«Химик не такой должен быть,
который дальше дыму и пеплу ничего не видит,
а такой, который на основании опытных данных
может делать теоретические выводы.»
М.В. Ломоносов
Тип урока: изучение нового материала (комбинированный урок).
Цели:
- Дать классификацию углеводам.
- Рассмотреть и усвоить физические и химические свойства глюкозы.
- Изучить строение молекулы глюкозы, рассмотреть изомерию глюкозы.
- Знать нахождение глюкозы в природе, в организме человека, ее биологическое значение и области применения.
Задачи урока
- Образовательные:
- формировать представления о группе органических веществ, обладающих двойственными свойствами;
- изучить строение глюкозы;
- выделить основные и особые свойства глюкозы.
- Развивающие:
- развитие навыка экспериментальной работы, умения сравнивать, обобщать, делать самостоятельные выводы;
- выявление незаменимой роли глюкозы в жизни человека, животных, в том числе и многих микроорганизмов,
- Воспитательные:
- формирование у учащихся научно-материального мировоззрения, подтвердить единство природы, выражающегося во взаимных превращениях неорганических и органических веществ (фотосинтез);
- расширить и углубить кругозор об углеводах,
- воспитание познавательной активности, чувства ответственности, уважения друг к другу, взаимопонимания, взаимоподдержки, уверенности в себе;
- воспитание культуры общения.
Методы и приемы: беседа, рассказ, самостоятельная работа с учебником, создание проблемных ситуаций, презентации учащихся.
Межпредметная связь: с биологией.
Оборудование:
- ТСО – компьютер, материал на электронных носителях;
- Таблицы;
- Раздаточный материал;
- Реактивы: соки – виноградный, яблочный, грушевый, морковный; мёд, глюкоза, глицерин, NaOH, CuSO4. лабораторное оборудование и химические реактивы для опытов.
Ход урока
I. Мотивация
Приветствие, проверка готовности учащихся и кабинета к уроку, заполнение классного журнала, обоснование темы и цели урока.
Ставится перед классом проблемный вопрос: Что же значат углеводы для жизни?
II. Основная часть
1. Вступительное слово учителя (Слайды 1, 2).
В состав веществ, образующих клетки всех живых организмов обнаружено более 70 химических элементов. Их делят на две группы: макро- и микроэлементы.
Макроэлементы содержатся в клетках в больших количествах – это углерод, водород, азот – 98%. Магний, калий, кальций, натрий, фосфор. Сера – 1,9%
Микроэлементы содержатся в клетках в небольших количествах – железо, бор, кобальт. Фтор, медь, марганец – 0,1%.
Относительный состав клеток живых организмов обобщённо можно представить так: вода – 70–78%, минеральные соли – 1%, белки – 10–20%, нуклеиновые кислоты – 1–6%, жиры – 1–5%, углеводы – 1-2%.
Углеводы... А это те самые сладости, которые вы так любите, (фрукты, торты, конфеты, варенье, шоколад и т.д., особенно много углеводов содержит виноград). Углеводы жизненно важные вещества, которые необходимы каждому организму. Эти вещества расходуются, и человек должен постоянно пополнять их запасы. Понятно, что вещества, входящие в состав тканей организма, не похожие на те, которые он употребляет в пищу. Организм человека перерабатывает пищевые продукты и в процессе своей жизнедеятельности постоянно расходует энергию, которая, как мы знаем, выделяется при окислении в тканях организма, углеводы входят в состав нуклеиновых кислот, осуществляющих биосинтез белка и передачу наследственных признаков.
Животные и человек не синтезируют углеводы. В зеленых растениях при участии хлорофилла и солнечного света осуществляется ряд процессов преобразования поглощенной из воздуха углекислого газа и впитанной из почвы воды. Конечным продуктом этих процесса – фотосинтеза, является сложная молекула углевода. Зелёным листом ежегодно производятся миллиарды тонн углеводов. Это во много раз больше, чем каких-либо других химических соединений на Земле. Мы знаем, что живые организмы могут жить, лишь потребляя в виде пищи ту энергию, которую растения получили от Солнца и заключили в органические соединения.
Углеводы – важный источник энергии для организма, участвуют в обмене веществ. Основными источниками углеводов являются растительные продукты.
Ставится перед классом проблемный вопрос: Что же значат углеводы для жизни?
2. Историческая справка об углеводах (Слайды 3–5, ученик 1).
3. Классификация углеводов (Слайды 6-7).
Обратимся к схеме 1. «Классификация углеводов». (Слайды 7, 25, 26, 27) В зависимости от числа остатков моносахаридов в молекуле делятся на моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды (простые углеводы) – углеводы, которые не гидролизуются.В зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Для человека наиболее важны глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза.
Дисахариды – углеводы, которые гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов. Наиболее важны для человека сахароза, мальтоза и лактоза.
