Свою назву вуглеводи отримали помилково. Сталося це в середині минулого століття. Тоді вважали, що молекула будь-якого цукристого речовини відповідає формулі Зm(Н2О)n. Всі відомі тоді вуглеводи підходили під цю мірку, і формулу глюкози З6Н12О6 писали як З6(Н2О)6.
Але пізніше були відкриті і такі цукру, які опинилися винятком з правила. Так, явний представник вуглеводів рамноза (вона теж дає реакцію Молиша) має формулу З6Н12О5. І хоча неточність у назві цілого класу сполук була очевидною, термін «вуглеводи» став настільки звичним, що його не стали міняти. Втім, у наші дні багато хіміки вважають за краще іншу назву - «цукру».
Один з цукрів ми спробуємо отримати з тирси гідролізом, тобто розкладанням водою. Це дуже поширений хімічний процес. Тирсу та інші деревні відходи містять вуглевод клітковини (целюлози). З неї на гідролізних заводах готують глюкозу, яку можна використовувати потім по-різному; найчастіше її зброджують, перетворюючи в спирт, вихідний продукт для безлічі хімічних синтезів. Велика і самостійна галузь хімічної індустрії носить назву гідролізної промисловості,
Перш ніж відтворити процес гідролізу деревини, спробуємо зрозуміти, у чому його суть, а для цього зручніше почати не з тирси, а з огірків і лучини.
Вимийте свіжий огірок, натріть його на тертці і вичавити сік. Сік можна змінити, але це не обов'язково.
Приготуйте в пробірці гідроксид міді Си(ОН)2. Для цього додайте 2-3 краплі розчину мідного купоросу до 0,5-1 мл розчину їдкого натру. До отриманого осаду додайте рівний обсяг огіркового соку і струсніть пробірку. Осад розчиниться, вийде синій розчин. Така реакція характерна для багатоатомних спиртів, тобто для спиртів, які містять кілька гідроксильних груп.
Тепер нагрійте до кипіння (або поставте в киплячу воду) пробірку з отриманим синім розчином. Він спочатку пожовтіє, потім стане помаранчевим, а після охолодження випаде червоний осад оксиду міді Cu2O. Ця реакція характерна для іншого класу органічних сполук - для альдегідів. Значить, в огірковому соку є речовина, що представляє собою альдегід і спирт одночасно. Це речовина і є глюкоза, яка за будовою являє собою альдегидоспирт. Завдяки їй у огірка солодкуватий смак.
Ви, напевно, здогадуєтеся, що цей досвід зовсім не обов'язково ставити саме з соком огірка. Він добре виходить і з іншими солодкими соками - виноградним, морквяним, яблучним, грушевим, Можна взяти для досвіду і туалетну огіркову воду, яка продається в парфумерних магазинах. І, звичайно, просто таблетки глюкози.
Тепер другий попередній досвід: оцукрювання лучинки.
Приготуйте розчин сірчаної кислоти: до одного об'єму води прилейте один об'єм концентрованої сірчаної кислоти (ні в якому разі не лити воду в кислоту!). У пробірку з розчином опустіть лучинку і нагрійте розчин до кипіння. Вона при цьому обвуглиться, але досвіду, це не завадить.
Після нагрівання вийміть лучинку, опустіть її в іншу пробірку з 1-2 мл води і прокип'ятіть. В обох пробірках тепер є глюкоза. Перевірити це можна, додавши до розчинів дві-три краплі мідного купоросу, а потім і їдкий натр - з'явиться знайома синє забарвлення. Якщо ж цей розчин прокип'ятити, випаде, як ми і очікували, червоний осад оксиду міді Cu2O. Отже, глюкоза виявлена.
Те, що наша лучинка осахарилась, і є результат гідролізу целюлози (а на її частку в деревині припадає близько 50%). Як і при гідролізі крохмалю, сірчана кислота в цьому процесі не витрачається, вона відіграє роль каталізатора.
Нарешті, ми підійшли до основного досвіду, який був обіцяний в заголовку: отримання цукру з тирси.
У фарфорову чашку насипте 2-3 столові ложки деревної тирси і змочіть їх водою. Додайте ще трохи води і рівну кількість раніше приготовленого розчину сірчаної кислоти (1:1), рідку кашку добре перемішайте. Закрийте кришкою і поставте в духовку газової плити (або в російську піч) приблизно на годину, можна трохи менше.
Потім вийміть чашку, долийте води доверху і перемішайте. Фільтрувати розчин і нейтралізуйте фільтрат, додаючи до нього товчений крейда або вапняну воду до тих пір, поки не припиниться виділення бульбашок вуглекислого газу. Про закінчення нейтралізації можна також судити, відчуваючи рідина лакмусовим папірцем або ж одним з саморобних індикаторів. Не треба капати індикатор прямо в реакційну масу. Слід взяти пробу, буквально 2-3 краплі, і помістити її на скляну пластинку або в маленьку пробірку.
