新人教版高中化学选修5糖类

糖类在一百多年前，便有人做过破布制糖的实验：把破布放进浓度为70%左右的硫酸中，加热一段时间，破布便不见了，被分解成糖葡萄糖。破布怎么会变成糖呢？原来，破布的主要成分是纤维素。当纤维素受到酸类的作用时，那巨大的分子会发生分裂，形成较小的分子，并且与水相结合，变成糖葡萄糖。在化学上，这叫作纤维素的“水解反应”。纤维素是由碳、氢、氧、三种元素组成的。所不同的是，只是分子中的三种化学元素的比例不一样罢了。破布既然能制糖，那么，破布的兄弟们含有纤维素的木屑、稻草、麦秆及许多农副产品，当然也能制糖。利用纤维素水解制葡萄糖，如今已成了一项庞大的工业“水解工业”。据统计，1吨干木屑，可以制成650千克葡萄糖！葡萄糖是重要的药剂，也是很重要的化工原料。研习教材重难点糖类是由C、H、O三种元素组成的一类有机化合物，糖类一般是多羟基醛、多羟基酮以及能水解生成它们的物质。其中单糖不能水解生成更简单的糖；二糖能水解，每摩尔二糖水解后产生2 mol单糖；多糖能水解，每摩尔多糖水解后可产生许多摩尔单糖。糖类又叫碳水化合物，是因当时发现它们的组成符合通式Cn（H2O) m（n、m可以相同，也可以不同)，但随着科学的发展，发现碳水化合物的名称没有正确反映糖类的组成、结构特征。糖类中氢、氧原子个数比并不都是21，也并不都以水分子形式存在，如鼠李糖C6H12O5；而符合通式Cn（H2O) m的物质也不全是碳水化合物。故碳水化合物的名称虽然仍沿用，但已失去了原有的意义。糖类可分为单糖、二糖、多糖，其中不能水解的糖为单糖；能水解成二、三、四分子单糖的糖为低聚糖；能水解成许多分子单糖的糖为多糖。它们相互转化的关系为研习点1：葡萄糖与果糖1.葡萄糖：(1)葡萄糖的结构：分子式C6 H12O6； 实验式CH2O；结构式：；结构简式CH2OH（CHOH)4CHO。特点：葡萄糖结构中含有OH和CHO，应该具有OH和CHO的性质，葡萄糖是多羟基醛。(2)化学性质：葡萄糖分子中含醛基，能被弱氧化剂（银氨溶液、新制的氢氧化铜溶液等)氧化生成葡萄糖酸；能加氢还原为己六醇。葡萄糖分子中有五个醇羟基，能与羧酸发生酯化反应。葡萄糖在人体组织中发生氧化反应，放出热量。葡萄糖在酶的作用下，发酵生成乙醇。果糖分子中不含醛基，含羰基，但也具有还原性。还原性：能发生银镜反应和与Cu（OH）2反应CH2OH（CHOH）4CHO+2Ag（NH3）2）+2OHCH2OH（CHOH）4COOH+2Ag+H2O+4NH3CH2OH（CHOH）4CHO+2Cu（OH）2CH2OH（CHOH）4COOH+Cu2O+2H2O现象：向新制的氢氧化铜碱性悬浊液中加入葡萄糖溶液，形成绛蓝色溶液，加热生成红色氧化亚铜沉淀。加成反应：与H2加成生成己六醇：CH2OH（CHOH)4CHO+H2CH2OH（CHOH)4CH2OH。酯化反应：与酸发生酯化反应，例如与乙酸反应生成五乙酸葡萄糖酯。还能与乙酸酐发生酯化反应。 发酵反应（制酒精)：C6H12O62CH3CH2OH+2CO2。生理氧化：C6H12O6(s)+6O2(g) 6CO2(g)+6H2O(l)。(3)制法：在工业上，葡萄糖通常是采用淀粉作原料，用硫酸等无机酸作催化剂，发生水解反应制得。（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6 （淀粉) （葡萄糖)(4)用途：作营养物质和还原剂。2.果糖：分子式：C6H12O6结构简式：CH2OH（CHOH）3COCH2OH结构特点：多羟基酮；果糖和葡萄糖互为同分异构体。性质：白色晶体溶于水，果糖最甜。向新制的氢氧化铜碱性悬浊液中加入果糖溶液，形成绛蓝色溶液，在加热条件下能与银氨溶液和新制的氢氧化铜反应，这是羟基酮特有的反应，果糖也称为还原性糖。