химия природных соединений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уральский государственный экономический университет
ХИМИЯ ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Методические указания
к лабораторным работам
для студентов ФСП специальности 23.05.06.
«Социально-культурный сервис и туризм»,
специализация «Ресторанный сервис»
факультета Техники и технологии пищевых производств
Екатеринбург
2004
Составители:
к.п.н. Калугина И.Ю., к.х.н. Денисова А.Б.
2
НАЗНАЧЕНИЕ КУРСА
«Химия природных соединений» представляет собой химию
органических
полифункциональных
производных
углеводородов,
составляющих основной массив веществ живой материи. В этом курсе
рассматриваются основные классы природных соединений, для которых
приведены классификации, особенности молекулярной структуры,
природные источники, важнейшие химические свойства, роль в деятельности
живых систем; раскрываются взаимосвязи свойств природных соединений со
строением их молекул; изучаются химическая природа вкуса, цвета, запаха.
Знания о свойствах природных соединений позволят студентам
получить большее удовлетворение от созерцания мира и узнать какие
молекулы помогают нам восхищаться окраской орхидеи и красотами
ландшафта, получать удовольствие, ощущая ароматы цветов и трав,
наслаждаться пищей и напитками.
Цель дисциплины: подготовка специалистов, владеющих основами
химии природных соединений, способных творчески использовать
химические знания при решении возникающих задач и проблем.
Задачи дисциплины: освоение студентами теоретических и
практических основ химии природных соединений; формирование у
студентов знаний, позволяющих понять принципы химических,
биохимических и технологических процессов переработки пищевого сырья;
развитие практического опыта пользования химическими знаниями в
профессиональной деятельности и повседневной жизни.
ВВЕДЕНИЕ
Данные методические указания предназначены для подготовки и
выполнения студентами лабораторных работ по химии природных
соединений.
Лабораторные работы объединены по классам природных соединений.
При проведении опытов используются очень малые количества реагентов.
Реакции выполняются в полу микрохимических пробирках или на
предметных стеклах. Применяются капельные реакции на фильтровальной
бумаге.
Для выполнения лабораторных работ и изучения курса химии
природных соединений следует дома провести следующую подготовку:
прочитать теоретическую часть прорабатываемой темы; ознакомиться с
методикой проведения опытов, понять их значение; разобрать уравнения
3
реакций, лежащих в основе опыта; подготовить лабораторный отчет по
прилагаемой схеме, не заполняя графы наблюдения и выводы по опыту.
Схема отчета по лабораторной работе следующая: пишется тема
лабораторной работы, цель работы, затем расчерчивается таблица на
развернутом листе тетради и заполняется.
На левой странице
№ опыта
Название опыта
Формулы
исходных
веществ
Наблюдения
На правой странице
Уравнения реакций
Выводы
При написании уравнений реакций формулы природных соединений
приводятся в структурном виде, даются названия исходным веществам и
конечным продуктам реакции.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Проскурина И.К. Биохимия. - ВЛАДОС-ПРЕСС, 2001. – 240 с.
2. Племенков В.В. Введение в химию природных соединений. – Казань,
2001. – 376 с.
Дополнительная
1. Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А., Колпакова В.В.,
Витол И.С., Кобелева И.Б. Пищевая химия. – СПб.: ГТОРД, 2001. – 592 с.
2. Нифантьев Э.Е., Парамонова Н.Г. Основы прикладной химии. – М.:
Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2002. – 144 с.
3. Нечаев А.П., Кочеткова А.А., Зайцев А.Н. Пищевые добавки. – М: Колос,
2001. – 256 с.
4. Ленинджер А. Основы биохимии: в 3-х т. Т.1. – М.: Мир, 1985. – 367 с.
5. Минделл Э. Справочник по витаминам и минеральным веществам. – М.:
«Медицина и питание», 2000. – 432 с.
6. Нечаев А.П., Еременко Т.В. Органическая химия. - М.: Высш.шк., 1985. –
463 c.
4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Тема: УГЛЕВОДЫ
Цель работы: изучить особенности структуры углеводов
(моносахаридов, дисахаридов, полисахаридов) и их важнейшие свойства.
Предварительные сведения
Углеводы широко распространены в природе, они встречаются в
свободной или связанной форме в любой растительной, животной или
бактериальной клетке. Углеводы составляют три четверти биологического
мира и примерно 60-80% калорийности пищевого рациона.
Наиболее распространенный углевод – целлюлоза, структурный
компонент деревьев и других растений. Главный пищевой ингредиент –
крахмал.
Углеводы образуются в растениях в процессе фотосинтеза (80% сухого
вещества растений составляют углеводы) и служат источником энергии для
животных, питающихся этими растениями. Кроме этого, углеводы являются
основным структурным материалом растений, составной частью
нуклеиновых кислот, играющих важную роль в процессе биосинтеза белка.
Высоким содержанием углеводов характеризуются такие виды
продуктов питания как картофель, крупы, хлеб, печенье.
Углеводы делятся на два вида: простые или моносахариды (самыми
известными являются глюкоза и фруктоза) и сложные – дисахариды
(мальтоза, лактоза, целлобиоза, сахароза, трегалоза) и полисахариды
(крахмал, гликоген, целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества).
H
O
C
2
H C* O H
3
H O C* H
H
H
1
4
*
C OH
C* O H
5
6
CH2O H
D -глю коза
(природная
)
H
HO
H
HO
HO
O
C
C* H
C* O H
CH2OH
CH2O H
H
O
*
C H
C* O H
HO
O
*
C OH
C* H
H
C* O H
HO
C* H
C
HO
C* H
C* H
CH2O H
CH2O H
D -фруктоза
(природная
)
L -глю коза
C
H
CH2O H
L -фруктоза
Изображать линейные формы моносахаридов принято, используя
проекционные формулы Фишера, располагая карбонильную группу С=О
сверху.
В молекуле моносахарида имеется несколько асимметрических атомов
углерода (отмечены символами * на схеме). Любой моносахарид может
существовать в виде двух оптических изомеров, молекулы которых являются
зеркальными отражениями друг друга: D- и L-формы. Большинство
природных сахаров относится к D-ряду. Принадлежность к D- или L- ряду
5
определяется по строению последнего асимметрического атома углерода в
молекуле моносахарида: если гидроксильная группа у этого атома в
проекции Фишера расположена справа - это D-изомер, если слева - Lизомер.
Линейные
формы
моносахаридов
легко
превращаются
в
(полуацетальные) формы. Подвижное равновесие открытой и циклической
форм называют таутомерными превращениями углеводов.
H
O
C
H C OH
CH2OH
O OH
H
H
OH H
HO
H
H
OH
D-глюкопираноза
(циклическаяформа)
HO C H
HOHC
O H
OH H
H
OH
H
OH
D-глюкофураноза
(циклическаяформа)
H
H C OH
CH2OH
D-глюкоза
линейная форма)
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O H
H
OH H
HO
OH
H
OH
H C OH
H
OH
H
HO
D-глюкопираноза
(циклическаяформа)
O
C
OH
H
H
OH
H
D-глюкоза
(разомкнутаяформа)
CH2OH
HOHC O OH
H
OH
H
H
H
OH
D-глюкофураноза
(циклическаяформа)
Замыкание цикла происходит за счет внутримолекулярного взаимодействия
карбонильной группы С=О с гидроксильной группой -ОН при атомах
углерода С5 или С4. В зависимости от размеров цикла различают пиранозную
(шестичленный цикл) и фуранозную (пятичленный цикл) формы, которые
могут переходить друг в друга через открытую гидроксикарбонильную
форму.
В циклической форме появляется новый асимметрический центр: у
первого атома углерода образуется полуацетальный гидроксил,
пространственное расположение которого дает два изомера α- и β- формы.
Если
полуацетальный
гидроксил
и
гидроксил,
определяющий
принадлежность к D- или L-ряду, находятся по одну сторону от кольца, - это
α- форма, если по разные стороны - β- форма.
Поскольку моносахариды в растворах существуют в виде смеси
линейной и циклической форм, то в зависимости от реагентов и условий в
реакцию вступает одна из форм. Если реагент взаимодействует с
6
карбонильной группой С=О, то, в реакции участвует открытая форма
моносахарида (он выступает в роли альдегида). Примерами могут служить
реакции окисления и восстановления моносахаридов. Если реагент действует
на спиртовые группы, то в реакцию вступает циклическая форма
моносахарида (он выступает в роли многоатомного спирта).
Особенно легко происходит замещение атома водорода в
полуацетальном гидроксиле, в результате которого образуются гликозиды,
которые в свою очередь способны легко гидролизоваться до
соответствующего моносахарида и агликона (несахароподобной группы).
Гликозиды широко распространены в растительном мире, причем в
качестве сахарной компоненты выступает D-глюкоза.
Арбутин (содержится в толокнянке и растениях семейства вересковых;
источником для его получения служат листья бадана. Арбутин обладает
бактерицидной активностью, так как отщепляет свободный гидрохинон при
гидролизе.
Амигдалин содержится в косточках плодов горького миндаля, персика,
абрикоса, вишни, сливы. Его относят к цианогенным гликозидам,
содержащим связанную синильную кислоту, которая выделяется в
свободном виде в процессе ферментативного гидролиза наряду с
бензальдегидом и глюкозой.
Синигрин содержится в семенах черной горчицы и корнях хрена. При
ферментативном гидролизе гликозида синигрина образуется аллилгорчичное
масло, которое обуславливает острый вкус и запах горчицы, хрена и лука.
Дисахариды образуются из моносахаридов в циклической форме, и в
зависимости от способа соединения делятся на два типа.
Восстанавливающие дисахариды образуются за счет полуацетального
гидроксила одной молекулы моносахарида и любого спиртового гидроксила
другой молекулы моносахарида. В природных дисахаридах чаще всего
вступает в реакцию гидроксильная группа у четвертого атома углерода. В
полученном дисахариде остается один свободный полуацетальный гидроксил
(«скрытая альдегидная группа»), за счет которого возможно существование
таутомерных форм.
Восстанавливающие дисахариды имеют альдегидную группу,
благодаря наличию которой протекают окислительно-восстановительные
реакции с образованием соответствующих кислот. Данные соединения по
свойствам
подобны
моносахаридам.
Самыми
известными
восстанавливающими дисахаридами являются мальтоза (солодовый сахар),
лактоза (молочный сахар) и целлобиоза (продукт неполного гидролиза
целлюлозы).
7
CH2OH
O H
H
H
+
OH H
HO
OH
H
OH
D-глюкопираноза
CH2OH
OH O
H
H
OH H
OH
H
OH
H
H
HO
CH2OH
O H
H
OH H
H
H
O
CH2OH
OH O
H
OH H
H
OH
H
OH
мальтоза
Невосстанавливающие
дисахариды
образуются
за
счет
полуацетальных гидроксилов двух молекул моносахаридов. В результате
такой дисахарид не имеет ни одного свободного полуацетального гидроксила
и не может переходить в открытую форму. Для невосстанавливающих
дисахаридов характерны реакции, протекающие по гидроксильным группам
подобно многоатомным спиртам. Самым известным невосстанавливающим
CH2OH
O H
H
H
OH H
HO
OH
H
OH
D-глюкопираноза
H
CH2OH
O H
H
HO
+
OH
H
H
OH
CH2OH O
O
H HO
CH2OH
H
OH H
CH2OH OH
O
H HO
CH2OH
H
OH H
D-фруктофураноза
сахароза
дисахаридом является сахароза (свекловичный или тростниковый сахар)
Многие моно- и дисахариды являются глюкофорами, т.е. молекулами,
отвечающие за сладкий вкус. Сахарозу используют как стандарт для
сравнения степени сладости веществ. Самым сладким сахаром является
фруктоза, которая в 1.7 раза слаще сахарозы; глюкоза в 1.3 раза менее
сладкая, чем сахароза; а лактоза – в 3 раза менее сладкая, чем сахароза.
Отметим, что самым распространенным заменителем сахара является
сорбит (гидрированная глюкоза), сладость которого в «сахарозных
единицах» равна 0.5, а ощущение сладости от него сохраняется дольше. С
химической точки зрения это не углевод, а многоатомный спирт, для
расщепления которого в организме не требуется инсулин, он менее калориен,
и может быть использован в рационе питания диабетиков.
Полисахариды образуются из циклических форм моносахаридов. Они
относятся к невосстанавливающим углеводам и вступают в реакции только в
циклической форме подобно многоатомным спиртам. Важнейшими
полисахаридами являются крахмал и целлюлоза, представляющие собой
полимерные цепи, мономерным звеном которых является α- или βглюкопиранозное кольцо, соответственно. Модифицированные крахмалы
используются в качестве загустителей в производстве майонеза, соусов и т.п.
8
В плодах и водорослях много пектиновых веществ –
гетерополисахаридов, построенных, в основном, из остатков галактуроновой
кислоты и ее эфиров. По мере созревания плодов связи между отдельными
фрагментами этого полимера разрываются, и пектиновые вещества переходят
в водорастворимую форму, а плод вследствие этого становится более
рыхлым и мягким. Пектиновые вещества легко образуют студенистые
растворы (гели) с сахарами, что используется в пищевой промышленности
при изготовлении мармелада и желе. Пектиновые вещества регулируют
работу кишечника и являются противоядиями при некоторых отравлениях.
Качественные реакции на углеводы позволяют определять их
присутствие в различных биологических жидкостях.
