Glukoza

Wybrane właściwości fizykochemiczne glukozy

Aby dowiedzieć się, jakie właściwości fizykochemiczne ma glukoza, wykonaj doświadczenia nr $1$ i $2$.

Glukoza jest krystalicznym, białym ciałem stałym o słodkim smaku (jednak nie jest tak słodka jak cukier buraczany (sacharoza)). Nie ma zapachu (jest to substancja bezwonna). Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie, ale jest praktycznie nierozpuszczalna w etanolu, benzynie i innych rozpuszczalnikach organicznych.

Rdo1nUU31HlDy

Grafika przedstawia szkiełko zegarkowe znajdujące się na stole laboratoryjnym. Na szkiełku umieszczona jest niewielka sterta białego proszku.

W kontakcie z wodnym roztworem glukozy uniwersalny papierek wskaźnikowy nie zmienia swojego zabarwienia – pozostaje żółty. Oznacza to, że wodny roztwór glukozy ma odczyn obojętny. Możemy zatem wnioskować, że pomimo obecności w cząsteczce glukozy grup $—\text{OH}$, nie ma ona właściwości podobnych do wodorotlenków i nie ulega w wodzie procesowi dysocjacji elektrolitycznej.

Na podstawie obserwacji poczynionych w czasie wykonywania doświadczenia nr $2$ można wnioskować, że glukoza reaguje ze świeżo strąconym wodorotlenkiem miedzi($\text{II}$) w podwyższonej temperaturze.

W pierwszym etapie doświadczenia, po zmieszaniu wodnych roztworów wodorotlenku sodu i siarczanu($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$), obserwujemy wytrącanie się niebieskiego, galaretowatego osadu. Osad ten to praktycznie nierozpuszczalny w wodzie wodorotlenek miedzi($\text{II}$). Równanie zachodzącej na tym etapie reakcji ma postać:

Po wprowadzeniu do uzyskanej mieszaniny wodnego roztworu glukozy i po ogrzaniu zawartości probówki obserwujemy wytrącanie się ceglastoczerwonego osadu. Osad ten to tlenek miedzi($\text{I}$).

Uproszczone równanie opisanej reakcji chemicznej (z wykorzystaniem sumarycznych wzorów substancji) ma postać:

Przeprowadzone doświadczenie - reakcja glukozy ze świeżo strąconym wodorotlenkiem miedzi($\text{II}$) w podwyższonej temperaturze to tzw. próba Trommera.

Próba ta wykorzystywana jest w laboratoriach do wykrywania związków chemicznych o pewnych specyficznych właściwościach, nazywanych właściwościami redukującymi. Pozytywny jej wynik (a więc stwierdzenie w badanej próbce obecności związku chemicznego o właściwościach redukujących) to wytrącenie się ceglastoczerwonego osadu. Możemy zatem wnioskować, że glukoza ma właściwości redukujące. Co to dokładnie oznacza i na czym polegają właściwości redukujące substancji dowiesz się, jeśli zechcesz kontynuować naukę chemii na dalszych etapach edukacji.

Na tym etapie edukacji, próbę Trommera możemy wykorzystać w innym celu – do wykrywania glukozy w produktach spożywczych.

Dla zainteresowanych

Po wprowadzeniu wodnego roztworu glukozy (lub czystej glukozy) do mieszaniny, zawierającej świeżo strącony wodorotlenek miedzi($\text{II}$), obserwujemy całkowite lub częściowe roztwarzanie się osadu i pojawienie się roztworu o barwie szafirowej.

R10lEn49Ml8jT

Grafika składa się z dwóch fotografii. Na jednej z nich znajduje się probówka zawierająca niebieski galaretowaty osad. Na drugiej znajduje się klarowny szafirowoniebieski roztwór. Pod pierwszą probówką znajduje się napis: „wodorotlenek miedzi(dwa)", pod drugą znajduje się napis: „związek koordynacyjny glukozy i wodorotlenku miedzi(dwa)". Pomiędzy dwoma zdjęciami znajduje się strzałka biegnąca od strony lewej do prawej, a nad nią napis: „wodny roztwór glukozy, temperatura pokojowa".

Jest to spowodowane powstawaniem dobrze rozpuszczalnego w wodzie związku chemicznego glukozy z wodorotlenkiem miedzi($\text{II}$). Związek ten ma szafirowe zabarwienie.

Podobne obserwacje odnotowalibyśmy, używając w doświadczeniu odpowiedniego alkoholu polihydroksylowego (np. gliceryny), zamiast glukozy.