【领悟整合】葡萄糖的结构及主要性质是高考考查的内容之一，其多羟基及醛基的性质更是命题的热点。以葡萄糖为中心的相互转化关系如下：【迁移体验】典例1：下列说法正确的是A.凡符合Cn（H2O) m的化合物一定属于糖，不符合此通式的不属于糖类B.纯净的果糖和葡萄糖都是白色晶体，且果糖比葡萄糖甜C.果糖能发生银镜反应，所以果糖分子中有醛基D.葡萄糖是一种单糖的主要原因是一种多羟基醛研析：A项错，详见前面的知识点精析。C项中的果糖是多羟基酮，羰基受多羟基的影响也可发生银镜反应。D项中的葡萄糖是单糖的原因是不能再水解成更简单的糖。答案：B典例2：分别取1 mol葡萄糖进行下列试验： （1）银镜反应时，需银氨络离子 mol，反应后葡萄糖变为 ，其结构简式是 。（2）与乙酸反应生成酯，从理论上讲完全酯化需要 g乙酸。（3）若使之完全转化为CO2和H2O，所需氧气的体积在标准状况下为 L，反应的方程式是 。研析：根据葡萄糖的组成、结构和性质进行推断，即：银镜反应时，每摩尔醛基被2 mol Ag（NH3）2+氧化，反应后葡萄糖转化为葡萄糖酸铵。葡萄糖分子中含有5个羟基，完全酯化时，从理论上讲，每摩尔葡萄糖需5 mol乙酸。若使每摩C6（H2O）6完全转化为CO2和H2O需6 mol氧气。答案：（1）2 葡萄糖酸铵 CH2OH（CHOH）4COONH4 （2）300（3）134.4 CH2OH（CHOH）4CHO+6O26CO2+6H2O研习点2：蔗糖与麦芽糖糖类水解后能生成几个分子单糖的叫做低聚糖。低聚糖中最重要的是二糖，而二糖中最重要的是蔗糖。相似点：组成相同，分子式均为C12H22O11，互为同分异构体；都属于二糖，每摩尔水解后生成两摩尔单糖；水解产物都能发生银镜反应，都能还原新制的Cu（OH)2，都具有甜味（蔗糖更甜)。不同点：官能团：蔗糖不含醛基， 麦芽糖含有醛基；化学性质：蔗糖的分子结构中不含醛基，不能发生银镜反应，不显还原性，是一种非还原性糖，也不能还原Cu（OH)2，麦芽糖能发生银镜反应，能还原Cu（OH)2；水解产物:蔗糖在硫酸等的催化下，能发生水解反应生成一分子葡萄糖和一分子果糖：C12H22O11（蔗糖）+H2OC6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6（果糖）麦芽糖在硫酸等的催化下，发生水解反应生成两分子葡萄糖：C12H22O11（麦芽糖）+H2O2C6H12O6（葡萄糖）存在：甘蔗和甜菜中含蔗糖；麦芽糖是用淀粉在淀粉酶的作用下，在约60时发生水解反应而生成的。2（C6H10O5）n+nH2OnC12H22O11淀粉麦芽糖【辨析比较】蔗 糖麦芽糖分子式C12H22O11结构差异不含醛基含醛基来源在植物体内由葡萄糖、果糖缩合生成C6H12O2+C6H12O6H2O+C12H22O11（果糖） （葡萄糖）淀粉水解糖化而成2（C6H10O5）n+nH2OnC12H22O11 （麦芽糖)性质差异不显还原性，不发生银镜反应有还原性，能发生银镜反应可水解，生成一分子果糖和一分子葡萄糖可水解，生成两分子葡萄糖有甜味有甜味，但不如蔗糖甜【迁移体验】典例3：蔗糖与不同浓度的硫酸可发生的反应是水解反应 脱水反应 加成反应 取代反应 加聚反应A. B. C. D.研析：本题的解题关键是了解蔗糖的性质，在稀硫酸存在下水解生成葡萄糖和果糖、在浓硫酸存在下脱水发生炭化。这一知识点在高一“硫酸”中已学过。本学科内知识小综合是高考的方向。