Изменение сахаров при кулинарной обработке
Карамелизация – это глубокий распад сахаров при их нагревании
выше 1000 С в слабокислой или нейтральной среде. При этом от молекул
сахаров отщепляются молекулы воды, а оставшиеся остатки, соединяясь друг
с другом, образуют темно-окрашенные вещества. При карамелизации
сахарозы сначала образуется кармелан – вещество, растворимое в воде, а
затем образуется темно-коричневое вещество – кармелин, растворимый
только в горячей воде. Карамелизация сопровождается образованием
побочных продуктов.
Карамелизация происходит при запекании яблок с сахаром и при
приготовлении многих кондитерских изделий и сладких блюд.
Реакция
меланоидинообразования
–
взаимодействие
восстанавливающих сахаров, например, глюкозы, фруктозы, лактозы с
аминами, в том числе, с аминокислотами и белками. При этом образуются
темно-окрашенные продукты – меланоидины (от греческого «мелано» –
темные). Реакция меланоидинообразования имеет очень большое значение.
Ее роль заключается в том, что она обусловливает образование аппетитной
золотистой корочки на жареных, запеченных плодах и выпечке, побочные
продукты этой реакции участвуют в образовании вкуса и аромата готовых
блюд.
Отрицательная роль меланоидинообразования состоит в том, что в
процессе связывания аминокислот снижается биологическую ценность
белков, что внешне выражается в потемнении фруктовых пюре, некоторых
овощей и других продуктов.
Гидролиз дисахаридов (сахарозы, лактозы, мальтозы) имеет место при
кулинарной обработке. Так, при запекании яблок, варке компотов и киселей
происходит частичный гидролиз сахарозы с образованием глюкозы и
фруктозы, имеющей более сладкий вкус.
Спиртовому
и
молочнокислому
брожению
подвергаются
моносахариды глюкоза и фруктоза, а также сахароза при изготовлении теста.
9
Изменение крахмала при кулинарной обработке
Крахмал состоит главным образом их двух полисахаридов – амилозы и
амилопектина. В линейные молекулы амилозы входит до 1000 остатков
глюкозы. Чем длиннее цепи амилозы, тем она хуже растворяется в воде.
Молекулы амилопектина содержат около 4000 остатков глюкозы. В
крахмальном зерне молекулы этих двух фракций изогнуты и расположены
слоями, причем верхние слои состоят в основном из амилопектина.
При нагревании в воде зерна крахмала набухают и взвесь его
клейстеризуется. Для каждого вида крахмала характерна своя температура
клейстеризации, при которой большинство зерен в суспензии поглощают
максимальное количество воды. Консистенция клейстера зависит от
количества крахмала: при содержании крахмала в количестве 2-5 % он
получается жидким, при содержании крахмала в количестве 6-8% клейстер
получается густым. Еще более густой клейстер образуется внутри клеток
картофеля, в кашах и блюдах из макаронных изделий.
Содержание
растворимой
амилозы
при
охлаждении
крахмалсодержащих изделий снижается, что увеличивает жесткость
хлебобулочных изделий (очерствение).
Нагревание крахмала при температуре выше 1000С в отсутствие воды
приводит к частичному разрушению зерен, к потере способности набухать и
образовывать декстрины. Этот процесс имеет место при пассеровании муки и
обжаривании круп.
Гидролиз крахмала
Гидролиз водных суспензий крахмала происходит при нагревании в
присутствии кислот или под действием ферментов при более низкой
температуре. В расщеплении крахмала участвует два вида ферментов: αамилаза и β-амилаза. Первая вызывает частичный распад цепей этого
полисахарида с образованием олигосахаридов (более коротких цепей) и
мальтозы. β-Амилаза расщепляет крахмал до мальтозы, оставляя небольшое
количество высокомолекулярных декстринов.
В муке содержится обычно β-амилаза, под ее влиянием в тесте
образуется мальтоза. Она является источником питания дрожжей. Степень
гидролиза крахмала под действием β-амилазы увеличивается с повышением
температуры теста при замесе и начальной стадии выпечки до температуры
650С. Дальнейшее повышение температуры приводит к инактивации
фермента.
В картофеле также содержится β-амилаза, превращающая крахмал в
мальтозу. При температуре 650 С β-амилаза разрушается. Самый
эффективный температурный интервал действия β-амилазы лежит в
интервале 35-400С Если картофель перед варкой залить холодной водой, то в
процессе прогревания клубней значительная часть крахмала превращается в
мальтозу, которая переходит в отвар, что увеличивает потери питательных
веществ. Поэтому картофель при варке рекомендуется погружать в кипящую
воду.
10
Кислотный гидролиз крахмала может происходить при нагревании его
в присутствии кислот и воды. При этом образуется глюкоза. Это имеет место
при варке кислых соусов с мукой, при варке киселей и длительном хранении
их в горячем состоянии.
Размягчение растительной ткани
Клеточные оболочки и межклеточные прослойки называются
клеточными стенками. Клеточные стенки состоят из двух слоев. Каждый
слой состоит из волокон целлюлозы, гемицеллюлозы, между которыми
находятся прослойки протопектина и фибриллярного белка (типа коллагена)
– экстеноина.
В клеточных стенках большинства овощей содержится примерно 30%
целлюлозы, 30% гемицеллюлозы и 30% протопектина и белка. В клеточных
стенках помидоров содержится около 50% белка. В крупах оболочка в
основном состоит из гемицеллюлозы (70-90%) и экстеноина.
Целлюлоза при тепловой обработке практически не изменяется.
Волокна геммицеллюлозы набухают, но сохраняются. Размягчение ткани
овощей обусловлено распадом протопектина и экстеноина, в крупах – только
экстеноина, в бобовых – протопектина и экстеноина.
В основе молекулы протопектина лежат длинные цепи галактуроновых
кислот. Цепи галактуроновых кислот соединяются между собой в основном с
помощью солевых мостиков из ионов кальция и магния, и образуется
сложное нерастворимое в воде соединение – протопектин.
При нагревании в клеточных стенках происходит ионообменная
реакция: ионы кальция и магния заменяются одновалентными ионами натрия
и калия. При этом протопектин распадается, образуя растворимый в воде
пектин, и ткань размягчается. Реакция эта обратима: ионы натрия и калия
могут вновь замещаться ионами кальция. Однако это не происходит, так как
освобождающиеся ионы кальция связываются фитином и другими
веществами, содержащимися в клеточном соке, и выводятся из сферы
реакции. Связывание ионов кальция происходит только в нейтральной или
слабокислой среде. При повышении кислотности этого не происходит,
поэтому овощи не развариваются. В жесткой воде, содержащей много ионов
кальция, овощи тоже плохо развариваются.
МОНОСАХАРИДЫ
Опыт № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ
АММИАЧНЫМ РАСТВОРОМ ОКСИДА СЕРЕБРА
(реакция «серебряного зеркала» - свойство, общее с альдегидами)
Порядок выполнения:
Налейте в пробирку 5 капель аммиачного раствора оксида серебра,
затем туда же добавьте 3 капли раствора глюкозы. Содержимое пробирки
тщательно перемешайте и нагревайте на водяной бане в течение 5-8 минут.
11
Наблюдения:
Какие видимые изменения произошли в пробирках? Что образовалось на
стеклянной поверхности пробирки?
Уравнение реакции:
Напишите уравнение реакции окисления глюкозы аммиачным
раствором оксида серебра. Формулу глюкозы и продукта ее окисления
приведите в структурном виде. Укажите степени окисления серебра до и
после реакции.
H
H
C
HO
O
C OH
HO C H
Ag2 O, NH4 OH
H
C
O
C OH
HO C H
H
C OH
H
C OH
H
C OH
H
C OH
CH2OH
D-глюкоза
+ Ag
+ NH3
+ H2 O
CH2OH
D-глюконовая
кислота
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому типу окислителей относится аммиачный раствор оксида
серебра?
2. В реакцию какого типа вступают моносахариды с аммиачным раствором
оксида серебра?
3. Наличие какой функциональной группы в молекуле моносахарида
обеспечивает протекание данной реакции?
4. Что окисляется, а что восстанавливается в результате данного процесса?
5. Является ли данная реакция качественной и как она называется?
6. В какой таутомерной форме моносахариды вступают в данную реакцию?
Дополнительные вопросы:
1. Назовите продукты, в которых содержатся глюкоза и фруктоза.
2. Как иначе называют глюкозу?
3. Что слаще: глюкоза или фруктоза?
Опыт № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ РЕАКТИВОМ ФЕЛИНГА
Порядок выполнение:
В пробирку налейте 5 капель реактива Фелинга, затем туда же
добавьте 3 капли раствора глюкозы. Содержимое пробирки тщательно
перемешайте и нагрейте на водяной бане до изменения окраски раствора.
12
После завершения реакции выдержите пробирку в штативе при комнатной
температуре в течение 5-10 минут, не встряхивая.
Наблюдения:
Какие видимые изменения произошли в пробирке? Наблюдается ли
выпадение осадка? Какой цвет имеет этот осадок?
Уравнение реакции:
H
H
C
HO
O
NaO
C OH
HO C H
H
C OH
H
C OH
CH2OH
D-глюкоза
+
C
O
H
H
C O
H
C O
O
C
OK
реактив
Фелинга
Cu
C
O
NaO
C OH
HO C H
H
C OH
H
C OH
+
CH2OH
D-глюконовая
кислота
Cu2 O +
C
O
H
C OH
H
C OH
O
C
OK
калиево-натриевая
соль винной кислоты
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому типу окислителей относится реактив Фелинга?
2. Ион какого металла является действующим началом реактива Фелинга?
3. В реакцию какого типа вступают моносахариды с реактивом Фелинга?
4. Наличие какой функциональной группы в молекуле моносахарида
способствует протеканию данной реакции?
5. Что окисляется, а что восстанавливается в результате данного процесса?
6. Является ли взаимодействие с реактивом Фелинга качественной
реакцией? На какую функциональную группу?
7. В какой таутомерной форме моносахариды вступают в данную реакцию?
Опыт № 3
ОБНАРУЖЕНИЕ ФРУКТОЗЫ РЕАКТИВОМ СЕЛИВАНОВА
Порядок выполнения:
В две пробирки налейте по 5 капель реактива Селиванова. Затем в
первую пробирку добавьте 3 капли раствора глюкозы, во вторую – 3 капли
раствора фруктозы. Содержимое пробирок тщательно перемешайте и
выдержите на водяной бане при температуре 80-900 в течение 5-10 минут.
Наблюдения:
Какие видимые изменения произошли в пробирках? Как и в какой
пробирке изменилась окраска раствора?
13
Уравнение реакции: (не приводится)
CH2OH OH
O
H HO
CH2OH
H
OH H
CH2OH
OH
H
O
HO
CH2OH
H
OH
D-фруктоза
(циклическая форма)
H
D-фруктоза
(разомкнутая форма)
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Что является действующим началом реактива Селиванова?
2. Расщепление каких моносахаридов (фруктозы или глюкозы) идет быстрее
под действием реактива Селиванова?
3. Является ли взаимодействие с реактивом Селиванова качественной
реакцией на кетозы и, в частности, на фруктозу?
4. Можно ли по глубине окраски раствора количественно определять кетозы
(при использовании равных количеств реактива Селиванова)?
Опыт № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП В МОНОСАХАРИДАХ
(качественная реакция на многоатомные спирты)
Порядок выполнения:
В две пробирки налейте по 6 капель 2н раствора NaOH и по 1 капле 2н
раствора сульфата меди CuSO4. В каждой из пробирок образуется
суспензия. Затем в первую пробирку добавьте 4 капли раствора глюкозы, во
вторую – 4 капли раствора фруктозы. Содержимое пробирок аккуратно
несколько раз встряхните до образования прозрачного раствора.
Наблюдения:
Что образуется в пробирках при взаимодействии гидроксида натрия и
сульфата меди? Какие изменения происходят в пробирке после добавления к
ней растворов моносахаридов?
Уравнения реакций:
CH2OH
O H
H
CH2OH
O H
H
H
HO
OH
H
H
+
Cu(OH)2
OH
OH
D-глюкоза
(циклическая форма)
H
HO
OH
H
H
O
O
Cu
сахарат меди
D-глюкозы
14
CH2OH OH
O
H HO
CH2OH
H
OH H
+
Cu(OH)2
D-фруктоза
(циклическая форма)
CH2OH O
O
Cu
H
O
CH2OH
H
OH H
сахарат меди
D-фруктозы
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Напишите уравнение реакции получения гидроксида меди (II).
2. Свойства какого класса соединений проявляют моносахариды при
взаимодействии с гидроксидом меди (II) при комнатной температуре?
3. В какой таутомерной форме моносахариды участвуют в данной реакции?
4. Какая гидроксильная группа обладает повышенной реакционной
способностью и как она называется? Выделите ее на схеме уравнения
реакции в своей тетради.
5. К какому типу соединений (по характеру образующихся связей) можно
отнести продукт данной реакции?
Дополнительные вопросы:
1. Имеются ли общие вкусовые свойства у углеводов и многоатомных
спиртов?
2. Моносахариды или многоатомные спирты используют в качестве
подсластителей? Почему?
3. Какие многоатомные спирты Вы знаете? Каковы важнейшие области их
использования?
ДИСАХАРИДЫ
Опыт № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИСАХАРИДОВ АММИАЧНЫМ РАСТВОРОМ
ОКСИДА СЕРЕБРА
(реакция «серебряного зеркала»)
Порядок выполнения:
В три пробирки поместите по 5 капель аммиачного раствора оксида
серебра. Затем в первую пробирку добавьте 3 капли раствора лактозы, во
вторую – 3 капли раствора сахарозы, а в третью - 3 капли раствора крахмала.
