2020高中化学 糖类（提高）知识讲解学案 新人教版选修5

2020高中化学 糖类（提高）知识讲解学案 新人教版选修5

糖类 ‎【学习目标】‎ ‎1、了解糖类的组成和分类以及糖类在工农业生产和社会生活中的广泛方法应用和重要意义；‎ ‎2、掌握糖类中重要的代表物葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素的组成和主要性质，它们之间的相互转化关系以及与烃的衍生物的关系。‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一、糖类的组成和分类 ‎ 【高清课堂：糖类#糖类】1．糖类的组成。‎ ‎ （1）糖类是由碳、氢、氧三种元素组成的一类有机化合物，大多数糖类的分子组成可用通式Cm(H2O)n来表示（m、n可以相同，也可以不同）。‎ ‎ 注意：对糖类的通式的理解应注意两点：‎ ‎ ①该通式只表明糖类由C、H、O三种元素组成，并未反映糖类的结构特点。‎ ‎ ②有些属于糖类的物质不符合该通式，如脱氧核糖C5H10O4；而有些符合该通式的物质却不属于糖类。如乙酸CH3COOH、乳酸。‎ ‎ （2）从结构上看，糖类可定义为多羟基醛或多羟基酮，以及水解后可以生成多羟基醛或多羟基酮的化合物。‎ ‎ 2．糖类的分类。‎ ‎ （1）根据能否水解以及水解后的产物，糖类可分为单糖、低聚糖和多糖。‎ ‎ 单糖是不能水解的糖，一般为多羟基醛或多羟基酮，如葡萄糖、果糖、核糖及脱氧核糖等。‎ ‎ 低聚糖是1 mol糖水解后能产生2 mol～10 mol单糖的糖类。其中以二糖最为重要，常见的二糖有麦芽糖、蔗糖和乳糖等。‎ ‎ 多糖是1 mol糖水解后能产生很多摩尔单糖的糖类。如淀粉、纤维素等。多糖属于天然高分子化合物。‎ ‎ （2）单糖、低聚糖、多糖之间的相互转化关系为：‎ ‎ ‎ ‎ （3）糖类是绿色植物光合作用的产物，是一切生命体维持生命活动所需能量的主要来源。‎ 要点二、糖类的结构和性质 ‎ 1．葡萄糖的结构、性质和用途。‎ ‎ 葡萄糖是自然界中分布最广的单糖，主要存在于葡萄及其他带有甜味的水果、蜂蜜中，植物的种子、叶、根、花中，动物的血液、脑脊液和淋巴液中。‎ ‎ （1）分子结构。‎ ‎ 葡萄糖的分子式为C6H12O6，结构简式为CH2OH(CHOH)4CHO。它是一种多羟基醛。‎ ‎ （2）物理性质。‎ ‎ 葡萄糖是无色晶体，熔点为‎146℃‎，有甜味，但甜度不如蔗糖，易溶于水，稍溶于乙醇，不溶于乙醚。‎ ‎ （3）化学性质。‎ ‎ 葡萄糖分子中含有醛基和醇羟基，可发生氧化、加成、酯化等反应。‎ ‎ ①氧化反应。‎ ‎ a．燃烧。‎ ‎ C6H12O6（s）+6O2（g）—→6CO2（g）+6H2O（1） ΔH=－2804kJ·mol－1‎ ‎ b．被银氨溶液或新制的Cu(OH)2氧化。‎ ‎ CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OHCH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O 5‎ ‎ CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COOH+Cu2O↓+2H2O ‎ ②加成反应。‎ ‎ CH2OH(CHOH)4CHO+H2CH2OH(CHOH)4CH2OH（己六醇）‎ ‎③酯化反应。‎ ‎ 特别提示：葡萄糖是单糖，不能发生水解反应。‎ ‎ （4）主要用途。‎ ‎ 葡萄糖用于糖果制造业，还可用于医药工业。‎ ‎ 2．果糖简介。‎ ‎ （1）果糖是最甜的糖，广泛分布在植物中，在水果和蜂蜜中含量较高。‎ ‎ （2）果糖的分子式为C6H12O6，结构简式为，它是一种多羟基酮。果糖与葡萄糖互为同分异构体。‎ ‎ （3）纯净的果糖为无色晶体，熔点为103 ～‎105℃‎，它不易结晶，通常为黏稠性液体，易溶于水、乙醇和乙醚。果糖是最甜的糖。‎ ‎ （4）果糖分子中含有酮基和醇羟基，能发生加成、酯化反应。‎ ‎ 3．蔗糖与麦芽糖。‎ ‎ 蔗糖与麦芽糖都是重要的二糖，蔗糖为白色晶体，麦芽糖为无色晶体，两者都易溶于水，都有甜味。