Сахароза, крохмаль і целюлоза

~15 хв · 8 розділів · 10 тестових запитань

Функціональні органічні сполуки і полімери

Хімія НМТ

Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + хімія.

Увійдіть, щоб приєднатися Назад до траєкторії

Порівнюєш склад і властивості сахарози, крохмалю й целюлози, визначаєш продукти їхнього повного гідролізу та добираєш реактив для виявлення крохмалю.

Сахароза та її гідроліз

Сахароза — найпоширеніший дисахарид у природі. Її молекулярна формула — $C_{12} H_{22} O_{11}$ . Вона складається із залишків двох моносахаридів: α-глюкози та β-фруктози, сполучених через атом Оксигену. Саме тому сахароза не має вільної альдегідної групи й не дає реакції «срібного дзеркала» до гідролізу.

У воді сахароза добре розчиняється, утворюючи солодкий розчин. Її добувають із цукрових буряків (в Україні) та цукрової тростини (у тропічних країнах). У побуті сахарозу називають просто цукром. Вона виконує роль транспортної форми вуглеводів у багатьох рослинах.

Гідроліз сахарози

Під дією води в присутності кислотного каталізатора (наприклад, $H_{2} S O_{4}$ ) або ферменту сахарази сахароза розщеплюється:

$C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O H^{+} C_{6} H_{12} O_{6} (глюкоза) + C_{6} H_{12} O_{6} (фруктоза)$

Зверни увагу: обидва продукти мають однакову молекулярну формулу $C_{6} H_{12} O_{6}$ , але це різні речовини — глюкоза (альдегідоспирт) і фруктоза (кетоза). Після гідролізу суміш набуває відновних властивостей: тепер вона дає реакцію срібного дзеркала, бо глюкоза містить альдегідну групу.

Формулу дисахариду можна вивести з формул двох гексоз: $C_{6} H_{12} O_{6} + C_{6} H_{12} O_{6} \to C_{12} H_{24} O_{12} - H_{2} O C_{12} H_{22} O_{11}$ . Віднімання молекули води відповідає утворенню глікозидного зв'язку між моносахаридами.

До гідролізу сахароза не відновлює купрум(ІІ) гідроксид до червоного $C u_{2} O$ і не утворює срібного дзеркала. Після гідролізу ці реакції стають позитивними — це доводить, що відбулося розщеплення дисахариду.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Крохмаль і целюлоза: спільний склад, різна будова

Крохмаль і целюлоза — природні полісахариди, які відіграють ключову роль у житті рослин. Їхня загальна шкільна формула — $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ , де $n$ — кількість повторюваних ланок. Формула повторюваної ланки однакова для обох полімерів, проте просторове сполучення залишків глюкози в них різне.

Відмінності в будові

Крохмаль побудований із залишків α-глюкози. Його макромолекули мають як лінійні ділянки (амілоза), так і розгалужені (амілопектин). Завдяки α-зв'язкам ланцюги крохмалю здатні скручуватися в спіраль — саме в цю спіраль впроваджуються молекули йоду, утворюючи характерне синє забарвлення.

Целюлоза, навпаки, складається із залишків β-глюкози. β-Зв'язки зумовлюють лінійну, волокнисту будову макромолекул. Ланцюги целюлози не скручуються в спіраль, тому вони не утворюють комплексу з йодом. Саме лінійна будова й міжмолекулярні водневі зв'язки надають целюлозі міцності й волокнистості.

Фізичні властивості

Крохмаль — білий аморфний порошок. У холодній воді він не розчиняється, а в гарячій набухає й утворює в'язкий колоїдний розчин — клейстер. Целюлоза — волокниста речовина, нерозчинна у воді за будь-якої температури. Травні ферменти людини (амілаза) розщеплюють крохмаль, але не можуть розщепити целюлозу через β-зв'язки — тому целюлоза в харчуванні людини виконує роль баластної речовини (клітковини).