Próba ta pozwala bowiem na wykrycie tych związków chemicznych, w których cząsteczkach, przy sąsiednich atomach węgla, znajdują się przynajmniej dwie grupy hydroksylowe ($—\text{OH}$).

Wykrywanie glukozy w produktach spożywczych.

Wyżej wspomnieliśmy już, że głównym źródłem glukozy w przyrodzie są rośliny. Być może słyszałaś/słyszałeś gdzieś informację, że duże ilości glukozy znajdują się w owocach. Zastanów się, w jaki sposób sprawdzić, czy wybrane przez Ciebie owoce (np. winogrona, truskawki, jabłka itp.) faktycznie zawierają glukozę. Wykonaj polecenie nr $6$.

Zastosowanie glukozy

Glukoza jest stosowana w różnych gałęziach przemysłu – od przemysłu spożywczego po włókienniczy. Wybrane zastosowania glukozy poznasz, przeglądając zdjęcia i informacje zawarte w poniższej galerii zdjęć.

Fruktoza

Budowa cząsteczki fruktozy

Cząsteczka fruktozy zbudowana jest z sześciu atomów węgla, dwunastu atomów wodoru oraz sześciu atomów tlenu. Czy taki skład coś Ci przypomina? Jeśli zapiszemy wzór sumaryczny cząsteczki fruktozy:

${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$

to okaże się, że jest on identyczny jak wzór sumaryczny cząsteczki glukozy. Czy są to zatem takie same związki chemiczne? W odpowiedzi na to pytanie pomoże Ci poniższa grafika, na której przedstawiono wzory chemiczne, opisujące budowę cząsteczki fruktozy oraz model tej cząsteczki.

Rc74mB1IvouBT

Grafika przedstawia tabelę, w której znajdują się różne wzory fruktozy: sumaryczny, tak zwany wzór taflowy oraz model $3\text{D}$ cząsteczki. Wzór sumaryczny fruktozy to ${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$. Wzór taflowy przedstawia cztery węgla i jeden atom tlenu jako naroża płaskiego pięciokąta foremnego, pod kątem prostym do płaszczyzny w górę i w dół ułożone są podstawniki $\text{H}$ i $\text{OH}$. W przypadku dwóch atomów węgla pierścienia podstawnikiem jest grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Uznając atom węgla położony po prawej stronie od atomu tlenu za pierwszy, grupa $\text{OH}$ skierowana jest do dołu, a grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$ do góry. Przy drugim atomie węgla grupa $\text{OH}$ skierowana jest do góry, a atom $\text{H}$ do dołu. Przy trzecim atomie węgla grupa $\text{OH}$ skierowana jest do dołu, a atom $\text{H}$ do góry. Przy czwartym atomie węgla grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$ skierowana jest do dołu, a atom $\text{H}$ do góry. Przy piątym atomie węgla grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$ skierowana jest do góry, a atom $\text{H}$ do dołu. Na modelu $3\text{D}$ kolorem czarnym oznaczono atomy węgla, kolorem czerwonym atomy tlenu, a białym atomy wodoru. Model cząsteczki nie przypomina kształtem wzoru taflowego. Struktura jest powyginana, tworzący się pierścień nie jest płaski.

Analizując modele cząsteczek glukozy i fruktozy, można stwierdzić, że nie są to te same związki chemiczne. Pomimo takiego samego wzoru sumarycznego, mają różne struktury – atomy poszczególnych pierwiastków chemicznych są inaczej połączone w cząsteczkach obydwu omawianych cukrów prostych.

Związki chemiczne, które posiadają taki sam wzór sumaryczny, ale różnią się między innymi sposobem i kolejnością ułożenia wiązań, to tzw. izomery. Glukoza i fruktoza są zatem izomerami.

Zwróć uwagę, że również fruktozę zaliczamy do grupy heksoz – w skład jej cząsteczki wchodzi bowiem sześć atomów węgla.

Dla zainteresowanych

Pierścienie w cząsteczkach fruktozy mogą zostać otwarte, podobnie jak to miało miejsce w przypadku glukozy.