Содержимое пробирок тщательно перемешайте и нагрейте на водяной бане в
течение 5 минут.
Наблюдения:
Какие видимые изменения произошли в пробирках? Что образовалось
на стеклянной поверхности одной из пробирок? Какой именно?
15
Уравнение реакции:
CH2OH
OH O
H
H
CH2OH
OH
O O
HO
H
H
H
OH
H H
H
OH
H
C H
OH
CH2OH
OH O
H
H
Ag2O
NH4OH
CH2OH
OH
O O
HO
H
H
лактоза
H
OH
H H
H
OH
H
C OH
OH
+ Ag + H2O
лактобионоваякислота
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому типу окислителей относится аммиачный раствор оксида
серебра?
2. В реакцию какого типа вступают некоторые дисахариды с аммиачным
раствором оксида серебра?
3. К какому виду сахаров относят углеводы, способные окисляться под
действием аммиачного раствора оксида серебра?
4. Наличие какой функциональной группы в молекуле углевода
способствует протеканию данной реакции?
5. Что окисляется, а что восстанавливается в результате данного процесса?
6. В какой таутомерной форме и какой фрагмент структуры углевода
вступает в данную реакцию?
7. Является ли данная реакция качественной и как она называется?
Опыт № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЛЬДЕГИДНОЙ ГРУППЫ В ДИСАХАРИДАХ
РЕАКТИВОМ ФЕЛИНГА
Порядок выполнения:
В три пробирки внесите по 5 капель реактива Фелинга. В первую
пробирку добавьте 4 капли раствора лактозы, во вторую – 4 капли раствора
мальтозы, в третью – 4 капли раствора сахарозы. Содержимое пробирок
тщательно перемешайте и поместите их в кипящую водяную баню на 5
минут. После завершения реакции выдержите пробирки в штативе при
комнатной температуре в течение 5-10 минут, не встряхивая.
Наблюдения:
Какие видимые изменения произошли в пробирках? В каких пробирках
изменилась окраска? Наблюдается ли выпадение осадка? Какой цвет имеет
этот осадок?
16
Уравнения реакций:
NaO
H
CH2OH
O O
HO
H
H
CH2OH
OH O
H
C H
OH H
H
OH
H H
H
OH
O
H
O
H
O
Cu
O
OH
OK
NaO
_
лактоза
CH2OH
O O
H
H
HO
H
OH
H H
H
OH
OH
мальтоза
CH2OH
OH O
H
C OH
OH H
H
OH
H H
H
OH
OH
+ Cu2O
лактобионоваякислота
OK
O
H
O
H
O
H
Cu
OK
NaO
_
H
H
O
OH
O
OH
NaO
CH2OH
OH O
H
C H
OH H
CH2OH
O O
HO
H
H
O
H
H
CH2OH
O O
H
H
O
HO
H
OH
H
OH
CH2OH
OH O
H
C OH
OH H
H
OH
H H
H
OH
OH
+ Cu2O
мальтобионоваякислота
O
OK
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Ион какого металла является действующим началом реактива Фелинга?
2. Какую функциональную группу можно обнаружить с помощью реактива
Фелинга?
3. Какие два из исследуемых дисахаридов вступают в реакцию с реактивом
Фелинга?
4. Из каких моносахаридов состоят лактоза и мальтоза?
5. К какому виду сахаров относят углеводы, способные окисляться под
действием реактива Фелинга?
6. В какой таутомерной форме и какой фрагмент структуры дисахарида
вступает в данную реакцию?
Дополнительные вопросы:
1. В каких растениях и продуктах содержатся исследуемые в данном опыте
дисахариды?
2. Чем можно заменить сахарозу в рационе питания диабетиков?
3. Каковы потребительские свойства и области применения лактозы,
мальтозы и сахарозы?
4. Почему в китайской кухне практически отсутствуют молочные блюда?
17
Опыт № 7
ГИДРОЛИЗ САХАРОЗЫ
Порядок выполнения:
Поместите в пробирку 9 капель раствора сахарозы и 5 капель 2н
раствора серной кислоты, тщательно перемешайте и выдержите на водяной
бане в течение 5-7 минут. Охладите раствор и разделите его на две пробирки.
В первую пробирку прибавьте при постоянном перемешивании по
каплям 2н раствор гидроксида натрия до щелочной реакции по
универсальному индикатору, а затем 5 капель реактива Фелинга. Если
раствор сразу обесцветился, то прибавьте еще несколько капель 2н раствора
гидроксида натрия (среда должна быть щелочной), и снова 5 капель
реактива Фелинга. Реакционную смесь выдержите на кипящей водяной бане
до изменения окраски.
Во вторую пробирку внесите 5 капель реактива Селиванова и
выдержите на водяной бане до изменения окраски.
Наблюдения:
Как изменилась окраска реактивов Фелинга и Селиванова в каждой из
пробирок?
Уравнение реакции:
CH2OH
O H
H
H
HO
OH
H
H
OH
+
CH2OH O
O
H HO
CH2OH
H
OH H
сахароза
H2 O
H2SO4
to
CH2OH
O H
H
H
HO
OH
H
+
H
OH
OH
D-глюкоза
(циклическая форма)
CH2OH OH
O
H HO
CH2OH
H
OH H
D-фруктоза
(циклическая форма)
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. В какой среде идет гидролиз дисахаридов, в частности, сахарозы?
2. Какие соединения образуются при гидролизе сахарозы?
3. Что является продуктами гидролиза дисахаридов в общем случае?
4. Какими качественными реакциями это было установлено в ходе
лабораторного эксперимента?
5. В какой таутомерной форме продукты гидролиза сахарозы вступают в
проведенные Вами качественные реакции?
Дополнительные вопросы:
1. Как иначе называют процесс гидролиза сахарозы и почему?
18
2. В каком продукте содержится равное количество продуктов гидролиза
сахарозы?
3. Каковы важнейшие области применения продуктов гидролиза сахарозы?
4. Какой продукт гидролиза сахарозы слаще и где это можно использовать?
5. Какой продукт гидролиза сахарозы можно использовать в питании
диабетиков? Какими углеводами его можно заменить?
6. Какие соединения участвуют в гидролизе сахарозы в организме?
ПОЛИСАХАРИДЫ
Опыт № 8
СВОЙСТВА КРАХМАЛА
Часть 1. Качественная реакция на крахмал. Гидролиз крахмала
Порядок выполнения:
В первую пробирку поместите 3-4 капли концентрированного раствора
йода и добавьте дистиллированную воду до появления слабо – желтой
окраски раствора.
Затем в следующие 7 пробирок внесите по 3 капли полученной в
первой пробирке йодной воды (слабо – желтый цвет!!!).
В девятую пробирку налейте 30 капель раствора крахмала, 10 капель
2н раствора серной кислоты, 1 каплю концентрированной серной кислоты.
Содержимое последней пробирки тщательно перемешайте стеклянной
палочкой, одну каплю смеси перенесите в первую пробирку с йодной водой.
Пробирку с кислотным раствором крахмала поместите и выдерживайте в
кипящей водяной бане, постоянно перемешивая и отбирая пробы через
каждые 2 минуты.
Для отбора пробы пипеткой берут одну каплю этого раствора и
переносят в пробирку с йодной водой. Операцию повторяют столько раз,
чтобы после очередного добавления капли реакционной массы к раствору
йодной воды, окраска последней осталась без изменения.
Наблюдения:
Какой цвет имела смесь крахмала с йодной водой до начала гидролиза?
Как изменялась окраска нагреваемой Вами смеси йодной воды с крахмалом
(со 2-ой по 8-ую пробирку) во времени?
Часть 2. Определение конечного продукта гидролиза крахмала
Порядок выполнения:
Имеющийся в 9-ой пробирке раствор охладите, добавьте к нему по
каплям 2н раствор гидроксида натрия до pH 9-10 по универсальному
19
индикатору, тщательно перемешайте. Затем в эту же пробирку внесите 6
капель реактива Фелинга, перемешайте и выдержите на кипящей водяной бане 510 минут.
Наблюдения:
Какую окраску имела реакционная масса с реактивом Фелинга до
начала нагревания и какой стала после выдержки на водяной бане?
Уравнение реакции:
CH2OH
O H
H
CH2OH
O H
H
H
H
O
OH
H
декстрины
H
OH
O
n H
OH
амилоза крахмала
H2 O
H
O
OH
CH2OH
O H
H
CH2OH
O H
H
H2 O
H
H
H2 SO4 , t
O
HO
OH
H
H
OH
H2 SO4 , tO
OH
O
H
мальтоза
H
OH
OH
растворимый
крахмал
H2 O
H2 SO4 , tO
CH2OH
O H
H
H2 O
H
H2 SO4 , t
O
HO
OH
H
H
OH
OH
глюкоза
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому классу соединений относится крахмал?
2. Из каких двух фракций состоит крахмал? Какое они имеют строение?
3. Какая фракция крахмала дает качественную реакцию с йодом?
4. В какой среде идет гидролиз крахмала?
5. Как идет гидролиз крахмала во времени?
6. Какое строение имеют промежуточные продукты гидролиза и как они
называются?
7. Какой углевод является конечным продуктом гидролиза крахмала?
8. Какую качественную реакцию Вы использовали для определения
конечного продукта гидролиза крахмала?
Дополнительные вопросы:
1. Назовите растениях в которых содержится значительное количество
крахмала?
2. Почему рисовый крахмал с раствором йода не дает синего окрашивания?
3. Под действием каких реагентов идет гидролиз крахмала в организме?
4. Что такое гликоген? С какой фракцией крахмала он имеет сходство по
строению?
20
Опыт № 9
ПОЛУЧЕНИЕ ФУРФУРОЛА
Порядок выполнения:
Поместите в сухую пробирку древесные опилки высотой до 1 см,
добавьте разбавленный раствор соляной кислоты (1:1) так, чтобы она
хорошо пропитала все опилки, и 2-3 капли 10%-ного раствора хлорида
железа (FeCl3 - катализатор). Смесь выдержите на кипящей водяной бане 1215 минут. Затем в отверстие пробирки вставьте пробку с газоотводной
трубкой и, нагревая реакционную смесь на спиртовке, отгоните в другую
пробирку несколько капель жидкости. Полученное вещество оставьте для
следующего опыта.
Наблюдения:
Какой цвет и запах имеет отогнанная жидкость?
Уравнение реакции:
H
O
HO
OH
HC CH
H
O
H
H
OH
O
OH
пентозан
+
H2 O
HCl
FeCl3
n
H
HO CH2 CH C
HO
O
пентоза
-2 H2O
O
C
O
фурфурол
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому классу соединений относятся пентозаны?
2. В каких растениях содержится значительное количество пентозанов?
3. Может ли реакция дегидратации пентоз использоваться в промышленных
масштабах для получения фурфурола?
4. К какому классу соединений относится фурфурол?
5. В каких продуктах питания встречается фурфурол?
Опыт № 10
СВОЙСТВА ФУРФУРОЛА
Часть 1. Взаимодействие фурфурола с анилином
Порядок выполнения:
Смешайте 1 каплю анилина и 1 каплю ледяной уксусной кислоты
(100%) в пробирке. Одну каплю этой смеси нанесите
на полоску
фильтровальной бумаги. Когда жидкость впитается, на нее капните 1 каплю
раствора фурфурола, полученного в предыдущем опыте.
Наблюдения:
Какой цвет приобретает пятно?
21
H
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Может ли взаимодействие анилина с фурфуролом служить качественной
реакцией на фурфурол?
2. Какой вид должно иметь пятно?
Часть 2. Окисление фурфурола реактивом Фелинга
Порядок выполнения:
Смешайте в пробирке 4 капли раствора фурфурола (из набора
реактивов на столе) и 4 капли реактива Фелинга. Затем полученную смесь
выдержите на кипящей водяной бане в течение 5 минут.
Наблюдения:
Как изменилась окраска реакционной массы?
Уравнение реакции:
NaO
O
C
O
фурфурол
H
+
C
O
NaO
H C O
H C O
C
O
OK
реактив
Фелинга
O
Cu
C
OH
+
O
2-фуранкарбоновая
кислота
C
O
H C OH
+
Cu2O
H C OH
C
OK
O
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому типу окислителей относится реактив Фелинга?
2. Что является действующим началом реактива Фелинга?
3. Что окисляется, а что восстанавливается в результате данного процесса?
4. Какую функциональную группу Вы обнаружили с помощью реактива
Фелинга?
5. Свойства каких классов соединений проявляет фурфурол?
6. Можно ли назвать данную реакцию качественной и если да, то укажите на
какую функциональную группу?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Тема: АМИНОКИСЛОТЫ. БЕЛКИ
Цель работы: изучить важнейшие свойства аминокислот и белков
Предварительные сведения.
Аминокислоты (АК) – это соединения, которые содержат в молекуле
как минимум две функциональные группы: карбоксильную –СООН
(обеспечивает кислотные свойства) и амино- –NH2 (отвечает за основные
22
R
общаяформула
протеиногенных
аминокислот
O
C C
H 2N H
OH
свойства). Помимо указанных групп, в составе группы R могут
присутствовать гидроксильная –ОН, тиольная –SH, дисульфидная –S–S– и
другие группы.
