第四章 生物大分子
第一节 糖类
课标定向 抬头望青山
1.认识糖类的组成和性质特点。(宏观辨识与微观探析)
2.了解淀粉和纤维素的组成、典型性质及其与葡萄糖的关系。(证据推理与模型认知)
3.了解葡萄糖的结构特点、主要性质与应用。(宏观辨识与微观探析)
4.知道糖类在食品加工和生物质能源开发上的应用。(科学态度与社会责任)
一、糖类的组成和分类
1.糖类的组成
[思考]符合Cm(H2O)n的物质都是糖吗 糖都符合Cm(H2O)n的通式吗
2.分类
根据能否水解及水解后的产物,糖类可分为单糖、 和多糖。
类别 依据 举例
单糖 不能水解的糖 、果糖、核糖和脱氧核糖等
寡糖或 低聚糖 1 mol糖水解后能产生 mol单糖 以二糖最为重要,二糖有麦芽糖、乳糖和 等
多糖 1 mol糖水解后能产生10 mol以上单糖 淀粉、 和糖原等
二、单糖
1.葡萄糖
(1)物理性质与存在
葡萄糖 溶于水, 色晶体, 甜味。葡萄糖存在于 、 ,以及植物的种子、叶、根、花中,动物的血液和淋巴液中也含有葡萄糖。
(2)组成和结构
分子式 官能团 判别
C6H12O6 多羟基醛
(3)化学性质
①氧化反应——实验4-1
实验 步骤
实验 现象 试管壁上有 生成 试管中出现
实验 结论 葡萄糖分子中含有 ,属于 糖,表现 性,属于 糖
②葡萄糖在人体内的氧化反应
C6H12O6+6O2 。
(4)用途
①葡萄糖是一种重要的 物质。
②广泛应用于食品和医药工业。
2.其他常见单糖
单糖 果糖 核糖 脱氧核糖
物理 性质 色晶体, 溶于水,吸湿性 —
类别 多羟基 ,属于 糖,与葡萄糖互为 多羟基 ,属于 糖
分子式
[思考]某化学兴趣小组在研究一种化合物性质时发现它能发生银镜反应,该化合物一定属于醛吗
三、二糖与多糖
1.二糖
(1)常见二糖组成、来源、用途及物理性质
类别 蔗糖 麦芽糖
分子式
物理 性质 色晶体, 溶于水, 甜味 白色晶体,易溶于水,有甜味
来源 甘蔗、甜菜 发芽的谷粒和麦芽
用途 甜味食品 甜味食品
联系 互为
(2)化学性质
①水解反应
蔗糖、麦芽糖都能发生水解反应,化学方程式为
;
。
②氧化反应
蔗糖 麦芽糖
醛基, 发生银镜反应,也 还原新制Cu(OH)2,属于 糖 醛基, 发生银镜反应, 还原新制Cu(OH)2,属于 糖
[思考]试分析如何利用实验方法区分蔗糖和麦芽糖
2.多糖
(1)淀粉和纤维素的组成与物理性质
项目 淀粉 纤维素
组成 二者都是由大量 相互连接组成的
分子式
关系 都属于 ;但二者的n值不同,二者 同分异构体
物理 性质 状物质, 甜味, 溶于冷水。在热水中会部分溶解,形成胶状的淀粉糊 色纤维状物质, 甜味, 溶于水,也 一般的有机溶剂
(2)淀粉和纤维素的化学性质
项目 淀粉 纤维素
遇碘(I2) -
银氨溶液或新制 的氢氧化铜 被氧化,属于非还原糖 被氧化,属于非还原糖
酯化反应
水解反应
水解的化学方程式分别为
;
。
(3)用途
物质 用途
淀粉 ①重要营养物质; ②食品工业原料(如制备 、酿制 、 ,氨基酸、抗生素等); ③生产 、表面活性剂和可降解塑料等
纤维素 ①用于 工业、造纸业等; ②用于制造 、 和 等。黏胶纤维中的长纤维一般称为 ,短纤维称为
[思考]淀粉和纤维素在人体内最终的水解产物相同。这种说法是否正确
【质疑辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”,并分析原因。
(1)含有碳、氢、氧三种元素的有机化合物属于糖类。()
(2)糖类都属于高分子化合物。()
(3)糖类一定有甜味,有甜味的一定是糖。()
(4)蔗糖是一种二糖,它的相对分子质量是葡萄糖的两倍。()
(5)葡萄糖具有多羟基酮结构,能发生加成反应。()
(6)蔗糖、麦芽糖水解的产物不相同。()
(7)蔗糖和麦芽糖互为同分异构体,淀粉和纤维素也互为同分异构体。()
探究任务一:葡萄糖的结构与性质
【导学探究】
[情境]葡萄糖作为一种人体从食物中吸收的糖,不仅是身体里每个细胞的能量来源,也是潜在的具有极高能量密度的生物质燃料。
工程师们设计了一种新型葡萄糖动力电池,其有效解决了葡萄糖燃料电池中的问题,使得葡萄糖可以直接转化为电能。
探究点:葡萄糖的结构与性质
(1)葡萄糖燃料电池是利用了葡萄糖发生氧化反应时有能量放出。葡萄糖遇银氨溶液、新制的氢氧化铜时会发生氧化反应,与分子中 (填官能团的名称)有关,写出葡萄糖遇银氨溶液、新制的氢氧化铜反应的化学方程式。
(2)葡萄糖可以发生酯化反应,1 mol葡萄糖发生酯化反应时,若完全酯化,最多消耗醋酸的物质的量为多少
