Разработка урока "Сахароза"

Людмила Шульга

Преподаватель химии и биологии высшей категории

Агротехнический колледж № 7

г.Есиль, Акмолинская область

Тема урока: Сахароза

Цель урока: продолжить знакомство  учащихся с углеводами на примере дисахаридов. Знать строение  молекулы сахарозы, технологию получения сахарозы из сахарной свеклы, применение.  Показать зависимость свойств от строения. Развивать умение логически мыслить. Воспитывать общеучебные умения: проводить сравнения, выделять главное, делать выводы. Развивать инициативу и творчество учащихся.

ХОД УРОКА

I Организационный момент

II Подготовка к восприятию нового материала

Фронтальный опрос

1.     Какие соединения называются углеводами?

2.     Назовите общую формулу углеводов.

3.     По какому признаку классифицируют углеводы?

4.     Охарактеризуйте моносахариды ( дисахариды, полисахариды).

5.     Приведите примеры соединений, относящихся к моно-, ди-, полисахаридам.

6.     Какие функциональные группы входят в состав глюкозы?

7.     В каких изомерных формах может существовать глюкоза?

III Объяснение новой темы

          Продолжаем свое знакомство с группой углеводов. Сегодня у нас необычный урок. Нам предстоит путешествие по царству «Сладкоежки». Сладкоежка – это давний друг человечества. Еще за 200 лет до н.э. сладкий сок этого  вещества употреблялся в пищу китайцами и индусами. С  раннего детства и до глубокой старости человек испытывает потребность в сладостях. Это источник энергии, аккумулятор силы, мышления, памяти, выносливости. Содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике. Ну, как, догадались, о каком веществе идет речь?

Верно  - САХАРОЗА.

Итак, мы знаем, кто скрывается под именем «Сладкоежки». И наша задача состоит в том, чтобы проникнуть в это царство, во все его тайны. Для этого нужен ключ. А ключом-пропуском будут ваши знания. Давайте попробуем справиться с этим заданием. Проводится тестовая проверка.

1. Глюкозу можно получить из                  2. Глюкоза относится к

А) гликогена                                                       А) моносахаридам

Б) целлюлозы                                                     Б) дисахаридам

В) крахмала                                                        В) полисахаридам

Г) всех перечисленных веществ                 Г) кетонам

3.К кетонам относится                           4. Молекулярная формула глюкозы

А) глюкоза                                                           А) С₂ Н₆О

Б) фруктоза                                                         Б) С₆Н₁₂О₆

В) целлюлоза                                                     Г) С₅Н₁₀О₅

Г) глицин                                                             Д) С₆Н₅ОН

5.Глюкоза образуется в результате реакций        

А) гидролиза крахмала

Б) гидролиза клетчатки  

В) фотосинтеза в присутствии воды и углекислого газа

Г) всех перечисленных реакций 

  6.  При расщеплении 1г. углеводов выделяется энергии

А) 12,5 кДж

 Б) 17,6 кДж

В) 20,3 кДж         

 Г) 9,9 к кал

7. Глюкоза реагирует  с                                       8. Глюкоза применяется

А) уксусной кислотой                                                А)  в кондитерском деле

Б) аммиачным раствором  оксида серебра             Б)  в текстильной промышленности

В) гидроксидом меди (II)                                         В)  в медицине

Г) всеми перечисленными веществами                  Г)  все выше перечисленные области применения

9. В жизненных процессах животных и человека глюкоза

А) является катализатором

Б) участвует в процессе фотосинтеза

В) выполняет запасающую функцию

Г) является источником энергии

10. Процесс С₆ Н₁₂О₆    → 2 СН₃  -СН₂ -ОН + 2 СО₂ ↑ носит название

А) спиртовое брожение глюкозы

Б) молочнокислое брожение глюкозы

В) окисление глюкозы

Г) крекинг глюкозы

Обмениваемся листочками  и проверяем друг друга. Вот мы и подготовились к путешествию. Кто как подготовился, тот так и поедет. У кого ключ-пропуск  на «5» - поедет в экспрессе со всеми удобствами, у кого на «4» -придется пользоваться плацкартными местами, у кого ключ-пропуск на «3» -не обижайтесь, осталась только дрезина. Занимайте  места и в путь! Доска на время путешествия превращается в наш путевой дневник, на ней мы будем записывать все самое важное и нужное, что удастся выяснить за время путешествия. А ваши тетради становятся вашими личными путеводными дневниками, не забывайте делать в них записи.

                Мы прибываем на первую станцию пути нашего следования – станцию  ИНФОРАЦИОННУЮ. Здесь мы ознакомимся с физическими и химическими свойствами сахарозы

Опытным путем доказано, что молекулярная формула  сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁.   Она хорошо известна  нам в виде обычного сахара. И вы можете помочь охарактеризовать ее свойства.