По рациональной номенклатуре АК называют как производные
соответствующих карбоновых кислот, в которых положение аминогруппы –
NH2 указывают символами α (первый после -СООН), β (второй после СООН) и т.д.
Природные АК встречаются только в составе природных соединений.
Аминокислоты – это те кирпичики, из которых построены белки. В природе
обнаружено свыше 150 аминокислот, 20 из них входят в состав белков протеиногенные, 10 из которых являются незаменимыми (синтезируются
только растениями, в организм поступают только с пищей). Незаменимыми
считают: лейцин, изолейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин,
триптофан, валин, гистидин и аргинин.
Все
аминокислоты,
за
исключением
глицина,
содержат
асимметрический атом углерода, соседний с карбонильной группой. Это
значит, что в ряду α-аминокислот возможно явление оптической изомерии.
Поэтому каждая
α-аминокислота может существовать в виде пары
зеркальных изомеров (D- и L-). Большинство природных α-аминокислот
относится к L-ряду (аминогуппа в проекции Фишера слева). В связи с этим
часто говорят, что жизнь на земле «левая».
O
C
OH
O
H2 N C H
C
OH
H C NH2
CH3
CH3
L-аланин
D-аланин
Большинство аминокислот D-ряда сладкие на вкус, а L-горькие или
безвкусные. Благодаря одновременному присутствию в структуре молекулы
карбоксильной -СООН и амино- -NH2 групп, АК проявляют и свойства
кислот, и свойства оснований. Они существуют в виде внутренней соли или
биполярного иона:
HO
H
O
C C CH3
O
NH2
H
C C CH3
+
O
NH3
биполярный ион аланина
23
В зависимости от соотношения NH2 и COOH групп в молекуле
аминокислоты
различают
моноаминомонокарбоновые,
диаминомонокарбоновые и моноаминодикарбоновые кислоты, например:
H
HO
HO
H
O
H
HO
C C CH3
O
NH2
C C CH2 C
OH
O
NH2
аланин
(моноаминомонокарбоновая)
аспарагиновая кислота
(моноаминодикарбоновая)
C C (CH2)4NH2
O
NH2
лизин
(диаминомонокарбоновая)
АК могут образовывать два типа солей: В кислых средах они присоединяют
протон и дают соли по аминогруппе -NH2,
Na+ O
H2 O
H
C C CH3
O
NH2
+
NaOH
H
O
C C CH3
+
O
NH3
HCl
HO
H
C C CH3
+
O
NH3 Cl -
а в присутствии оснований, наоборот, отщепляют протон, образуя соли по
карбоксильной группе -СООН.
α-АК способны вступать в реакцию друг с другом, образуя полимеры полипептиды, а связь между ними называют пептидной.
пептидная связь
OH
CH3 CH C
+
H2N CH2 C
NH2 O
аланин
O
OH
O
H3C CH C
NH2
O
N
H
CH2 C
+
H2 O
OH
дипептид аланилглицин
ала-гли
глицин
В зависимости от числа АК-остатков в цепи различают ди-, три-, … и
полипептиды. Условно считают, что вещества, масса которых до 10.000
являются полипептидами, а выше – белками.
Принято нумеровать аминокислотную последовательность, начав с Nконцевой АК (со свободной -NH2-группой), закончить С-концевой АК (со
свободной -СООН-группой). В названии пептида следует перечислить все
АК остатки с окончанием –ил, а у последней АК оставить окончание –ин.
Вся жизнедеятельность организма связана с белковыми молекулами
(кожа, кости, кровь, ферменты, ткани организма построены из молекул
белка). Каждый белок обладает своей, присущей только ему
последовательностью АК. Различают четыре структуры белка.
Первичная структура определяется простой последовательностью АК.
Вторичная структура предполагает способ расположения цепи в
пространстве.
Различают 2 вида вторичной структуры: α-спираль (правая и левая) и βскладчатый лист. Наиболее распространена правая α-спираль. Пептидная
24
цепь загибается винтообразно, причем на каждый виток спирали приходится
3,6 АК остатка. Витки спирали удерживаются друг относительно друга за
счет водородных связей между близко расположенными С=О и NHгруппами.
В случае β-складчатого листа плоскости пептидных связей
располагаются в пространстве подобно равномерным складкам листа бумаги.
В этой структуре образуются поперечные межцепочечные водородные
связи, α-атомы углерода находятся на перегибах, а боковые цепи –
перпендикулярно плоскости листа попеременно вверх и вниз.
Третичная структура - это определенный способ упаковки спирали или
складчатого листа в пространстве. Они могут либо сворачиваться в
глобулы (шары), либо переплетаться между собой, превращаясь в
«сверхспираль» (канат).
В связи с этим различают два типа белков: фибриллярные (нитевидные)
и глобулярные (шарообразные). Если отношение длины к ширине больше 10,
то такой белок считают фибриллярным, если меньше 10 – глобулярным.
К фибриллярным (нитевидным) белкам относят фиброин шелка, кератин
волос, коллаген. Примером глобулярного белка служит гемоглобин крови.
В формировании третичной спирали большую роль играют
дисульфидные связи –S-S- (поперечная «сшивка» цепей), ионные
взаимодействия, гидрофобные взаимодействия.
Разные части белка могут иметь разную структуру. Благодаря слабым
взаимодействиям в водной среде белки могут сворачиваться и
разворачиваться.
Глобулярные белки, как правило, растворимы в воде и солевых растворах
и дают коллоидные растворы. Фибриллярные белки не растворимы в воде и
выполняют структурообразующие функции. Большинство белков животных
и растений относят к глобулярным белкам.
Четвертичная структура – макрокомплексы или конгломераты
нескольких третичных структур, которые удерживаются друг относительно
друга за счет нековалентных взаимодействий, таких как водородные связи,
комплексы с металлами. Например, инсулин, находящийся в крови,
представляет собой димер (комплекс с Zn2+), а в поджелудочной железе –
гексамер.
В белках, аналогично аминокислотам, есть свободные амино- и
карбоксильные группы (ионогенные группы), которые находятся обычно на
поверхности белка.
При различных значениях pH белок может нести разный заряд.
Величина pH, при которой суммарный заряд белка равен нулю, называют
изоэлектрической точкой белка. Белки в этой точке электронейтральны, а их
25
растворимость минимальна. Это свойство широко используется для
выделения и очистки белковых продуктов.
Белки связывают воду, т.е. проявляют гидрофильные свойства. Они
набухают и увеличиваются в объеме, этот процесс сопровождается
частичным растворением. Гидрофильность зависит от наличия на
поверхности белка CONH-, NH2, COOH – групп, которые притягивают к
себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхности белка. Если белок
несет заряд, то его растворимость повышается. Хлебное тесто – это
набухший в воде белок, концентрированный студень, содержащий зерна
крахмала.
Денатурация – сложный процесс, при котором под влиянием внешних
факторов происходит изменение четвертичной, третичной, а в ряде случаев
и вторичной структур белка. Первичная структура в данном процессе не
затрагивается. Денатурацию могут вызывать УФ-облучение, сильный нагрев,
действие сильных кислот и оснований, солей тяжелых металлов, а также
растирание, встряхивание, ультразвук.
При денатурации (необратимом осаждении) изменяются физические
свойства белка: снижается растворимость, способность гидратации, теряется
биологическая активность. В пищевой промышленности применяют
тепловую денатурацию белков (тепловая обработка продуктов).
Пенообразование – способность белков к образованию систем
жидкость-газ, иными словами, пены. Пенообразователи широко
используются в пищевой промышленности для изготовления пастилы и
суфле.
Основные источники белка – это мясо, молоко, рыба, продукты
переработки зерна, хлеб, овощи. Белок пищи играет большую роль в
образовании гемоглобина и эритроцитов, в синтезе ферментов, гомонов,
антител, обеспечивающих иммунитет. Важнейшая функция белка – снабжать
организм необходимым количеством заменимых и незаменимых
аминокислот. Потребность в белке зависит от возраста, пола, рода
деятельности. В большинстве белков растительного происхождения не
хватает отдельных незаменимых аминокислот. Например, в гречневой крупе
не достает лейцина, в рисовой крупе и пшене – лизина. Один продукт может
дополнять другой по содержанию незаменимых аминокислот, поэтому
целесообразно использовать разное сочетание продуктов.
Например, высокую биологическую ценность имеет сочетание
гречневой каши с молоком, различных мучных изделий с творогом,
пшеничного хлеба с молоком.
К «идеальным белкам» для питания человека ближе всего находятся
животные белки.
26
Опыт № 1
ОТНОШЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ К ИНДИКАТОРАМ
Порядок выполнения:
Возьмите полоску универсальной индикаторной бумаги. Нанесите на
нее в разных местах по 1 капле водного раствора глицина, лизина и
аспарагиновой кислоты. Приложите полоску бумаги к шкале (она нанесена
на упаковке) и определите значения pH, характерные для каждой
аминокислоты.
Наблюдения:
В какой области pH лежат значения, определенные для каждой из
исследуемых в данном опыте аминокислот? Запишите их.
Уравнения реакций:
H2N
O
CH2 C
OH
H2N
O
CH2 C
O-
+
глицин
Н+
+
H3N
O
CH2 C
Oбиполя
ярный ион
глицина
Уравнения диссоциации лизина и аспарагиновой кислоты запишите
самостоятельно.
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Свойства каких классов соединений проявляют аминокислоты?
2. Как классифицируют аминокислоты в зависимости от числа амино- и
карбоксильных групп, входящих в состав молекулы?
3. От каких факторов зависит показатель pH среды, соответствующий
каждой аминокислоте?
4. Какие аминокислоты называют кислыми, а какие нейтральными?
5. Что такое биполярный ион аминокислоты и за счет чего он образуется?
Опыт № 2
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ α -- АМИНОКИСЛОТ С СОЛЯМИ МЕДИ (II)
(качественная реакция на α-аминокислоты)
Порядок выполнения:
Поместите в пробирку 10 капель раствора глицина, туда же добавьте
несколько кристаллов карбоната меди (CuCO3). Содержимое пробирки
перемешайте и выдержите на кипящей водяной бане 3-5 минут. С осадка
слейте раствор в другую пробирку, охладите.
Наблюдения:
Какие видимые изменения произошли в пробирке?
27
Уравнения реакций:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
H2C
C
2
O
NH2
OH
H2C
Cu(OH)2
C
O
NH2
Cu
O
O CH
2
H2N
C
O
медная соль глицина
глицин
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Какое соединение образуется при взаимодействии глицина с карбонатом
меди (по типу имеющихся в молекуле связей)?
2. Каково должно быть взаимное расположение функциональных групп в
молекуле аминокислоты, чтобы обеспечить протекание такой реакции?
3. На какие аминокислоты данная реакция является качественной?
4. В построении каких биополимеров участвуют аминокислоты данного
строения?
Опыт № 3
АМФОТЕРНЫЕ СВОЙСТВА БЕЛКА
Часть 1. Взаимодействие белков с сильными кислотами
Порядок выполнения:
Внесите в пробирку 1 каплю 2н раствора соляной кислоты и 25-30
капель воды, тщательно перемешайте. К полученному разбавленному
раствору соляной кислоты добавьте 1-2 капли индикатора конго красного до
появления синего окрашивания раствора. В другую пробирку поместите 5
капель раствора белка и 1 каплю окрашенного раствора соляной кислоты,
осторожно встряхните.
Наблюдения:
Как изменяется глубина окраски полученного раствора?
Уравнение реакции:
OH
C
O
R
C
NH
N H C n 2
H
O
HCl
H2O HO
общая формула белка
O
C
R
+
NH3 Cl
C
N H C n
H
O
хлорид белка
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Какая функциональная группа в молекуле белка реагирует с соляной
кислотой?
2. Какое свойство проявляет белок в данной реакции?
28
3. Какую реакцию среды имеет большинство животных белков?
Часть 2. Взаимодействие белков со щелочами
Порядок выполнения:
Внесите в пробирку 1 каплю 2н раствора гидроксида натрия и 25-30
капель воды, тщательно перемешайте и добавьте 1-2 капли индикатора
фенолфталеина до появления малинового окрашивания. В чистую пробирку
поместите 5 капель раствора белка и 1 каплю окрашенного раствора
гидроксида натрия, перемешайте.
Наблюдения:
Как изменяется глубина окраски полученного раствора?
Уравнение реакции:
R
H 2N
H
N
C
N H C n
H
O
O
H C
C
OH
R
R
NaOH
H2O
H 2N
H
N
C
N H C
H
n
O
O
H C
ONa
C
R
натриевая соль белка
общая формула белка
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Какая функциональная группа в молекуле белка реагирует с гидроксидом
натрия?
2. Какое свойство проявляет белок в данной реакции?
3. Какие еще функциональные группы могут присутствовать в структуре
белка?
4. От каких факторов зависит показатель pH среды, соответствующий
каждому индивидуальному белку?
Дополнительные вопросы:
1. Из остатков каких аминокислот построены белки?
2. Какие оптические изомеры данных аминокислот участвуют в построении
молекулы белка?
3. Какие типы структур белка Вы знаете? Какие встречаются чаще?
Опыт № 4
РЕАКЦИИ ОСАЖДЕНИЯ БЕЛКОВ
Часть 1. Обратимое осаждение белков
Порядок выполнения:
Внесите в две пробирки по 7 капель раствора белка. При встряхивании
медленно небольшими порциями добавьте в первую пробирку порошок
хлорида натрия NaCl, во вторую – сульфата магния MgSO4 до полного
насыщения раствора и оставьте на 1-2 минуты.