(3)葡萄糖可以用于制作镜子和保温瓶胆,与什么官能团有关
(4)结合葡萄糖的结构分析葡萄糖能否发生取代反应 能否在铜或银的催化作用下发生氧化反应
【归纳总结】
葡萄糖的结构特点
【针对训练】
1.科学家已经发明利用眼泪来检测糖尿病的装置,其原理是用氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)溶液与眼泪中的葡萄糖反应生成纳米金单质颗粒。下列有关说法不正确的是( )
A.葡萄糖不能发生水解反应
B.葡萄糖属于单糖
C.检测时NaAuCl4发生氧化反应
D.葡萄糖可以通过绿色植物的光合作用合成
2.(2024·上海杨浦区高二检测)葡萄糖在生物体内会发生分子内反应形成葡萄糖的半缩醛(如图所示),物质A和B分别为两种葡萄糖半缩醛,下列说法正确的是( )
A.葡萄糖半缩醛含有羟基、醚键,该葡萄糖不能发生银镜反应
B.半缩醛的形成可看作羟基与醛基发生了加成反应
C.物质A分子含有4个手性碳原子
D.葡萄糖半缩醛A和B的分子式均为C6H10O5
[拓展思考](1)葡萄糖能否使酸性KMnO4溶液褪色
(2)物质B分子中有几个手性碳原子
方法导引 手性碳原子的确定
(1)碳原子连接了四个不同的原子或基团,形成的化合物存在手性异构,则该碳原子称为手性碳原子。如,其中*C即为手性碳原子。
(2)不饱和碳原子(如、—C≡C—等中的碳原子)一定不是手性碳原子。
【补偿训练】(2024·邢台高二检测)葡萄糖不可能发生的反应类型是( )
A.氧化反应 B.水解反应
C.加成反应 D.消去反应
探究任务二:二糖、多糖的水解及水解程度的检验
【导学探究】
热米饭与冷米饭
热米饭中的淀粉属于快消化淀粉,酶可以自由地分解它们,生成麦芽糖,最终变成葡萄糖被人体利用。放入冰箱冷藏变成冷米饭,此时抗性淀粉含量会增加。抗性淀粉在小肠中不能被消化吸收,也不能分解为葡萄糖被人体利用,几乎不会产生能量,可见糖的水解与人体能量的提供至关重要。
探究点一:蔗糖、麦芽糖的结构和化学性质的实验探究
(1)某化学兴趣小组设计以下两个装置来检验蔗糖和麦芽糖是否属于还原糖。
①两个实验中观察到的现象是什么
②根据上述现象能得出什么结论
(2)化学兴趣小组设计以下实验装置探究蔗糖水解产物的还原性。再把蔗糖溶液换为麦芽糖溶液,重复实验操作,探究麦芽糖水解产物的还原性。
①两个实验中观察到的现象是什么
②根据上述现象能得出什么结论
探究点二:糖类水解程度的判断
为判断淀粉水解的程度,进行下列实验:
(1)加入碘水的目的是什么
(2)加入NaOH溶液的目的是什么
(3)银氨溶液可用什么试剂代替
(4)证明淀粉完全水解的现象A和现象B分别为什么
【归纳总结】
判断淀粉的水解程度
(1)实验原理:
淀粉在酸作用下发生水解反应最终生成葡萄糖,反应物淀粉遇碘变蓝色,不能发生银镜反应;产物葡萄糖遇碘不变蓝,能发生银镜反应。
(2)实验步骤:
(3)实验现象及结论:
项目 现象A 现象B 结论
1 未出现银镜 溶液变蓝色 淀粉尚未水解
2 出现银镜 溶液变蓝色 淀粉部分水解
3 出现银镜 溶液不变蓝色 淀粉完全水解
易错提醒(1)多糖都不能发生银镜反应。
(2)检验其水解产物是否有还原性要关注水解条件。淀粉在酸性条件下水解后,应先用NaOH溶液中和水解液,再加入银氨溶液,才能发生银镜反应。
(3)检验反应后有无淀粉剩余,不能先加入NaOH溶液中和水解液再加入碘水,因为I2能与NaOH溶液反应。
【针对训练】
(2024·石家庄高二检测)下列关于验证蔗糖属于非还原性糖,而其水解产物具有还原性的实验方案的说法正确的是( )
A.验证蔗糖属于非还原性糖的操作顺序:④③
B.验证蔗糖属于非还原性糖的操作顺序:③⑤
C.验证蔗糖水解产物具有还原性的操作顺序:①④⑤
D.验证蔗糖水解产物具有还原性的操作顺序:①⑤②④⑤
【补偿训练】1.(2024·苏州高二检测)某同学检验淀粉水解程度的实验如下:
步骤1:向淀粉溶液中加入一定量稀硫酸,加热反应几分钟;冷却后取少量水解液,加入碘水,溶液显蓝色。
步骤2:另取少量水解液加入足量NaOH溶液,再加入新制Cu(OH)2并加热至沸腾,有砖红色沉淀生成。
该同学结合实验情况做出了以下判断,你认为其中说法不正确的是( )
A.步骤1加入稀硫酸,目的是加快淀粉的水解速率
B.步骤2产生沉淀的方程式为
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COOH+Cu2O↓+2H2O
C.步骤1、2的现象说明淀粉发生了部分水解
D.实验结果并不能得出淀粉的水解反应是可逆过程的结论
