Глюкоза: строение, свойства
и значение в жизни человека

Современная школа, выполняя государственный заказ, должна выпускать самостоятельную, творчески мыслящую личность, способную принимать решения, изложить свою точку зрения, решать нестандартные задачи, т.е. обладающую различными компетенциями. В связи с этим на своих уроках я применяю компетентностный подход в обучении и много времени на уроке уделяю проблемному обучению. Ребята свободно высказывают свое мнение и предлагают решение различных проблемных ситуаций. Удачным уроком, на мой взгляд, является урок по теме «Глюкоза: строение, свойства и значение в жизни человека». Я буду рада, если мои разработки помогут уважаемым коллегам.

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.

Н а  с т о л е  у ч и т е л я: 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.

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: NO₂, NH₂, 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.

П р о б л е м н ы й  в о п р о с. К какому классу относится глюкоза?

Выдвижение гипотез.

• Глюкоза – это многоатомный спирт.

• Глюкоза – это альдегид.

Р е ш е н и е  п р о б л е м ы.

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 п р о б л е м н а я  с и т у а ц и я.

Р е ш е н и е  п р о б л е м ы.

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

З а к р е п л е н и е  м а т е р и а л а. 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.

II. Изучение свойств глюкозы

Выясняя строение молекулы, ребята определили следующие химические свойства глюкозы:

1) взаимодействует с Сu(ОН)₂, при нагревании образует красный осадок;

2) взаимодействует с Ag₂O в аммиачном растворе с образованием свободного серебра.

Учащиеся вносят уравнения химических реакций в проект.

Учитель. Пользуясь материалами учебника, дополните химические свойства глюкозы как многоатомного спирта.

Каждая группа записывает уравнения химических реакций в тетрадь:

а) взаимодействие с уксусной кислотой с образованием сложного эфира по всем гидроксильным группам;

б) образование шестиатомного спирта под действием восстановителя.

Учитель. Есть у глюкозы другие свойства? Вспомните из жизненных ситуаций или воспользуйтесь учебником.

Предположения учащихся.

• Брожение варенья.

• Спирт образуется при брожении винограда.

• Молоко, если долго стоит, тоже приобретает резкий запах кислого и спиртного.

Учитель. Используя материал учебника, внесите в проект специфические свойства глюкозы: спиртовое брожение, молочно-кислое брожение, взаимодействие с цианистым калием с образованием неядовитого вещества. Запишите уравнения соответствующих химических реакций.

III. Получение глюкозы

Учитель. Можно ли получить глюкозу из известного вам вещества формалина?

Возникает активная дискуссия, высказывается несколько противоположных мнений.

• Нет, т.к. формалин убивает все живое, а глюкоза поддерживает жизнь.

• Можно, но эту глюкозу нельзя будет в пищу употреблять.

• В химии все возможно.

• Можно, т.к. при химической реакции образуется новое вещество с новыми свойствами.

• Нет, у этих веществ свойства совсем разные.

Учитель. Спасибо за гипотезы. Какая из них правильная, вы убедитесь сами.

Когда собираются сохранить (законсервировать) ткань, убив в ней все живое – гнилостные микроорганизмы, грибки, бактерии, – дают такой совет: «Поместите препарат в формалин».

Но великий русский химик А.М.Бутлеров увидел в этом веществе один из источников жизни: в растворах слабых оснований молекулы формалина, соединяясь друг с другом, образуют цепочку углеводов.

6HCOOH = C₆H₁₂O₆ + 3O₂.

Так в 1861 г. Бутлеров доказал, что смерть рождает жизнь. Внесите в проект этот способ получения глюкозы, дополнив материалами учебника.

IV. Значение в жизни человека (применение глюкозы)

Многие применения глюкозы основаны на ее свойствах и не вызывают затруднения у ребят. Работая с учебником, они дополняют свой проект.

Необходимо обратить внимание учащихся на то, что основная биологическая роль глюкозы – энергетическая.

V. Закрепление изученного материала

Заморочки от учителя.

1. Почему глюкозу называют виноградным сахаром?

2. Как можно определить, спелое яблоко или нет, не пробуя его на вкус?

Гипотезы учащихся.

• Зеленое – значит, неспелое, красное – спелое.

• Рыхлое – спелое, твердое – нет.

• Провести химические реакции.

Учитель. Какие реакции нужно провести? Какое на вкус спелое яблоко?

Гипотезы ребят.

• Сладкое, т.к. содержит углеводы – глюкозу.

• Значит, реакцию надо провести на наличие глюкозы.

• Качественную реакцию на глюкозу.

• Нагреть со свежеосажденным гидроксидом меди мякоть яблока, и если будет красный осадок – спелое.

Р е ш е н и е  п р о б л е м ы.

Учитель. Проверим экспериментально, чья гипотеза верна. Возьмите пробирку с протертым яблоком и убедитесь в его спелости.

Ребята, проделав качественную реакцию на глюкозу, убеждаются, что яблоко спелое.

С о з д а н и е  п р о б л е м н о й  с и т у а ц и и. Учитель зачитывает отрывок из книги В.Пикуля «Нечистая сила».

Учитель. Почему цианистый калий не убил Распутина?

Учащиеся высказывают разные гипотезы, возникает оживленная беседа.

• Распутин считался святым.

• Имел крепкое здоровье.

• Был очень могучим человеком.

• Дело не в самом Распутине, а в действии вина, которым он запивал пирожное.

• Может, сказалось действие глюкозы и сахарозы, которые находились в пирожном?

• Яд был просрочен.

• Мало яда положили.

• Глюкоза нейтрализует яд, он теряет свои свойства.

Р е ш е н и е  п р о б л е м ы  и  в ы в о д ы.

Учитель. Послушайте мнение ученых и решите, какая гипотеза дает ответ на этот вопрос.

C давних пор, при опасности отравления цианидами, рекомендовали держать за щекой кусочек сахара. Учеными было доказано, что глюкоза взаимодействует с цианидами с образованием нетоксичного соединения циангидрин глюкозы. Возьмите это на вооружение.

Ребята удивляются и запоминают это свойство глюкозы.

Домашнее задание. Закрепить умения писать уравнения химических реакций; красочно оформить проект.

В.Н.КОЛОДЕЖНАЯ,
учитель средней школы № 1
(с. Ростовка, Омский р-н, Омская обл.)