Kimyo · Organik kimyo · 10-sinf

Uglevodlar: glyukoza va kraxmal

Nega non yod tomizilganda ko‘karadi, paxta esa ko‘karmaydi?

Vaziyat

Bir chimdim uzum shakari, bir bo‘lak qand, bir burda non va bir tutam paxta — bularning hammasi uglevodlar: o‘simlik quyosh nuri yordamida karbonat angidrid va suvdan glyukoza yasaydi, undan esa shakar, kraxmal va paxta tolasini quradi. Nonga yod tomizsangiz — ko‘karadi, paxtaga tomizsangiz — yo‘q. Glyukoza ko‘zgu hosil qiladi, qand esa — yo‘q. Formulalari o‘xshash bu moddalar nega shunchalik har xil va ularni qanday ajratish mumkin?

Mavzu

Uglevodlar: glyukozadan sellyulozagacha. Paxta, non va shakar: fotosintezdan glyukoza, saxaroza, kraxmal va sellyuloza; kraxmal yod bilan ko‘karadi

Asosiy tushunchalar

Glyukoza: halqa ⇌ zanjir
Saxaroza gidrolizi
Kraxmal + yod

Formulalar

6 CO_{2} + 6 H_{2} O \overset{\overset{}{quyosh nuri, xlorofill}}{\to} C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2}

Fotosintez: 1 mol glyukoza hosil bo‘lishi uchun kamida ≈ 2800 kJ energiya kerak — u quyosh nuridan olinadi (glyukoza yonganda xuddi shuncha ajraladi).

C_{6} H_{12} O_{6} + 2 Cu (OH)_{2} \overset{\overset{}{t}}{\to} C_{6} H_{12} O_{7} + Cu_{2} O ↓ + 2 H_{2} O

Glyukozaning aldegid guruhi $Cu (OH)_{2}$ ni qizdirilganda qizil $Cu_{2} O$ gacha qaytaradi (3.21-amaliy).

C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O \overset{\overset{}{H^{+}, t}}{\to} C_{6} H_{12} O_{6} + C_{6} H_{12} O_{6}

Saxaroza gidrolizi: glyukoza va fruktoza (invert shakar) hosil bo‘ladi.

(C_{6} H_{10} O_{5})_{n} + n H_{2} O \overset{\overset{}{H^{+}, t}}{\to} n C_{6} H_{12} O_{6}

Kraxmal (va sellyuloza) gidrolizi: oxirgi mahsulot — glyukoza; oraliqda dekstrinlar va maltoza.

\ln \frac{α - α_{\infty}}{α_{0} - α_{\infty}} = - k t

Univ.: saxaroza inversiyasi birinchi tartibli: polarimetrda burilish burchagi $α$ vaqt bo‘yicha o‘lchanib, $k$ topiladi.

Nazariya

Uglevodlar va monosaxaridlar (3.18)

Uglevodlar — tarkibi ko‘pincha $C_{n} (H_{2} O)_{m}$ bo‘lgan poligidroksialdegid va poligidroksiketonlar hamda ulardan hosil bo‘ladigan moddalar. Ular yashil o‘simliklarda fotosintezda hosil bo‘ladi: $6 CO_{2} + 6 H_{2} O \overset{}{\to} C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2}$ (≈ +2800 kJ/mol). Monosaxaridlar gidrolizlanmaydi: glyukoza (uzum shakari) — aldogeksoza, fruktoza (meva shakari, eng shirin tabiiy shakar) — ketogeksoza, ikkalasi $C_{6} H_{12} O_{6}$ — izomerlar. Glyukoza eritmada asosan halqa shaklida: C5 dagi –OH aldegid guruhiga birikib, olti a’zoli piranoza halqasi hosil bo‘ladi; yangi –OH (C1) halqa tekisligiga nisbatan ikki xil joylashadi — α (aksial) va β (ekvatorial) anomerlar; ular ochiq shakl orqali bir-biriga o‘tadi (muvozanatda β ko‘proq). Xossalari: ko‘p atomli spirt sifatida $Cu (OH)_{2}$ ni sovuqda ko‘k eritmaga aylantiradi; aldegid sifatida — kumush ko‘zgu va qizdirilganda qizil $Cu_{2} O$ ; vodorod bilan sorbitga qaytariladi. Bijg‘ish: spirtli ( $C_{6} H_{12} O_{6} \overset{}{\to} 2 C_{2} H_{5} OH + 2 CO_{2}$ , achitqi) va sut kislotali ( $C_{6} H_{12} O_{6} \overset{}{\to} 2 CH_{3} CH (OH) COOH$ — qatiq, tuzlangan karam). Organizmda glyukoza oksidlanib, energiya beradi: $C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2} \overset{}{\to} 6 CO_{2} + 6 H_{2} O$ .