[拓展思考](1)步骤1中能用浓硫酸代替稀硫酸与淀粉溶液进行水解实验吗
(2)淀粉发生水解时的产物中会有蔗糖、麦芽糖吗
2.某化学实验小组学习了糖类的水解后,设计了如图所示的淀粉的水解实验方案,已知操作2中淀粉水解完全。
下列说法正确的是( )
A.要证明操作1中淀粉是否开始水解,可在b中加入新制Cu(OH)2共热
B.要证明操作1中淀粉是否水解完全,应先在b中加入过量NaOH溶液,再滴加碘水
C.通过b、b'中能否产生丁达尔效应,比较淀粉酶和稀硫酸的催化效率
D.可通过渗析法将b'中的淀粉酶回收利用
【真题示例】
(2023·湖南选择考)葡萄糖酸钙是一种重要的补钙剂,工业上以葡萄糖、碳酸钙为原料,在溴化钠溶液中采用间接电氧化反应制备葡萄糖酸钙,其阳极区反应过程如下:
下列说法错误的是( )
A.溴化钠起催化和导电作用
B.每生成1 mol葡萄糖酸钙,理论上电路中转移了2 mol电子
C.葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物
D.葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 ①阳极物质转化图;②电路中转移电子;③葡萄糖酸结构;④葡萄糖结构
转化 知识点 ①溴离子在该过程中的质量和化学性质保持不变,起催化和导电作用;②电极反应为Br-→Br2,Br2与H2O反应生成 HBrO和Br-,HBrO再和葡萄糖反应生成葡萄糖酸和Br-,电路转移电子是葡萄糖失去电子的2倍;③葡萄糖酸分子内既有羧基又有羟基,分子内反应酯化反应可生成六元环状结构;④葡萄糖分子含有醛基、羟基
排除 障碍点 只根据葡萄糖到葡萄糖酸结构式变化,得出生成1 mol葡萄糖酸转移生成2 mol电子
【对点演练】
1.下列叙述正确的是( )
A.淀粉在稀硫酸中水解后,取澄清液加银氨溶液看是否有银镜生成,判断淀粉是否水解
B.1 mol葡萄糖与足量银氨溶液反应,最多得到 2 mol Ag
C.用碘水可以检验淀粉是否发生水解
D.常温下,糖类遇碘变蓝色
2.我国科学家进行了如图所示的碳循环研究。下列说法正确的是( )
A.淀粉是多糖,在一定条件下能水解成葡萄糖
B.葡萄糖与果糖互为同分异构体,都属于烃类
C.1 mol CO中含有6.02×1024个电子
D.22.4 L CO2被还原生成1 mol CO
1.(2024·池州高二检测)下列关于葡萄糖和果糖的说法错误的是( )
A.葡萄糖中不含醛基,而果糖中含有醛基
B.葡萄糖和果糖都能与H2在一定条件下作用生成己六醇
C.葡萄糖与乙酸作用生成葡萄糖五乙酸酯
D.葡萄糖和果糖都是单糖,互为同分异构体
【补偿训练】下列说法不正确的是( )
A.葡萄糖、果糖的分子式均为C6H12O6,二者互为同分异构体
B.淀粉、纤维素都属于天然高分子
C.淀粉、蔗糖和纤维素在一定条件下都能发生水解反应
D.肌醇()与葡萄糖()的元素组成相同,化学式均为C6H12O6,满足Cm(H2O)n,因此均属于糖类化合物
2.下列实验操作、现象和结论均正确的是( )
选项 实验操作和现象 结论
A 加热麦芽糖和硫酸的混合液,片刻后,加入过量NaOH溶液充分反应,再加入新制的Cu(OH)2,加热,出现砖红色沉淀 麦芽糖一定发生了水解反应
B 在碎瓷片的作用下加热石蜡油,产生的气体通入酸性KMnO4溶液中,溶液褪色 反应产生的气体为乙烯
C 向淀粉水解液中加入碘水,发现溶液变蓝 淀粉尚未水解
D 苯、Fe和液溴混合反应后的气体通入CCl4后,再通入AgNO3溶液中,产生淡黄色沉淀 苯与液溴发生了取代反应
3.淀粉在一定条件下水解可生成A,气态烃C中碳元素与氢元素的质量比为12∶1,F分子式为C4H6O2,是具有香味、难溶于水的油状液体,G可作高分子涂料。有关物质的转化关系如图所示:
请回答:
(1)物质B中所含的官能团名称是 。
(2)写出反应④的化学方程式_____________________________。
(3)下列有关说法正确的是 (填字母)。
A.物质A的分子式为C6H12O6
B.物质 B、E可用饱和碳酸钠溶液进行鉴别
C.物质C、F均能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D.物质G的链节为第四章 生物大分子
第一节 糖类
课标定向 抬头望青山
1.认识糖类的组成和性质特点。(宏观辨识与微观探析)
2.了解淀粉和纤维素的组成、典型性质及其与葡萄糖的关系。(证据推理与模型认知)
3.了解葡萄糖的结构特点、主要性质与应用。(宏观辨识与微观探析)