‎ ‎ 蔗糖与麦芽糖的比较 蔗糖 麦芽糖 相似点 ‎①组成相同，化学式均为C12H22O11，互为同分异构体 ‎②都属于二糖，每摩尔水解后生成两摩尔单糖 ‎③水解产物都能发生银镜反应，都能还原新制Cu(OH)2‎ ‎④都具有甜味（蔗糖更甜）‎ 不 同 点 官能团 不含醛基（非还原性糖）‎ 含有醛基（还原性糖）‎ 化学性质 不能发生银镜反应，也不能还原新制Cu(OH)2‎ 能发生银镜反应，能还原新制Cu(OH)2‎ 水解产物 葡萄糖和果糖各半 仅有葡萄糖 来源 以甘蔗和甜菜含量最多 淀粉在酶作用下的水解产物 用途 甜味食物、制红糖、白糖等 甜味食物、制饴糖 ‎ 【高清课堂：糖类#淀粉与纤维素】4．淀粉与纤维素。‎ ‎ 淀粉和纤维素是最重要的多糖。两者具有相同的分子通式(C6H10O5)n。它们都是由许多个单糖单元（C6H10O5）构成的天然高分子化合物。但由于n值不同，两者不是同分异构体关系，又由于结构不同，两者也不是同系物关系。‎ ‎ （1）淀粉与纤维素的比较 名称 淀粉 纤维素 存在 存在于植物种子、块根、谷类等中 存在于棉花、木材等中 通式 ‎(C6H10O5)n ‎(C6H10O5)n 结构特点 由几百个到几千个单糖单元构成的高分子化合物 由比淀粉更多的单糠单元构成的高分子化合物 物理性质 白色、无嗅、无味的物质，不溶于水，无甜味 5‎ 白色粉末，不溶于冷水，一部分可溶于热水，无甜味 化 学 性 质 加碘水 淀粉与碘作用呈现蓝色 纤维素与碘不作用，不变蓝，可用于鉴别淀粉和纤维素 水解 在淀粉酶作用下水解成麦芽糖，在无机酸作用下水解成葡萄糖 在无机酸催化作用下水解，最后生成葡萄糖，比淀粉水解困难 酯化 不能发生酯化反应 生成火棉、胶棉和醋酝纤维 用途 作工业原料，制取葡萄糖、酒精等 可用于纺织工业、造纸工业，制硝酸纤维、醋酸纤维和黏胶纤维等 ‎ （2）淀粉和纤维素的主要化学性质。‎ ‎ ①都无还原性。‎ ‎ 淀粉和纤维素都不能被银氨溶液或新制的Cu(OH)2氧化，因而都没有还原性。‎ ‎ ②都能水解，其水解的最终产物都是葡萄糖，但纤维素比淀粉更难水解。‎ ‎ (C6H10O5)n +nH2OnC6H12O6‎ ‎ （淀粉或纤维素） （葡萄糖）‎ ‎ ③淀粉遇碘单质变蓝色，纤维素遇碘单质不变色，因此可用碘单质来鉴定淀粉的存在或区分淀粉和纤维素。‎ ‎ ④纤维素分子的每个单糖单元有3个醇羟基，其分子通式可表示为[C6H7O2(OH)3]n，能表现出醇的性质。如能与HNO3、CH3COOH等发生酯化反应。‎ ‎ ‎ 要点三、糖类之间的相互转化关系 ‎ ‎ ‎ 注：C6H12O6‎2C2H5OH+2CO2。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：糖类的结构和性质 ‎ 例1 下列说法中正确的是（ ）。‎ ‎ A．糖类物质的分子通式都可以用Cm(H2O)n来表示 ‎ B．凡能溶于水且具有甜味的物质都属于糖类 ‎ C．糖类都能发生水解反应 ‎ D．糖类是多羟基醛或多羟基酮以及水解能生成它们的化合物 ‎【思路点拨】本题考查糖类的基础知识，注意糖类的定义、通性以及特性等。‎ ‎【答案】D ‎ 【解析】有些符合通式Cm(H2O)n的物质不属于糖类，如乙酸（CH3COOH）、甲酸甲酯（HCOOCH3）等，有些不符合通式Cm(H2O)n的物质却属于糖类，如脱氧核糖（C5H10O4‎ 5‎ ‎）；糖类不一定具有甜味，有甜味的物质也不一定是糖类，如淀粉属于糖类但无甜味，糖精有甜味但不属于糖类；多糖能水解最终生成多个分子单糖，而单糖却是不能水解的糖类；糖类从结构上看，一般是多羟基醛或多羟基酮以及水解生成多羟基醛或多羟基酮的化合物。‎ ‎【总结升华】糖类曾经被认为“碳水化合物”很长时间，后来研究发现，并不是所有的糖类符合碳水化合物的组成；糖类的定义和有甜味并没有必然联系；单糖不能发生水解，二糖、多糖才可以发生水解，其产物是单糖。‎ 举一反三：‎ ‎ 【变式1】下列各糖能发生水解，且属于还原性糖自是（ ）。‎ ‎ A．葡萄糖 B．蔗糖 C．麦芽糖 D．纤维素 ‎【答案】C ‎ ‎ 【变式2】关于淀粉和纤维素的下列说法中，正确的是（ ）。‎ ‎ A．两者都能水解，且水解的最终产物相同 ‎ B．两者实验式相同，且互为同分异构体 ‎ C．两者都属于糖类，且都没有甜味 ‎ D．两者都属于高分子化合物，且遇碘单质都显蓝色 ‎ 【答案】A、C 类型二：糖类的水解及产物的检验 ‎ 例2 向淀粉溶液中加少量稀H2SO4，加热使淀粉水解，为测其水解程度，需要的试剂是（ ）。