Біологічна роль

Крохмаль — запасний вуглевод рослин. Він накопичується в насінні (пшениця, кукурудза, рис), бульбах (картопля) та кореневищах. Целюлоза утворює основу клітинних стінок рослин, надаючи їм жорсткості. Саме з целюлози складаються деревина, бавовняне волокно, льон та коноплі.

Ознака	Крохмаль	Целюлоза
Мономер	α-глюкоза	β-глюкоза
Будова ланцюгів	Лінійна + розгалужена	Лінійна, волокниста
Розчинність у воді	Не розчиняється в холодній; клейстер у гарячій	Нерозчинна
Реакція з $I_{2}$	Синє / синьо-фіолетове забарвлення	Не дає забарвлення
Травлення людиною	Розщеплюється ферментами	Не розщеплюється
Біологічна роль	Запасний вуглевод	Структурний компонент клітинних стінок

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Гідроліз, виявлення та застосування

Повний гідроліз полісахаридів — крохмалю й целюлози — у шкільному записі описують однаковим рівнянням:

$(C_{6} H_{10} O_{5})_{n} + n H_{2} O H^{+} n C_{6} H_{12} O_{6}$

Продуктом повного гідролізу обох полісахаридів є глюкоза. Це спільна риса крохмалю й целюлози, незважаючи на різницю в просторовій будові їхніх ланцюгів. Зауваж: наведена формула є спрощеною — вона не враховує внеску кінцевих груп довгого ланцюга, але для завдань НМТ цього запису достатньо.

Якісна реакція на крохмаль

Найпростіший спосіб виявити крохмаль — додати до нього розчин йоду ( $I_{2}$ ). Утворюється сполука включення (клатрат), яка має інтенсивне синє або синьо-фіолетове забарвлення. Це забарвлення зникає під час нагрівання й з'являється знову після охолодження. Целюлоза такої реакції не дає, оскільки її лінійні β-ланцюги не утворюють спіралі, необхідної для включення молекул йоду.

Не плутай синій комплекс крохмалю з йодом із синім комплексом глюкози з купрум(ІІ) гідроксидом $C u (O H)_{2}$ ! Перший — якісна реакція на крохмаль, другий — на багатоатомні спирти (глюкоза).

Практичне застосування

Крохмаль є цінною сировиною для харчової промисловості. Після гідролізу крохмалю до глюкози з неї за допомогою спиртового бродіння одержують етанол. Цей процес лежить в основі виробництва біоетанолу з рослинної сировини.

Целюлоза — основна сировина для виробництва паперу, картону, а також штучних волокон: віскозного (з целюлози, переробленої через ксантогенат) та ацетатного (з ацетилцелюлози). Крім того, з целюлози виготовляють вибухові речовини (нітроцелюлозу), пластмаси (целулоїд) та лаки.

Рендеринг діаграми…

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Приклад 1. Логічні пари: сахароза, крохмаль, целюлоза

Установи відповідність між вуглеводом (1–3) і його характеристикою (А–Д).

Вуглевод	Характеристика
1 Сахароза	А Волокнистий полісахарид, що не дає синього забарвлення з йодом
2 Крохмаль	Б Гідролізується до глюкози й фруктози
3 Целюлоза	В Утворює синє забарвлення з розчином йоду
	Г Одноатомний спирт
	Д Альдегід HCHO

Розв'язання: Сахароза (1) — дисахарид, який гідролізується до глюкози й фруктози, отже 1 → Б. Крохмаль (2) дає синє забарвлення з йодом, отже 2 → В. Целюлоза (3) — волокнистий полісахарид, що не дає синього забарвлення з йодом, отже 3 → А. Характеристики Г і Д — зайві.

Ключ: 1 → Б, 2 → В, 3 → А.

Приклад 2. Урівнювання гідролізу сахарози

Яку речовину потрібно дописати зліва в схемі, щоб урівняти рівняння гідролізу сахарози?

$C_{12} H_{22} O_{11} + ? \to 2 C_{6} H_{12} O_{6}$

Варіанти: A $H_{2}$ , Б $O_{2}$ , В $H_{2} O$ , Г $C O_{2}$ .

