sastra

Rumus glukosa adalah C 6 H 12 O 6.

Glukosa adalah monosakarida, salah satu dari delapan aldoheksosa isomer. Massa molar 180 g/mol. Glukosa dalam bentuk D (dekstosa, gula anggur) adalah karbohidrat yang paling umum. D-glukosa (biasanya disebut glukosa) terdapat dalam bentuk bebas dan dalam bentuk oligosakarida (gula tebu, gula susu), polisakarida (pati, glikogen, selulosa, dekstran), glikosida dan turunan lainnya. Dalam bentuk bebas, D-glukosa ditemukan pada buah-buahan, bunga dan organ tumbuhan lainnya, serta pada jaringan hewan (darah, otak, dll). D-glukosa adalah sumber energi terpenting pada hewan dan mikroorganisme. Seperti monosakarida lainnya, D-glukosa terdapat dalam beberapa bentuk. Kristal D-glukosa diperoleh dalam 2 bentuk: a -D-glukosa dan b -D-glukosa.

a-D-glukosa

tpl 146°C D = + 112.2° (dalam air), mengkristal dari air dalam bentuk monohidrat dengan tpl 83°C.

bD-glukosa

Diperoleh dengan kristalisasi D-glukosa dari piridin dan beberapa larutan lainnya. t 148-150° C, D = + 18.9° (dalam air).

Dalam larutan berair, keseimbangan terbentuk antara beberapa bentuk D-glukosa yang saling berubah: a- dan b-piranosa, a- dan b-furanosa, aldehida terbuka, dan bentuk hidrat. Dalam sistem kesetimbangan dalam air, D = + 52,7°.

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

L-glukosa

L-glukosa diperoleh secara sintetis dengan mereduksi lakton asam L-glukonat. a-L-glukosa - titik leleh kristal 142-143° C D = - 95,5° (dalam air) dan - 51,4° (sistem kesetimbangan dalam air). Sifat kimia L-glukosa sama dengan D-glukosa.

Berada di alam

Glukosa ditemukan dalam bentuk khusus di hampir semua organ tumbuhan hijau. Kandungannya sangat banyak dalam jus anggur, itulah sebabnya glukosa kadang-kadang disebut gula anggur. Madu terutama terdiri dari campuran glukosa dan fruktosa.

Di dalam tubuh manusia, glukosa terdapat di otot dan darah (0,1 - 0,12%) dan berfungsi sebagai sumber energi utama bagi sel dan jaringan tubuh. Peningkatan konsentrasi glukosa dalam darah menyebabkan peningkatan produksi hormon pankreas - insulin, yang mengurangi kandungan karbohidrat ini dalam darah. Energi kimia nutrisi yang masuk ke dalam tubuh terkandung dalam ikatan kovalen antar atom. Dalam glukosa, jumlah energi potensial adalah 2800 kJ per 1 mol (yaitu per 180 gram).

Kuitansi

Sintesis glukosa pertama dari formaldehida dengan adanya kalsium hidroksida dilakukan oleh A. M. Butlerov pada tahun 1861: O / / Ca(OH) 2

6H-C* * ® C 6 H 12 O 6

\\H Glukosa dapat diperoleh dengan hidrolisis bahan alami yang mengandungnya. Dalam produksinya diperoleh dengan hidrolisis pati kentang dan jagung dengan asam.

H 2 JADI 4, t (C 6 H 10 O 5) N + N H 2 O ** * ® N C6H12O6

Sintesis glukosa lengkap, yang dilakukan mulai dari dibrom crolein, serta dari gliseraldehida dan dihidroksiaseton, hanya bersifat teoritis.

Di alam, glukosa bersama dengan karbohidrat lainnya terbentuk sebagai hasil reaksi fotosintesis: klorofil 6CO 2 + 6H 2 O * * * ® C 6 H 12 O 6 + 6O 2 - Q

Selama reaksi ini, energi Matahari terakumulasi.

Aplikasi

Glukosa adalah produk nutrisi yang berharga. Di dalam tubuh, ia mengalami transformasi biokimia yang kompleks sebagai akibatnya karbon dioksida dan air terbentuk, dan energi dilepaskan menurut persamaan akhir: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 * ® 6H 2 O + 6CO 2 + 2800 kJ Proses ini terjadi secara bertahap, sehingga energi dilepaskan secara perlahan.

Glukosa juga terlibat dalam tahap kedua metabolisme energi dalam sel hewan (pemecahan glukosa). Persamaan keseluruhannya terlihat seperti ini: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP * ® 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O Karena glukosa mudah diserap oleh tubuh, glukosa digunakan dalam pengobatan sebagai obat penguat gejala kelemahan jantung, syok, merupakan bagian dari cairan pengganti darah dan anti syok. Glukosa banyak digunakan dalam kembang gula (pembuatan selai jeruk, karamel, roti jahe, dll.), dalam industri tekstil sebagai zat pereduksi, sebagai produk awal dalam produksi asam askorbat dan glikonat, untuk sintesis sejumlah turunan gula, dll.

Proses fermentasi glukosa sangat penting. Jadi, misalnya, ketika asinan kubis, mentimun, dan susu diasamkan, terjadi fermentasi asam laktat terhadap glukosa, begitu pula saat membuat pakan. Jika massa yang mengalami ensiling tidak cukup padat, maka fermentasi asam butirat terjadi di bawah pengaruh udara yang menembus dan pakan menjadi tidak dapat digunakan.