‎ ‎ ①NaOH溶液 ②银氨溶液 ③新制的Cu(OH)2悬浊液 ④碘水 ‎ A．④ B．②④ C．①③④ D．③④‎ ‎【思路点拨】解答时注意“测其水解程度”的意义，有两层含义，一是测其是否水解，二是测其是否完全水解。再分析具体的检验方法。‎ ‎ 【答案】C ‎ 【解析】测定淀粉的水解程度应分为三种情况：（1）完全水解，（2）部分水解，（3）没有水解。若完全水解，证明没有淀粉，可用碘水检验；若部分水解，证明既有淀粉又有葡萄糖，可用碘水检验淀粉的存在，可用银氨溶液或新制的Cu(OH)2悬浊液检验葡萄糖的存在，不过在检验之前要先用NaOH中和多余的酸；若没有水解，证明没有葡萄糖，可用银氨溶液或新制的Cu(OH)2悬浊液，仍应先用NaOH中和多余的酸。‎ ‎【总结升华】检验糖类的水解产物除可用银氨溶液外，还可使用新制的Cu(OH)2悬浊液，和银镜反应一样，使用Cu(OH)2之前也要先加入NaOH中和作为催化剂的酸，同时所配制的Cu(OH)2中NaOH必须过量，配制的方法是：在洁净的试管中加入10％的NaOH溶液2 mL，然后滴入5％的CuSO4溶液5滴，振荡后即可使用。‎ 举一反三：‎ ‎ 【变式1】将蔗糖溶于水，配成10％的溶液，分装在两个试管中，在第一支试管中加入银氨溶液，在水浴中加热，没有变化，原因是蔗糖分子中________；在第二支试管中，加入几滴稀H2SO4，再在水浴中加热，加NaOH中和酸后也加入银氨溶液，现象________，原因是________，稀硫酸的作用是________。‎ ‎ 【答案】无醛基 有光亮的银镜产生 蔗糖发生水解，生成葡萄糖 催化剂 类型三：糖类之间的相互转化 ‎ 例3 如右图所示，淀粉水解可产生某有机化合物A，A在不同的氧化剂作用下可以生成B（C6H12O7）或C（C6H10O8），B和C都不能发生银镜反应。A、B、C都可以被强还原剂还原成为D（C6H14O6）。已知，相关物质被氧化的难易次序是：RCHO最易，R—CH2OH次之，最难。‎ ‎ 请在下列横线上填写A、B、C、D的结构简式。‎ ‎ A：________；B：________；C：________；D：________。‎ ‎【思路点拨】本题以淀粉水解产物为主线，考查有机化学中的氧化反应、还原反应。分析解答时，注意题目中给出的被氧化的难易的顺序。‎ 5‎ ‎ 【答案】A：CH2OH(CHOH)4CHO B：CH2OH(CHOH)4COOH C：HOOC(CHOH)4COOH D：CH2OH(CHOH)4CH2OH ‎ 【解析】淀粉水解产物为葡萄糖（A），其结构简式为CH2OH(CHOH)4CHO。由题给信息可知其中的—CHO先被氧化，然后再是—CH2OH被氧化。看官能团变化前后原子数目的多少，若是—CHO被氧化，则相当于增加了一个氧原子，其他原子没变，则B（C6H12O7）是—CHO被氧化的产物。分析C（C6H10O8），则多了两个氧原子，少了两个氢原子，则是—CHO与—CH2OH都被氧化成了—COOH。再分析D（C6H14O6）与原物质A（C6H12O6）相比较，多了两个氢原子，可认为是醛基被还原了（与H2加成）。‎ ‎【总结升华】注意总结一些有机物中被氧化（还原）的规律：能被连续氧化的物质，一般为醇类；能与不同氧化剂氧化成不同物质，一般含有两种以上的官能团；醛类与氢气的加成反应也可以视为还原反应等。‎ 举一反三：‎ ‎ 【变式1】现有通式为(CH2O)n的六种有机物，性质如下：①甲是无色有刺激性气味的气体，可以发生银镜反应；②乙、丙、丁的相对分子质量均为甲的2倍，戊的相对分子质量是甲的3倍，己的相对分子质量是甲的6倍；③乙、戊的水溶液可使甲基橙试剂变红，还可以与乙醇在一定条件下酯化，乙和戊间也能酯化；④戊结构中含有—CH3，两分子戊可形成环状酯；⑤丙不溶于水；丁、己两种物质的水溶液均呈中性；丙既能水解，又能发生银镜反应；丁能与钠反应放出H2；己能发生银镜反应，它可由淀粉水解制得。推断各物质的结构，写出其结构简式。‎ ‎ 甲________，乙________，丙________，丁________，戊________，己________。‎ ‎ 【答案】HCHO CH3COOH HCOOCH3 HOCH2CHO CH2OH(CHOH)4CHO 5‎