4.知道糖类在食品加工和生物质能源开发上的应用。(科学态度与社会责任)
一、糖类的组成和分类
1.糖类的组成
[思考]符合Cm(H2O)n的物质都是糖吗 糖都符合Cm(H2O)n的通式吗
提示:符合Cm(H2O)n的物质不一定都是糖,如HCHO;糖不一定都符合Cm(H2O)n,如脱氧核糖(C5H10O4)。
2.分类
根据能否水解及水解后的产物,糖类可分为单糖、寡糖和多糖。
类别 依据 举例
单糖 不能水解的糖 葡萄糖、果糖、核糖和脱氧核糖等
寡糖或 低聚糖 1 mol糖水解后能产生2~10mol单糖 以二糖最为重要,二糖有麦芽糖、乳糖和蔗糖等
多糖 1 mol糖水解后能产生10 mol以上单糖 淀粉、纤维素和糖原等
二、单糖
1.葡萄糖
(1)物理性质与存在
葡萄糖易溶于水,无色晶体,有甜味。葡萄糖存在于水果、蜂蜜,以及植物的种子、叶、根、花中,动物的血液和淋巴液中也含有葡萄糖。
(2)组成和结构
分子式 官能团 判别
C6H12O6 —OH、—CHO 多羟基醛
(3)化学性质
①氧化反应——实验4-1
实验 步骤
实验 现象 试管壁上有银镜生成 试管中出现砖红色沉淀
实验 结论 葡萄糖分子中含有醛基,属于醛糖,表现还原性,属于还原糖
②葡萄糖在人体内的氧化反应
C6H12O6+6O26CO2+6H2O。
(4)用途
①葡萄糖是一种重要的营养物质。
②广泛应用于食品和医药工业。
2.其他常见单糖
单糖 果糖 核糖 脱氧核糖
物理 性质 无色晶体,易溶于水,吸湿性强 —
类别 多羟基酮,属于酮糖,与葡萄糖互为同分异构体 多羟基醛,属于醛糖
分子式 C6H12O6 C5H10O5 C5H10O4
[思考]某化学兴趣小组在研究一种化合物性质时发现它能发生银镜反应,该化合物一定属于醛吗
提示:不一定。葡萄糖、核糖、脱氧核糖不属于醛,也能发生银镜反应。
三、二糖与多糖
1.二糖
(1)常见二糖组成、来源、用途及物理性质
类别 蔗糖 麦芽糖
分子式 C12H22O11 C12H22O11
物理 性质 无色晶体,易溶于水,有甜味 白色晶体,易溶于水,有甜味
来源 甘蔗、甜菜 发芽的谷粒和麦芽
用途 甜味食品 甜味食品
联系 互为同分异构体
(2)化学性质
①水解反应
蔗糖、麦芽糖都能发生水解反应,化学方程式为
+H2O+;
+H2O。
②氧化反应
蔗糖 麦芽糖
不含醛基,不能发生银镜反应,也不能还原新制Cu(OH)2,属于非还原性糖 含有醛基,能发生银镜反应,能还原新制Cu(OH)2,属于还原性糖
[思考]试分析如何利用实验方法区分蔗糖和麦芽糖
提示:蔗糖无醛基,麦芽糖有醛基,可以利用与银氨溶液或新制氢氧化铜反应来区分。
2.多糖
(1)淀粉和纤维素的组成与物理性质
项目 淀粉 纤维素
组成 二者都是由大量葡萄糖单元相互连接组成的
分子式 (C6H10O5)n
关系 都属于天然有机高分子;但二者的n值不同,二者不是同分异构体
物理 性质 白色粉末状物质,没有甜味,不溶于冷水。在热水中会部分溶解,形成胶状的淀粉糊 白色纤维状物质,没有甜味,不溶于水,也不溶于一般的有机溶剂
(2)淀粉和纤维素的化学性质
项目 淀粉 纤维素
遇碘(I2) 变蓝 -
银氨溶液或新制 的氢氧化铜 不能被氧化,属于非还原糖 不能被氧化,属于非还原糖
酯化反应 能 能
水解反应 能 能
水解的化学方程式分别为
+nH2O;
+nH2O。
(3)用途
物质 用途
淀粉 ①重要营养物质; ②食品工业原料(如制备葡萄糖、酿制食醋、酿酒,氨基酸、抗生素等); ③生产食品添加剂、表面活性剂和可降解塑料等
纤维素 ①用于纺织工业、造纸业等; ②用于制造纤维素硝酸酯、纤维素乙酸酯和黏胶纤维等。黏胶纤维中的长纤维一般称为人造丝,短纤维称为人造棉
[思考]淀粉和纤维素在人体内最终的水解产物相同。这种说法是否正确
提示:不正确。纤维素在人体内不能水解。
【质疑辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”,并分析原因。
(1)含有碳、氢、氧三种元素的有机化合物属于糖类。(×)
提示:糖类含有碳、氢、氧三种元素,但含有碳、氢、氧三种元素的化合物不一定是糖类,如乙醇。
(2)糖类都属于高分子化合物。(×)
提示:单糖、寡糖不属于高分子化合物。
(3)糖类一定有甜味,有甜味的一定是糖。(×)
提示:糖类不一定有甜味,如多糖:淀粉、纤维素均无甜味。有甜味的不一定是糖,如木糖醇、阿斯巴甜、糖精钠等甜味剂。
(4)蔗糖是一种二糖,它的相对分子质量是葡萄糖的两倍。(×)
提示:蔗糖的分子式为C12H22O11,而葡萄糖的分子式为 C6H12O6。