Dalam praktiknya, fermentasi alkoholik glukosa juga digunakan, misalnya dalam produksi bir.

Properti fisik

Glukosa adalah zat kristal tidak berwarna dengan rasa manis, sangat larut dalam air. Ia dilepaskan dari larutan berair dalam bentuk kristal hidrat C 6 H 12 O 6 · H 2 O. Dibandingkan dengan gula bit, rasanya kurang manis.

Sifat kimia

Glukosa memiliki sifat kimia yang khas dari alkohol dan aldehida. Selain itu, ia memiliki beberapa sifat khusus:

D-glukosa memberikan reaksi umum terhadap aldosa, merupakan gula pereduksi, membentuk sejumlah turunan karena gugus aldehida (fenilhidrazon, N- bromofenilhidrazon, dll.). Osazon glukosa identik dengan ozazon manosa, yang merupakan epimer glukosa, dan osazon fruktosa. Ketika glukosa direduksi, sorbitol alkohol heksahidrat terbentuk; setelah oksidasi gugus aldehida glukosa - asam D-glukonat monobasa, setelah oksidasi lebih lanjut - asam D-sakarida dibasa. Ketika hanya gugus alkohol sekunder dari glukosa yang dioksidasi (asalkan gugus aldehida dilindungi), asam D-glukuronat akan terbentuk. Pembentukan asam D-glukuronat dari D-glukosa dapat terjadi di bawah aksi enzim oksidase atau glukosa dehidrogenase. Pirolisis D-glukosa menghasilkan glikosan: a-glikosan dan levoglukosan (b-glukosan).

Untuk penentuan kuantitatif glukosa, metode kalorimetri, iodometri dan lainnya digunakan.

Ribosa dan deoksiribosa

Dari pentosa, ribosa dan deoksiribosa sangat menarik karena merupakan bagian dari asam nukleat. Rumus struktur ribosa rantai terbuka dan deoksiribosa adalah sebagai berikut: 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 S ½ \ OH OH OH OH H OH OH OH H H ribosa deoksiribosa

Beberapa fakta menarik

Beberapa katak telah menemukan kegunaan glukosa dalam tubuhnya - hal yang menarik, meskipun kurang penting. Di musim dingin, terkadang Anda dapat menemukan katak yang membeku di balok es, tetapi setelah pencairan, amfibi tersebut hidup kembali. Bagaimana caranya agar mereka tidak mati kedinginan? Ternyata dengan terjadinya cuaca dingin, jumlah glukosa dalam darah katak meningkat 60 kali lipat. Hal ini mencegah pembentukan kristal es di dalam tubuh.

Glikolisis

Para pahlawan dalam novel Jules Verne "The Children of Captain Grant" baru saja hendak menyantap daging llama liar (guanaco) yang mereka tembak, ketika tiba-tiba ternyata daging itu sama sekali tidak bisa dimakan.

“Mungkin dia sudah terlalu lama duduk di sana?” - salah satu dari mereka bertanya dengan bingung.

“Tidak, sayangnya, itu berlangsung terlalu lama! - jawab ahli geografi Paganel - Daging guanaco hanya enak jika hewan tersebut dibunuh saat istirahat, tetapi jika diburu dalam waktu lama dan hewan tersebut berlari dalam waktu lama, maka dagingnya tidak dapat dimakan.” Kecil kemungkinannya Paganel mampu menjelaskan alasan fenomena yang ia gambarkan. Namun, dengan menggunakan data ilmu pengetahuan modern, hal ini sama sekali tidak sulit untuk dilakukan. Namun, kita harus memulainya dari jauh.

Ketika sel menghirup oksigen, glukosa “terbakar” di dalamnya, berubah menjadi air dan karbon dioksida, dan melepaskan energi. Namun misalkan seekor binatang berlari dalam waktu lama, atau seseorang dengan cepat melakukan pekerjaan fisik yang berat, misalnya memotong kayu. Oksigen tidak punya waktu untuk masuk ke sel otot. Namun, sel-sel tersebut tidak langsung “mati lemas”. Proses yang aneh dimulai - glikolisis (yang berarti “pemecahan gula”). Pemecahan glukosa tidak menghasilkan air dan karbon dioksida, tetapi zat yang lebih kompleks - asam laktat. Siapa pun yang pernah mencoba susu asam atau kefir pasti familiar dengan rasanya.

Energi yang dilepaskan selama glikolisis 13 kali lebih sedikit dibandingkan selama respirasi. Semakin banyak asam laktat yang terakumulasi di otot, semakin lelah perasaan seseorang atau hewan. Akhirnya, semua simpanan glukosa di otot habis. Istirahat diperlukan. Oleh karena itu, setelah berhenti menebang kayu atau berlari menaiki tangga yang panjang, seseorang biasanya “menghirup napas”, mengisi kembali kekurangan oksigen dalam darah. Asam laktatlah yang membuat daging hewan yang ditembak pahlawan Jules Verne menjadi hambar.

literatur

Ensiklopedia kimia ringkas

Buku Ajar Kimia kelas 10

Ensiklopedia untuk anak-anak - Biologi

Senyawa organik yang mengandung oksigen dengan enam atom karbon disebut glukosa, gula anggur, dekstrosa atau heksosa. Ini adalah sumber energi universal di antara semua organisme hidup di planet ini. Rumus zat tersebut adalah C 6 H 12 O 6.