Вміст чашки злийте в молочну пляшку, збовтайте рідину і дайте постояти кілька годин. Сульфат кальцію, що утворився при нейтралізації кислоти, осяде на дно, а зверху залишиться розчин глюкози. Обережно злийте його в чисту чашку (краще по скляній паличці) і фільтрувати.
Залишилася остання операція - випарювання води на водяній бані. Після неї на дні залишаються світло-жовті кристали глюкози. Їх можна спробувати на смак, але і тільки - продукт недостатньо чистий.
Отже, ми виконали чотири операції: варіння тирси з розчином сірчаної кислоти, нейтралізацію кислоти, фільтрування та випарювання. Саме так і отримують глюкозу на гідролізних заводах, тільки, звичайно, не у фарфорових чашках.
І ще один промисловий процес ми можемо відтворити без особливих утруднень: перетворимо один цукор в два інших.
При довгому зберіганні домашнє варення часто зацукровується. Це відбувається тому, що цукор кристалізується з сиропу. З варенням ж, яке продається в магазині, така біда трапляється набагато рідше. Справа в тому, що на консервних заводах, крім бурякового або тростинного цукру сахарози C12H 22O11, використовують і інші цукристі речовини, наприклад інвертний цукор. Що таке інверсія цукру і до чого вона призводить, ви дізнаєтеся з наступного досвіду.
Налийте в пробірку або в склянку 10-20 г слабкого цукрового розчину і додайте кілька крапель розведеної соляної кислоти. Після цього нагрівайте розчин на киплячій водяній бані хвилин десять-п'ятнадцять, а потім нейтралізуйте кислоту, краще всього карбонатом магнію MgCO3 . В аптеках продають так звану білу магнезію, речовина кілька більш складного складу; вона теж годиться. В крайньому випадку можна взяти і питну соду NaHCO3, але тоді в розчині залишиться кухонна сіль, яка з цукром якось не пасує...
Коли припиниться виділення бульбашок діоксиду вуглецю, дайте рідини відстоятися. На всяк випадок перевірте індикатором, повністю чи нейтралізовувалась кислота. Злийте відстояну рідину і спробуйте на смак: вона здасться вам менш солодкий, ніж вихідний розчин (для порівняння залиште трохи початкового розчину цукру).
У готовому розчині практично не залишилося сахарози, зате з'явилися два нових речовини - глюкоза і фруктоза. Цей процес і називається інверсією цукру, а отримана суміш - инвертным цукром.
І ось що цікаво: зовні реакцію нічим не виявити. І колір, і обсяг, і реакція середовища залишаються колишніми. Не виділяються ні гази, ні опади. І тим не менш реакція йде, тільки для її виявлення потрібні оптичні прилади. Цукру - оптично активні речовини: промінь поляризованого світла, проходячи через розчин, змінює напрямок поляризації. Кажуть, що цукру обертають площину поляризації, причому в ту чи іншу сторону, і на цілком певний кут. Так от, сахароза обертає площину поляризації вправо, а глюкоза і фруктоза, продукти її гідролізу,- вліво. Звідси і слово «інверсія» (по-латині «перевертання»).
Але, оскільки оптичних приладів у нашому розпорядженні немає, спробуємо переконатися хімічним шляхом в тому, що взятий цукор і справді зазнав зміни. До отриманому розчинів цукру додайте кілька крапель розчину метиленового синього (можна взяти сині чорнило для авторучок) і трохи слабкого розчину будь лугу. Нагрійте досліджувані розчини на водяній бані. У пробірці з звичайним цукром ніяких змін не відбудеться, а ось вміст пробірки з инвертным цукром стане майже безбарвним.
Інвертний цукор набагато менше, ніж звичайний, схильний до кристалізації. Якщо обережно випарити на водяній бані його розчин, то вийде густий сироп, зовні трохи нагадує мед. Після охолодження він не кристалізується.
До речі, улюблений усіма бджолиний мед на три чверті складається з тих же вуглеводів, що і інвертний цукор,- з глюкози і фруктози. Штучний мед також роблять на основі інвертного цукру. Звичайно, наш сироп від меду відрізняється, і значно - головним чином, відсутністю запаху. Але якщо до нього додати трохи натурального меду, то цей недолік можна частково усунути.
Але чому б не наготувати будинку побільше некристаллизующегося сиропу, щоб варити на ньому варення? На жаль, повна його очищення від сторонніх речовин скрутна, і немає гарантії, що її вдасться довести до кінця. У всякому разі, ризикувати не варто.
О. Ольгин. "Досліди без вибухів"
М., "Хімія", 1986
