Глюкоза: строение, свойства и значение в жизни человека

Девиз урока. Наиболее рациональный прием изучения нового есть перенос знаний ранее изученного на новый изучаемый объект.

Тип урока. Формирование новых знаний.

Форма проведения. Исследование в научной лаборатории (2 ч).

Методы. Словесные, наглядные, проблемно-поисковые, самостоятельные работы.

Цели. Образовательные: познакомить с физическими и химическими свойствами глюкозы; закрепить на новом материале зависимость химических свойств от строения молекул; развить понятие о циклическом строении, о пространственной изомерии; научить составлять формулы изомеров, решать расчетные задачи, объяснять химические свойства на основе строения, соблюдать правила техники безопасности.

Развивающие: развитие исследовательских умений, умений работать с химическими реактивами; развитие интеллектуальных способностей в процессе самостоятельной работы с использованием различных источников информации.

Воспитательные: развивать умения вести диалог, отстаивать свою точку зрения, работать в группе; воспитывать аккуратность, чувства товарищества, коллективизма, уважительного отношения друг к другу.

Оборудование и реактивы. Н а с т о л а х у ч а щ и х с я: спиртовка, пробирки, держатель для пробирки, спички, растворы глюкозы, CuSO₄, NaОН, аммиачный раствор оксида серебра.

На столе учителя: растворы глюкозы, формалина, фуксинсернистой кислоты.

ХОД УРОКА

Учитель. Ребята, попробуйте угадать сами тему сегодняшнего урока. Вещество, о котором мы будем говорить, находится у меня на столе, его очень много в организме человека, в зеленых растениях.

Учащиеся (предполагают). Белки. Жиры. Углеводы.

Учитель. Правильно, углеводами называется класс, к которому относится данное вещество. Вы часто покупаете его в аптеке, но не для того, чтобы лечиться, а просто захотелось сладкого. Что же это за вещество?

Учащиеся. Гематоген. Витамины. Глюкоза.

Учитель. Да! Тема урока сегодня «Глюкоза: строение, свойства и значение в жизни человека».

Наш класс превращается в научную лабораторию, где будут работать четыре отдела над одной темой, и каждый отдел должен найти ответы на вопросы.

1) К какому классу относится глюкоза?

2) Каковы ее физические и химические свойства?

3) Как можно получить глюкозу?

4) Какое значение глюкоза имеет для человека?

Результатом работы вашего звена-отдела будет опорный конспект - проект, в котором вы отразите свою работу за два урока. Это может быть таблица, рисунок, уравнения химических реакций на одном форматном листе.

I. Актуализация знаний

Работа в группах. Каждая группа получает карточку с вопросами.

1. Какие классы органических кислородсодержащих веществ были изучены ранее? (Спирты, альдегиды, кислоты.) 2. Вспомните функциональную группу спиртов и качественную реакцию на многоатомные спирты. 3. Вспомните специфические реакции на альдегиды.

Учитель. Возникает вопрос, какой класс мы будем изучать сегодня? К какому классу относится глюкоза?

Учащиеся высказывают несколько точек зрения.

* Класс, какой мы еще не изучали, что-то новое.

* Это вещество не имеет функциональной группы кислот, т.к. сладкое на вкус.

* Если сладкое, может быть, сходно с глицерином и имеет гидроксильные группы ОН.

* Это вещество содержит группы: NO ₂, NH ₂, альдегидную.

Учитель. Благодарю вас за ответы. Чтобы проверить на практике, какая гипотеза будет правильной, предлагаю провести небольшой эксперимент.

Каждая группа проводит опыт с имеющимися на столе реактивами.

Некоторые группы к раствору глюкозы приливают свежеосажденный гидроксид меди и радостно сообщают, что глюкоза - многоатомный спирт. Другие группы к раствору глюкозы приливают аммиачный раствор серебра и нагревают. Проделав опыт, утверждают, что это альдегид.

Возникает дискуссия, мнения ребят разделились.

Проблемный вопрос. К какому классу относится глюкоза?

Выдвижение гипотез.

* Глюкоза- это многоатомный спирт.

* Глюкоза- это альдегид.

Решение проблемы.

Учитель предлагает не торопиться и использовать все имеющиеся на столе реактивы. Учащиеся каждой группы, проделав второй опыт, с удивлением делают открытие, что глюкоза имеет свойства и многоатомных спиртов, и альдегидов.