Disaxaridlar: saxaroza va maltoza (3.19)

Disaxaridlar ikki monosaxarid qoldig‘idan iborat, $C_{12} H_{22} O_{11}$ . Saxaroza (qand lavlagi va shakarqamish shakari) — α-glyukoza va β-fruktoza ikkala anomer uglerodlari (C1 va C2) orqali bog‘langan: erkin aldegid guruhi hosil bo‘la olmaydi — qaytarmaydigan disaxarid: kumush ko‘zgu bermaydi, $Cu (OH)_{2}$ ni qizdirganda qizil cho‘kma bermaydi (sovuqda esa ko‘p atomli spirt sifatida ko‘k eritma beradi). Kislota yoki invertaza fermenti ta’sirida gidrolizlanadi: glyukoza + fruktoza aralashmasi — invert shakar (asalda bor). Maltoza (solod shakari, kraxmal parchalanganda hosil bo‘ladi) — ikki glyukoza α-1,4 bog‘ bilan; ikkinchi qoldiqning C1 i erkin — qaytaruvchi disaxarid. Laktoza (sut shakari) — galaktoza + glyukoza, ham qaytaruvchi. Saxaroza ≈ 186 °C da suyuqlanib parchalanadi (karamel), 20 °C da 1 ml suvda ≈ 2 g eriydi.

Polisaxaridlar: kraxmal va sellyuloza (3.20, 3.22)

Kraxmal va sellyuloza — $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ , lekin tuzilishi har xil. Kraxmal α-glyukoza qoldiqlaridan: amiloza (≈ 20–25 %, α-1,4 bog‘li, spiralga o‘ralgan) va amilopektin (shoxlangan, α-1,6 tarmoqlar). Amiloza spirali ichiga yod molekulalari zanjir bo‘lib kiradi — to‘q ko‘k rang (kraxmalning sifat reaksiyasi); qizdirilganda rang yo‘qoladi, sovitilsa qaytadi. Kislota yoki fermentlar kraxmalni bosqichma-bosqich dekstrinlar, maltoza va glyukozaga parchalaydi. Glikogen — hayvonlarning zaxira polisaxaridi. Sellyuloza β-glyukoza qoldiqlaridan: qo‘shni qoldiqlar navbatma-navbat «ag‘darilgan», zanjir to‘g‘ri, zanjirlar vodorod bog‘lar bilan mustahkam tolalarga yig‘iladi — suvda erimaydi, yod bilan ko‘karmaydi. Paxta tolasi — 90 % dan ortiq sellyuloza, yog‘och — ≈ 40–50 %. Sellyulozadan qog‘oz, nitrosellyuloza (tutunsiz porox), atsetat va viskoza tolalari (sun’iy tolalar), gidroliz bilan glyukoza va etanol olinadi. Farg‘onadagi furan birikmalari kimyo zavodi (1946-yilda ishga tushgan) paxta sellyulozasi, furfurol va texnik etil spirti ishlab chiqargan.

3.21-amaliy: uglevodlarga sifat reaksiyalari

1) ** $Cu (OH)_{2}$ bilan:** 2 ml NaOH eritmasiga bir necha tomchi $CuSO_{4}$ — ko‘k cho‘kma; ustiga uglevod eritmasi. Glyukoza, fruktoza, saxaroza, maltoza (ko‘p atomli spirtlar kabi) cho‘kmani to‘q ko‘k eritmaga aylantiradi. So‘ng qizdiriladi: glyukoza, fruktoza, maltoza — sariq, keyin qizil $Cu_{2} O$ ; saxaroza — qizil cho‘kma bermaydi (uzoq qaynatilsa $Cu (OH)_{2}$ qora $CuO$ ga aylanadi). 2) Kumush ko‘zgu: kumush ammiakat + uglevod, 60–70 °C li suv hammomi: qaytaruvchi shakarlar ko‘zgu beradi. 3) Yod: kraxmal — to‘q ko‘k, sellyuloza (paxta), shakarlar — rang bermaydi (yodning sariq rangi). 4) Saxaroza gidrolizi: 1–2 tomchi $H_{2} SO_{4}$ bilan bir necha minut qaynatib, NaOH bilan neytrallagach, $Cu (OH)_{2}$ sinovi musbat. Xavfsizlik: ishqor va kislota bilan ko‘zoynakda ishlang; qaynayotgan probirkani o‘zingizga va boshqalarga qaratmang; kumush ammiakat eritmasini tajribadan keyin to‘king. Laboratoriyada tatib ko‘rish taqiqlanadi.