29
Наблюдения:
Как изменяется прозрачность растворов?
Порядок выполнения:
Затем добавьте воды на 2/3 пробирки.
Наблюдения:
Наблюдается ли растворение осадка?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Какой вид осаждения белка наблюдается в данном опыте? Как он
называется?
2. При действии каких реагентов наблюдается данный вид осаждения?
3. Происходит ли изменение структуры белковой молекулы?
Дополнительные вопросы:
1. Какие белки, фибриллярные или глобулярные, растворимы в воде?
Приведите примеры данных типов белков.
2. Какой белок содержится в яичном белке?
3. Где в повседневной жизни мы сталкиваемся с обратимым осаждением
белков? Для каких целей используют данный физический процесс?
4. Какие условия надо соблюдать, чтобы не разрушить белок?
Часть 2. Необратимое осаждение белков
Порядок выполнения:
Поместите в две пробирки по 7 капель раствора белка. В первую
пробирку добавьте 1-2 капли насыщенного раствора сульфата меди CuSO4,
а во вторую - 1-2 капли 2н раствора уксуснокислого свинца (CH3COO)2Pb,
перемешайте и оставьте на 1-2 минуты.
Наблюдения:
Как изменяется прозрачность растворов? В избытке солей осадок
может раствориться, но это побочный процесс. В этом случае опыт
необходимо переделать.
Порядок выполнения:
Затем в обе пробирки добавьте воду на 2/3 пробирки.
Наблюдения:
Растворяется ли образовавшийся осадок?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Какой вид осаждения белка наблюдается в данном опыте? Как он называется?
2. При действии каких реагентов наблюдается данный вид осаждения?
3. Какие факторы могут вызывать данный тип осаждения?
4. Происходит ли изменение структуры белковой молекулы? Какой именно?
Дополнительные вопросы:
1. Где в повседневной жизни мы сталкиваемся с необратимым осаждением
белков? Всегда ли это приносит вред? Приведите примеры, подтверждающие
Ваши рассуждения.
2. Объясните, для каких целей с химических позиций используют крем от
загара?
30
Опыт № 5
ЦВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ НА БЕЛКИ
Часть 1. БИУРЕТОВАЯ РЕАКЦИЯ
(обнаружение пептидных связей в белках)
Порядок выполнения:
Поместите в пробирку 3 капли раствора белка, 1-2 капли 2н раствора
гидроксида натрия NaOH и 1 каплю 0,2н раствора сульфата меди CuSO4,
перемешайте.
Наблюдения:
Как изменилась окраска раствора?
Уравнение реакции (не приводится)
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Наличие какой связи в молекуле белка обеспечивает протекание данной
цветной реакции?
2. Как в органической и биоорганической химии называют данную
группировку?
3. Все ли белки дают данную цветную реакцию?
Часть 2. КСАНТОПРОТЕИНОВАЯ РЕАКЦИЯ
(обнаружение ароматических аминокислот)
Порядок выполнения:
Внесите в пробирку 3 капли раствора белка и 1 каплю
концентрированной азотной кислоты, перемешайте и выдержите на
кипящей водяной бане до изменения окраски раствора. Затем смесь охладите
и добавьте к ней 1-2 капли концентрированного раствора гидроксида
натрия.
Наблюдения:
Что наблюдалось при смешивании реагентов и после нагрева данной
смеси? Как изменялась окраска раствора после добавления щелочи?
31
Уравнение реакции:
NO2
H 2C
H
N
C
N H C n
H
O
+
to
HNO3
белок
с фрагментом фенилаланина
H 2C
H
N
C
N H C n
H
O
белок
с фрагментом 4-нитрофенилаланина
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Остатки каких по строению аминокислот в молекуле белка
взаимодействуют с азотной кислотой?
2. Какие производные этих аминокислот образуются в результате данной
реакции? Какую они имеют окраску?
3. Как перевести префикс ксанто-?
Часть 3. РЕАКЦИЯ ФОЛЯ
(обнаружение цистеина и цистина)
Порядок выполнения:
Внесите в пробирку 3 капли раствора белка, 3 капли
концентрированного раствора гидроксида натрия (NaOH), 2 капли 0.1н
раствора ацетата свинца (CH3COO)2Pb, перемешайте и выдержите на
кипящей водяной бане 2-3 минуты.
Наблюдения:
Как изменилась окраска раствора белка?
Уравнение реакции:
Напишите уравнения реакций взаимодействия: цистеина (3-меркапто2-аминопропановой кислоты) с гидроксидом натрия; ацетата свинца с
гидроксидом натрия (с образованием плюмбита натрия); плюмбита натрия
Na2PbO2 c сульфидом натрия Na2S.
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Наличие какой функциональной группы в аминокислоте белка
обеспечивает протекание данной цветной реакции?
2. Как называются ионы S2-, которые образуются в растворе при разложении
серосодержащих аминокислот?
3. Реакция какого типа протекает между образующимся сульфидом натрия и
плюмбитом натрия?
4. Что является конечным продуктом превращения цистеина? Назовите это
соединение.
5. Какие аминокислоты, а также белки, в составе которых они присутствуют,
могут вступать в данную реакцию?
32
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Тема: ФЕРМЕНТЫ
Цель работы: изучить особенности протекания биохимических
реакций под действием биологических катализаторов – ферментов
Предварительные сведения
Ферменты – это биологические катализаторы, обеспечивающие
протекание важнейших биохимических реакций в живых системах. С
проявлением действия ферментов мы постоянно сталкиваемся в
повседневной жизни (брожение, переваривание пищи).
Ферменты, в отличие от обычных катализаторов, работают в узком
интервале температур (~30-600С) и кислотности среды (pH), при этом
сохраняют значительную каталитическую активность (ускоряют реакции в
1014 – 1015 раз) и высокую специфичность (ускоряют определенную реакцию,
разрывают определенную химическую связь).
В настоящее время известно около 20 тыс. различных ферментов. Их
подразделяют на простые и сложные. Простые состоят только из белка, а в
составе сложных ферментов присутствует еще добавочная группа
небелковой природы или ион металла. Белковую часть сложного фермента
называют апоферментом, а небелковую – коферментом. Важнейшими
коферментами являются витамины группы В, Е, К. Отметим, что только
комплекс этих двух частей проявляет активность, а не каждая часть в
отдельности. Непосредственным исполнителем каталитической функции
является добавочная группа, образующая каталитический центр. У
простых ферментов он представляет собой сочетание нескольких
аминокислотных остатков, располагающихся в определенной части белковой
молекулы.
Принцип
действия
ферментов
определяется
соответствием
молекулярных конфигураций субстрата (реагирующего вещества) и
фермента по принципу «ключ-замок». Выемки и выступы в обеих структурах
подходят друг к другу уникальным образом.
Классифицируют ферменты, как правило, по реакции, которую они
ускоряют: гидролазы (гидролиз), изомеразы (изомеризацию), трансферазы
(перенос функциональных групп) и т.д.
Большинство ферментов выделяют из продуктов жизнедеятельности
микроорганизмов. С древнейших времен ферменты используют для
получения продуктов питания: кисломолочных продуктов и хлебобулочных
изделий, этилового спирта, вина. В настоящее время к этим областям
добавилось использование ферментов в аналитических целях (определение
алкоголя в крови водителей, определение возбудителей некоторых
инфекционных заболеваний), в медицинских целях (медицинские препараты
33
мезим-форте, фестал и т.п.), а также в качестве добавок к стиральным
порошкам (удаляют пятна крови, жира и т.п.).
Опыт № 1
ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ КРАХМАЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ
АМИЛАЗЫ СЛЮНЫ
Порядок выполнения:
Налейте в 2 пробирки по 10 капель 1% раствора крахмала. Затем в
одну пробирку добавьте 4 капли воды (пробирка сравнения), а во вторую – 4
капли раствора слюны, разведенной в 5 раз. Перемешивают и выдерживают
при температуре 370 С в термостате в течение 15 минут.
Затем из первой пробирки дважды отберите по 4 капли исследуемого
вещества и внесите их в 2 разные пробирки. В одну из них добавьте 1 каплю
1% раствора I2 в KI, а в другую – 1 каплю 5% раствора CuSO4 и 4 капли 10%
раствора NaOH. Обе пробирки осторожно нагрейте до кипения.
Аналогичную процедуру повторите с содержимым второй пробирки из
термостата.
Наблюдения:
Как изменяется окраска растворов в каждом случае?
Результаты наблюдений занесите в таблицу:
Таблица № 1
№
пробирки
Исследуемое
вещество
Фермент
1.
Крахмал
Вода
2.
Крахмал
Амилаза
Реакция
Реакция
с I2 в KI
с Cu(OH)2
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому классу соединений относится крахмал?
2. Из каких двух фракций состоит крахмал?
3. Какая фракция крахмала дает качественную реакцию с йодом?
4. В каких условиях идет гидролиз крахмала в организме?
5. Какое строение имеют промежуточные продукты гидролиза и как они
называются?
6. Что является конечным продуктом гидролиза крахмала?
7. Какие качественные реакции Вы использовали для определения крахмала
и конечного продукта его гидролиза?
34
Опыт № 2
ВЛИЯНИЕ АКТИВАТОРОВ И ИНГИБИТОРОВ
НА АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ
Предварительные сведения
В зависимости от характера воздействия на фермент химические
вещества подразделяют на активаторы и ингибиторы, которые либо
активируют, либо дезактивируют фермент соответственно. Например,
активаторами для амилазы служат анионы хлора Cl-, а ингибиторами –
катионы меди (II)– Cu2+.
Порядок выполнения:
В первую пробирку внесите 1 каплю 3% раствора хлорида натрия
NaCl, во вторую – 1 каплю 1% раствора сульфата меди CuSO4 и в третью – 1
каплю воды (пробирка сравнения).
Во все пробирки добавьте раствор слюны в разведении 1:5 и
перемешайте. Затем внесите в каждую пробирку по 5 капель 1% раствора
крахмала, перемешайте и оставьте на 1-3 минуты при комнатной
температуре.
Затем внесите в каждую пробирку по 1 капле 1% раствора I2 в KI.
Наблюдения:
Как изменяется окраска раствора I2 в KI в каждом случае?
Выводы относительно активирующей и дезактивирующей способности
исследуемых солей сделайте по результатам своих наблюдений.
Опыт № 3
ОТКРЫТИЕ ФЕРМЕНТОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ
Предварительные сведения
Каталаза - фермент, который по типу катализируемых реакций
относится к оксидоредуктазам, т. е. участвует в процессах окисления и
восстановления. Каталаза содержится во многих тканях и жидкостях
организма, в частности, входит в состав крови.
Порядок выполнения:
В пробирку вносят 10 капель 1% раствора перекиси водорода H2O2 и 1
каплю крови. Внесите тлеющую лучинку в пробирку.
Наблюдения:
Какие видимые изменения происходят в пробирке? Что выделяется?
Как реагирует тлеющая лучинка на присутствие выделяющегося в ходе
реакции газа?
Уравнение реакции:
2 H2O2 + каталаза → 2 H2O + O2
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому классу соединений относится каталаза?
35
2. Где она содержится?
3. В каких процессах, протекающих в организме, участвует каталаза?
4. В каких условиях наиболее эффективно действие данного фермента?
Опыт № 4
ДЕЙСТВИЕ ФЕРМЕНТА ПЕПСИНА НА БЕЛОК
Предварительные сведения
Пепсин - фермент, который по типу катализируемых реакций относится
к гидролазам, т. е. участвует в процессах гидролиза белковых молекул до
более коротких пептидных цепей и свободных аминокислот. Пепсин
содержится в желудочном соке и работает при значениях pH, близких к 2.
Порядок выполнения:
В 2 пробирки вносят 10-15 капель раствора белка (альбумина) и легким
подогревом на водяной бане денатурируют его (белок выпадает в осадок).
Пробы охлаждают до комнатной температуры и в одну из них добавляют
раствор пепсина, а в другую – 1 мл воды. Обе пробы помещают в термостат
при 370С на 20 минут, после чего сравнивают результаты.
Наблюдения:
Какие видимые изменения происходят в одной из пробирок? Почему?
1.
2.
3.
4.
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
К какому классу соединений относится пепсин?
Где он содержится?
В каких процессах, протекающих в организме, участвует пепсин?
Каковы оптимальные условия работы данного фермента?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Тема: ЖИРЫ
Цель работы: изучить особенности физико-химических свойств жиров
и масел.
Предварительные сведения
Жиры или триглицериды, являются сложными эфирами трехатомного
спирта глицерина и высших карбоновых кислот (ВК).
Жиры и масла различают по их температурам плавления. Жиры при
комнатной температуре находятся в твердом состоянии, а масла – в жидком.
Строение остатков ВК определяют внешний вид, а также физические и
химические свойства триглицерида. Если в углеводородном радикале
двойные связи отсутствуют или их мало, то получаются твердые вещества
(свиное сало, пальмовое масло), а если наоборот, большинство
36
углеводородных радикалов в составе жира содержит двойные связи, то
продукт жидкий (подсолнечное масло).
Жиры выполняют ряд важных функций. Во-первых, они составляют
основу питания человека и служат эффективным источником энергии;
во-вторых, они определяют внешний вид и текстуру пищевых продуктов;
в-третьих, оказывают смазочное действие (облегчают проглатывание пищи);
в-четвертых, служат источником жирорастворимых витаминов,
в-пятых, они входят в состав клеточных мембран и служат
теплоизоляторами.