Сахароза представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, очень хорошо растворимые в воде. Температура плавления сахарозы 160 °С; при застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная  прозрачная  масса -  карамель. Содержится во многих растениях: в соке березы, клена, в моркови, дыне. Особенно много ее в сахарном тростнике (14-26%) и сахарной свекле (16-20%). В небольших количествах она содержится вместе с глюкозой в плодах и листьях многих зеленых растений. Чистые растворы сахарозы нейтральны, т.е. рН = 7

При исследовании химических свойств сахарозы можно убедиться, что для нее характерна реакция многоатомных спиртов при взаимодействии с гидроксидом меди (II) образуется ярко-синий раствор сахарата меди. Следовательно, в молекуле сахарозы имеются гидроксильные группы. Реакцию «серебряного зеркала» с сахарозой осуществить не удается. Следовательно, в молекуле отсутствует альдегидная группа, и сахароза не является альдегидом.

                Важные данные о строении сахарозы можно получить на основе изучения ее  реакции с водой.  Если раствор сахарозы нагреть в присутствии соляной или серной кислоты, то образуется два вещества, одно их которых, подобно альдегидам, реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, так и  с гидроксидом меди (I). Эта реакция доказывает, что в присутствии минеральных кислот сахароза подвергается гидролизу и в результате образуется глюкоза и фруктоза

Важнейшее химическое свойство сахарозы – способность в присутствии минеральных солей и при нагревании подвергаться гидролизу

          Реакция гидролиза

      Н₂SO₄ t

С₁₂Н₂₂О₁₁   +  Н₂О                          С₆ Н₁₂О₆    +  С₆ Н₁₂О₆   

Сахароза                                                                    глюкоза                    фруктоза

Образовавшуюся глюкозу можно обнаружить реакцией «серебряного зеркала».

Станция  ИСТОРИЧЕСКАЯ. Что же нам известно из истории сахара?

С древних времен  люди начали употреблять подслащивающие вещества, однако сахар в данной функции начал применяться сравнительно недавно. На протяжении тысячелетий основными источниками сахарозы служили мед, сладкие плоды и корнеплоды растений, сладкий сок особых видов пальм (в тропических странах), березы и клена (в странах с умеренным климатом). Сахарный тростник, родиной которого считается Бенгалия (Индия), и кустарный сахар, производимый из него, долго был известен лишь южным народам.

После арабских завоеваний VII-IX веков сахарный тростник начали возделывать в Египте, Сирии, Южной Испании. В 966 году сахар появился в Венеции.

Спустя 100 лет, во время первого крестового похода, европейцы вплотную столкнулись с сахаром. Крестоносцы поначалу подражали местным детям – высасывали сладкую жижицу из стебля.

В Европу сахар попал лишь в XII веке вместе с возвращавшимися домой крестоносцами. Оценив новый продукт, европейцы решили приблизить тростник к родным местам.

В Европе, в XVII-XVIII веках происходил рост промышленного производства сахара из сока кленового дерева с применением той же технологии, что и для производства тростникового сахара. Но оно было дорогим и не покрывало растущий спрос на сладкий продукт.

На Руси тростниковый сахар стали подавать к царскому столу в XVI веке. Чрезвычайно дорогими были эти сладости: в аптеке золотник сахара (немногим  более 4 г) стоил рубль серебром.

Для растущих нужд требовалось найти источник сахара  на месте. Скоро такой источник был найден: в 1747 году немецкий химик Андрес Сигизмунд Маргграф извлек спиртом из сушеной свеклы и выкристаллизовал такой же точно сахар, какой получается из сахарного тростника. С этого события и берет начало свеклосахарная индустрия. Талантливый химик не обладал, к сожалению, масштабным мышлением, и поэтому свое открытие, знаменующее переворот в сахарном производстве, счел пригодным лишь для домашнего пользования – приготовление сладкого сиропа вместо дорогого сахара.

Ученик и последователь Маргграфа Франц Ахард смотрел шире и посвятил проблемам  производства свекловичного сахара всю свою жизнь. Упорно и настойчиво, не жалея сил  и времени, Ахард завершил в 1802 году строительство первого  сахарного завода. Как часто водится в таких делах, недоверчивых, завистливых недоброжелателей было значительно больше, чем сторонников. Английские сахарные монополисты сразу смекнули, чем грозит им открытие Ахарда и предложили ему 150 тыс. франков отступного. Через два года плата за заявление о бесперспективности исследований возросла до 600 тыс. франков. В ответ на категорический отказ они подговорили крупнейшего химика Хэмфи Деви  забраковать патент. И случилось то, во что ученый мир долго не мог поверить. Великий Деви, классик химии, самолично заехал к Ахарду, попробовал и заявил, что сахар этот не то горчит, не то кислит, а в общем в пищу не годится. Финансовые трюки, угрозы и шантаж, более чем загадочный пожар на заводе – все привело к потому, что Ахард умер в нищете и безвестности. Трагический финал прекрасного дела.