(5)葡萄糖具有多羟基酮结构,能发生加成反应。(×)
提示:葡萄糖属于多羟基醛,醛基能与氢气发生加成反应。
(6)蔗糖、麦芽糖水解的产物不相同。(√)
提示:蔗糖水解的最终产物为葡萄糖和果糖,麦芽糖水解的最终产物为葡萄糖。
(7)蔗糖和麦芽糖互为同分异构体,淀粉和纤维素也互为同分异构体。(×)
提示:淀粉和纤维素分子中n值不同,不互为同分异构体。
探究任务一:葡萄糖的结构与性质
【导学探究】
[情境]葡萄糖作为一种人体从食物中吸收的糖,不仅是身体里每个细胞的能量来源,也是潜在的具有极高能量密度的生物质燃料。
工程师们设计了一种新型葡萄糖动力电池,其有效解决了葡萄糖燃料电池中的问题,使得葡萄糖可以直接转化为电能。
探究点:葡萄糖的结构与性质
(1)葡萄糖燃料电池是利用了葡萄糖发生氧化反应时有能量放出。葡萄糖遇银氨溶液、新制的氢氧化铜时会发生氧化反应,与分子中 (填官能团的名称)有关,写出葡萄糖遇银氨溶液、新制的氢氧化铜反应的化学方程式。
提示:醛基。CH2OH(CHOH)4CHO+
2[Ag(NH3)2]OHCH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O;
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOCH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O。
(2)葡萄糖可以发生酯化反应,1 mol葡萄糖发生酯化反应时,若完全酯化,最多消耗醋酸的物质的量为多少
提示:由于每个葡萄糖分子含有5个羟基,所以1 mol葡萄糖发生酯化反应时,最多可消耗5 mol醋酸。
(3)葡萄糖可以用于制作镜子和保温瓶胆,与什么官能团有关
提示:葡萄糖分子中含有醛基,可与银氨溶液反应生成银镜。
(4)结合葡萄糖的结构分析葡萄糖能否发生取代反应 能否在铜或银的催化作用下发生氧化反应
提示:都能。葡萄糖含有羟基,可发生酯化反应;羟基碳原子上都有氢原子,能在铜或银的催化作用下发生氧化反应。
【归纳总结】
葡萄糖的结构特点
【针对训练】
1.科学家已经发明利用眼泪来检测糖尿病的装置,其原理是用氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)溶液与眼泪中的葡萄糖反应生成纳米金单质颗粒。下列有关说法不正确的是( )
A.葡萄糖不能发生水解反应
B.葡萄糖属于单糖
C.检测时NaAuCl4发生氧化反应
D.葡萄糖可以通过绿色植物的光合作用合成
【解析】选C。葡萄糖是不能水解的单糖,A、B项正确;检测时NaAuCl4被葡萄糖还原,发生还原反应,C项错误;绿色植物通过光合作用可以合成葡萄糖,D项正确。
2.(2024·上海杨浦区高二检测)葡萄糖在生物体内会发生分子内反应形成葡萄糖的半缩醛(如图所示),物质A和B分别为两种葡萄糖半缩醛,下列说法正确的是( )
A.葡萄糖半缩醛含有羟基、醚键,该葡萄糖不能发生银镜反应
B.半缩醛的形成可看作羟基与醛基发生了加成反应
C.物质A分子含有4个手性碳原子
D.葡萄糖半缩醛A和B的分子式均为C6H10O5
【解析】选B。葡萄糖中醛基具有还原性,能发生银镜反应,A错误;根据半缩醛A和B的结构可知,半缩醛的形成可看作羟基与醛基发生了加成反应,B正确;连接四种不同基团的碳原子是手性碳原子,物质A分子含有5个手性碳原子,C错误;葡萄糖半缩醛A和B的分子式均为C6H12O6,D错误。
[拓展思考](1)葡萄糖能否使酸性KMnO4溶液褪色
提示:能。葡萄糖含有—OH和—CHO,能被酸性KMnO4溶液氧化。
(2)物质B分子中有几个手性碳原子
提示:5个。如图所示:。
方法导引 手性碳原子的确定
(1)碳原子连接了四个不同的原子或基团,形成的化合物存在手性异构,则该碳原子称为手性碳原子。如,其中*C即为手性碳原子。
(2)不饱和碳原子(如、—C≡C—等中的碳原子)一定不是手性碳原子。
【补偿训练】(2024·邢台高二检测)葡萄糖不可能发生的反应类型是( )
A.氧化反应 B.水解反应
C.加成反应 D.消去反应
【解析】选B。羟基和醛基都可以发生氧化反应,A错误;羟基和醛基都不能发生水解反应,B正确;醛基可以和氢气发生加成反应,C错误;羟基可以发生消去反应,D错误。
探究任务二:二糖、多糖的水解及水解程度的检验
【导学探究】
热米饭与冷米饭
热米饭中的淀粉属于快消化淀粉,酶可以自由地分解它们,生成麦芽糖,最终变成葡萄糖被人体利用。放入冰箱冷藏变成冷米饭,此时抗性淀粉含量会增加。抗性淀粉在小肠中不能被消化吸收,也不能分解为葡萄糖被人体利用,几乎不会产生能量,可见糖的水解与人体能量的提供至关重要。