Univ.: qandlar laboratoriyasi

Qaytaruvchi qandlar (erkin yarimatsetal –OH li: glyukoza, fruktoza, maltoza, laktoza, sellobioza) Feling ( $Cu^{2 +}$ ning tartratli ishqoriy kompleksi → qizil $Cu_{2} O$ ) va Tollens (kumush ko‘zgu) reaktivlarini qaytaradi; saxaroza va raffinoza — qaytarmaydi. Inversiya: saxaroza o‘ngga buradi ( ${[α]}_{D}^{20}$ = +66,5°), glyukoza +52,7°, fruktoza −92,4° — gidrolizdan keyin aralashma chapga buradi (shuning uchun «invert» shakar). Kislotali gidroliz birinchi tartibli: $α (t) = α_{\infty} + (α_{0} - α_{\infty}) e^{- k t}$ , $k$ kislota konsentratsiyasi va harorat bilan ortadi; yarim yemirilish davri $t_{1 / 2} = \ln 2 / k$ . Kraxmal gidrolizi yod sinovi bilan kuzatiladi: ko‘k → binafsha (amilodekstrinlar) → qizil-qo‘ng‘ir (eritrodekstrinlar) → rangsiz (maltoza, glyukoza). Quruq mevalar (mayiz, turshak, qoqi) suv bilan ekstraksiya qilinsa, eritmada glyukoza va fruktoza ko‘p — $Cu (OH)_{2}$ sinovi musbat; ular qog‘oz yoki yupqa qatlam xromatografiyasida ajratiladi. Monosaxaridlar D- va L-qatorga bo‘linadi (oxirgi asimmetrik C atomi bo‘yicha); tabiatdagi glyukoza va fruktoza — D-qator. Ochiq va halqa shakllarning o‘zaro o‘tishi — halqa-zanjir tautomeriyasi. Hosilalari: dezoksiqandlar (DNK dagi 2-dezoksiriboza), aminoqandlar (glyukozamin; uning N-atsetil hosilasi — xitin zvenosi), askorbin kislota (vitamin C). Polisaxaridlardan yana: glikogen (hayvon kraxmali), xitin (hasharotlar qobig‘i), inulin (fruktoza polimeri), pektin (meva jelesi), gialuron kislota va geparin (biriktiruvchi to‘qima, qon ivishiga qarshi dori). Gidroliz kislotali muhitda tez boradi; glikozid bog‘lar ishqoriy muhitda ancha barqaror.

Model chegaralari

Probirkalardagi reaksiyalar tezligi soddalashtirilgan: kumush ko‘zgu ≈ 35 °C dan, $Cu_{2} O$ ≈ 65 °C dan, gidroliz ≈ 60 °C dan sezilarli; vaqt tezlashtirilgan. Kraxmal-yod rangining qizdirilganda so‘nishi ≈ 60–80 °C da chiziqli deb olingan. Polarimetrda solishtirma burilishlar 20 °C qiymatlari, $k$ (25 °C, 1 mol/l HCl) = 0,012 min⁻¹ — taxminiy model qiymati (harorat 10 °C ga oshsa ≈ 3,5 marta ortadi); vaqt: 1 s = 1 min. Glyukoza va fruktoza halqalari haqiqiy kreslo/konvert shaklida, bog‘ uzunliklari ≈ 1,43–1,53 Å; disaxarid bog‘lanishlari yaqinlashtirilgan; amiloza va sellyuloza modellari sxematik (H atomlari ko‘rsatilmagan, halqalar tekis). Bijg‘ish animatsiyasi 10 dan ortiq fermentativ bosqichning faqat umumiy natijasini ko‘rsatadi.

Bilasizmi?

Paxta tolasi — tabiatdagi eng toza sellyuloza: uning 90 % dan ortig‘i sellyulozadan iborat (yog‘ochda bu ulush ≈ 40–50 %).
Kraxmal-yod rangi qizdirilganda so‘nadi va sovitilsa qaytadi: ko‘k rangni amiloza spirali ichiga joylashgan poliyodid zanjirlari beradi, issiqda spiral bo‘shashib, yod chiqib ketadi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Alkinlar, benzol va stirol — 10-sinf
Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir — 10-sinf
Spirtlar va oddiy efirlar — 10-sinf
Fenol, aldegid va ketonlar — 10-sinf
Kislotalar, efirlar va sovun — 10-sinf
Organik moddalarni aniqlash — 10-sinf
Stereokimyo va konformatsiyalar — 2-kurs
Radikal va elektrofil mexanizm — 3-kurs
SN1, SN2 va eliminatsiya — 3-kurs
Aromatik halqa va azobo‘yoqlar — 3-kurs