Struktur

Zat glukosa dalam kimia adalah monosakarida, yaitu karbohidrat paling sederhana yang terdiri dari satu molekul atau satu unit struktural. Unit struktural glukosa adalah bagian dari karbohidrat yang lebih kompleks - disakarida dan polisakarida.

Termasuk substansi kelompok fungsional :

• satu karbonil (-C=O);
• lima hidroksil (-OH).

Molekul dapat eksis dalam bentuk dua siklus (α dan β), berbeda dalam susunan spasial satu gugus hidroksil, dan dalam bentuk linier (D-glukosa).

Glukosa mengambil bentuk siklik dalam larutan air.

Beras. 1. Molekul glukosa siklik dan linier.

Rumus struktur glukosa adalah O=CH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH 2 OH atau CH 2 OH(CHOH) 4 -COH.

Kuitansi

Gula anggur dalam jumlah besar ditemukan pada tumbuh-tumbuhan, terutama buah-buahan dan daun. Oleh karena itu, zat tersebut dapat dikonsumsi langsung dari buah-buahan dan beri. Glukosa adalah produk akhir fotosintesis:

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

Dalam industri, senyawa diisolasi melalui hidrolisis polisakarida. Produk awalnya adalah tepung kentang atau biji-bijian dan selulosa. Larutan panas asam sulfat atau klorida ditambahkan ke bahan mentah yang diencerkan dengan air. Campuran yang dihasilkan dipanaskan sampai polisakarida benar-benar hancur:

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

Asam dinetralkan dengan kapur atau porselen, setelah itu larutan disaring dan diuapkan. Kristal yang dihasilkan adalah glukosa.

Beras. 2. Skema perolehan glukosa.

Di laboratorium, dekstrosa diisolasi dari formaldehida dengan adanya katalis - Ca(OH) 2:

6H-CH=O → C 6 H 12 O 6 .

Di saluran pencernaan, polisakarida yang diperoleh dari makanan dengan cepat dipecah menjadi fruktosa dan glukosa, yang berperan dalam metabolisme sel.

Properti fisik

Heksosa adalah zat kristal, tidak berwarna, tidak berbau dengan rasa manis. Namun, sukrosa (gula biasa) dua kali lebih manis dari glukosa.

Zat ini sangat larut tidak hanya dalam air, tetapi juga dalam pelarut lain - larutan amonia tembaga hidroksida (reagen Schweitzer), asam sulfat, seng klorida.

Sifat kimia

Glukosa menggabungkan sifat aldehida (mengandung gugus -CHO) dan alkohol (termasuk hidroksil), menjadi alkohol aldehida. Oleh karena itu, ia dapat membentuk alkohol dan berpolimerisasi mirip dengan aldehida. Sifat kimia utama glukosa dijelaskan dalam tabel.

Beras. 3. Skema fermentasi glukosa.

Glukosa digunakan dalam industri obat-obatan, makanan, dan tekstil. Zat ini terdapat di semua produk makanan dan digunakan untuk memproduksi bir, anggur, dan produk asam laktat.

Apa yang telah kita pelajari?

Glukosa adalah monosakarida yang mengandung enam atom karbon. Terbentuk sebagai hasil fotosintesis, hidrolisis polisakarida, dari formaldehida. Gugus fungsinya adalah -C=O dan -OH. Dalam reaksinya ia menunjukkan sifat aldehida dan alkohol. Bereaksi dengan larutan amonia perak, tembaga (II) hidroksida, asam nitrat, hidrogen, dan mengalami fermentasi alkohol, butirat, dan asam laktat. Berkat fermentasi, produk makanan diperoleh - kefir, keju, alkohol.

Uji topiknya

Evaluasi laporan

Penilaian rata-rata: 4.4. Total peringkat yang diterima: 262.

Monosakarida yang paling penting adalah glukosa C 6 H 12 O 6, yang juga disebut gula anggur. Ini adalah zat kristal putih, rasanya manis, dan sangat larut dalam air. Glukosa ditemukan pada tumbuhan dan organisme hidup, kandungannya sangat tinggi pada jus anggur (karena itu namanya - gula anggur), pada madu, serta pada buah-buahan matang dan beri.

