Номер 765, страница 177 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

765. Напишите структурную формулу мальтозы. Будет ли мальтоза давать качественные реакции на альдегидную группу? Приведите уравнения таких реакций.

Структурная формула мальтозы

Мальтоза (солодовый сахар) — это природный дисахарид, который относится к классу углеводов. Ее молекулярная формула $C_{12}H_{22}O_{11}$. Молекула мальтозы построена из двух остатков D-глюкозы в ее циклической α-пиранозной форме. Эти два остатка соединены α-1,4-гликозидной связью. Это означает, что аномерный углерод (С1) первого остатка глюкозы связан с гидроксильной группой у четвертого атома углерода (С4) второго остатка глюкозы через атом кислорода.

Первый остаток глюкозы (нередуцирующий) участвует в образовании гликозидной связи своим полуацетальным (гликозидным) гидроксилом. Второй остаток глюкозы (редуцирующий) имеет свободный полуацетальный гидроксил при аномерном атоме углерода C1. Наличие этого свободного полуацетального гидроксила определяет важнейшие химические свойства мальтозы.

Ввиду невозможности графического отображения, приводим словесное описание структурной формулы мальтозы в проекции Хеуорса: два шестичленных пиранозных кольца соединены кислородным мостиком (α-гликозидная связь) от атома C1 левого кольца к атому C4 правого кольца. У правого кольца при атоме C1 имеется свободная гидроксильная группа (-OH), которая может находиться как в α- (направлена вниз), так и в β-положении (направлена вверх).

Ответ: Мальтоза — дисахарид, состоящий из двух остатков α-D-глюкозы, соединенных α-1,4-гликозидной связью. Молекулярная формула $C_{12}H_{22}O_{11}$. Является восстанавливающим сахаром из-за наличия свободного полуацетального гидроксила.

Будет ли мальтоза давать качественные реакции на альдегидную группу?

Да, мальтоза будет давать качественные реакции на альдегидную группу. Это свойство обусловлено тем, что в водном растворе для мальтозы характерна кольчато-цепная таутомерия. Циклическая полуацетальная форма второго остатка глюкозы способна обратимо раскрываться, образуя открытую (ациклическую) форму, которая содержит альдегидную группу (–CHO).

$циклическая \ форма \ (полуацеталь) \rightleftharpoons открытая \ форма \ (альдегид)$

Хотя в равновесной смеси доля открытой формы невелика, ее постоянное образование по мере расходования в реакции позволяет мальтозе проявлять свойства альдегидов. Такие углеводы называют восстанавливающими (редуцирующими).

Ответ: Да, мальтоза дает качественные реакции на альдегидную группу, так как является восстанавливающим дисахаридом, способным в растворе существовать в открытой форме, содержащей альдегидную группу.

Приведите уравнения таких реакций.

Наиболее известными качественными реакциями на альдегидную группу являются реакция «серебряного зеркала» с реактивом Толленса и реакция с реактивом Фелинга (гидроксидом меди(II)). В ходе этих реакций альдегидная группа мальтозы окисляется до карбоксильной, образуя мальтобионовую кислоту. В щелочной среде, в которой проводятся эти реакции, кислота существует в виде соли — мальтобионата.

Для упрощения записи уравнений, сложную структуру мальтозы можно представить в виде $R–CHO$, где $R$ — это радикал $C_{11}H_{21}O_{10}$.

1. Реакция «серебряного зеркала» с аммиачным раствором оксида серебра $[Ag(NH_3)_2]OH$. При нагревании мальтоза восстанавливает ионы серебра $Ag^+$ до металлического серебра $Ag^0$, которое выпадает в виде зеркального налета.
$C_{11}H_{21}O_{10}–CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t^\circ} C_{11}H_{21}O_{10}–COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$

2. Реакция с гидроксидом меди(II) $Cu(OH)_2$. При нагревании голубая суспензия гидроксида меди(II) реагирует с мальтозой. Мальтоза восстанавливает медь из степени окисления +2 в +1, что приводит к образованию кирпично-красного осадка оксида меди(I) $Cu_2O$.
$C_{11}H_{21}O_{10}–CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} C_{11}H_{21}O_{10}–COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$

Ответ:

Уравнение реакции «серебряного зеркала»:
$C_{11}H_{21}O_{10}–CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t^\circ} C_{11}H_{21}O_{10}–COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$

Уравнение реакции с гидроксидом меди(II):
$C_{11}H_{21}O_{10}–CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} C_{11}H_{21}O_{10}–COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$