В составе жиров наиболее часто встречаются остатки пяти ВК, из
которых две предельные: стеариновая и пальмитиновая и три непредельные:
олеиновая, линолевая и линоленовая. Две последние кислоты являются
«незаменимыми», т.е. организм их синтезировать не может (как витамины), и
они должны поступать с пищей. Именно ненасыщенные кислоты обладают
наибольшей биологической активностью.
В состав природных жиров за редким исключением входят кислоты с
четным числом атомов углерода.
Функциональные группы и структурные фрагменты, присутствующие в
молекуле триглицерида, определяют его химические свойства. Так,
благодаря наличию сложноэфирной связи, все жиры гидролизуются.
Гидролиз жиров можно осуществить тремя способами: в присутствии
фермента липазы, в присутствии кислот или щелочей. Щелочной гидролиз
протекает необратимо с образованием солей ВК, входящих в состав жира, и
глицерина и носит название реакции омыления. Натриевые соли ВК являются
главным компонентом твердого мыла, а калиевые соли – жидкого мыла.
Наличие двойных связей в структуре углеводородного радикала
позволяет ожидать протекания реакций присоединения по месту разрыва πсвязей. К реакциям такого типа относятся гидрирование или присоединение
водорода Н2, с помощью которого из дешевых жидких масел получают
твердые жиры (саломас) для технических и пищевых целей. Присоединение
галогенов (брома или йода) используют для установления степени
непредельности жира.
При длительном хранении жиры портятся или прогоркают: под
действием кислорода воздуха, света, микроорганизмов образуются
свободные жирные кислоты с короткой цепью, обладающие неприятным
запахом и вкусом (масляная кислота С3Н7СООН).
При жарке, особенно во фритюре жиры окисляются. Окислительное
прогоркание жиров связывают с процессами окисления двойных связей. В
первую очередь окисляются жиры, в состав которых входят непредельные
жирные кислоты, имеющие в молекуле двойные связи. При этом снижается
37
непредельность жиров, уменьшается их биологическая ценность,
накапливаются вредные продукты окисления. Чтобы уменьшить эти
нежелательные изменения жиров, следует соблюдать ряд правил: не
допускать нагревания жира выше 1800 С; использовать для фритюра стойкие
кулинарные жиры или специальный фритюрный жир; не допускать
попадания во фритюр и сгорания в нем мелких частиц продуктов;
периодически фильтровать фритюрный жир; соотношение жира и продукта
должно быть 1:8.
Окисление жиров может происходить и при обычном хранении.
Окисляемость зависит от многих факторов: температуры, наличия кислорода,
следов металлов. Эти процессы замедляются при низких температурах, в
присутствии консервантов (NaCl) и антиоксидантов.
Самыми непригодными для длительного хранения являются сливочное
масло и маргарин. Эти жиры содержат белки, минеральные вещества и
некоторое количество воды, что способствует развитию микроорганизмов,
вызывающих порчу. Растительные масла, благодаря практически полному
отсутствию
воды
и
минеральных
веществ,
не
поражаются
микроорганизмами.
Опыт № 1
РАСТВОРИМОСТЬ ЖИРОВ
Порядок выполнения:
Поместите в 4 пробирки по 2 капли жидкого жира (масла). Затем
добавьте в них по 5 капель органических растворителей: в первую пробирку
– этилового спирта C2H5OH, во вторую – хлороформа CHCl3, в третью –
четыреххлористого углерода CCl4,
в четвертую – диэтилового эфира C2H5-O-C2H5. Содержимое пробирок
тщательно перемешайте.
Наблюдения:
В каком порядке следует расставить предложенные растворители по их
способности растворять жиры?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. В каких растворителях (полярных или неполярных) легче растворяются
жиры? Расположите указанные растворители в ряд по убыванию
растворимости в них жира.
2. Каким растворителем в домашних условиях можно удалить пятна масел?
3. Сродство к какому фрагменту структуры жира должен проявлять
растворитель?
38
Опыт № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕПРЕДЕЛЬНОСТИ ЖИРА
Порядок выполнения:
Поместите в одну пробирку 4 капли жидкого жира (масла), в другую –
равное количество твердого жира. В обе пробирки добавьте несколько
капель диэтилового эфира C2H5-O-C2H5 для растворения жира. Затем
последовательно в обе пробирки по каплям при перемешивании внесите
равное количество раствора бромной воды (Br2 + H2O) желтого цвета –
приблизительно 4-6 капель.
Наблюдения:
В какой пробирке наблюдалось изменение окраски бромной воды?
Уравнение реакции:
O
C
(CH2)7
CH=CH
(CH2)7
HC O C (CH2)7
H2C O O (CH )
2 7
C
CH=CH
(CH2)7 CH3
CH=CH
(CH2)7
H2C O
O
CH3
+ 3 Br2
CH3
триолеин
O
H2C O
C
(CH2)7 -CHBr-CHBr-(CH2)7-CH3
HC O C (CH2)7 -CHBr-CHBr-(CH2)7-CH3
H2C O O (CH ) -CHBr-CHBr-(CH ) -CH
2 7
3
2 7
C
O
9,9,9,10,10,10-гексабромтристеарин
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Какой фрагмента в молекуле жира обеспечивает протекание реакции
присоединения брома?
2. Какие соединения дают похожую качественную реакцию? К какому
классу органических веществ они относятся?
3. От чего зависит консистенция жира?
4. С какой целью в пищевой промышленности используют данную реакцию?
Дополнительные вопросы:
1. Какую функцию в организме выполняют жиры?
2. К какому классу соединений относятся природные жиры и масла?
3. Какие высшие карбоновые кислоты присутствуют в составе жиров? Какие
из них считают незаменимыми? Почему?
39
4. Почему качественный шоколад должен таять во рту, а не в руках? С
наличием какого соединения это связано?
5. Какие масла, кроме триглицеридов, Вы знаете? Каковы источники их
получения?
Опыт № 3
ПОЛУЧЕНИЕ МЫЛА
Часть 1. Щелочной гидролиз жира
Порядок выполнения:
Поместите в пробирку кусочек твердого жира с небольшую горошину
и прилейте к ней 5%-ный спиртовый раствор гидроксида натрия до
половины пробирки. (Спирт используется для лучшего растворения жира в
реакционной массе). Смесь тщательно перемешайте стеклянной палочкой и
выдержите на водяной бане при 80-900 в течение 10-12 минут до образования
однородной массы. При нагревании реакционную массу изредка
перемешивайте стеклянной палочкой, не доставая пробирку из бани. Затем в
эту же пробирку добавьте насыщенный раствор хлорида натрия NaCl на 3/4
объема, перемешайте и охладите стенки пробирки под струей холодной воды
из-под крана. Раствор поваренной соли добавляют для «высаливания» мыла,
т.е. для уменьшения его растворимости в воде.
Наблюдения:
Что образуется в верхней части пробирки? Переверните пробирку
вверх дном (над раковиной). Что наблюдается?
Уравнение реакции:
O
H 2C O
C
(CH2)7
HC O C (CH2)7
H2C O O (CH )
2 7
C
CH=CH
(CH2)7
CH=CH
CH3
(CH2)7
CH=CH
(CH2)7
CH3
NaOH
+ H2 O
CH3
O
триолеин
H2C OH
HC OH
H2C OH
+
O
3
NaO
глицерин
C
(CH2)7
CH=CH
олеат натрия
40
(CH2)7 CH3
Выводы: (содержать ответы на следующие вопросы)
1. Какая группировка в составе молекулы жира обеспечивает протекание
реакции гидролиза?
2. К какому классу соединений относятся жиры?
3. Какое строение имеют продукты кислотного и щелочного гидролиза
жира? Назовите их. В чем отличие?
4. С какой целью в промышленности используют щелочной гидролиз жира?
5. Что такое мыло? Какие мыла Вы знаете?
6. Обведите и подпишите на структурной формуле гидрофильную и
гидрофобную части молекулы мыла.
Дополнительные вопросы:
1. Под действием каких реагентов идет гидролиз жиров в организме?
Каковы условия гидролиза в данном случае?
Часть 2. Определение продуктов гидролиза жира
Порядок выполнения:
Внесите в пробирку 2 капли 2н раствора сульфата меди CuSO4 и 4
капли 2н раствора гидроксида натрия NaOH, тщательно перемешайте. Одну
каплю полученного гидроксида меди (II) Cu(OH)2 перенесите в другую
пробирку и добавьте несколько капель раствора
из нижнего слоя
реакционной массы, полученной после гидролиза жира, смесь тщательно
перемешайте.
Если в пробирке с мылом нет раствора, а образовалась густая
однородная масса, то добавьте еще насыщенного раствора хлорида натрия
NaCl, перемешайте стеклянной палочкой и отберите образовавшийся нижний
водный слой для проведения качественной реакции.
Наблюдения:
Как изменилась окраска реакционной массы? С чем это связано?
Уравнение реакции:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2 SO4
H2C OH
2
HC OH
Cu(OH)2
H2C OH
H
H2C O
HC O
H2C OH
глицерин
Cu
O CH2
O CH
H
HO CH2
глицерат меди
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Какое соединение входит в состав всех триглицеридов? К какому классу
веществ оно относится?
41
2. Наличие каких функциональных групп в молекуле продукта гидролиза
обеспечивает проведение качественной реакции с гидроксидом меди (II)?
3. К какому типу соединений следует отнести продукт данной качественной
реакции?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Тема: В И Т А М И Н Ы
Цель работы: изучить структуру, восстанавливающую способность и
некоторые качественные реакции витаминов
Предварительные сведения
Витамины – это группа различных по структуре органических веществ,
необходимых для нормальной жизнедеятельности организма, синтез которых
в организме отсутствует или ограничен.
Источником витаминов для человека служит пища и продукты
жизнедеятельности кишечных бактерий. Последние сами синтезируют
многие витамины и являются важным источником их поступления в
организм. Некоторые витамины поступают в организм с пищей в виде
неактивных предшественников – провитаминов, которые в тканях
превращаются в биологически активные формы витаминов.
Классификация витаминов
По растворимости в воде и жировых растворителях витамины делят на
две группы: водорастворимые и жирорастворимые.
Изменение витаминов при кулинарной обработке
Потери при кулинарной обработке водорастворимых витаминов
(группы В, витамин С) вызваны либо переходом их в воду (отвар), либо
разрушением за счет окисления или других деструкционных процессов.
Содержание жирорастворимых витаминов (А, D, Е и др.), в свою очередь,
снижается только за счет их разрушения. Например, при оттаивании
мороженного мяса потери витаминов группы В (В1, В2, РР, В6) составляют 410%, а при промывании риса - 30%. Большее количество витаминов группы
В извлекается при варке растительных продуктов (круп, овощей): в отвар
переходит до 40% витаминов, поэтому отвары желательно использовать.
Опыт № 1
РЕАКЦИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВИТАМИНА В2
(РИБОФЛАВИНА)
Предварительные сведения
Витамин В2 представляет собой желто-оранжевые кристаллы горького
вкуса, мало растворимые в воде и спирте, но хорошо растворимые в
растворах кислот и щелочей. Насыщенные водные растворы рибофлавина
42
имеют желто-зеленый цвет и способны флуоресцировать в видимом
ультрафиолетовом свете.
Значительное количество витамина В2 содержится в дрожжах, печени
животных, шпинате, капусте, яйцах и молоке.
Рибофлавин не теряет своей биологической активности при нагревании
до 1200 в течение нескольких часов. При действии восстановителей
рибофлавин превращается в бесцветный и не флуоресцирующий
лейкофлавин.
При недостатке витамина В2 (рибофлавина) у больных развиваются
заболевания кожи лица, поражение слизистых оболочек, глазных яблок.
CH2(CHOH)3CH2OH
H3C
N
H 3C
N
N
O
NH
O
Витамин В2 (рибофлавин)
Порядок выполнения:
Поместите 10 капель суспензии рибофлавина в воде (0,025 % раствор) в
пробирку. Затем добавьте в нее 5 капель концентрированный соляной
кислоты HCl и небольшой кусочек металлического цинка Zn.
Наблюдения:
Как изменяется окраска раствора во времени?
Уравнение реакции:
Zn + 2 HCl → H2 + ZnCl2
Рибофлавин + Zn + 2 HCl → лейкофлавин + ZnCl2
Рибофлавин → родофлавин (красный) → лейкофлавин (бесцветный)
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому типу витаминов относится витамин В2?
2. Какого типа реакции характерны для данного витамина?
3. Что происходит с витамином при нагревании?
4. В каких средах он устойчив?
5. От чего зависят потери данного витамина при приготовлении пищи?
6. По окончании варки овощей где больше витамина В2 в отваре или в самих
овощах?
43
Опыт № 2
ФЕРРИХЛОРИДНАЯ ПРОБА НА ВИТАМИН В6 (ПИРИДОКСИН)
Предварительные сведения
Витамин В6 представляет кристаллический порошок горького вкуса,
хорошо растворимый в воде, плохо растворимый в спирте и нерастворимые в
органических растворителях (хлороформ, эфир).
Витамин В6 встречается в тех же продуктах, что и витамин В2.
При недостатке витамина В6 у животных проявляются отечные формы
дерматита на мордочке, лапках и хвосте. У людей авитаминоз В6 проявляется
крайне редко и выражается в поражении нервной системы..
