Презентация и разработка урока «Крахмал»

Тема урока: «Углеводы. Крахмал – представитель полисахаридов»

МБОУ «ЦО № 51» г. Тула

Учитель химии – Шилина Ольга Вячеславовна

Цели урока:

Образовательная – определение сущностных характеристик крахмала; расширение, углубление и систематизация на межпредметном уровне знаний учащихся об углеводах как о важнейших биоорганических соединениях, о значении углеводов в жизни человека.

Воспитательная - создание условий для осознания необходимости грамотного отношения к своему здоровью и окружающей среде.

Развивающая - развитие навыков анализа, прогностических качеств ума при выполнении химического эксперимента по распознанию качественной реакции на крахмал, создание условий для применения знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни

Учебная задача урока: Изучение строения крахмала, т.е. последовательности соединения атомов, наличие мономеров, взаимозависимости строения и свойств данного вещества.

Тип урока: изучение нового материала.

Ведущие методы обучения: проблемно-поисковая беседа, химический эксперимент.

Дидактическое обеспечение: карточки “Блок-схема”, оборудование для проведения лабораторных и демонстрационных опытов, технологическая карта урока.

Формируемые общеучебные знания и умения:

- знание правил по технике безопасности при проведении химических опытов

- развитие умений способов умственной деятельности;

- знания важнейших органических веществ, используемых человеком в жизни.

- развитие умения проводить простейший химический эксперимент, владеть методологией учебного исследования; использовать свои знания в повседневной жизни.

Структура урока:

Орг.момент

Актуализация опорных знаний

Изучение нового материала

Первичное закрепление знаний

Рефлексия

Домашнее задание

Ход урока

Орг. момент

Актуализация опорных знаний учащихся (межпредметная беседа)

Классификация углеводов

Учитель:

- Что означает слово «углеводы»? Как оно связано с составом называемых так веществ?

- Как название класса веществ – углеводы – связано с их химическим составом?

Название «углеводы» сохранилось с тех времен, когда строение этих соединений еще не было известно, но был установлен их состав, которому соответствует формула Cn(H2O)m. Поэтому углеводы относили к гидратам углерода, т.е. к соединениям углерода и воды – «угле-водам». В настоящее время большинство углеводов выражают формулой CnH2nOn.

Природа вещества → Состав → Строение → Свойства

Изучение нового материала

Полисахариды являются представителями класса углеводов. Знакомство с полисахаридами мы начинаем с крахмала.

Сообщение учащегося

Крахмал широко распространен в природе. Он является для различных растений запасным питательным материалом и содержится в них в виде крахмальных зерен. Наиболее богато крахмалом зерно злаков: риса (до 86%), пшеницы (до 75%), кукурузы (до 72% ), а также клубни картофеля (до 24% ). В клубнях картофеля крахмальные зерна плавают в клеточном соке, а в злаках они плотно склеены белковым веществом клейковиной.

Содержание углеводов на 100 г. Товаров Слайд

ФОРМУЛА КРАХМАЛА (С6 Н10 О5) п п- от нескольких сотен до нескольких тысяч.

Чтобы вывести формулу полисахаридов, нужно от молеку­лы глюкозы «отнять» молекулу воды и записать выражение с индексом п: (С6Н10О5)п — ведь именно за счет отщепления молекул воды в природе образуются ди- и полисахариды.

Но эта формула не даёт полного представления о строении макромолекулы. Необходимо знать, какова природа моносахаридных звеньев и сколько их в каждой молекуле, как они связаны друг с другом, являются ли образующиеся гигантские молекулы линейными или разветвлёнными.

Вывод: крахмал – природный полимер.

- Какие вещества называют полимерами? Как называются реакции в результате которых образуются полимеры?

- Приведите примеры полимеров – полиэтилен, полипропилен, каучук.

- Какие вещества называют природными полимерами?

- Какие природные полимеры вам известны? В каких живых организмах они содержатся?

- белки, ДНК, РНК.