Struktur glukosa disimpulkan berdasarkan studi sifat kimianya. Dengan demikian, glukosa menunjukkan sifat-sifat yang melekat pada alkohol: ia membentuk alkoholat (gulaat) dan ester asam asetat yang mengandung lima residu asam (sesuai dengan jumlah gugus hidroksil) dengan logam. Oleh karena itu, glukosa adalah alkohol polihidrat. Dengan larutan amonia oksida perak menghasilkan reaksi "cermin perak", yang menunjukkan adanya gugus aldehida di ujung rantai karbon. Oleh karena itu, glukosa adalah alkohol aldehida, molekulnya dapat memiliki struktur

Namun, tidak semua sifat konsisten dengan strukturnya sebagai alkohol aldehida. Jadi, glukosa tidak menimbulkan beberapa reaksi aldehida. Satu dari lima hidroksil dicirikan oleh reaktivitas terbesar, dan penggantian hidrogen di dalamnya dengan radikal metil menyebabkan hilangnya sifat aldehida zat tersebut. Semua ini memberi alasan untuk menyimpulkan bahwa, bersama dengan bentuk aldehida, terdapat bentuk siklik molekul glukosa (α-siklik dan β-siklik), yang berbeda dalam posisi gugus hidroksil relatif terhadap bidang cincin. Struktur siklik molekul glukosa berada dalam keadaan kristal, namun dalam larutan air ia terdapat dalam berbagai bentuk yang saling berubah satu sama lain:

Seperti yang bisa kita lihat, dalam bentuk siklik tidak ada gugus aldehida. Gugus hidroksil yang terletak pada atom karbon pertama adalah yang paling reaktif. Bentuk siklik karbohidrat menjelaskan banyak sifat kimianya.

Pada skala industri, glukosa diproduksi melalui hidrolisis pati (dengan adanya asam). Produksinya dari kayu (selulosa) juga sudah dikuasai.

Glukosa adalah nutrisi yang berharga. Ketika teroksidasi di jaringan, energi yang diperlukan untuk fungsi normal organisme dilepaskan. Reaksi oksidasi dapat dinyatakan dengan persamaan keseluruhan:

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

Glukosa digunakan dalam pengobatan untuk pembuatan sediaan obat, pengawetan darah, infus intravena, dll. Glukosa banyak digunakan dalam industri gula-gula, dalam produksi cermin dan mainan (pelapisan perak). Ini digunakan untuk mewarnai dan menyelesaikan kain dan kulit.

Glukosa berarti “manis” dalam bahasa Yunani. Di alam, gula ditemukan dalam jumlah besar dalam jus buah beri dan buah-buahan, termasuk jus anggur, itulah sebabnya gula ini populer disebut “gula anggur”.

Sejarah penemuan

Glukosa ditemukan pada awal abad ke-19 oleh dokter, ahli kimia, dan filsuf Inggris William Prout. Zat ini mulai dikenal luas setelah Henri Braccono mengekstraksinya dari serbuk gergaji pada tahun 1819.

Properti fisik

Glukosa adalah bubuk kristal tidak berwarna dengan rasa manis. Ini sangat larut dalam air, asam sulfat pekat, dan pereaksi Schweitzer.

Struktur molekul

Seperti semua monosakarida, glukosa adalah senyawa heterofungsional (molekulnya mengandung beberapa gugus hidroksil dan satu gugus karboksil). Dalam kasus glukosa, gugus karboksilnya adalah aldehida.

Rumus umum glukosa adalah C6H12O6. Molekul zat ini memiliki struktur siklik dan dua isomer spasial, bentuk alfa dan beta. Dalam keadaan padat, bentuk alfa mendominasi hampir 100%. Dalam larutan, bentuk beta lebih stabil (menempati sekitar 60%). Glukosa adalah produk akhir dari hidrolisis semua poli dan disakarida, yaitu glukosa diperoleh dalam sebagian besar kasus dengan cara ini.

Memperoleh substansi

Di alam, glukosa diproduksi pada tumbuhan sebagai hasil fotosintesis. Mari kita lihat metode industri dan laboratorium untuk memproduksi glukosa. Di laboratorium, zat ini merupakan hasil kondensasi aldol. Dalam industri, cara yang paling umum adalah memperoleh glukosa dari pati.

Pati adalah polisakarida, yang monopartnya adalah molekul glukosa. Artinya, untuk memperolehnya perlu dilakukan penguraian polisakarida menjadi monopart. Bagaimana proses ini dilakukan?

Pembuatan glukosa dari pati dimulai dengan pati dimasukkan ke dalam wadah berisi air dan dicampur (susu pati). Didihkan satu wadah air lagi. Perlu dicatat bahwa air mendidih harus dua kali lebih banyak daripada susu pati. Agar reaksi menghasilkan glukosa dapat berlangsung hingga selesai, diperlukan katalis. Dalam hal ini, itu adalah air garam atau jumlah yang dihitung ditambahkan ke wadah berisi air mendidih. Kemudian susu kanji dituang perlahan. Dalam proses ini yang sangat penting adalah jangan sampai menjadi pasta, jika masih terbentuk sebaiknya terus direbus hingga benar-benar hilang. Rata-rata, perebusan membutuhkan waktu satu setengah jam. Untuk memastikan bahwa pati telah terhidrolisis sempurna, reaksi berkualitas tinggi harus dilakukan. Yodium ditambahkan ke sampel yang dipilih. Jika cairan berubah warna menjadi biru berarti hidrolisisnya belum sempurna, namun jika berubah warna menjadi coklat atau merah kecoklatan berarti sudah tidak ada lagi pati dalam larutan. Namun larutan ini tidak hanya mengandung glukosa, melainkan diproduksi dengan menggunakan katalis yang artinya juga terdapat asam. Bagaimana cara menghilangkan asam? Jawabannya sederhana: menggunakan netralisasi dengan kapur bersih dan porselen yang ditumbuk halus.

Netralisasi diperiksa, selanjutnya larutan yang dihasilkan disaring. Hanya ada satu hal yang harus dilakukan: cairan tidak berwarna yang dihasilkan harus diuapkan. Kristal yang terbentuk adalah hasil akhir kita. Sekarang perhatikan produksi glukosa dari pati (reaksi).

Esensi kimia dari proses tersebut

Persamaan produksi glukosa ini disajikan sebelum produk antara - maltosa. Maltosa adalah disakarida yang terdiri dari dua molekul glukosa. Terlihat jelas bahwa metode pembuatan glukosa dari pati dan maltosa adalah sama. Artinya, untuk melanjutkan reaksi kita dapat membuat persamaan berikut.

Sebagai kesimpulan, perlu dirangkum kondisi-kondisi yang diperlukan agar produksi glukosa dari pati berhasil.

Kondisi yang diperlukan

• katalis (asam klorida atau asam sulfat);
• suhu (setidaknya 100 derajat);
• tekanan (cukup atmosfer, tetapi peningkatan tekanan akan mempercepat proses).

Metode ini adalah yang paling sederhana, dengan hasil produk akhir yang tinggi dan biaya energi yang minimal. Tapi dia bukan satu-satunya. Glukosa juga dihasilkan dari selulosa.

Turunan dari selulosa

Inti dari proses ini hampir sepenuhnya konsisten dengan reaksi sebelumnya.

Produksi glukosa (formula) dari selulosa diberikan. Kenyataannya, proses ini jauh lebih rumit dan memakan energi. Jadi produk yang masuk ke dalam reaksi adalah limbah industri pengolahan kayu, dihancurkan hingga menjadi fraksi dengan ukuran partikel 1,1 - 1,6 mm. Produk ini diolah terlebih dahulu dengan asam asetat, kemudian dengan hidrogen peroksida, kemudian dengan asam sulfat pada suhu minimal 110 derajat dan hidromodul 5. Durasi proses ini adalah 3-5 jam. Kemudian, dalam waktu dua jam, terjadi hidrolisis dengan asam sulfat pada suhu kamar dan hidromodulus 4-5. Kemudian pengenceran dengan air dan inversi terjadi selama kurang lebih satu setengah jam.

Metode kuantifikasi

Setelah mempertimbangkan semua metode untuk memperoleh glukosa, Anda harus mempelajari metode penentuan kuantitatifnya. Ada situasi ketika hanya larutan yang mengandung glukosa yang harus berpartisipasi dalam proses teknologi, yaitu proses penguapan cairan sampai diperoleh kristal tidak diperlukan. Kemudian timbul pertanyaan bagaimana menentukan berapa konsentrasi suatu zat dalam larutan. Jumlah glukosa yang dihasilkan dalam larutan ditentukan dengan metode spektrofotometri, polarimetri dan kromatografi. Ada juga metode penentuan yang lebih spesifik - enzimatik (menggunakan enzim glukosidase). Dalam hal ini, produk kerja enzim ini dihitung.

Penerapan glukosa

Dalam pengobatan, glukosa digunakan untuk keracunan (bisa berupa keracunan makanan atau infeksi). Dalam hal ini, larutan glukosa diberikan secara intravena menggunakan pipet. Artinya di apotek glukosa merupakan antioksidan universal. Zat ini juga berperan penting dalam deteksi dan diagnosis diabetes. Di sini glukosa bertindak sebagai tes stres.

Glukosa menempati tempat yang sangat penting dalam industri makanan dan memasak. Secara terpisah, peran glukosa dalam pembuatan anggur, produksi bir dan nabati harus dijelaskan. Kita berbicara tentang metode memproduksi etanol, mari kita pertimbangkan proses ini secara rinci.

Mendapatkan alkohol

Teknologi produksi alkohol memiliki dua tahap: fermentasi dan distilasi. Fermentasi, pada gilirannya, dilakukan dengan bantuan bakteri. Dalam bioteknologi, kultur mikroorganisme telah lama dikembangkan yang memungkinkan diperolehnya hasil alkohol yang maksimal dalam waktu yang minimum. Dalam kehidupan sehari-hari, ragi meja biasa dapat digunakan sebagai pembantu reaksi.

Pertama-tama, glukosa diencerkan dalam air. Mikroorganisme yang digunakan diencerkan dalam wadah lain. Selanjutnya cairan yang dihasilkan dicampur, dikocok dan ditempatkan dalam wadah yang dihubungkan dengan tabung lain (berbentuk U). Ujung tabung dituang ke tengah tabung kedua dan ditutup dengan sumbat karet dengan batang kaca berongga yang ujungnya memanjang.

Wadah ini ditempatkan dalam termostat dengan suhu 25-27 derajat selama empat hari. Tabung yang berisi air kapur akan tampak keruh, menandakan bahwa karbon dioksida telah bereaksi dengannya. Segera setelah karbon dioksida berhenti dilepaskan, fermentasi dapat dianggap selesai. Berikutnya adalah tahap penyulingan. Di laboratorium, untuk penyulingan alkohol, kondensor refluks digunakan - perangkat di mana air dingin mengalir di sepanjang dinding luar, sehingga mendinginkan gas yang dihasilkan dan mengubahnya kembali menjadi cair.

Pada tahap ini, cairan yang ada di wadah kita harus dipanaskan hingga 85-90 derajat. Dengan cara ini alkohol akan menguap, tetapi air tidak akan mendidih.

Mekanisme produksi alkohol

Mari kita perhatikan produksi alkohol dari glukosa dalam persamaan reaksi: C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2.

Jadi, dapat diketahui bahwa mekanisme pembuatan etanol dari glukosa sangat sederhana. Selain itu, ia telah dikenal umat manusia selama berabad-abad, dan hampir mencapai kesempurnaan.

Pentingnya glukosa dalam kehidupan manusia

Jadi, setelah memiliki pemahaman tertentu tentang zat ini, sifat fisik dan kimianya, serta kegunaannya dalam berbagai bidang industri, kita dapat menyimpulkan apa itu glukosa. Memperolehnya dari polisakarida sudah memperjelas bahwa, sebagai komponen utama dari semua gula, glukosa merupakan sumber energi yang sangat diperlukan bagi manusia. Sebagai hasil metabolisme, asam adenosin trifosfat terbentuk dari zat ini, yang diubah menjadi satuan energi.

Namun tidak semua glukosa yang masuk ke dalam tubuh manusia digunakan untuk mengisi kembali energi. Saat terjaga, seseorang hanya mengubah 50 persen glukosa yang diterima menjadi ATP. Sisanya diubah menjadi glikogen dan terakumulasi di hati. Glikogen terurai seiring waktu, sehingga mengatur kadar gula darah. Kandungan kuantitatif zat ini dalam tubuh merupakan indikator langsung kesehatannya. Fungsi hormonal semua sistem bergantung pada jumlah gula dalam darah. Oleh karena itu, perlu diingat bahwa penggunaan zat ini secara berlebihan dapat mengakibatkan konsekuensi yang serius.

Sekilas, glukosa adalah zat yang sederhana dan mudah dipahami. Bahkan dari sudut pandang kimia, molekul-molekulnya memiliki struktur yang cukup sederhana, dan sifat-sifat kimianya dapat dipahami dan familiar dalam kehidupan sehari-hari. Namun, meskipun demikian, glukosa sangat penting baik bagi manusia itu sendiri maupun untuk semua bidang kehidupannya.

Karbohidrat adalah zat organik yang molekulnya terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen. Selain itu, rasio hidrogen dan oksigen di dalamnya sama dengan molekul air (1:2)
Rumus umum karbohidrat adalah C n (H 2 O) m, yaitu seolah-olah terdiri dari karbon dan air, oleh karena itu dinamakan kelas yang mempunyai akar sejarah. Itu muncul berdasarkan analisis hidrokarbon pertama yang diketahui. Belakangan diketahui terdapat karbohidrat dalam molekul yang tidak memiliki perbandingan 1H:2O, misalnya deoksiribosa - C 5 H 10 O 4. Senyawa organik juga diketahui, komposisinya sesuai dengan rumus umum yang diberikan, tetapi tidak termasuk golongan karbohidrat. Ini termasuk, misalnya, formaldehida CH 2 O dan asam asetat CH 3 COOH.
Namun, nama “hidrokarbon” telah mengakar dan diterima secara umum untuk zat-zat ini.
Hidrokarbon, menurut kemampuannya menghidrolisis, dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama: mono-, di- dan polisakarida.

Monosakarida- Karbohidrat yang tidak terhidrolisis (tidak terurai dengan air). Pada gilirannya, tergantung pada jumlah atom karbon. Monosakarida dibagi menjadi triosa(molekulnya mengandung tiga atom karbon), tetrosa(empat atom), pentosa(lima), heksosa(enam), dst.
Di alam, monosakarida sebagian besar tersedia pentosa Dan heksosa. Pentosa termasuk, misalnya, ribosa C5H10O5 dan deoksiribosa(ribosa yang atom oksigennya telah “dihilangkan”) C 5 H 10 O 4 . Mereka adalah bagian dari RNA dan DNA dan menentukan bagian pertama dari nama asam nukleat.
Heksosa yang mempunyai rumus molekul umum C 6 H 12 O 6 meliputi, misalnya, glukosa, fruktosa, galaktosa.
Disakarida– karbohidrat yang dihidrolisis membentuk dua molekul monosakarida, seperti heksosa. Rumus umum sebagian besar disakarida tidak sulit untuk diturunkan: Anda perlu “menambahkan” dua rumus heksosa dan “mengurangi” molekul air dari rumus yang dihasilkan - C 12 H 22 O 10. Oleh karena itu, kita dapat menulis persamaan hidrolisis umum:

C 12 H 22 O 10 + H 2 O → 2C 6 H 12 O 6
Disakarida meliputi:
1)C sakit kepala(gula meja biasa), yang jika dihidrolisis membentuk satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Hal ini ditemukan dalam jumlah besar dalam bit gula, tebu (karena itu namanya bit dan gula tebu), maple (pionir Kanada menambang gula maple), palem, jagung, dll.

2) Maltosa(gula malt), yang terhidrolisis membentuk dua molekul glukosa. Maltosa dapat diperoleh dengan hidrolisis pati di bawah aksi enzim yang terkandung dalam biji jelai yang bertunas, dikeringkan, dan digiling malt.
3)Laktosa(gula susu), yang terhidrolisis membentuk molekul glukosa dan galaktosa. Ini ditemukan dalam susu mamalia, memiliki rasa manis yang rendah, dan digunakan sebagai bahan pengisi dalam dragee dan tablet farmasi.

Rasa manis dari mono dan disakarida yang berbeda berbeda-beda. Jadi, monosakarida termanis - fruktosa - 1,5 kali lebih manis dari glukosa, yang dianggap sebagai standar . Sukrosa(disakarida), pada gilirannya, 2 kali lebih manis dari glukosa, dan 4-5 kali lebih manis dari laktosa, yang hampir tidak berasa.

Polisakarida – pati, glikogen, dekstrin, selulosa, dll. - Karbohidrat yang dihidrolisis menjadi banyak molekul monosakarida, paling sering glukosa.
Untuk menurunkan rumus polisakarida, Anda perlu “mengurangi” molekul air dari molekul glukosa dan menuliskan ekspresi dengan indeks n: (C 6 H 10 O 5) n. Bagaimanapun, karena pemisahan molekul air maka di- dan polisakarida terbentuk di alam.
Peran karbohidrat di alam dan nilainya dalam kehidupan manusia sangatlah penting. Dibentuk dalam sel tumbuhan sebagai hasil fotosintesis, mereka bertindak sebagai sumber energi bagi sel hewan. Hal ini terutama berlaku untuk glukosa.
Banyak karbohidrat (pati, glikogen, sukrosa) melakukan fungsi penyimpanan, peran cadangan nutrisi.
Asam DNA dan RNA, yang mengandung beberapa karbohidrat (pentosa-ribosa dan deoksiribosa), menjalankan fungsi transmisi informasi herediter.
Selulosa, bahan pembangun sel tumbuhan, berperan sebagai kerangka membran sel tersebut. Polisakarida lain - kitin- melakukan peran serupa dalam sel beberapa hewan: kerangka luar artropoda (krustasea), serangga, dan arakhnida terbentuk.
Karbohidrat pada akhirnya berfungsi sebagai sumber nutrisi kita: kita mengonsumsi biji-bijian, yang mengandung pati, atau memberikannya kepada hewan, yang di dalam tubuhnya pati diubah menjadi lemak dan protein. Pakaian paling higienis terbuat dari produk berbahan selulosa atau selulosa: katun dan linen, serat viscose, sutra asetat. Rumah dan furnitur kayu dibangun dari selulosa yang sama dengan kayu. Produksi film dan film fotografi didasarkan pada selulosa yang sama. Buku, koran, surat, uang kertas semuanya merupakan produk industri pulp dan kertas. Artinya, karbohidrat memberi kita hal-hal penting bagi kehidupan: makanan, pakaian, tempat tinggal.
Selain itu, karbohidrat terlibat dalam pembangunan protein kompleks, enzim, dan hormon. Karbohidrat juga mencakup zat-zat penting seperti heparin (memainkan peran penting dalam mencegah pembekuan darah), agar-agar (diperoleh dari rumput laut dan digunakan dalam industri mikrobiologi dan gula-gula - ingat kue Susu Burung yang terkenal).
Harus ditekankan bahwa satu-satunya jenis energi di Bumi (selain nuklir tentunya) adalah energi Matahari, dan satu-satunya cara untuk mengakumulasikannya untuk menjamin kehidupan semua organisme hidup adalah proses fotosintesis, yang terjadi di sel dan mengarah pada sintesis karbohidrat dari air dan karbon dioksida. Selama transformasi inilah oksigen terbentuk, yang tanpanya kehidupan di planet kita tidak mungkin terjadi:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Sifat fisik dan kejadian di alam

Glukosa Dan fruktosa– zat padat dan tidak berwarna, zat kristal. Glukosa, ditemukan dalam jus anggur (karena itu dinamakan "gula anggur"), bersama dengan fruktosa, yang ditemukan dalam beberapa buah dan sayuran (karenanya dinamakan "gula buah"), merupakan sebagian besar madu. Darah manusia dan hewan selalu mengandung sekitar 0,1% glukosa (80-120 mg per 100 ml darah). Bagian terbesarnya (sekitar 70%) mengalami oksidasi lambat di jaringan dengan pelepasan energi dan pembentukan produk akhir - air dan karbon dioksida (proses glikolisis):
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 2920 kJ
Energi yang dilepaskan selama glikolisis sebagian besar memasok kebutuhan energi organisme hidup.
Peningkatan kadar glukosa darah sebesar 180 mg per 100 ml menunjukkan adanya pelanggaran metabolisme karbohidrat dan perkembangan penyakit berbahaya - diabetes mellitus.