探究点一:蔗糖、麦芽糖的结构和化学性质的实验探究
(1)某化学兴趣小组设计以下两个装置来检验蔗糖和麦芽糖是否属于还原糖。
①两个实验中观察到的现象是什么
提示:实验1中试管中无砖红色沉淀,实验2试管中生成砖红色沉淀。
②根据上述现象能得出什么结论
提示:蔗糖分子中无醛基,是非还原糖;麦芽糖分子中含有醛基,是还原糖。
(2)化学兴趣小组设计以下实验装置探究蔗糖水解产物的还原性。再把蔗糖溶液换为麦芽糖溶液,重复实验操作,探究麦芽糖水解产物的还原性。
①两个实验中观察到的现象是什么
提示:加入银氨溶液的试管中都产生银镜;加入新制的Cu(OH)2的试管中都出现砖红色沉淀。
②根据上述现象能得出什么结论
提示:蔗糖的水解产物分子中含有醛基,具有还原性;麦芽糖的水解产物分子中含有醛基,具有还原性。
探究点二:糖类水解程度的判断
为判断淀粉水解的程度,进行下列实验:
(1)加入碘水的目的是什么
提示:检验淀粉是否存在。
(2)加入NaOH溶液的目的是什么
提示:中和酸,防止酸与银氨溶液反应,干扰葡萄糖的检验。
(3)银氨溶液可用什么试剂代替
提示:新制Cu(OH)2。
(4)证明淀粉完全水解的现象A和现象B分别为什么
提示:现象A——生成银镜;现象B——不变蓝。
【归纳总结】
判断淀粉的水解程度
(1)实验原理:
淀粉在酸作用下发生水解反应最终生成葡萄糖,反应物淀粉遇碘变蓝色,不能发生银镜反应;产物葡萄糖遇碘不变蓝,能发生银镜反应。
(2)实验步骤:
(3)实验现象及结论:
项目 现象A 现象B 结论
1 未出现银镜 溶液变蓝色 淀粉尚未水解
2 出现银镜 溶液变蓝色 淀粉部分水解
3 出现银镜 溶液不变蓝色 淀粉完全水解
易错提醒(1)多糖都不能发生银镜反应。
(2)检验其水解产物是否有还原性要关注水解条件。淀粉在酸性条件下水解后,应先用NaOH溶液中和水解液,再加入银氨溶液,才能发生银镜反应。
(3)检验反应后有无淀粉剩余,不能先加入NaOH溶液中和水解液再加入碘水,因为I2能与NaOH溶液反应。
【针对训练】
(2024·石家庄高二检测)下列关于验证蔗糖属于非还原性糖,而其水解产物具有还原性的实验方案的说法正确的是( )
A.验证蔗糖属于非还原性糖的操作顺序:④③
B.验证蔗糖属于非还原性糖的操作顺序:③⑤
C.验证蔗糖水解产物具有还原性的操作顺序:①④⑤
D.验证蔗糖水解产物具有还原性的操作顺序:①⑤②④⑤
【解析】选D。利用与银氨溶液的反应来检验还原性糖或其水解产物的还原性。故验证蔗糖属于非还原性糖的操作为④⑤,验证其水解产物具有还原性的操作为水解液加氢氧化钠溶液至呈碱性,再加银氨溶液,水浴加热,操作顺序为①⑤②④⑤。
【补偿训练】1.(2024·苏州高二检测)某同学检验淀粉水解程度的实验如下:
步骤1:向淀粉溶液中加入一定量稀硫酸,加热反应几分钟;冷却后取少量水解液,加入碘水,溶液显蓝色。
步骤2:另取少量水解液加入足量NaOH溶液,再加入新制Cu(OH)2并加热至沸腾,有砖红色沉淀生成。
该同学结合实验情况做出了以下判断,你认为其中说法不正确的是( )
A.步骤1加入稀硫酸,目的是加快淀粉的水解速率
B.步骤2产生沉淀的方程式为
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COOH+Cu2O↓+2H2O
C.步骤1、2的现象说明淀粉发生了部分水解
D.实验结果并不能得出淀粉的水解反应是可逆过程的结论
【解析】选B。硫酸是淀粉溶液水解的催化剂,所以步骤1加入稀硫酸,目的是加快淀粉的水解速率,A正确;步骤2中先加入NaOH溶液中和催化剂硫酸,使溶液显碱性,然后加入新制Cu(OH)2并加热至沸腾,有砖红色沉淀生成,说明生成了还原性物质葡萄糖。由于溶液显碱性,不可能存在葡萄糖酸,而是生成相应的钠盐,该反应的化学方程式为CH2OH(CHOH)4CHO+NaOH+2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O,B错误;步骤1证明含有淀粉,步骤2证明含有水解产生的葡萄糖,故步骤1、2的现象说明淀粉发生了部分水解,C正确;由于水、淀粉的物质的量的多少不能确定,因此不能确定哪种反应物过量,因此就不能判断出淀粉的水解反应是否属于可逆过程,D正确。
[拓展思考](1)步骤1中能用浓硫酸代替稀硫酸与淀粉溶液进行水解实验吗
提示:不能。浓硫酸有脱水性,会使淀粉脱水。
(2)淀粉发生水解时的产物中会有蔗糖、麦芽糖吗
提示:有麦芽糖、没有蔗糖。根据淀粉水解的程度,其水解产物可能为麦芽糖或葡萄糖,不会生成蔗糖。
2.某化学实验小组学习了糖类的水解后,设计了如图所示的淀粉的水解实验方案,已知操作2中淀粉水解完全。
下列说法正确的是( )
A.要证明操作1中淀粉是否开始水解,可在b中加入新制Cu(OH)2共热
B.要证明操作1中淀粉是否水解完全,应先在b中加入过量NaOH溶液,再滴加碘水
C.通过b、b'中能否产生丁达尔效应,比较淀粉酶和稀硫酸的催化效率
D.可通过渗析法将b'中的淀粉酶回收利用
【解析】选D。b中含有H2SO4,能与新制Cu(OH)2反应,所以检验水解产物时,应该先加入NaOH溶液将H2SO4中和至溶液呈碱性,A错误;由于I2能与NaOH反应,所以用碘水检验淀粉时,不能先加入NaOH溶液,B错误;淀粉酶属于蛋白质,且淀粉和蛋白质都属于高分子,二者溶于水形成的胶体均能产生丁达尔效应,故不能比较淀粉酶和稀硫酸的催化效率,C错误;操作2中淀粉完全水解为葡萄糖,葡萄糖可以通过半透膜,淀粉酶为高分子,不能通过半透膜,所以可用渗析法进行分离提纯,D正确。
【真题示例】
(2023·湖南选择考)葡萄糖酸钙是一种重要的补钙剂,工业上以葡萄糖、碳酸钙为原料,在溴化钠溶液中采用间接电氧化反应制备葡萄糖酸钙,其阳极区反应过程如下:
下列说法错误的是( )
A.溴化钠起催化和导电作用
B.每生成1 mol葡萄糖酸钙,理论上电路中转移了2 mol电子
C.葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物
D.葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 ①阳极物质转化图;②电路中转移电子;③葡萄糖酸结构;④葡萄糖结构
转化 知识点 ①溴离子在该过程中的质量和化学性质保持不变,起催化和导电作用;②电极反应为Br-→Br2,Br2与H2O反应生成 HBrO和Br-,HBrO再和葡萄糖反应生成葡萄糖酸和Br-,电路转移电子是葡萄糖失去电子的2倍;③葡萄糖酸分子内既有羧基又有羟基,分子内反应酯化反应可生成六元环状结构;④葡萄糖分子含有醛基、羟基
排除 障碍点 只根据葡萄糖到葡萄糖酸结构式变化,得出生成1 mol葡萄糖酸转移生成2 mol电子
【解析】选B。由图中信息可知,溴化钠是电解装置中的电解质,其电离产生的离子可以起导电作用,且Br-在阳极上被氧化为Br2,然后Br2与H2O反应生成HBrO和Br-,HBrO再和葡萄糖反应生成葡萄糖酸和Br-,溴离子在该过程中的质量和化学性质保持不变,因此,溴化钠在反应中起催化和导电作用,A说法正确;Br-为催化剂,每1 mol葡萄糖变为葡萄糖酸失去2 mol电子,1个葡萄糖酸钙中有2个葡萄糖酸根离子,生成1 mol葡萄糖酸钙需要转移4 mol电子,B错误;葡萄糖酸分子内既有羧基又有羟基,因此,其能通过分子内反应生成含有六元环状结构的酯,C说法正确;葡萄糖分子中的1号C原子形成了醛基,其余5个C原子上均有羟基和H,醛基既能发生氧化反应生成羧基,也能在一定的条件下与氢气发生加成反应生成醇,该加成反应也是还原反应,葡萄糖能与酸发生酯化反应,酯化反应也是取代反应,羟基能与其相连的C原子的邻位C原子上的H发生消去反应,综上所述,葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应,D说法正确。
【对点演练】
1.下列叙述正确的是( )
A.淀粉在稀硫酸中水解后,取澄清液加银氨溶液看是否有银镜生成,判断淀粉是否水解
B.1 mol葡萄糖与足量银氨溶液反应,最多得到 2 mol Ag
C.用碘水可以检验淀粉是否发生水解
D.常温下,糖类遇碘变蓝色
【解析】选B。淀粉在稀硫酸中水解后,应该先加入NaOH溶液中和硫酸,使溶液显碱性,然后再加银氨溶液,看是否有银镜生成,来判断淀粉是否发生水解反应,A错误;1 mol葡萄糖含有1 mol醛基,与足量的银氨溶液反应,最多得到2 mol银,B正确;碘水遇淀粉溶液会变为蓝色,用碘水可以检验淀粉的存在,即证明淀粉发生的水解反应是否完全彻底,而不能检验淀粉是否发生水解,C错误;糖类中只有淀粉遇碘变蓝色,D错误。
2.我国科学家进行了如图所示的碳循环研究。下列说法正确的是( )
A.淀粉是多糖,在一定条件下能水解成葡萄糖
B.葡萄糖与果糖互为同分异构体,都属于烃类
C.1 mol CO中含有6.02×1024个电子
D.22.4 L CO2被还原生成1 mol CO