蔗糖是二糖（C12H22O11），它与稀H2SO4共热时，发生水解反应：C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6蔗糖 葡萄糖 果糖蔗糖与浓硫酸发生氧化反应:C12H22O1112C+11H2O答案：A研习点3：淀粉与纤维素（1）淀粉组成和结构：分子组成为（C6 H10 05）n，是由几百到几千个葡萄糖单元构成的高分子化合物。分子结构有直链结构和支链结构两种。物理性质：白色粉末状物质，不溶于冷水，在热水里淀粉颗粒会膨胀破裂，有一部分淀粉会溶解在水里，另一部分悬浮在水里，形成胶状淀粉糊。化学性质：a.不与银氨溶液和新制Cu（OH）2反应，不显还原性；b.在稀酸作用下和人体中均能发生水解，最终产物为葡萄糖；c.淀粉遇碘（I2）变蓝。生成与存在：在自然界中经光合作用生成：6nCO2+5nH2O(C6H10O5)n+6nO2淀粉主要存在于植物的种子、块茎或块根里，谷类含量较多。用途：淀粉是人类生活中的三大营养物质之一，同时也是一种工业原料，可用于酿酒、制醋、制葡萄糖等。（2）纤维素组成与结构：分子组成为（C6H10 05）n，是由几千个葡萄糖单元构成的高分子化合物。与淀粉相比，虽然分子组成相同，但由于n值不同（般纤维素大于淀粉），所以两者并非同分异构体。纤维素分子的每一个单糖单元有3个醇羟基，其分子通式也可表示为C6H7O2（OH)3n 。物理性质：白色、无臭、无味的物质，不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂。化学性质：a.没有CHO，不与银氨溶液和新制的Cu（OH）2反应，不显还原性。b.在70的H2SO4和水浴加热的条件下能发生水解，最终产物也是葡萄糖，但比淀粉水解困难。c.酯化反应（制硝化纤维）3nH2O3nH2O用途：主要用于制造纤维素硝酸酯，得到火棉（制无烟火药）和胶棉（制喷漆和塑料及用于封瓶口）；制造纤维素醋酸酯（用于制电影胶片片基）；制造黏胶纤维（短的称人造棉，长的称人造丝，薄膜称玻璃纸）；用于造纸等。【辨析比较】淀粉和纤维素的性质比较物 质 淀粉（C6H10O5）n纤维素（C6H10O5）n构成方式几百到几千个葡萄糖单元几千个葡萄糖单元分类糖或高分子化合物糖或高分子化合物主要性质白色粉末状物质，不溶于冷水，没有甜味，能发生水解反应，与碘水作用呈蓝色白色、无臭、无味的物质，不溶于水，不溶于一般有机溶剂，能发生水解反应，酯化反应C6H7O2（ONO2）3n（硝酸纤维）（1）在物理性质方面：都是白色、无气味、无味道的物质。淀粉呈粉末状，纤维素呈纤维状结构；淀粉不溶于冷水，在热水中一部分溶解、一部分悬浮，纤维素不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂。（2）在化学性质方面：都不显还原性，不与银氨溶液和新制的Cu（OH）2反应。在浓酸中或用稀酸在加压下能水解，水解的最终产物都是葡萄糖。纤维素含有醇羟基，能表现出醇的性质，如制纤维素三硝酸酯或纤维素三乙酸酯等。【品思感悟】P80学与问：能够发生银镜反应的不一定是醛，分子中含有醛基的物质均可以发生银镜反应，如甲酸、甲酸盐、甲酸酯和葡萄糖、蔗糖等。P80科学探究： 果糖虽然是酮糖，但也具有还原性，能发生银镜反应，也能被新制的氢氧化铜氧化。这是羟基酮特有的反应，果糖也可称为还原性糖。P82科学探究：蔗糖是非还原性糖，不能发生银镜反应，麦芽糖是还原性糖，能发生银镜反应。P83科学探究：实验步骤：在试管1和试管2里各放入0.5 g淀粉，在试管1里加入 4 mL 20%的H2SO4溶液，在试管2里加入4 mL水，都加热3 min4 min。用碱液中和试管1里的H2SO4溶液，把一部分液体倒入试管3。在试管2和试管3里都加入碘溶液，观察现象。