Макромолекулы крахмала состоят из  -глюкозы. Процесс образования крахмала можно выразить так (реакция поликонденсации):

 

+ п Н2О

Читаем определение реакции поликонденсации

……………………………………………………………………….

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

В отличие от ранее изученных полимеров структура крахмала неодинакова: крахмал по этой причине считают даже смесью двух веществ амилозы и амилопектина.

Строение молекулы крахмала.

«Строение крахмала» - слайд).

Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов, построенных из , D- глюкопиранозных звеньев: амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%). При обработке крахмала теплой водой удается выделить две фракции: фракцию, растворимую в теплой воде и состоящую из полисахарида амилозы, и фракцию, лишь набухающую в теплой воде с образованием клейстера и состоящую из полисахарида амилопектина.

Амилоза имеет линейное строение, , D- глюкопиранозные остатки связаны (1–4) -гликозидными связями. Элементная ячейка амилозы (и крахмала вообще) представляется следующим образом:

 

 

Молекула амилопектина построена подобным образом, однако имеет в цепи разветвления, что создает пространственную структуру. В точках разветвления остатки моносахаридов связаны (1–6) -гликозидными связями. Между точками разветвления располагаются обычно 20-25 глюкозных остатков.

 

(амилопектин)

Крахмалом называется смесь двух полисахаридов, построенных из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

- амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%

- амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 - 1000 остатков α-глюкозы

(средняя мол.масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев α-глюкозы.

Амилопектин состоит из разветвленных макромолекул, молекулярная масса которых достигает 1 - 6 млн.

Демонстрация образцов крахмала с описанием его физических свойств

Характеристика полисахарида крахмала

- Какие физические свойства крахмала вам известны?

Исследуйте физические свойства крахмала. /план проведения опытов/

Учащиеся выполняют лабораторные опыты

 

«Определение растворимости крахмала в воде»

Вывод: Крахмал – это белый безвкусный порошок, состоящий из мелких зерен

- Крахмал не растворим в холодной воде. В горячей воде он набухает и образует гель /клейстер/. Растворяется в большей части амилоза /амилоза (внутренняя часть крахмального зерна)/

- Амилопектин лишь набухает, образуя коллоидный раствор /амилопектин (оболочка крахмального зерна) /.

Знаете ли вы что … (сообщение ученика)

Коллоидные растворы отличаются от истинных растворов размерами растворенного вещества и, следовательно, обладают специальными свойствами. В истинных растворах размер частиц 1 нм. (1 нонаметр = 10-9 метр), в коллоидных от 1 до 100 нм.

Коллоидные растворы образуют при растворении в воде некоторых высокомолекулярных веществ, например крахмала, белков.

Характерное свойство коллоидных растворов – их прозрачность, в этом они схожи с истинными растворами. Но если через коллоидный раствор пропустить луч света, то появиться светящейся конус. Это отличает их от истинных растворов.

Вопрос: Как обнаружить у крахмала свойства ранее изученных углеводов?

- Для глюкозы – характерны восстановительные свойства /нагревание с гидроксидом меди !! /

-Крахмал не дает реакции «серебряного зеркала», но ее дают продукты его гидролиза.

- Для сахарозы – реакция гидролиза.

ОПЫТ: ГИДРОЛИЗ КРАХМАЛА

Выводим структурную формулу крахмала после ознакомления с ее химическими свойствами /ГИДРОЛИЗ ферментативный и кислотный/.

Химические свойства

1) При действии ферментов или при нагревании с кислотами (ионы водорода служат катализатором) крахмал, как и все сложные углеводы, подвергается гидролизу. При этом сначала образуется растворимый крахмал, затем менее сложные вещества — декстрины. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Можно выразить суммарное уравнение реакции следующим образом:

Происходит постепенное расщепление макромолекул.

Гидролиз крахмала — его важное химическое свойство.
 