Учитель. Продолжим исследования в наших научных лабораториях. Попробуйте предположить молекулярную формулу глюкозы, зная, что ее относительная молекулярная масса равна 180 и количество атомов кислорода равно количеству атомов углерода.

Ребята снова выдвигают несколько гипотез.

* Необходимо учитывать наличие атомов углерода.

* Их должно быть меньше десяти, т.к. M _r (глюкозы) = 180.

* И атомов кислорода не может быть десять.

* Если предположить, что в молекуле глюкозы пять атомов кислорода?

Учитель (упрощает задачу). В молекуле глюкозы шесть атомов углерода, и простейшая формула глюкозы СH₂О.

Ребята производят математические действия.

M _r (глюкозы) = 180,

M _r (СH₂О) = 12 + 1*2 + 16 = 30,

К = M _r (глюкозы)/ M _r (СH₂О) = 6.

Необходимо все индексы в формуле умножить на 6. Каждая научная лаборатория с легкостью определяет молекулярную формулу глюкозы - С₆Н₁₂О₆.

Учитель. А теперь сами попытайтесь составить структурную формулу. Какие данные необходимо для этого знать?

Учащиеся. Количество альдегидных групп. Количество гидроксильных групп. Циклическое это вещество или нет?

Во время фронтальной беседы с ребятами выясняем, что в составе молекулы глюкозы одна альдегидная группа и пять гидроксильных групп.

В проекте у ребят появляется новая запись:

Учитель. Если глюкоза - альдегидоспирт, то она должна давать, очевидно, и другие реакции альдегидов.

Учитель проводит демонстрационный опыт. В раствор глюкозы приливает бесцветный раствор фуксинсернистой кислоты. Красное окрашивание не проявляется.

Для проверки к раствору формалина (альдегид) приливает раствор фуксинсернистой кислоты - появляется красное окрашивание.

Возникает противоречие, требующее более глубокого изучения строения вещества. Как говорил Козьма Прутков: «Отыщи всему начало, и ты многое поймешь».

Учитель. Свойства зависят от строения. Как показали исследования, в растворе глюкозы имеются молекулы не только с открытой цепью атомов, но и циклические. Что же представляют собой циклические молекулы глюкозы? Вы выяснили строение молекулы линейной, а может ли она образовать кольцо?

Ученики высказывают несколько мнений.

* Да, т.к. происходит вращение атома углерода.

* Если разорвется двойная связь, концы могут соединиться в цикл.

* Нет, т.к. двойная связь находится с одной стороны молекулы.

Возникает проблемная ситуация.

Решение проблемы.

Учитель. На столе имеются линейные шаростержневые модели глюкозы. Каждая лаборатория должна построить циклическую форму глюкозы и продемонстрировать ее классу.

Закрепление материала. Образование циклической формы можно представить следующим образом. При сохранении валентных углов альдегидная группа (1-й атом углерода) ближе всего подходит к 5-му углеродному атому. Происходит разрыв -cвязи, и к кислородному атому присоединяется атом водорода гидроксильной группы 5-го С-атома, а потерявший этот атом кислород гидроксигруппы замыкает цикл.

Учитель (показывает рисунок). Циклическая форма отображает не только порядок атомов в молекуле, но и их пространственное расположение. Сравните формулу глюкозы циклической формы с той, которую вы построили ранее. Найдите отличия.

Предположения учащихся.

* Изменилось положение группы ОН у последнего С -атома.

* Нет, у первого атома, где перестраивались атомы.

Учитель. А почему это происходит?

Почти одновременно и все сразу выдвигают одну гипотезу: происходит вращение атома углерода.

Учитель. Попробуйте это сделать на шаростержневых моделях, которые у вас на столе.

Ребята убеждаются, что сделать это невозможно.

Опять возникает противоречие, которые учащиеся объяснить не могут. Но выдвигают гипотезу: пока молекула имеет линейное строение, вращение атомов углерода возможно, а в циклической форме это сделать нельзя.

Учитель. Вращение С -атома возможно только в открытой форме, совместно с альдегидной группой. В результате взаимодействия первого и пятого атомов углерода появляется новая ОН -группа у первого атома, которая может занять два положения: над и под плоскостью цикла. Поэтому возможны две циклические формы глюкозы - -форма ( ОН -группы при 1-м и 2-м атомах углерода расположены по одну сторону кольца молекулы) и -форма (группы ОН находятся по разные стороны):

Между -формой и -формой глюкозы существует равновесие, они могут превращаться одна в другую через альдегидную - переходную - форму. Занесите эти данные в свой проект.