Розв'язання: Підрахуймо кількість атомів. У лівій частині маємо 12 C, 22 H, 11 O. У правій частині — 12 C, 24 H, 12 O. Не вистачає 2 H і 1 O, тобто однієї молекули води $H_{2} O$ . Отже, правильна відповідь — В.

Чому інші варіанти неправильні? $H_{2}$ дасть забагато Гідрогену, $O_{2}$ — забагато Оксигену, а $C O_{2}$ додасть зайвий Карбон. Крім того, продукти гідролізу сахарози — це глюкоза й фруктоза (ізомери), а не дві молекули глюкози, хоча в шкільному записі часто пишуть $2 C_{6} H_{12} O_{6}$ .

Ключ: В ( $H_{2} O$ ).

Приклад 3. Ланцюг одержання етанолу з крохмалю

Який ланцюг перетворень правильно описує одержання етанолу з крохмалю?

А Крохмаль → метан → етанол

Б Крохмаль → гліцерол → етанол

В Крохмаль → фенол → етанол

Г Крохмаль → глюкоза → етанол

Розв'язання: Крохмаль — полісахарид, який спочатку гідролізують до глюкози. Глюкоза, у свою чергу, під дією ферментів дріжджів зазнає спиртового бродіння, продуктами якого є етанол і вуглекислий газ. Жоден з інших ланцюгів не відповідає реальним хімічним перетворенням: крохмаль не перетворюють безпосередньо на метан, гліцерол чи фенол.

Ключ: Г (крохмаль → глюкоза → етанол).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

Приписувати сахарозі реакцію срібного дзеркала до гідролізу. Сахароза не має вільної альдегідної групи, тому не відновлює амоніачний розчин аргентум(І) оксиду. Лише після гідролізу, коли утворюється глюкоза, суміш набуває відновних властивостей.
Називати обидва продукти гідролізу сахарози глюкозою. Хоча глюкоза й фруктоза мають однакову молекулярну формулу $C_{6} H_{12} O_{6}$ , це різні речовини: глюкоза — альдегідоспирт, фруктоза — кетоза. Їх називають ізомерами.
Вважати крохмаль і целюлозу тотожними через однакову формулу повторюваної ланки $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ . Формула ланки справді однакова, але просторове сполучення залишків глюкози різне: у крохмалі — α-зв'язки, у целюлозі — β-зв'язки. Звідси й різні фізичні та хімічні властивості.
Забувати воду в рівнянні гідролізу. Гідроліз — це реакція розщеплення за участю води. Без $H_{2} O$ рівняння не збігається за кількістю атомів Гідрогену й Оксигену. Завжди перевіряй, чи дописана вода зліва.
Виявляти крохмаль свіжим $C u (O H)_{2}$ замість йоду. Свіжий купрум(ІІ) гідроксид дає синє забарвлення з багатоатомними спиртами (зокрема з глюкозою), але не є специфічним реактивом на крохмаль. Для виявлення крохмалю використовують саме розчин йоду.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Тема «Сахароза, крохмаль і целюлоза» належить до пункту 3.3.6 програми НМТ з хімії — «Вуглеводи». У тесті вона може з'явитися як у завданнях з вибором однієї відповіді, так і в завданнях на встановлення логічних пар.

Формати завдань

Завдання 1–18 — вибір однієї правильної відповіді з чотирьох (А–Г). Кожне оцінюється в 0 або 1 бал. У цих завданнях можуть перевіряти: формули вуглеводів, продукти гідролізу, якісну реакцію на крохмаль, відмінності між крохмалем і целюлозою.

Завдання 19–20 — логічні пари (1–3 → А–Д). До трьох лівих елементів добирають правильні відповіді з п'яти запропонованих (дві букви зайві). Кожна правильно встановлена пара дає 1 бал, максимально — 3 бали за завдання. Типове завдання: зіставити вуглевод із його характеристикою або продуктом гідролізу.