Полисахариды – высокомолекулярные соединения – углеводы, которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов. Они делятся на перевариваемые и неперевариваемые в желудочно-кишечном тракте. К перевариваемым относят крахмал и гликоген, из вторых для человека важны клетчатка, гемицеллюлоза и пектиновые вещества.
Углеводы часто называют сахаристыми веществами или сахарами. Они могут быть безвкусными, сладкими и горькими. Если сладость раствора сахарозы принимать за 100 %, то сладость фруктозы – 173 %, глюкозы – 81 %, мальтозы и галактозы – 32 %, лактозы – 16 %.
Вопрос: Глядя на формулу углеводов ответьте – одинаково ли соотношение Н2 и О2 в углеводах и воде? Сn(Н2О)m и H2O.
Ответ: 2 : 1. Углеводы – органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород входят в соотношении (2 : 1) как в воде, отсюда и название.
На основе этой аналогии русский химик К. Шмидт в 1844 г. предложил термин углевода (углерод и вода), а общая формула углеводов Сn(Н2О)m
Вопрос: Итак, важнейшим представителем моносахаридов является глюкоза. При изучении, каких тем мы встречались с вами с этим веществом в курсе химии? Биологии?
Ответ: Химия – альдегиды, спирты; биология – фотосинтез, строение клетки.
4. Получения глюкозы (Слайды 8, 9, 28).
Вспомните, какими способами можно получить глюкозу. Что называется фотосинтезом?
а) Реакция фотосинтеза (Приложение 6)
6СО2 + 6H2O → С6Н12 О2 + 6О2 + Q
б) Реакция полимеризации
в) Гидролиз крахмала (уравнение записывает учитель)
(С6Н10О5)n + nH2O → nС6Н12О6
5. Физические свойства глюкозы (Слайд 10, опыт – проводят сами учащиеся).
Вопрос: Охарактеризуйте физические свойства глюкозы.
Физические свойства: бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде, сладкое на вкус, температура плавления 146ºС.
6. Лабораторная работа – учащиеся выполняют по группам, в каждой группе консультант. (Слайды 11 (ПТБ), 12 (Инструктивная карточка)). (Приложение 5)
Звучит классическая музыка. (Приложение 4)
Обратим внимание на таблицы № 1, 2 (Приложение 3). Обратите внимание, какие вещества содержат и богаты углеводами?
Ответ и вывод ученика: Углеводы – обширный класс природных соединений.
7. Нахождение глюкозы в прорде (Слайд 13).
8. Строение молекулы глюкозы. Изомерия. (Слайды 16–19)
Учитель: Сделаем предположение, что в молекуле 1 альдегидная группа, то гидроксильных групп соответственно будет 5. О наличии 5-ти гидроксильных групп подтверждает сложный эфир глюкозы, содержащий, 5 остатков уксусной кислоты и экспериментально доказывает, что все атомы углерода связаны между собой в прямую цепь. Запишем формулу, выражающую глюкозы:
Вывод: таким образом, глюкоза – альдегидоспирт, точнее – многоатомный альдегидоспирт.
Установлено, что в растворе глюкозы находится не только её альдегидная форма; но и молекулы циклического строения.
Установлено, что у третьего атома углерода группа – ОН расположена иначе, чем у других атомов углерода распространённое строение глюкозы выглядит так:
Превращение молекулы линейного строения в молекулу циклического строения объяснимо, если вспомнить что атомы углерода могут вращаться вокруг σ-связей. Альдегидная группа может приблизиться к гидроксильной группе 5-го атома углерода, поскольку атом кислородакарбонильной группы несёт на себе частичный – заряд, а атом водород гидроксильной группы – частично + заряд.
Осуществляется своеобразный химический процесс: происходит разрыв π-связи карбонильной труппы, к атому кислорода присоединяется атом водорода, а атом кислорода гидроксильной группы с атомом углерода замыкают цепь. Циклические формы находятся в равновесии, превращаясь ά и β-форму. Таким образом, в водном растворе глюкозы находятся три изомерные формы. Молекула кристаллической глюкозы ά-форма, при растворении в воде – открытая форма, а затем снова циклическая β-форма. Такая изомерия называется динамической (таутомерия).
10. Химические свойства глюкозы (Слайды 20–24). (Приложение 1)
Выяснив строение глюкозы, вернёмся к проделанным лабораторным опытам и определим некоторые химические свойства.
Моносахариды вступают в химические реакции, свойственные карбонильной и гидроксильной группам.
1) Реакция «серебряного зеркала» (Cлайд 20 – видео-опыт).
Вопрос. Докажите наличие альдегидной группы ещё одним опытом (реакция «Серебряного зеркала» – Качественная реакция глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра (I)).