在试管1里加入银氨溶液，稍加热后，观察现象。实验现象：试管1内壁上产生光亮的银镜；试管2里溶液产生蓝色；试管3里溶液不变蓝色。实验结论：淀粉本身不发生银镜反应。淀粉用酸催化可以发生水解，生成能发生银镜反应的葡萄糖，不用酸催化，淀粉不水解。【迁移体验】典例4：有关糖类的说法正确的是在糖类中有高分子化合物也有低分子化合物有甜味的物质不一定是糖，糖类也不一定有甜味糖类分子组成不一定都符合通式Cn（H2O）m，符合Cn（H2O）m的物质不一定都是糖类能发生银镜反应的糖类，不一定结构中都有醛基淀粉、纤维素有相同的分子通式（C6H1005）n，但它们并不是同分异构体淀粉、纤维素都属于混合物淀粉与纤维素通式相同，蔗糖与麦芽糖分子式相同，但单糖的分子式不完全相同A.只有B.只有C.只有D.全对研析：单糖、低聚糖属于低分子化合物，多糖属于高分子化合物；糖精、甘油等有甜味，不属于糖类，淀粉、纤维素是糖类，但没有甜味；鼠李糖分子式是C6H12O5，不符合Cn（H2O）m通式，甲醛（HCHO）、乙酸（CH3COOH）的分子式符合Cn（H2O）m通式，但不是糖类；果糖发生银镜反应，但结构中没有醛基；淀粉、纤维素没有固定的分子式，所以它们不是同分异构体，也不属于纯净物；核糖、脱氧核糖等单糖分子式与葡萄糖、果糖分子式并不相同，所以此题答案为D。答案：D典例5：向淀粉溶液中加入少量稀H2SO4，加热使淀粉发生了水解反应，为测定其水解程度，所需的试剂是银氨溶液 新制Cu（OH）2悬浊液 NaOH溶液 碘水 BaCl2A.B.C.D.研析：题意为测定淀粉的水解程度，其中包含：尚未水解；部分水解；完全水解。而淀粉水解的产物为葡萄糖，所以所需试剂为银氨溶液或Cu（OH）2悬浊液，以检验是否存在葡萄糖分子，若无银镜现象或砖红色的Cu2O沉淀，则说明淀粉尚未水解，若有此现象，则说明淀粉已部分水解或全部水解。至于是部分还是全部水解，必须证明是否还存在淀粉分子，所以还需要碘水。又因醛基的银镜反应和与Cu（OH）2悬浊液反应，不能在酸性条件下进行，所以必须用碱中和催化剂H2SO4的酸性。 答案：C探究解题新思路学科内综合题典例1：A、B、C、D四种有机物，它们分子中C、H、O三种元素的质量比都是618。在通常状况下，A是一种有刺激性气味的气体，对氢气的相对密度为15，其水溶液能发生银镜反应；B的相对分子质量是A的六倍，B常用作制镜工业的还原剂；C和D两物质的蒸气密度都是2.68 gL-1（标准状况），它们也互为同分异构体，但D的水溶液能使石蕊试液变红，而E是不溶于水的油状液体，具有水果香味。试写出A、B、C、D的名称和结构简式。研析：因四种物质分子中C、H、O三种元素的质量比都是618，C、H、O原子个数比为121，实验式为CH2O。又因A的相对分子质量是15230，是一种有刺激性气味的气体，水溶液能发生银镜反应，故A为甲醛。B的相对分子质量为306180，分子式为C6H12O6，又因B常用作制镜工业的还原剂，故B为葡萄糖。C、D的相对分子质量都是2.6822.460，分子式都是C2H4O2，C溶液显酸性，D为油状液体，故C为乙酸，D为甲酸甲酯。答案：A.甲醛HCHO B.葡萄糖CH2OH（CHOH）4CHO C.乙酸CH3COOHD.甲酸甲酯HCOOCH3友情提醒：本题将计算与物质的性质紧密联系起来，可培养学生的逻辑推理能力。通过本题对4种实验式均为CH2O的有机物进行了归纳，使学生的知识由点到面。同实验式的物质实验式典型实例物质实例推广CHC2H2、C6H6、C8H8单炔烃和3倍于其碳原子个数的苯的同系物CH2C2H4、C3H6单烯烃或环烷烃CH2OHCHO、HCOOCH3、C3H6O3、CH3COOH、C6H12O6饱和一元醛和2倍于其碳原子个数的一元饱和羧酸和酯C6H10O5淀粉、纤维素所有同分异构体烯与环烷烃、炔与二烯烃、醇与醚、羧酸与酯、醛和酮规律实验式相同的物质各元素的质量分数相同，所以不管实验式相同的物质以何种比例混合，各元素的质量分数与混合前相同。