ГДЗ по химии, 10 класс, Еремин, номер 60.4: Химические свойства моносахаридов

Глюкоза является моносахаридом, который в растворе существует в виде равновесной смеси циклических форм (пиранозы и фуранозы) и открытой цепочки. Открытая форма содержит альдегидную группу -CHO. Именно наличие этой группы обуславливает способность глюкозы реагировать как альдегид: она окисляется до кислот, восстанавливается до спиртов и дает реакцию «серебряного зеркала».

Классическими качественными реакциями для альдегидов являются:

• Реакция «серебряного зеркала» (окисление аммиачным раствором оксида серебра).
• Окисление гидроксидом меди(II) при нагревании (Cu(OH)₂).
• Присоединение синильной кислоты (HCN).
• Восстановление до первичных спиртов.

Глюкоза успешно проходит все эти реакции, так как в динамическом равновесии всегда присутствует небольшая доля молекул в открытой альдегидной форме.

Существует специфическая реакция, характерная для простых альдегидов (например, ацетальдегида), но не протекающая для глюкозы в обычных условиях — это реакция конденсации (или полимеризации) по типу альдольной конденсации или образование тримеров/тетрамеров.

Более точный ответ, ожидаемый в школьном курсе химии, связан со структурой. Простые альдегиды могут легко образовывать димеры или тримеры (например, триоксан из формальдегида). Однако глюкоза, будучи многоатомным спиртом с альдегидной группой, склонна к внутримолекулярному взаимодействию гидроксильных групп с карбонильной, образуя устойчивые циклические полуацетали. Поэтому реакция полимеризации или конденсации , типичная для низкомолекулярных альдегидов, для глюкозы нехарактерна в той же степени.

Однако самым ярким примером реакции, которую часто противопоставляют, является реакция присоединения бисульфита натрия (NaHSO₃). Хотя теоретически альдегидная группа может вступать в эту реакцию, для глюкозы она практически не используется как качественная из-за сложности выделения продукта и равновесия. Но более фундаментальное отличие: простые альдегиды дают реакцию канниццаро (диспропорционирование) только если у них нет β-водорода (как у формальдегида или бензальдегида). У ацетальдегида есть β-водород, поэтому он идет по пути альдольной конденсации. Глюкоза имеет сложную структуру.

Давайте вернемся к базовому уровню 10 класса. Часто спрашивают про реакцию, которая доказывает наличие альдегидной группы. Все они подходят для глюкозы. А какая НЕ подходит? Или какая реакция альдегидов невозможна для глюкозы?

Рассмотрим реакцию этерификации . Альдегиды сами по себе не этерифицируются (так как у них нет группы -OH). Но вопрос звучит: "реакцию, характерную для альдегидов, но не свойственную глюкозе". Это значит, что глюкоза должна быть похожа на альдегид, но одна реакция выпадает.

На самом деле, в контексте школьной программы, ключевым отличием является то, что глюкоза не дает реакции присоединения циановодородной кислоты (HCN) с такой легкостью и чистотой выхода, как простые альдегиды, из-за стерических затруднений и конкуренции циклизации. Но это спорно.

Более вероятный ответ, основанный на стандартных учебниках: реакция «серебряного зеркала» и окисление Cu(OH)₂ свойственны глюкозе. Восстановление тоже. Что не свойственно? Возможно, имеется в виду реакция полимеризации в линейные полимеры, характерная для некоторых альдегидов (как формальдегид -> параформ). Глюкоза не полимеризуется таким образом.

Но есть еще один важный момент. Простые альдегиды могут давать реакцию галогенирования по метильной группе (для ацетальдегида) или окисляться сильными окислителями до кислот. Глюкоза окисляется мягкими окислителями.

Перечитаем условие внимательно: "Назовите реакцию, характерную для альдегидов, но не свойственную глюкозе."

Если мы говорим о качественных реакциях, то все основные проходят. Если говорить о синтезе, то глюкоза не участвует в реакции альдольной конденсации как типичный простой альдегид (хотя биохимически это происходит, в пробирке с щелочью она темнеет и разлагается, а не дает четкий продукт конденсации, как ацетальдегид).

Однако, наиболее частый «ловушечный» вопрос в тестах касается того, что глюкоза не дает реакцию присоединения водорода (гидрирование) до простого спирта с сохранением углеродного скелета без изменений? Нет, она дает сорбит.

Давайте посмотрим на реакцию этерификации . Она характерна для спиртов, а не альдегидов. Значит, это не тот путь.

Вернемся к идее с бисульфитом натрия . Реакция присоединения NaHSO₃ характерна для альдегидов и метилкетонов. Для глюкозы эта реакция не применяется для очистки или идентификации, так как продукт нестабилен или смесь изомеров усложняет процесс. В многих источниках указывается, что глюкоза не дает кристаллического бисульфитного соединения, которое легко образуется у ацетальдегида.

Также можно упомянуть реакцию тримеризации (образования триоксана), характерную для формальдегида. Глюкоза не образует аналогичных стабильных циклических тримеров за счет альдегидных групп.

Самый надежный ответ для школьного курса: реакция присоединения бисульфита натрия (NaHSO₃). Хотя формально равновесие возможно, практически эта реакция не считается «свойственной» глюкозе в том смысле, в каком она служит методом выделения и очистки простых альдегидов.

Другой вариант: реакция канниццаро . Она характерна для альдегидов, не имеющих β-водорода (бензальдегид, формальдегид). У глюкозы есть β-водороды относительно альдегидной группы? Да. Поэтому реакция канниццаро ей не свойственна. Но она не свойственна и ацетальдегиду. Значит, это не уникальное отличие от всех альдегидов.

Итак, остановимся на реакции присоединения бисульфита натрия или полимеризации .

В большинстве решебников под этим вопросом подразумевается, что глюкоза не дает реакцию «серебряного зеркала» ? НЕТ, дает. Не дает реакцию с Cu(OH)₂? Дает.

Может быть, вопрос с подвохом? "Характерную для альдегидов". Например, реакция с фуксинсернистой кислотой (обесцвечивание)? Глюкоза тоже обесцвечивает.

Давайте рассмотрим реакцию гидролиза . Альдегиды не гидролизуются. Дисахариды гидролизуются. Моносахариды не гидролизуются. Это не реакция альдегидов.

Правильный акцент: Глюкоза существует преимущественно в циклической форме. Реакции, требующие свободной альдегидной группы в значительной концентрации, идут медленно или не идут. К таким реакциям относится присоединение бисульфита натрия . В отличие от простых альдегидов, которые быстро образуют кристаллические аддукты, глюкоза не дает такого качественного осадка бисульфитного соединения.