Лабораторный опыт. В плоскую колбу наливаем 50 мл крахмального клейстера, добавляем 5 мл 10% раствора серной кислоты и помещаем на кипящую водяную баню. Через каждые 3 минуты отбираем в пробирки пробы по 2 мл жидкости, охлаждаем и проводим реакцию с йодом. У первых проб синяя окраска указывает на наличие крахмала. Постепенно окраска меняется на красно - бурую: в пробе преобладают продукты гидролиза крахмала – декстрины. Через 20-25 минут окрашивание в пробе исчезает, крахмал гидролизируется до мальтозы.

Предлагаю вам дома провести небольшой химический эксперимент.
Приготовьте клейстер (1 чайную ложку крахмала развести в 1/2 стакана холодной воды, и вылить тонкой струей в кипящую воду, кипятите 3 минуты, чтобы распались крахмальные зерна). Клейстер остудите. Затем возьмите два кусочка бинта и окуните в клейстер. Высушите кусочки бинта.

Историческая справка

В 1811 г. русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф, нагревая крахмал с разбавленным раствором серной кислоты, получил глюкозу. Поскольку количество серной кислоты до и после реакции оставалось неизменным, ученый сделал вывод о ее каталитической роли в данной реакции. Второй важный вывод: элементарным звеном полимерной цепи крахмала являются остатки глюкозы, его общая формула (С6Н10О5)n. Следующим этапом в раскрытии тайны химического строения крахмала было выяснение пространственного расположения остатка глюкозы в элементарном звене. Установлено, что макромолекулы крахмала состоят из остатков молекул циклической ά-глюкозы. (демонстрация рисунка «Структурная формула крахмала» - слайд).

Какая реакция является качественной на крахмал? Каким внешним эффектом она сопровождается?

Характерной реакцией является взаимодействие крахмала с растворами иода.

Если к охлажденному крахмальному клейстеру добавить раствор иода, то появляется синее окрашивание. При нагревании клейстера оно исчезает, а при охлаждении появляется вновь. Этим свойством пользуются при определении крахмала в пищевых продуктах. Так, например, если каплю иода нанести на срез картофеля или ломтик белого хлеба, то появляется синее окрашивание.

Эксперимент называется «Обнаружение крахмала в пищевых продуктах».

Для этого возьмите несколько зерен гречки, риса, пшена, овсянки, вермишель, макароны, кусочек яблока, банана, колбасы вареной, сосиски, капусты и капните на все продукты 2-3 капли иодной воды (см. выше способ приготовления). Какие выводы о содержании крахмала вы можете сделать?

Линейная полимерная молекула амилозы свернута в спираль, внутри которой находится канал размером около 0,5 нм. Внутрь этого канала вовлекаются некоторые молекулы, например йод. Йод образует с крахмалом комплексное соединение интенсивно синего цвета. Эта реакция чрезвычайно специфична и является качественной для обнаружения крахмала, так и йода, нагревание разрушает этот комплекс, и окраска исчезает.

Как вы думаете, ребята из чего можно получить крахмал в промышленности?

Предложите способ получения крахмала .

А в домашних условиях можно получить крахмал?

Получение

Из растений извлекают крахмал, растирая картофель в стружку этим самым, разрушая клетки и отмывая его водой. В промышленном масштабе его получают главным образом из клубней картофеля (в виде картофельной муки), а также из кукурузы.

В промышленности превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путём кипячения его на протяжении нескольких часов с разбавленной серной кислотой (каталитическое влияние серной кислоты на осахаривание крахмала было обнаружено в 1811 г. К. С. Кирхгофом). Чтобы из полученного раствора удалить серную кислоту в него добавляют мел, получая из серной кислоты нерастворимый сульфат кальция. Последний отфильтровывают, и вещество выпаривают. Получается густая сладкая масса — крахмальная патока, которая содержит кроме глюкозы значительное количество остальных продуктов гидролиза крахмала.

Патока используется для приготовления кондитерских изделий и для разнообразных технических целей. Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы.

Предложите, исходя из изученных химических и физических свойств крахмала его применение.