R4rCYaFA3DQQu

Grafika przedstawia łańcuchowy model cząsteczki fruktozy. Główny łańcuch składający się czterech atomów węgla ułożony jest pionowo, a wszystkie atomy węgla połączone są wiązaniami pojedynczymi. Od pierwszego od góry atomu w łańcuchu odchodzą następujące wiązania: pojedyncze do góry prowadzące do grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$ oraz wiązanie podwójne w prawo prowadzące do atomu $\text{O}$. Od drugiego atomu węgla w łańcuchu odchodzą dwa wiązania: w prawo do atomu $\text{H}$ i w lewo do grupy $\text{OH}$. Od trzeciego atomu węgla odchodzą dwa wiązania: w prawo do grupy $\text{OH}$ i w lewo do atomu $\text{H}$. Od czwartego atomu węgla odchodzą trzy wiązania: w prawo do grupy $\text{OH}$, w lewo do atomu $\text{H}$ oraz w dół do grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Grupa składająca się z atomu węgla połączonego wiązaniem podwójnym z atomem tlenu zaznaczona została pomarańczowym prostokątem, a wszystkie grupy $\text{OH}$ zostały zaznaczone zielonymi prostokątami. Po prawej stronie struktury znajduje się legenda: kolorem pomarańczowym napisano „grupa ketonowa”, a kolorem zielonym „grupy hydroksylowe”.

Również w tym przypadku proces otwierania i zamykania się łańcucha w cząsteczce fruktozy może przebiegać wiele razy.

Występowanie fruktozy w przyrodzie

Słowo “fruktoza” pochodzi z języka łacińskiego, gdzie fructus to owoc. Głównym źródłem fruktozy w przyrodzie są właśnie owoce. Duże ilości tego cukru zawarte są również w nektarze kwiatów oraz w miodzie.

Wybrane właściwości fizykochemiczne fruktozy

Fruktoza jest krystalicznym, białym ciałem stałym o słodkim smaku (jest słodsza niż glukoza i cukier buraczany (sacharoza)). Podobnie jak glukoza, jest substancją bezwonną.

RYXCOc9qSbluu

Zdjęcie przedstawia górkę na czarnym blacie, usypaną z białych, delikatnie transparentnych kryształków.

Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie, ale jest praktycznie nierozpuszczalna w etanolu, benzynie i innych rozpuszczalnikach organicznych. Wodny roztwór fruktozy ma odczyn obojętny.

Zastosowanie fruktozy

Wybrane zastosowania fruktozy poznasz, przeglądając zdjęcia i informacje zawarte w poniższej galerii zdjęć.

Porównanie wybranych właściwości fizykochemicznych glukozy i fruktozy

Jeśli przeanalizujesz prawidłowe odpowiedzi z polecenia nr $8$, to okaże się, że rozróżnienie glukozy i fruktozy, w oparciu o analizowane właściwości, może być niemożliwe. Gdybyśmy dysponowali próbkami czystych cukrów: glukozy spożywczej i fruktozy spożywczej, to wówczas moglibyśmy rozróżnić je na podstawie intensywności smaku. Fruktoza jest bowiem dużo słodsza od glukozy. Jednak identyfikując substancje w laboratorium chemicznym, nie wolno ich próbować.

Czy glukoza i fruktoza różnią się jakimiś właściwościami?

Ustaliliśmy już, że glukoza i fruktoza, pomimo takiego samego wzoru sumarycznego, są zupełnie innymi związkami chemicznymi. zatem powinny różnić się przynajmniej kilkoma właściwościami. Właściwości te zamieszczono w poniższej tabeli.

Zwróć uwagę, że za pomocą przeprowadzonych doświadczeń ustaliliśmy, że obydwa cukry są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Jednak sama rozpuszczalność tych cukrów w wodzie jest różna. Fruktoza jest cukrem najlepiej rozpuszczalnym w wodzie.

Czy właściwości sacharozy są podobne do właściwości glukozy?

Właściwości skrobi i celulozy

Mąka ziemniaczana to skrobia pozyskana z ziemniaków. Wata celulozowa to czysta celuloza.

RVkcTanciqlxO

Na zdjęciu po lewej stronie widoczna jest wata. Po prawej stronie znajdują się dwa ziemniaki. Na górze zdjęcia znajduje się opakowanie skrobi ziemniaczanej, a przed nią kopczyk usypany z białego, drobnego proszku jakim jest skrobia ziemniaczana.

Substancje te wykorzystamy do zbadania właściwości wielocukrów.

Podsumowanie

• Zarówno glukoza, jak i fruktoza, to białe, krystaliczne substancje stałe, które dobrze rozpuszczają się w wodzie. Wodne roztwory tych cukrów mają odczyn obojętny.

• Glukoza i fruktoza są produktami procesu fotosyntezy.

• Sacharoza jest substancją białą, krystaliczną, o słodkim smaku. Dobrze rozpuszcza się w wodzie.

• Sacharoza nie ma właściwości redukujących, nie daje pozytywnego wyniku próby Trommera.

• Skrobia i celuloza są białymi substancjami stałymi. Skrobia słabo rozpuszcza się w zimnej wodzie, a w gorącej tworzy kleik skrobiowy. Celuloza nie rozpuszcza się w wodzie, jest za to łatwopalna.

Słownik