Стратегія підготовки

Розрізняй три рівні запису: молекулярну формулу мономеру ( $C_{6} H_{12} O_{6}$ ), формулу повторюваної ланки полісахариду ( $C_{6} H_{10} O_{5}$ ) і загальну формулу макромолекули ( $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ ). Уважно читай, про що саме питають у завданні.

Запам'ятай ключові відмінності: сахароза — дисахарид (гідроліз до глюкози + фруктози), крохмаль — полісахарид з α-глюкози (синє забарвлення з йодом), целюлоза — полісахарид з β-глюкози (волокниста, без реакції з йодом). Не забувай, що вода є обов'язковим реагентом у будь-якому рівнянні гідролізу.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому сахароза не дає срібного дзеркала до гідролізу?

Сахароза — дисахарид, у якому альдегідна група глюкози й кетогрупа фруктози беруть участь в утворенні глікозидного зв'язку між двома моносахаридами. Тому в молекулі сахарози немає вільної альдегідної групи, яка могла б відновити аргентум(І) йон у реакції срібного дзеркала. Після гідролізу глікозидний зв'язок руйнується, вивільняючи альдегідну групу глюкози — тоді реакція стає можливою.

Чи є глюкоза й фруктоза тією самою речовиною?

Ні, це різні речовини, хоча вони мають однакову молекулярну формулу $C_{6} H_{12} O_{6}$ і є ізомерами. Глюкоза належить до альдоз (містить альдегідну групу), а фруктоза — до кетоз (містить кетогрупу). Вони відрізняються за будовою, фізичними властивостями (наприклад, фруктоза солодша за глюкозу) та хімічною поведінкою. У складі сахарози вони сполучені через глікозидний зв'язок.

Чому крохмаль і целюлоза мають різні властивості?

Хоча обидва полісахариди мають однакову формулу повторюваної ланки $C_{6} H_{10} O_{5}$ , вони відрізняються просторовою будовою. Крохмаль складається із залишків α-глюкози, що утворюють спіралеподібні ланцюги (амілоза) та розгалужені структури (амілопектин). Целюлоза складається із залишків β-глюкози, які формують лінійні, волокнисті ланцюги. Через β-зв'язки целюлоза не розщеплюється травними ферментами людини, не утворює клейстеру в гарячій воді й не дає синього забарвлення з йодом.

Чи можна одержати етанол безпосередньо з нерозщепленого крохмалю за схемою бродіння глюкози?

Ні, безпосередньо з крохмалю етанол одержати не можна. Спочатку крохмаль потрібно піддати гідролізу (кислотному або ферментативному), щоб розщепити його до глюкози. Лише після цього глюкозу можна використати для спиртового бродіння за участю дріжджів. Ферменти дріжджів не здатні розщеплювати полісахаридні ланцюги крохмалю — їм потрібні моносахариди. Тому правильний ланцюг: крохмаль → глюкоза → етанол.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

Сахароза ( $C_{12} H_{22} O_{11}$ ) — дисахарид, який гідролізується до глюкози й фруктози.
Крохмаль і целюлоза — полісахариди із загальною формулою $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ ; при повному гідролізі обидва дають глюкозу.
Крохмаль виявляють розчином йоду — утворюється синє або синьо-фіолетове забарвлення.
Однаковий склад повторюваної ланки крохмалю й целюлози не означає однакової будови полімеру: крохмаль має α-зв'язки, целюлоза — β-зв'язки.
Сахароза до гідролізу не дає реакції срібного дзеркала; після гідролізу — дає, оскільки утворюється глюкоза з вільною альдегідною групою.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. Чому сахароза до гідролізу не дає реакції «срібного дзеркала»?

2. Який реактив використовують для якісного виявлення крохмалю?

3. Яка з перелічених речовин НЕ дає синього забарвлення з розчином йоду?

4. Яку речовину потрібно дописати зліва в схемі C₁₂H₂₂O₁₁ + ? → 2 C₆H₁₂O₆, щоб урівняти рівняння гідролізу сахарози?

5. Яка речовина є продуктом повного гідролізу целюлози?

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест