Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты

Из чего состоит сахар

Общая формула углеводов С_m(Н₂О)_m, где m и п— целые числа. Большинство углеводов — отсюда и происходит их название — можно представить себе состоящими из углерода и воды. При нагревании без доступа кислорода, они, как мы только что наблюдали, распадаются на свои составные части.

Приведенная здесь формула одного из углеводов свидетельствует о том, что их молекулы имеют довольно сложное строение. С цепочкой атомов углерода, которая у важнейших видов Сахаров составлена из шести атомов, связаны гидроксильные группы и атомы водорода. Молекула содержит также остаток альдегидной группы, благодаря которому возникает так называемый кислородный мостик. Строение углеводов представлено выше на примере виноградного сахара, который химики называют глюкозой (Наряду с приведенной кольчатой формой, в равновесии к ней в растворе глюкозы содержится небольшое количество цепной формы, содержащей альдегидную группу СН=О.

Когда гидроксильная группа присоединяется к ненасыщенной связи альдегидной группы СН=О, молекула приобретает изображенную выше кольчатую форму. Взаимные превращения цепной и кольчатой форм обратимы. За счет цепной формы глюкоза вступает в реакции, характерные для алканалей (альдегидов). — Прим. перев.).

Молекулы глюкозы могут объединяться друг с другом или с молекулами других подобных сахаров, образуя длинные цепи. Говоря другими словами, они способны к поликонденсации с отделением воды. При таком соединении остатков глюкозы образуется крахмал, содержащий в среднем от 200 до 1000 звеньев глюкозы, или целлюлоза, у которой в цепь соединено еще больше — от 300 до 5000 звеньев глюкозы.

В отличие от простых сахаров такие вещества называются полисахаридами. Простые же сахара, содержащие в молекуле только одно звено, называются моносахаридами. Глюкоза является примером моносахарида.

В заключение отметим, что тростниковый сахар (сахароза), содержащийся в сахарном тростнике, сахарной свекле и некоторых других растениях, представляет собой дисахарид. Он состоит из двух звеньев — остатка молекулы глюкозы и остатка другого моносахарида, сходного с ней по строению, — фруктозы (фруктового сахара). (Фруктоза встречается в свободном виде во многих фруктах и плодах. Особенно богаты ею помидоры, яблоки и пчелиный мед (около 50 %). — Прим. перев.)

При нагревании сахарозу не удается разделить на эти составные части. Она только частично разлагается в ином направлении, образуя коричневатые промежуточные продукты, которые называют карамелью (жженым сахаром) и используют при изготовлении различных кондитерских изделий. Жженый сахар с еще более темной окраской служит природным красителем для некоторых продуктов питания — пива, уксуса и др. Остаток, полученный после нагревания сахара, — сахарный уголь — успешно применяется в качестве активного угля.

Чтобы разложить сахарозу на глюкозу и фруктозу, нужно присоединить к ней воду. Если просто кипятить сахар с водой, то реакция протекает слишком медленно и почти не обнаруживается. Однако эту реакцию катализируют ионы водорода. Поэтому можем ускорить расщепление сахарозы добавлением любых кислот.

Сварим искусственный мед

Приготовим искусственный мед по следующему рецепту. В фарфоровой чашке или химическом стакане к 70 г сахара прильем 30 мл кипящей воды. При перемешивании сахар растворяется с образованием вязкого сиропа. Нагреем его на водяной бане до 80—85 °С (контролировать термометром!). Для ускорения гидролиза нужно добавить еще кислоту. Лучше всего возьмем для этого 0,5 мл чистой метановой (муравьиной) кислоты. (Осторожно! Концентрированная метановая кислота ядовита и вызывает на коже ожоги!) Можно использовать вместо нее и чистую соляную кислоту, но тогда мед получится с неприятным соленым привкусом, от которого трудно избавиться. Смесь при почти непрерывном перемешивании выдержим 2—3 часа при указанной температуре. Затем при тщательном перемешивании нейтрализуем кислоту добавлением 0,8 г гидрокарбоната натрия (питьевой соды). При этом выделяется углекислый газ. После охлаждения получится сладкий светлый сироп.

При промышленном получении искусственного меда в него вводят еще ароматизирующие добавки, в нашем продукте их нет.

Реакции моносахаридов

Во-первых, подействуем на глюкозу реактивом Фелинга, который можно быстро приготовить из двух исходных растворов Фелинга. При нагревании выпадает обильный красный осадок оксида меди (II).

Для приготовления второго реактива к малому количеству раствора нитрата серебра добавим по каплям ровно столько водного аммиака (гидроксида аммония), сколько его понадобится для растворения первоначально образующегося осадка. Полученный раствор прильем в пробирке к раствору глюкозы, перемешаем и содержимое пробирки нагреем. При этом на стенках пробирки появится более или менее равномерное серебряное зеркало.

Пробирки, используемые для этих опытов, предварительно нужно тщательно вымыть!

Эти реакции можно использовать для обнаружения моносахаридов, например, виноградного сахара. Однако другие восстановители, как мы уже видели на примере алканалей (альдегидов), могут проявлять такие же свойства.

Проверим, ведут ли себя таким же образом растворы тростникового сахара или самостоятельно полученный нами искусственный мед. Тростниковый сахар и полисахариды не восстанавливают приготовленных нами реактивов, потому что у них звенья моносахаридов сцеплены между собой и альдегидные группы поэтому отсутствуют.