 

Крахмал является основным углеводом пищи человека, он в больших количествах содержится в хлебе, крупах, картофеле, овощах. главным источником в нашем рационе питания.
Подвергая крахмал кислотному гидролизу, можно получить глюкозу в виде чистого кристаллического препарата или в виде патоки - окрашенного некристаллизующегося сиропа. В значительных количествах крахмал перерабатывается на декстрины, патоку, глюкозу, которые используются в кондитерской промышленности. В пищевой промышленности крахмал используется при производстве колбасных, кондитерских и кулинарных изделий

Крахмал используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей, накрахмаливания белья. Каким образом получают накрахмаленное белье, если крахмал не растворим в воде? (под действием нагревания горячим утюгом крахмал превращается в декстрины, которые склеивают волокна ткани и образуют плотную пленку, предохраняющая ткань от быстрого загрязнения)

В аналитической химии крахмал служит индикатором в йодометрическом методе титрования. Для этих случаев лучше применять очищенную амилозу, т.к.ее растворы не загустевают, а образуемая с йодом окраска более интенсивна.

В медицине на основе крахмала готовят мази, присыпки, а также при производстве таблеток. и т.д.

В текстильной промышленности крахмал используется для производства загустителей красок. Он применяется в спичечной, бумажной, полиграфической промышленности, в переплетном деле.

Налажено производства модифицированных крахмалов, подвергавшихся специальной обработке или содержащих улучшающие их свойства добавки. Модифицированные крахмалы широко применяются в различных отраслях промышленности.

 

Знаете ли вы что: … (сообщение 1 ученика)

Роль углеводов в природе и их значение для жизни челове­ка чрезвычайно велики. Образуясь в клетках растений в ре­зультате фотосинтеза, они выступают источником энергии для клеток животных. В первую очередь это относится к глюкозе.

Многие углеводы (крахмал, гликоген, сахароза) выполняют запасающую функцию, роль резерва питательных веществ. Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: будучи нерастворимы в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что весьма важно при длительном хранении их в живой клетке: твердое, обезвоженное состояние полисахаридов увеличивает полезную массу продуктов запаса за счет экономии их объемов. При этом существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями, грибами и другим микроорганизмами, которые, как известно, не могут заглатывать пищу, а всасывают питательные вещества всей поверхностью тела. При необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза. Кроме того, соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеиды.

Кислоты РНК и ДНК, в состав которых входят некоторые углеводы (пентозы — рибоза и дезоксирибоза), выполняют функ­цию передачи наследственной информации.

Углеводы служат в конечном итоге источником нашего питания: мы потребляем зерно, содержащее крахмал, или скармливаем его животным, в организме которых крахмал превращается в белки и жиры.

Кроме того, углеводы участвуют в построении сложных белков, ферментов, гормонов. Углеводами являются и такие жизненно необходимые вещества, как гепарин (он играет важ­нейшую роль — предотвращает свертывание крови), агар-агар (его получают из морских водорослей и применяют в микроби­ологической и кондитерской промышленности — вспомните знаменитый торт «Птичье молоко»).

Необходимо подчеркнуть, что единственным источником энергии на Земле (помимо ядерной, разумеется) является энергия Солнца, а единственным способом его аккумулирова­ния для обеспечения жизнедеятельности всех живых организмов является процесс фотосинтеза, протекающий в клетках живых растений и приводящий к синтезу углеводов из воды и углекислого газа. Кстати, именно при этом превращении об­разуется кислород, без которого жизнь на нашей планете была бы невозможна.

фотосинтез

6CO2 + 6H2O à C6H12O6 + 6O2

Знаете ли вы что………. (сообщение 2 ученика)

При обычном смешанном питании за счет углеводов обеспечивается около 60 % дневной энергоценности, тогда как за счет белков и жиров совместно взятых - лишь 40 %. Углеводы в организме употребляются в большей степени как источник энергии для мышечной работы. Чем лучше физическая перегрузка, тем больше требуется углеводов. При малоподвижном виде жизни, напротив, потребность в углеводах миниатюризируется. Около 52-66 % углеводов потребляется с зерновыми продуктами, 14-26 % - с сахаром и сахаропродуктами, около 8-10- с клубне- и корнеплодами, 5--7 % с овощами, фруктами. Углеводы - достаточно мощный раздражитель наружной секреции поджелудочной железы, в том числе более активный катализатор синтеза инсулина, которому принадлежит принципиальная роль в регуляции углеводного обмена, в поддержании рационального для организма гомеостаза глюкозы.