规律实验式相同的物质，只要总质量一定，不管它们以何种比例混合，燃烧时耗氧量一定，生成的二氧化碳和水的质量一定。典例2：纤维素是由很多单糖单元构成的，每一个单糖单元有三个醇羟基，因此纤维素能够表现出醇的一些性质，如生成硝酸酯、乙酸酯等。（1）试写出生成纤维素硝酸酯和纤维素乙酸酯的化学方程式。（2）工业上把酯化比较完全、含氮量高的纤维素硝酸酯叫做火棉，火棉可用来制造无烟火药，试简述可作火药的理由。（3）纤维素乙酸酯俗名醋酸纤维，常用作电影胶片的片基。试分析醋酸纤维和硝酸纤维哪个容易着火，为什么？研析：本题为联系实际的信息应用题。可根据醇与无机酸、有机酸之间发生酯化反应的特点来解决硝酸纤维和醋酸纤维生成方程式的书写问题，可达到知识迁移，培养学生灵活运用知识解决问题的能力。通过第（2）、（3）问的解答，可进一步使学生强化“结构决定性质”这一化学意识。答案： (1) +3nHONO2+3nH2O+3nH2O (2)纤维素具有还原性，而NO2具有氧化性，在纤维素中引入NO2后，在加热到一定温度时，NO2可把纤维素氧化，生成CO2和H2O，NO2自身变成N2。由于反应后，迅速产生大量气体，故火棉可用作炸药，该火药反应后无固体残留，为无烟火药。类似的例子还有2，4，6三硝基甲苯（TNT）、硝酸甘油酯等。(3)硝酸纤维较醋酸纤维容易着火。因为硝酸纤维中含有氧化性基团硝基，容易发生氧化反应。而醋酸纤维中没有氧化性基团，要发生氧化反应起火，须借助空气中的氧，较难反应。课标点击：为什么人不能消化纤维素？食草动物（如牛、羊、马等）主要以纤维素为食物，也能吃淀粉类食物。草和谷物在它们的身体里都能水解生成葡萄糖。这是因为它们的消化器官里既有葡萄糖酶，又有葡萄糖酶。淀粉是由葡萄糖组成的，只有葡萄糖酶才能使它水解。纤维素是由葡萄糖组成的，只有葡萄糖酶才能使它水解。而人类的消化器官里只有葡萄糖酶，因此只能消化淀粉而不能消化纤维素。典例3. 某学生设计了三个实验方案，用以检验淀粉的水解情况。方案甲：淀粉液水解液中和液溶液变蓝结论：淀粉完全没有水解方案乙：淀粉液水解液无银镜现象结论：淀粉完全没有水解方案丙：淀粉液水解液中和液有银镜出现结论：淀粉已经水解根据上述操作、现象，首先回答结论是否正确，然后简要说明理由。（1）方案甲：_；（2）方案乙：_；（3）方案丙：_。研析：本题可使学生再现淀粉水解实验操作过程，重视细节考查，培养观察能力，并培养学生由现象得出正确结论的能力。淀粉遇I2变蓝色，淀粉在稀H2SO4催化下水解生成葡萄糖。答案：（1）结论不正确。因为淀粉可能部分水解，未水解的残留淀粉会与碘反应变蓝。（2）结论不正确。因为实验设计有错误，在酸性条件下即使水解液中有葡萄糖，也不能与银氨溶液发生银镜反应。（3）结论正确。说明淀粉水解，生成了葡萄糖，并在碱性条件下发生了银镜反应。友情提醒：淀粉液在水解后进行银镜反应前，一定要用NaOH溶液将混合液中和至中性，以保证银镜反应的顺利实验。但NaOH不能过量，否则影响在试液中加入I2后的现象。因3I2+6NaOHNaIO3+5NaI+3H2O，则无法准确判断淀粉是否完全水解。淀粉在人体内也进行水解。如淀粉是没有甜味的，但为什么在吃米饭或馒头时，多加咀嚼就会感到有甜味？原因是人们在咀嚼米饭或馒头时，一部分淀粉受唾液中所含淀粉酶的催化作用，开始水解，生成了麦芽糖。余下的淀粉在小肠里，在胰脏分泌出的淀粉酶的作用下，继续水解，生成麦芽糖；麦芽糖在肠液中