R
CH2OH
HO
H3C
N
Витамин В6 (пиридоксин)
Порядок выполнения:
Поместите в пробирку 5 капель водного раствора витамина В6 (5%
раствора), затем добавьте к нему 1 каплю водного раствора хлорного железа
FeCl3 и осторожно встряхните.
Наблюдения:
Какую окраску приобретает раствор?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому типу витаминов относится витамин В6?
2. Какая качественная реакция существует на витамин В6? С наличием
какого фрагмента структуры она связана?
3. Что происходит с витамином при нагревании?
4. В каких средах он устойчив?
5. Какова устойчивость данного витамина под действием света?
6. Какие способы приготовления пищи наиболее предпочтительны для
сохранения больших количеств витамина В6?
7. Каковы его потери при стерилизации продуктов?
Опыт № 3
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯВИТАМИНОМ С
Предварительные сведения
Витамин С содержится в лимонах, чае, черной смородине, болгарском
перце, шиповнике.
В чистом виде витамин С представляет собой бесцветные кристаллы
кислого вкуса, хорошо растворимые в воде и спирте и не растворимые в
органических растворителях. В кристаллическом виде витамин С
44
(аскорбиновая кислота) устойчив, но в водном растворе в присутствии
окислителей легко разрушается, образуя щавелевую кислоту.
В организме человека витамин С синтезироваться не может в отличие
от организмов животных и растений, поэтому он должен поступать только с
пищей.
Недостаток витамина С первоначально вызывает у человека быструю
утомляемость, головокружение, снижение сопротивляемости к инфекциям, а
в более серьезных случаях подкожные кровоизлияния, кровоточивость десен
(цинга).
Витамин С восстанавливает комплексную соль железа (III) К3[Fe(CN)6] в комплексную соль железа (II) - К4[Fe(CN)6]. Последняя
образует с хлорным железом (FeCl3) плохо растворимую в воде соль железа
(III) – берлинскую лазурь – осадок темно-синего цвета.
O
O
O2
HO
O
HO
H
O
+2 H+
HO
O
H
H
HO
CH2OH
O
H
CH2OH
1
2
Витамин С (аскорбиновая кислота)
Порядок выполнения:
Налейте в 2 пробирки по 2-3 капли 5% раствора К3[Fe(CN)6] и 1
каплю 1% раствора FeCl3, тщательно перемешайте.
Наблюдения:
Какова окраска образовавшегося раствора?
Порядок выполнения:
Затем в одну пробирку добавьте 10 капель раствора витамина С, а во
вторую – столько же дистиллированной воды (это пробирка сравнения).
Наблюдения:
Какой раствор изменил окраску? Какой краситель образовался?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому типу витаминов относится витамин С?
2. Какая качественная реакция существует на витамин С?
3. Как относится витамин С к окислению?
4. В каких средах витамин С более устойчив?
5. Способен ли витамин С синтезироваться в организме?
6. Что является главной причиной потерь витамина С при приготовлении
пищи и как уменьшить эти потери?
7. В каком случае потери данного витамина больше: при варке с открытой
или закрытой крышкой, при использовании новой или слегка сколотой
45
эмалированной посуды, при повторном разогреве или употреблении пищи
сразу после приготовления? Поясните свои выводы с химической точки
зрения.
Опыт № 4
ЙОДНАЯ ПРОБА НА ВИТАМИН С
Порядок выполнения:
Налейте в 2 пробирки по 10 капель дистиллированной воды и по 1-2
капли раствора I2 в KI. Затем в одну пробирку добавьте 10 капель раствора
витамина С, а во вторую – столько же дистиллированной воды (это пробирка
сравнения).
Наблюдения:
Как изменяется окраска растворов?
(Раствор йода в иодиде калия I2 + KI обесцвечивается при добавлении к
нему раствора витамина С за счет восстановления молекулярного йода
аскорбиновой кислотой и образования йодистоводородной кислоты HI).
Уравнение реакции:
Аскорбиновая кислота(1) + I2 → дегидроаскорбиновая кислота(2) + 2HI
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. В реакцию какого типа вступает аскорбиновая кислота с йодом?
2. Что окисляется, а что восстанавливается в результате данного процесса?
Проставьте степени окисления йода.
3. Является ли данная реакция качественной и как она называется?
Опыт № 5
КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА ВИТАМИН Р
(ЦИТРИН)
(витаминоподобное соединение)
OH
OH
O
HO
R
R1
OH
OH
Витамин Р (цитрин)
R и R1 – H или OH
Предварительные сведения
Витамин Р содержится в продуктах, богатых витамином С (лимоны,
чай, черная смородина).
При недостатке витамина Р наблюдается повышенная проницаемость
кровеносных сосудов и в серьезных случаях их ломка. Необходимо отметить,
что действие витамина Р проявляется только в присутствии витамина С.
46
Авитаминоз Р обычно сопровождает авитаминоз С. Так, цинга – это
полиавитаминоз витаминов С и Р, который сопровождается общей слабостью
и утомляемостью, кровоизлиянием в ткани, болями в конечностях, является
прежде всего выражением авитаминоза Р.
Порядок выполнения:
Налейте в пробирку 1 мл чайной заварки (в ней содержится витамин Р)
и добавьте к ней 5 капель водного раствора хлорного железа FeCl3.
Осторожно встряхните пробирку и разбавьте полученный раствор, добавив
2мл дистиллированной воды.
Наблюдения:
Как изменяется окраска раствора?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. К какому типу соединений относится витамин Р?
2. Какая качественная реакция существует на витамин Р? С наличием какого
фрагмента структуры она связана?
3. Как относится витамин Р к окислению?
4. Что такое явление синергизма? Поясните этот термин на примере витамина Р.
5. Является ли витамин Р антиоксидантом ? Каков принцип действия данных
соединений?
8. Какие способы приготовления пищи наиболее предпочтительны для
сохранения больших количеств витамина Р?
6. В каком случае потери данного витамина больше: при переработке или
хранении консервированных продуктов?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ТЕМА: ХИМИЯ ОЩУЩЕНИЙ
Цель работы: изучить группы соединений, отвечающих за вкус, запах
и цвет продуктов
Предварительные сведения
В основе всех ощущений лежат химические явления, поскольку
активность нейронов нашего мозга зависит от транспорта молекул и ионов из
одного центра в другой и от реакций, в которых они участвуют. В то же
время некоторые сигналы внешнего мира передаются при непосредственном
участии молекул, выполняющих функции посредников. Такая прямая связь
осуществляется, в частности, при вкусовых ощущениях и обонянии
(соответствующие сенсоры расположены в языке и в носу соответственно).
Ощущения вкуса и запаха могут служить примерами хеморецепции. В
полости рта человека хеморецепторы большей частью располагаются на
подвижном выросте мышечной ткани, называемом языком (язык взрослого
человека содержит приблизительно 9000 вкусовых сосочков, каждый их
которых состоит из 50-100 специализированных эпителиальных клеток,
47
соединенных с меньшим числом нервных окончаний). Вкусовые ощущения
отличаются от обоняния, сенсорами которого служат сами нервные
окончания.
Необходимым условием проявления данным веществом любого вкуса
является его растворимость в воде, поскольку вещество может проникнуть во
вкусовые сосочки только в растворенном виде. Вкус данного вещества
обусловливается определенным пространственны расположением атомов в
его молекуле.
Вкусовые качества пищевого продукта определяются откликом
организма на две характеристики этого продукта, связанные с его
химической природой – собственно вкус и запах. Органы обоняния всех
животных, даже человека, гораздо чувствительнее, чем вкусовые органы.
Поэтому запах является определяющей характеристикой вкусовых качеств
пищи.
Любое вещество обладает тем или иным запахом только в том случае,
если оно способно возбуждать обонятельные нервные окончания в носу.
Запах очень специфичен: в обонянии участвует около 50 млн.
рецепторов обонятельного эпителия, которые представляют собой оголенные
нервные окончания. Этим обоняние отличается от всех других чувств, в
которых в качестве буфера между внешним миром и нервной системой
используется тот или иной механизм преобразования сигнала.
Молекулы, обладающие запахом, называют осмофорами. Осмофор
должен быть летучим, обладать небольшой растворимостью в воде и
взаимодействовать с белковой молекулой, находящейся в обонятельных
нервных окончаниях, изменять ее форму и таким образом стимулировать
подачу сигнала от нервной клетки в головной мозг.
ХИМИЯ ВКУСА
Кислый вкус
Органические кислоты
Опыт № 1
КИСЛОТНЫЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Порядок выполнения:
В три пробирки поместите по 3 капли ледяной уксусной кислоты
CH3COOH, муравьиной кисоты HCOOH и лимонной кислоты. Из каждой
пробирки стеклянной палочкой перенесите каплю раствора на полоску
универсальной индикаторной бумаги. Приложите к шкале (она нанесена на
упаковке) и определите значение pH, характерное для каждой кислоты.
Наблюдения:
Какова окраска универсальной индикаторной бумаги? Какие значения
pH вы определили в каждом случае? Запишите значения.
48
Уравнение реакции:
O
H 3C C
OH
уксусная кислота
O
H 3C C
+
O
Н+
катион
водорода
ацетат-анион
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Какова сила карбоновых кислот?
2. От каких факторов зависит сила карбоновых кислот? Приведите примеры
сильных карбоновых кислот.
3. Какие карбоновые кислоты используют в качестве консервантов?
Дополнительные вопросы:
1. Какие природные карбоновые кислоты Вы знаете? В каких продуктах
питания они встречаются?
2. Какая кислота отвечает за запах прогорклого масла?
Горький вкус
Алкалоиды
H
C
HO
N
CH
H3C O
CH2
O
H3C
O
хинин
N
N
N
N
CH3
N
CH3
кофеин
N
N
CH3
никотин
Предварительные сведения.
Алкалоидами называют природные азотсодержащие соединения,
обладающие основными свойствами и ярко выраженным физиологическим
действием на организм человека. Многие из них вызывают привыкание
(зависимость). Большинство алкалоидов имеет сложное строение, как
правило, это - гетероциклические соединения: никотин, кофеин, кокаин,
морфин, кураре. Алкалоиды являются продуктами обмена веществ в
растениях, относящихся к семейству маковых, лютиковых, пасленовых и т.п.
Содержание алкалоидов невелико (0,001-2%), однако в некоторых растениях
их содержание достигает 10-18% (например, содержание хинина в хинном
дереве).
В растительных клетках алкалоиды находятся в виде солей
органических кислот. В настоящее время выделено более 2000 алкалоидов с
самым разнообразным строением. Классификация алкалоидов, как правило,
49
проводится по группе растений, из которых они выделены, или на основе
строения их углеродно-азотного скелета, например, пиридиновые,
пуриновые, хинолиновые, алкалоиды пептидного типа.
О функциях алкалоидов в клетке высказываются различные
предположения, которые сводятся к следующим: запасные вещества;
отбросы жизнедеятельности клетки; защитные вещества; активные и
необходимые в биосинтезах вещества.
Общие реакции на алкалоиды
Опыт № 2
РЕАКЦИИ С КОФЕИНОМ (ХИНИНОМ)
Порядок выполнения:
В пробирку помещают 1 каплю 1% раствора кофеина (или хинина),
добавляют 5 капель воды и перемешивают. На предметное стекло наносят 2
капли полученного раствора на некотором расстоянии друг от друга.
К первой капле добавляют на некотором расстоянии сбоку 1 каплю
раствора I2 в KI. Ко второй капле аналогичным образом добавляют 1 каплю
0,5% раствора танина. Осторожно палочкой совместите каплю раствора
кофеина с каплей каждого из реактивов.
Наблюдения:
Что наблюдается на месте соприкосновения капель? Какой цвет и
агрегатное состояние имеет образующееся вещество?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Что такое хинин и кофеин? Для каких целей их используют?
2. Какие гетероциклы составляет основу молекул хинина и кофеина?
3. Какой вкус имеет хинин? С какой целью таблетки хинина покрывают
оболочкой?
4. Лекарственным средством против какого заболевания является хинин?
Частные реакции на некоторые алкалоиды
Опыт № 3
РЕАКЦИИ ХИНИНА С БРОМНОЙ ВОДОЙ
Порядок выполнения:
В пробирку помещают 1 каплю 1% раствора солянокислого хинина,
добавляют 5 капель воды и 2 капли бромной воды (желтого цвета!), затем 1
каплю аммиака.
Наблюдения:
Какую окраску приобрел раствор?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
Можно ли считать данную реакцию качественной на хинин?
50
Опыт № 4
ПОЛУЧЕНИЕ КОФЕИНА И КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА КОФЕИН
Часть 1. ПОЛУЧЕНИЕ КОФЕИНА
(обнаружение кофеина в листьях чая)
Порядок выполнения:
В фарфоровую чашку помещают 0,5 – 1 г сухой чайной заварки,
накрывают воронкой с заткнутым ватой отверстием и нагревают на
асбестовой сетке в течение 10 минут. На внутренней поверхности воронки
начинают конденсироваться сначала капельки воды, а затем – тонкие
кристаллы кофеина. По окончании возгонки нагревание прекращают. Чашку
охлаждают на воздухе и счищают кристаллики кофеина с поверхности
воронки.
Наблюдения:
Как выглядит чистый алкалоид кофеин?
Часть 2. КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА КОФЕИН
Порядок выполнения:
Полученные кристаллы растворяют в 1 мл воды. Каплю полученного
раствора наносят на предметное стекло, добавляют 1 каплю 30% водного
раствора перекиси водорода H2O2 и 1 каплю 10% соляной кислоты HCl.