Доказать наличие альдегидной группы в глюкозе можно с помощью аммиачного раствора оксида серебра. К аммиачному раствору оксида серебра добавим раствор глюкозы и подогреем смесь на водяной бане. Вскоре на стенках колбы начинает осаждаться металлическое серебро. Эта реакция называется реакцией серебряного зеркала. Ее используют как качественную для открытия альдегидов. Альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной группы. Глюкоза превращается в глюконовую кислоту.
Запишите уравнение реакции:
СН2ОН – (СНОН)4 – СОН + Ag2O = СН2ОН – (СНОН)4 – СООН + 2Ag↓
(Реакцию серебряного зеркала используют в промышленности для серебрения зеркал, изготовления колб для термосов, елочных украшений).
2) Взаимодействие глюкозы с гидроксидом меди (II).
3) Гидрирование глюкозы.
Альдегидная группа может быть восстановлена в гидроксильную группу действием водорода в присутствии катализатора.
Вопрос: Какой спирт образовался?
Ответ: Шестиатомный.
Специфические свойства.
Большое значение имеют процессы брожения глюкозы, происходящие под действием органических катализаторов-ферментов (они вырабатываются микроорганизмами).
а) спиртовое брожение (под действием дрожжей)
С6Н12О6 → 2С2Н5 ОН + 2СО2
б) молочнокислое брожение (под действием молочнокислых бактерий)
в) маслянокислое брожение
Лабораторные опыты (качественные реакции на глюкозу и глицерин)
Молекулярная формула глюкозы С6Н12О6 показывает, что в молекуле должны быть кислородосодержащие функциональные группы. Прежде чем перейти к строению молекулы, мы с вами проведём лабораторные опыты.
Лабораторные опыты (Опыт №1) – проводит учитель.
Задание 1. Вопрос: Как опытным путём доказать, что выданное вам вещество – глицерин? (Качественная реакция на глицерин)
Ответ. Взаимодействие глицерина с Сu(ОН)2. Происходит растворение осадка.
Проделайте опыт: Возьмите 2-е пробирки, прилейте раствор гидроксида натрия и добавьте раствор сульфата меди (II). Образуется осадок – Сu(ОН)2. В одну пробирку налейте глицерин, а в другую – раствор глюкозы. Сделайте на основании наблюдений вывод.
Ответ. Вывод: Раствор глюкозы приобретает ярко-синее окрашивание подобно тому, как это происходит с глицерином, происходит растворение осадка синего цвета (качественная реакция на многоатомные спирты).
Следовательно, в молекуле глюкозы много гидроксильных групп.
Задание 2. Подогрейте полученный ярко-синий раствор. Что наблюдаете?
Ответ. Вывод: При нагревании ярко-синего раствора, мы получили красный осадок в пробирке с глюкозой, это доказывает наличие альдегидной группы.
11. Биологическое значение и применение глюкозы. (Ученик 2). (Приложение 7)
Глюкоза находит применение в различных отраслях промышленности:
- в пищевой промышленности, как заменитель сахарозы;
- в кондитерской промышленности при изготовлении мягких конфет, десертных сортов шоколада, тортов и различных диетических изделий;
- в хлебопечении глюкоза улучшает условия брожения, придает пористость и хороший вкус изделиям, замедляет очерствение;
- в производстве мороженого она занижает точку замерзания, увеличивает его твердость;
- при производстве фруктовых консервов, соков, ликеров, вин, безалкогольных напитков, так как глюкоза не маскирует аромата и вкуса;
- в молочной промышленности при изготовлении молочных продуктов и продуктов детского питания рекомендуется использовать глюкозу в определенной пропорции с сахарозой для придания этим продуктам более высокой питательной ценности;
- в ветеринарии;
- в птицеводстве;
- в фармацевтической промышленности.
Кристаллическую глюкозу целесообразно использовать для питания больных, травмированных, выздоравливающих, а также людей, работающих с большими перегрузками.
Медицинскую глюкозу применяют в антибиотиках и других лекарственных препаратах, в том числе для внутривенных вливаний, и для получения витамина С. Техническая глюкоза находит применение в качестве восстановителя в кожевенном производстве, в текстильном – при производстве вискозы, в качестве питательной среды при выращивании различных видов микроорганизмов в медицинской и микробиологической промышленности.
III. Закрепление материала
Предлагается для каждой группы по четыре разноуровневых задания. Участники каждой группы вытягивают № вопроса, на который им предстоит ответить. Если ученик не может ответить, у него есть право поменяться вопросом с другим участником группы или взять помощь группы (Приложение 2).
VI. Подведение итогов урока
Вывод по уроку делает учитель совместно с учащимися. Выставляются баллы.
V. Рефлексия
VI. Домашнее задание
- §14, упр. 9,
- твоческое задание составить буриме.
Буриме – это ...
Составить буриме:
___________________ паника
___________________ органика
___________________ глюкоза
___________________ угроза.
Видеофайл был удален, т.к. он превышает допустимый размер приложения.