сделай все задания для практической

Кратко: в отчёте нужно показать, что крахмал в кислой среде при нагревании гидролизуется до глюкозы, а глюкоза обнаруживается качественной реакцией с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\): при комнатной температуре даёт синий раствор, при нагревании — кирпично-красный осадок \(\mathrm{Cu_2O}\).

Что записать в отчёт

1. Наблюдаемые явления

При нагревании крахмального клейстера с разбавленной серной кислотой смесь постепенно разжижается и становится прозрачной: идёт гидролиз крахмала, крупные макромолекулы распадаются до глюкозы. После охлаждения избыток кислоты нейтрализуют раствором гидроксида натрия; по индикаторной бумаге контролируют, что среда стала нейтральной.

При сливании растворов \(\mathrm{NaOH}\) и \(\mathrm{CuSO_4}\) выпадает голубой студенистый осадок гидроксида меди(II):

\[ \mathrm{CuSO_4} + 2\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow + \mathrm{Na_2SO_4} \]

В первой пробирке к осадку прилит исходный крахмальный клейстер. Осадок не растворяется, а при нагревании не даёт кирпично-красного осадка (может чернеть из-за разложения \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) до \(\mathrm{CuO}\)). Значит, в крахмале нет свободной альдегидной группы.

Во второй пробирке — продукт гидролиза. При комнатной температуре осадок растворяется, раствор становится синим: глюкоза образует с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) растворимое комплексное соединение. При нагревании выпадает кирпично-красный осадок \(\mathrm{Cu_2O}\). Это качественная реакция на глюкозу.

2. Уравнение полного гидролиза крахмала

Крахмал — полимер \(\alpha\)-глюкозы. Сокращённо:

\[ \left[\mathrm{C_6H_7O_2(OH)_3}\right]_n + n\mathrm{H_2O} \rightarrow n\mathrm{CH_2OH-(CHOH)_4-CHO} \]

где \(\left[\mathrm{C_6H_7O_2(OH)_3}\right]_n\) — звено крахмала, а \(\mathrm{CH_2OH-(CHOH)_4-CHO}\) — структурная формула \(\alpha\)-глюкозы.

В структурном виде звенья крахмала соединены \(\alpha\)-1,4-гликозидными связями. При полном гидролизе каждая такая связь разрывается с присоединением воды, и все звенья превращаются в молекулы глюкозы.

3. Функциональные группы глюкозы и уравнение с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\)

При комнатной температуре реакция с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) доказывает наличие гидроксильных групп \(-\mathrm{OH}\): глюкоза, как многоатомный спирт, растворяет осадок с образованием синего комплекса.

При нагревании доказывается наличие альдегидной группы \(-\mathrm{CHO}\): она окисляется до карбоксильной, а \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) восстанавливается до \(\mathrm{Cu_2O}\).

Уравнение реакции при нагревании:

\[ \mathrm{CH_2OH-(CHOH)_4-CHO} + 2\mathrm{Cu(OH)_2} \rightarrow \mathrm{CH_2OH-(CHOH)_4-COOH} + \mathrm{Cu_2O}\downarrow + 2\mathrm{H_2O} \]

В брутто-виде:

\[ \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 2\mathrm{Cu(OH)_2} \rightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_7} + \mathrm{Cu_2O}\downarrow + 2\mathrm{H_2O} \]

Почему это работает

Гидролиз — это разрыв связей под действием воды. Крахмал — полимер, а глюкоза — его мономер. В кислой среде ионы \(\mathrm{H^+}\) ускоряют разрыв гликозидных связей, а нагревание увеличивает скорость реакции.

Нейтрализация нужна, чтобы убрать избыток серной кислоты: иначе она будет реагировать с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) и мешать наблюдению.

В крахмале альдегидная группа участвует в гликозидной связи, поэтому свободной \(-\mathrm{CHO}\) нет — крахмал не восстанавливает \(\mathrm{Cu(OH)_2}\). После гидролиза появляется глюкоза, у которой альдегидная группа свободна.

Проверка

Я проверил баланс уравнений — он сходится: в реакции с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) слева и справа по 2 атома меди, по 16 атомов водорода и по 10 атомов кислорода.

В норме в первой пробирке кирпично-красного осадка нет, во второй — есть. Если во второй пробирке раствор сначала синеет, а при нагревании краснеет, значит, гидролиз прошёл и глюкоза обнаружена.