Но история брала свое. И как не парадоксально, ускорить производство сахара из свеклы помог…Наполеон. В 1806 году его война с Англией вылилась в форму континентальной блокады. Были приостановлены поставки в Европу колониальных товаров, в том числе и сахара. Наполеон объявил премию  в 1 млн. франков за изобретение способа получения продукта в самой Франции, который мог бы заменить ввозной сахар. Вот тогда и вспомнили об открытии  Маргграфа и мытарствах Ахарда.

 В XVIII – XIX веках в Европе шла интенсивная  работа по селекции наиболее сладких сортов свеклы, что, в конечном итоге, привело к росту внутреннего предложения сахаросвекловичного сырья, которое частично вытесняло тростник. Так, если в свекле, исследованной Маргграфом, содержалось до 6 % сахара, то к 1890 году ученые-селекционеры довели эту цифру до 14 %, а к 1910 году – до 18 – 20 %, что соответствует современным нормам.

 Не смотря на то, что  в 1900 году свекловичного сахара было произведено 6 млн. тонн – в полтора раза больше, чем тростникового, тростниковый сахар не сдал своих позиций.

Станция  ПРАКТИЧЕСКАЯ. Великий Гёте сказал: «Просто знать – еще не все, знания нужно уметь использовать» Из растений, содержащих значительное количество сахарозы, промышленное значение имеют сахарный тростник, сахарная свекла, сахарный клён, сахарное сорго, сахарные пальмы, кукуруза (стебли) и сахарный  янтак.. Их называют  «промышленные сахароносы», причем на первые два приходится подавляющая часть мирового производства сахара.       

          Мы разберем  получение сахарозы из сахарной свеклы. При ее производстве не происходят химические превращения, ибо она уже имеется в природных продуктах. Её лишь выделяют из этих продуктов по возможности в более чистом виде.

Все процессы производства механизированы и выполняются поточным способом. Свеклу подают в здании завода гидравлическими транспортерами. Окончательная очистка производится в свекломойке.

1. Очищенную сахарную свеклу в механических свеклорезках  превращают в тонкую стружку и помещают её в специальные сосуды – диффузоры, через которые пропускают горячую воду. В результате из свеклы вымывается почти вся сахароза, но вместе с ней в раствор переходят различные кислоты, белки, красящие вещества,

которые требуется отделить от сахарозы. Обессахаренная стружка называется ЖОМОМ, используется на корм скоту.

    2.Образовавшийся в диффузорах раствор обрабатывают известковым молоком. Гидроксид кальция реагирует с содержащимися в растворе кислотами, которые выпадают в осадок. Сахароза же с гидроксидом кальция образует растворимый сахарат кальция, который можно выразить формулой:

С₁₂Н₂₂О₁₁ · СаО· 2 Н₂О 

          3. Чтобы разложить образовавшийся сахарат кальция и нейтрализовать избыток гидроксида кальция, через их раствор пропускают оксид углерода (IV). В результате кальций осаждается в виде карбоната.

С₁₂Н₂₂О₁₁ · СаО· 2 Н₂О  + СО₂   → С₁₂Н₂₂О₁₁   + СаСО₃ +2 Н₂О

4. Полученный после осаждения карбоната кальция раствор фильтруют, затем упаривают в вакуумных аппаратах, и кристаллики сахара отделяют центрифугированием.

Однако выделить  весь сахар из раствора не удается. Остается бурый раствор (мелласа), который содержит еще

до 50% сахарозы. Мелласу используют для получения лимонной кислоты.

5. Выделенный сахарный песок обычно желтого цвета, так как содержит красящие вещества. Чтобы их отделить, сахарозу  вновь, растворяют в воде и полученный раствор пропускают через активированный уголь. Затем раствор снова упаривают и подвергают кристаллизации. Выгружаемый из центрифуг кристаллический сахар после высушивания и охлаждения является готовой продукцией (белый сахар -песок), содержащий сахарозы не менее 99,75% . Из 100 кг сахара, имеющегося в свекле, получается 80-82 кг чистого сахара, остается в малласе 10-14 кг, теряется в процессе производства 5-6 кг.

Сахароза в основном используется в качестве продукта питания и в кондитерской промышленности. Путем гидролиза из нее получают искусственный мед.

          В Казахстане  внутренние потребности в сахаре оцениваются в 600-700 тыс.тонн. В советское время здесь действовало 8 сахарных заводов. Они работали круглый год. На сегодняшний день производство белого сахара возросло и достигло экспортных параметров.

Станция «СТОП! Красный свет!»

Коль хотите домой возвратиться,

То придется вам всем потрудиться,

Если сделана будет работа

Я открою из царства ворота!

Не робей, не вешай носа –

На мои ответь вопросы!

Не ленись, не зевай –

На вопросы отвечай!

1.     К каким углеводам относится сахароза?

2.     Из каких растений получают сахарозу?

3.     Какие вещества образуются в результате гидролиза сахарозы?

4.     С помощью какой реакции можно обнаружить глюкозу, которая образуется в результате гидролиза сахарозы?

5.     Назовите основные области применения сахарозы.