Смесь осторожно выпаривают. Затем стекло охлаждают и наносят на него 1
каплю концентрированного раствора аммиака NH3. Затем стекло вновь
нагревают до полного испарения воды.
Наблюдения:
Какую окраску приобретает пятно?
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Можно ли считать данную реакцию качественной на кофеин?
2. Где больше кофеина: в кофе или чае?
3. Какие гетероциклы составляет основу молекулы кофеина? Как называют
ансамбль этих двух циклов?
4. Какое действие на организм человека оказывает кофеин? Является ли
это свойство общим для алкалоидов группы 2,6-диоксипурина (ксантинов)?
51
ХИМИЯ ЗАПАХА
Опыт № 5
ПОЛУЧЕНИЕ АЛЬДЕГИДОВ ОКИСЛЕНИЕМ ПЕРВИЧНЫХ СПИРТОВ
(уксусный альдегид - запах прелых яблок)
Порядок выполнения:
Поместите в пробирку 3 капли 2н раствора серной кислоты H2SO4 и 3
капли раствора двухромовокислого калия K2Cr2O7, перемешайте. Добавьте в
пробирку 4 капли этилового спирта C2H5OH, встряхните и нагрейте на
кипящей водяной бане до изменения окраски.
Наблюдения:
Какой цвет имеет реакционная масса до нагревания?
Как меняется окраска раствора после нагревания? Какой запах Вы
ощущаете?
Уравнение реакции:
O
K2Cr2O7
CH3-CH2-OH
H2SO4
этиловый спирт
(этанол)
H 3C C
H
уксусный альдегид
(этаналь)
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
1. Соединения какого класса образуются при окислении первичных спиртов,
в частности, этанола?
2. Какая функциональная группа в них присутствует?
3. Запах каких плодов напоминает образовавшееся вещество?
4. Соединения какого класса образуются при окислении вторичных спиртов,
например, пропанола-2? Обладают ли они приятным запахом?
Дополнительные вопросы:
1. Соединения какого класса отвечают за запах горького миндаля, ванили?
2. Соединение какого класса обладает запахом топленого (сливочного)
масла?
3. К каким классам соединений относятся ментол, камфора? Какие оттенки
вкуса они придают продуктам?
52
Опыт № 6
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЬДЕГИДОВ С БИСУЛЬФИТОМ НАТРИЯ
(бензальдегид - запах горького миндаля,
ванилин- запах ванили,
цитраль – запах лимона)
Порядок выполнения:
Нанесите на предметное стекло 3 капли раствора гидросульфита
натрия NaHSO3 , затем к ней добавьте 2 капли бензальдегида и оставьте до
конца занятия. Ванилин и цитраль нанесите на предметное стекло и
определите их запах.
Наблюдения:
Что наблюдаете на границе пятна через 5, 15, 30 минут?
Запах каких продуктов, растений Вам напоминают бензальдегид,
ванилин и цитраль?
Уравнение реакции:
H
C
OH
H C SO3Na
O
+
бензальдегид
1.
2.
3.
4.
NaHSO3
гидросульфит
натрия
гидросульфитное
производное
бензальдегида
Выводы: (содержат ответы на следующие вопросы)
Вопросы:
Какая функциональная группа присутствует в составе бензальдегида,
ванилина и цитраля?
Каким запахом обладают использованные в данном опыте альдегиды?
Для каких практических целей может быть использована данная реакция?
Каково практическое применение изученных Вами альдегидов?
Опыт № 7
ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОАМИЛОВОГО ЭФИРА УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
(изоамилацетат - запах груши)
Порядок выполнения:
В сухую пробирку внесите 15 капель ледяной (100%) уксусной кислоты и 15
капель изоамилового (изопентилового) спирта. Затем туда же добавьте 8
53
капель концентрированной серной кислоты H2SO4, перемешайте.
Реакционную массу нагревайте на водяной бане 7-10 минут, осторожно
встряхивая пробирку, не доставая из водяной бани. Затем охладите смесь под
струей холодной воды и добавьте в нее воду приблизительно на 4/5
пробирки.
Наблюдения:
Всплывает ли на поверхность маслянистая жидкость? Какой запах Вы
ощущаете?
Уравнение реакции:
O
H 3C C
+
OH
уксуснаякислота
1.
2.
3.
4.
1.
2.
CH3
OH-CH2 CH2 CH
CH3
H2SO4
to
изоамиловый спирт
O
H 3C C
CH3 +
O CH2 CH2CH
CH3
изоамилацетат
H2 O
Выводы: (содержат ответы на нижеследующие вопросы)
Соединения какого класса образуются при взаимодействии карбоновых
кислот со спиртами?
Какая функциональная группа в них присутствует?
Запах каких плодов напоминает образовавшееся вещество?
Как называется данная реакция? Что служит катализатором? Какие она
имеет особенности?
Дополнительные вопросы:
Соединения какого класса часто обладают фруктовым ароматом?
Остаток какого спирта часто присутствует в соединениях данного класса?
Опыт № 8
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ α-ПИНЕНА С БРОМНОЙ ВОДОЙ
(α-пинен - запах хвойной смолы)
Предварительные сведения
В эфирных маслах растений встречаются органические соединения,
называемые терпенами, которые вносят большой вклад в формирование их
запаха.
С точки зрения химического строения, к терпенам относятся
преимущественно ненасыщенные углеводороды состава (С5Н8)n, где n ≥ 2.
Терпены обычно рассматривают как продукты полимеризации изопрена.
мономер натурального каучука). В зависимости от числа изопреновых
звеньев n терпены подразделяются на несколько рядов: монотерпены, или
собственно терпены (С10Н16) , дитерпены или смоляные кислоты (С20Н32);
тритерпены - С30Н48 (к ним относят некоторые гормоны) и политерпены
(натуральный каучук). Каждый ряд, в свою очередь, подразделяется на
алифатические, моноциклические и бициклические терпены.
54
В структуре терпенов может быть от одной до трех двойных связей, что
позволяет им проявлять химические свойства, характерные для
непредельных углеводородов. К таким реакциям относят присоединение
галогенов и окисление. При окислении терпенов кислородом воздуха
образуется озон, который вместе с самими терпенами в составе хвойных
пород дает ощущение приятного и освежающего дыхания в сосновом лесу.
α-Пинен – жидкость с Ткип. 1560С, являющаяся главным компонентом
скипидара (смесь терпенов). По строению он относится к группе
бициклических ненасыщенных терпенов, т.е. в его состав входят два цикла:
четырех- и шестичленный и имеется двойная связь.
Порядок выполнения:
В пробирку вносят 5-6 капель скипидара и добавляют при
встряхивании несколько капель бромной воды Br2 + H2O.
Наблюдения:
Как изменяется окраска раствора во времени? раствора.
Уравнение реакци:
H3C
H3C
CH3
CH3
+
Br-Br
CH3
CH3
Br
Br
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
4.
Выводы: (содержат ответы на нижеследующие вопросы)
Соединения какого класса составляют основу эфирных масел?
Фрагмент какого углеводорода присутствует в большинстве этих
веществ?
Какие особенности строения имеют? Какие функциональные группы
содержат?
Какой фрагмент молекулы дает качественную реакцию с бромной водой?
Дополнительные вопросы:
Что определяет запах эфирного масла герани, хмеля?
Почему в сосновом лесу легче дышится?
К какому классу терпенов относятся ментол и карвон? Какие ощущения
они вызывают?
Что такое камфора? Для каких целей она используется?
55
ХИМИЯ ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ТЕСТ
(обведите кружком номер правильного ответа)
1. Сложные эфиры, состоящие из остатков высших жирных кислот и
глицерина или высших жирных кислот и полициклических спиртов,
составляют группу:
а) сложных липидов; б) простых липидов; в) фосфатидов; г) диольных
липидов
2. Энергия образуется из пищи в результате:
а) тепловой обработки продуктов питания; б) введения различных пищевых
добавок; в) процесса фотосинтеза.
3. К общим химическим свойствам жиров и углеводов относятся:
а) карамелизация; б) денатурация; в) окисление и гидролиз.
4. Температура, при которой каталитическая активность фермента
животного происхождения максимальна, находится в интервале:
а) 90-1000С; б) 37-500С; в) 20-1200С
5. Ферменты – это природные:
а) катализаторы углеводной природы; б) катализаторы белковой природы;
в) катализаторы неорганической природы; г) катализаторы липидной
природы
6. В состав сахарозы входят:
а) две молекулы глюкозы; б) две молекулы фруктозы; в) глюкоза и фруктоза;
г) галактоза и глюкоза
7. Главными липидами мембран являются:
а) стероиды; б) триглицериды; в) гликолипиды; г)фосфолипиды; д) воски
8. Белки – биополимеры, мономерное звено которых представлено
остатками:
а) карбоновых кислот; б) аминов; в) β-аминокислот; г) α-аминокислот;
д) сложных эфиров
9. К основным аминокислотам относится:
а) аланин; б) лизин; в) тирозин; г) глутамин; д) триптофан
10. К кислым аминокислотам относится:
а) лейцин; б) цистеин; в) аспарагиновая кислота; г) треонин; д) валин
11. С химической точки зрения при денатурации белков происходит:
а) изменение химического состава белка; б) разрушение вторичной,
третичной, четвертичной структуры; в) образование свободных аминокислот.
12. Близкие по химической структуре соединения, обладающие одинаковыми
биологическими свойствами, являются :
а) витаминами; б) изомерами; в) гомологами; г) витамерами.
13. Витамин В12 содержит в своем составе катион:
а) калия; б) кобальта; в) натрия; г) магния; д) цинка
14. Группа органических соединений, обладающих свойством подавлять
биологическую активность витаминов, называется:
56
а)
витаминоподобными
соединениями;
б)
антивитаминами;
в)
провитаминами; г) витамерами; д) ферментами
15. К гетерополисахаридам, построенным из остатков различных
моносахаридов, относятся:
а) крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества; б) амилоза, амилопектин,
клетчатка; в) инулин, растительные камеди, агар-агар.
16. Усиление биологической активности одних химических соединений в
присутствии других происходит при взаимодействии: а) витамина С в
присутствии витамина Р; б) витамина Е в присутствии витамина С; в)
витамина А в присутсвии витамина В1; г) пиридоксина В6 в присутствии
рибофлавина В2 . Это явление называется _________________________
ДОПОЛНИТЕ
17. Эфирные масла, образующиеся в растениях, состоят из различных
органических веществ, таких
как_______________________________________________________________
18. К важнейшим физико-химическим свойствам молекул, обладающих
вкусом,
относятся:________________________________
__________________,
__________________________________________________________________
19. Алкалоиды (никотин, хинин, кофеин, кокаин, морфин и т.д.) – это
____содержащие органические соединения, обладающие ярко выраженным
________________________________ на организм человека.
20. Анаэробное (бескислородное) дыхание – является в сущности
ферментативным брожением, в результате которого образуются побочные
вещества ___________________, влияющие на вкус и аромат пищевых
продуктов.
21. Важнейшим свойством дисахаридов и полисахаридов является процесс
кислотного ______________, конечными продуктом которого для многих
углеводов является _________________________________________________
22. К важнейшим превращения углеводов в технологических процессах
относятся: _________________________________________________________
_________________________________________________________________
23. К основным источникам балластных веществ относятся таки продукты
питания как: _______________________________________________________
24. Основными компонентами пищи являются следующие природные
соединения:
_________________________________________________________
25. Белковая жизнь на земле (по оптическим свойствам входящих в белок
молекул) только_____________, т.к. в состав животных белков входят только
______________________.
26. Аминокислоты, которые могут быть синтезированы в клетках самого
организма, называются _________________, а те, которые поступают только
с пищей, называются ______________________________________________
57
27. Каждый белок имеет свой неповторимый _______________ состав и
уникальный порядок соединения молекул ______________ друг с другом,
который называется __________________структурой белка.
28. К важнейшим свойствам белков относятся__________________________
__________________________________________________________________
29. Ферментами или (_________) называют сложные биологические
соединения ________ природы, изменяющие ______________ химической
реакции.
30. Ферменты обладают высокой _______________ по отношению к тем
соединениям, превращения которых они _____________________________
31. Ферменты широко используются для превращения исходного сырья в
готовые продукты в таких отраслях пищевой промышленности как:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
32.
Действие
ферментов
высоко
эффективно
только
при_______________________________________________________________
33. Основную массу липидов составляют ацилглицирины (глицериды) –
сложные эфиры, образованные из _______________ и ______________
33. Свойства и разнообразие природных жиров определяются составом
___________________, участвующих в построении их молекул.
34. Важнейшие физические свойства жиров такие как: высокая
температура____________________, низкая температура ____________,
высокая вязкость, нелетучесть и т.д. позволяют использовать жиры для
жарки пищи.
35. Липидам сопутствуют следующие физиологически активные вещества:
__________________________________________________________________
36.
К
жирорастворимым
природным
пигментам
относятся:
__________________________________________________________________
37. Помимо красящих свойств отдельные каратиноиды обладают
провитаминными свойствами, так как, распадаясь в живом организме,
превращаются в _______________________
38. Для глицеридов, составляющих основную массу масел и жиров,
характерны
следующие
превращения:
_____________________________________________________________
39. В питании имеет значение не только количественный, но и _________
состав липидов, особенно содержание _________________жирных кислот,
таких как: ________________, _______________________, ________________
Эти функции выполняют только ________- изомеры _________________
кислот.
58