Struktur molekul glukosa

Struktur molekul glukosa dapat dinilai berdasarkan data eksperimen. Bereaksi dengan asam karboksilat untuk membentuk ester yang mengandung 1 hingga 5 residu asam. Jika larutan glukosa ditambahkan ke tembaga hidroksida (||) yang baru diperoleh, endapan larut dan larutan senyawa tembaga berwarna biru cerah diperoleh, yaitu, terjadi reaksi kualitatif terhadap alkohol polihidrat. Karena itu , glukosa adalah alkohol polihidrik. Jika larutan yang dihasilkan dipanaskan, endapan akan terbentuk lagi, kali ini berwarna kemerahan, yaitu. akan ada reaksi kualitatif terhadapnya aldehida. Demikian pula, jika larutan glukosa dipanaskan dengan larutan amonia oksida perak, reaksi “cermin perak” akan terjadi. Oleh karena itu, glukosa adalah alkohol polihidrat dan aldehida - alkohol aldehida. Mari kita coba menurunkan rumus struktur glukosa. Ada enam atom karbon dalam molekul C 6 H 12 O 6. Satu atom adalah bagian dari gugus aldehida:
Lima atom sisanya terikat pada gugus hidroksi. Dan terakhir, dengan mempertimbangkan fakta bahwa karbon bersifat tetravalen, kita akan menyusun atom hidrogen:
atau:
Namun, telah diketahui bahwa dalam larutan glukosa, selain molekul linier (aldehida), terdapat molekul berstruktur siklik yang membentuk glukosa kristal. Transformasi molekul yang berbentuk linier menjadi siklik dapat dijelaskan jika kita mengingat bahwa atom karbon dapat dengan bebas berputar di sekitar ikatan yang terletak pada sudut 109 o 28 / sedangkan gugus aldehida (atom karbon pertama) dapat mendekati hidroksil. gugus atom karbon kelima. Yang pertama, di bawah pengaruh gugus hidroksi, ikatan π terputus: atom hidrogen ditambahkan ke atom oksigen, dan oksigen dari gugus hidroksi yang “kehilangan” atom ini menutup siklus.
Sebagai hasil dari penataan ulang atom, molekul siklik terbentuk. Rumus siklik tidak hanya menunjukkan urutan ikatan atom, tetapi juga susunan spasialnya. Sebagai hasil interaksi atom karbon pertama dan kelima, gugus hidroksi baru muncul pada atom pertama, yang dapat menempati dua posisi dalam ruang: di atas dan di bawah bidang siklus, dan oleh karena itu dua bentuk siklik glukosa dimungkinkan. :
1) bentuk glukosa - gugus hidroksil pada atom karbon pertama dan kedua terletak di satu sisi cincin molekul;
2) Bentuk glukosa - gugus hidroksil terletak di sisi berlawanan dari cincin molekul:
Dalam larutan glukosa berair, tiga bentuk isomernya berada dalam kesetimbangan dinamis: bentuk α siklik, bentuk linier (aldehida), dan bentuk β siklik.
Dalam keseimbangan dinamis yang mapan, bentuk β mendominasi (sekitar 63%), karena lebih disukai secara energetik - ia memiliki gugus OH pada atom karbon pertama dan kedua di sisi berlawanan dari siklus. Dalam bentuk α (sekitar 37%), gugus OH pada atom karbon yang sama terletak pada satu sisi bidang, sehingga secara energetik kurang stabil dibandingkan bentuk β. Porsi bentuk linier dalam kesetimbangan sangat kecil (hanya sekitar 0,0026%).
Keseimbangan dinamis dapat digeser. Misalnya, ketika glukosa terkena larutan amonia oksida perak, jumlah bentuk liniernya (aldehida), yang sangat kecil dalam larutan, terus-menerus diisi ulang karena bentuk siklik, dan glukosa teroksidasi sepenuhnya menjadi glukon. asam.
Isomer alkohol aldehida glukosa adalah keton alkohol - fruktosa.

Sifat kimia glukosa

Sifat kimia glukosa, seperti zat organik lainnya, ditentukan oleh strukturnya. Glukosa memiliki fungsi ganda, yaitu sebagai aldehida dan alkohol polihidrat, oleh karena itu glukosa dicirikan oleh sifat-sifat alkohol polihidrat dan aldehida.
Reaksi glukosa sebagai alkohol polihidrat
Glukosa secara kualitatif mereaksikan alkohol polihidrat (pikirkan gliserol) dengan tembaga hidroksida yang baru dibuat (ǀǀ), membentuk larutan senyawa tembaga (ǀǀ) berwarna biru cerah.
Glukosa, seperti alkohol, dapat membentuk ester.
Reaksi glukosa sebagai aldehida
1. Oksidasi gugus aldehida. Glukosa, sebagai aldehida, mampu mengoksidasi menjadi asam (glukonat) yang sesuai dan memberikan reaksi kualitatif terhadap aldehida. Reaksi “Cermin Perak” (saat dipanaskan):
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COH + Ag 2 O → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH + 2Ag↓
Reaksi dengan Cu(OH) 2 yang baru diperoleh bila dipanaskan:
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COH + 2 Cu(OH) 2 → CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O↓ +H 2 O

2. Reduksi gugus aldehida. Glukosa dapat direduksi menjadi alkohol yang sesuai (sorbitol):
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COH + H 2 → CH 2 -OH-(CHOH) 4 - CH 2 -OH
Reaksi fermentasi
Reaksi-reaksi ini terjadi di bawah pengaruh katalis biologis khusus yang bersifat protein - enzim.

1.Fermentasi alkohol:
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2
Telah lama digunakan oleh manusia untuk memproduksi etil alkohol dan minuman beralkohol.
2. Fermentasi asam laktat:
yang menjadi dasar aktivitas hidup bakteri asam laktat dan terjadi selama pengasaman susu, pengawetan kubis dan mentimun, pengasaman pakan hijauan