СООБЩЕНИЕ УЧЕНИКА

В животном мире роль «запасного крахмала» играет родственный крахмалу полисахарид - гликоген. Он имеет структуру, очень похожую на амилопектин, с той лишь разницей, что макромолекула еще более разветвлена и содержит более короткие цепи по 12-18 звеньев ά-глюкозы в каждой.

Слайд

 

Он играет исключительно важную роль в организмах животных как запасной полисахарид: все процессы жизнедеятельности, в первую очередь мышечная работа, сопровождаются расщеплением гликогена, отдающего сосредоточенную в нем энергию. В тканях организма из гликогена в результате ряда сложных превращений может образовываться молочная кислота.

Гликоген содержится во всех животных тканях. Он присутствует также в некоторых низших растениях, дрожжах и грибах, его можно выделить путем обработки животных тканей 5-10 %-ной трихлоруксусной кислотой с последующим осаждением извлеченного гликогена спиртом. С йодом растворы гликогена дают окрашивание от винно-красного до красно-бурого, в зависимости от происхождения гликогена, вида животного и других условий. Окрашивание йодом исчезает при кипячении и вновь появляется при охлаждении.

III. Закрепление полученных знаний.

Итак ребята мы составили с вами краткую запись по основным свойствам крахмала, а теперь на основании этой записи попробуйте составить рассказ об этом веществе.

Рассказ учащегося

Полисахариды - высокомолекулярные (до 1000000 ) полимерные соединения, состоящие из большого числа мономеров - сахаров, их общая формула Сx(Н2О)y.

Крахмал - разветвленный полисахарид растительного происхождения, состоящий из глюкозы. В полисахариде остатки глюкозы связаны 1,4= и 1,6= гликозидными связями. При их расщеплении растения получают глюкозу, необходимую в процессе их жизнедеятельности. Крахмал образуется при фотосинтезе в зеленых листьях в виде зерен. Эти зерна особенно легко обнаружить в микроскопе, используя известную реакцию с йодом: крахмальные зерна окрашиваются в синий или сине-черный цвет.

Крахмал – это белый порошок, состоящий из мелких зерен, не растворимый в холодной воде. При обработке крахмала теплой водой удается выделить две фракции: фракцию, растворимую в теплой воде и состоящую из полисахарида амилозы, и фракцию, лишь набухающую в теплой воде с образованием клейстера и состоящую из полисахарида амилопектина.

Амилоза имеет линейное строение, , D- глюкопиранозные остатки связаны (1–4) -гликозидными связями. Молекула амилопектина построена подобным образом, однако имеет в цепи разветвления, что создает пространственную структуру. В точках разветвления остатки моносахаридов связаны (1–6) -гликозидными связями. Между точками разветвления располагаются обычно 20-25 глюкозных остатков.

 

Качественной реакцией на крахмал является его взаимодействие с йодом – наблюдается интенсивное синее окрашивание. Такое окрашивание появляется, если на срез картофеля или ломтик белого хлеба поместить каплю раствора йода.

Крахмал не вступает в реакцию "серебряного зеркала".

Крахмал является ценным пищевым продуктом. Для облегчения его усвоения продукты, содержащие крахмал, подвергают термообработке, т.е. картофель и крупы варят, хлеб пекут. Процессы декстринизации (образование декстринов), осуществляемые при этом, способствуют лучшему усвоению организмом крахмала и последующему гидролизу до глюкозы.

В пищевой промышленности крахмал используется при производстве колбасных, кондитерских и кулинарных изделий. Применяется также для получения глюкозы, при изготовлении бумаги, текстильных изделий, клеев, лекарственных средств и т.д.

Общий итог урока.

IV. Домашнее задание.

§ 34. в. – 15 – 17 (с. 146) Задача 3 ( с. 147)

Конец формы