【解析】选A。淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的多糖,在一定条件下水解可得到葡萄糖,故A正确;葡萄糖与果糖的分子式均为C6H12O6,结构不同,二者互为同分异构体,都含有O元素,不是烃类,属于烃的衍生物,故B错误;一个CO分子含有14个电子,则1 mol CO中含有14×6.02×1023=8.428×1024个电子,故C错误;未指明气体处于标准状况下,不能用标准状况下的气体摩尔体积计算其物质的量,故D错误。
1.(2024·池州高二检测)下列关于葡萄糖和果糖的说法错误的是( )
A.葡萄糖中不含醛基,而果糖中含有醛基
B.葡萄糖和果糖都能与H2在一定条件下作用生成己六醇
C.葡萄糖与乙酸作用生成葡萄糖五乙酸酯
D.葡萄糖和果糖都是单糖,互为同分异构体
【解析】选A。果糖中不含醛基,葡萄糖中含有醛基,A错误;葡萄糖分子中含有5个—OH和1个—CHO,果糖分子中含有5个—OH和1个,醛基和羰基都能与H2发生加成反应,生成己六醇,B正确;葡萄糖分子中含有5个—OH,能与乙酸作用生成葡萄糖五乙酸酯,C正确;葡萄糖和果糖都是单糖,分子式均为C6H12O6,结构不同,二者互为同分异构体,D正确。
【补偿训练】下列说法不正确的是( )
A.葡萄糖、果糖的分子式均为C6H12O6,二者互为同分异构体
B.淀粉、纤维素都属于天然高分子
C.淀粉、蔗糖和纤维素在一定条件下都能发生水解反应
D.肌醇()与葡萄糖()的元素组成相同,化学式均为C6H12O6,满足Cm(H2O)n,因此均属于糖类化合物
【解析】选D。葡萄糖、果糖的分子式均为C6H12O6,两者结构不同,二者互为同分异构体,A正确;淀粉、纤维素的分子式都为(C6H10O5)n,都属于天然高分子化合物,B正确;二糖和多糖都能水解,C正确;糖类是多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物,肌醇不含羰基或醛基,不是糖类化合物,D错误。
2.下列实验操作、现象和结论均正确的是( )
选项 实验操作和现象 结论
A 加热麦芽糖和硫酸的混合液,片刻后,加入过量NaOH溶液充分反应,再加入新制的Cu(OH)2,加热,出现砖红色沉淀 麦芽糖一定发生了水解反应
B 在碎瓷片的作用下加热石蜡油,产生的气体通入酸性KMnO4溶液中,溶液褪色 反应产生的气体为乙烯
C 向淀粉水解液中加入碘水,发现溶液变蓝 淀粉尚未水解
D 苯、Fe和液溴混合反应后的气体通入CCl4后,再通入AgNO3溶液中,产生淡黄色沉淀 苯与液溴发生了取代反应
【解析】选D。麦芽糖发生水解反应生成葡萄糖,葡萄糖和麦芽糖均含有醛基,都能与新制的Cu(OH)2反应产生砖红色沉淀,A错误;将产生的气体通入酸性KMnO4溶液中,溶液褪色,说明石蜡油分解产生了不饱和烃,但不一定是乙烯,B错误;淀粉遇碘单质变蓝,向淀粉水解液中加入碘水,观察到溶液变蓝,则仍有淀粉,有可能淀粉尚未水解或发生部分水解,C错误;苯、Fe和液溴混合反应后的气体通入CCl4溶液中,除去气体中的溴蒸气,再通入AgNO3溶液中,产生淡黄色沉淀,说明反应生成了HBr,苯与液溴发生了取代反应,D正确。
3.淀粉在一定条件下水解可生成A,气态烃C中碳元素与氢元素的质量比为12∶1,F分子式为C4H6O2,是具有香味、难溶于水的油状液体,G可作高分子涂料。有关物质的转化关系如图所示:
请回答:
(1)物质B中所含的官能团名称是 。
(2)写出反应④的化学方程式_____________________________。
(3)下列有关说法正确的是 (填字母)。
A.物质A的分子式为C6H12O6
B.物质 B、E可用饱和碳酸钠溶液进行鉴别
C.物质C、F均能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D.物质G的链节为
【解析】A为葡萄糖,B为乙醇,D为乙醛,C为乙炔,F为CH2=CHOOCCH3,G为。(1)B为乙醇,含有的官能团为羟基。(2)反应④为乙酸和乙炔发生加成反应,反应的化学方程式为CH≡CH+CH3COOH→CH2=CHOOCCH3。(3)物质A为葡萄糖,分子式为C6H12O6,A项正确;B为乙醇,溶于饱和碳酸钠溶液,E为乙酸,与碳酸钠反应生成二氧化碳、水和乙酸钠,有气泡产生,B项正确;物质C为乙炔,F中含有碳碳双键,因此均能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C项正确;物质G是由CH2=CHOOCCH3聚合形成,则G的链节为,D项错误。
答案:(1)羟基 (2)CH≡CH+CH3COOH→CH2=CHOOCCH3 (3)ABC
