Методическая разработка по химии на тему " Углеводы"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КАМЧАТСКОГО КРАЯ «КАМЧАТСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ЛЕКЦИИ

По дисциплине «Химия»

По теме: «Углеводы»

Для специальности: 34.02.01 Сестринское дело

Уровень подготовки базовый

Составитель:

Потапова Елена Витальевна – преподаватель высшей квалификационной категории ГБПОУ КК «Камчатский медицинский колледж»

Петропавловск-Камчатский, 2024

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методическая разработка лекции по теме «Углеводы» разработана в соответствии с ФГОС СПО специальности 34.02.01 «Сестринское дело» и рассчитано на одно занятие (2 часа) в соответствии с календарно-тематическим планом программы учебной дисциплины.

Данная тема входит в изучение общеобразовательной дисциплины профильного уровня «Химия». Преподавание реализовано с учётом профессиональной направленности обучающихся по специальности 34.02.01 «Сестринское дело».

Актуальность темы:

Углеводы – природные органические соединения, состоящие из молекул углерода и воды. Для нашего организма углеводы являются основным «топливом», обеспечивающим энергией все процессы, происходящие в теле человека. Организм способен запасать углеводы в виде гликогена, который откладывается в печени и мышцах. С химической точки зрения углеводы подразделяют на моно-, ди- и полисахариды с биологической - на простые и сложные. С древних времен для удовлетворения своих потребностей человек начал активно использовать продукты, содержащие углеводы для приготовления пищи, основу составляли: овощи и злаковые культуры, а единственным подсластителем был мед. Необходимо отметить, что в этот период процент народонаселения, страдающего сахарным диабетом, достигал 3, а вот ожирение практически не наблюдалось. Сегодня, в современном мире, когда около 30% населения планеты страдает ожирением, а 25% - сахарным диабетом — актуальной становится проблема «правильного питания». Все знают о вреде мучной и сладкой пищи для фигуры и здоровья. Употребление продуктов, богатых так называемыми «простыми углеводами», может оказывать на организм влияние, которое многие диетологи отмечают, как «наркотическое».

Сахарный диабет — хроническая болезнь, вызванная нарушением обменных процессов из-за дефицита синтеза инсулина и повышения сахара в крови. Заболевание может привести к развитию ряда серьёзных патологий.

Какая бы форма сахарного диабета не была у больного, нужно избегать продуктов, высокосодержащих простые углеводы, животные жиры и соли. В меню диабетика должны входить продукты с достаточным количеством омега-кислот, клетчатки, витаминов и микроэлементов и, конечно, никакого сахара! Несмотря на это, употребление углеводов является важной частью нашего рациона. И полное их исключение на длительный срок может привести к проблемам организма.

Учитывая выше сказанное, для правильного составления рациона питания будущему специалисту необходимо знать физические, химические и биологические свойства органических веществ класса «Углеводы». Так же необходим отметить, что проблема «рационального питания» - является актуальной не только для специалистов в области пищевых технологии, но и для всего народонаселения планеты — ведь именно показатель «продолжительность жизни» является основой понятия «качество жизни», которое свидетельствует о уровни развития страны мира.

Тип учебного занятия: лекция

Цели занятия:

Учебные:

- дать представление о углеводах как классе органических соединениях;

- дать краткую физико-химическую характеристику органическим соединениям класса углеводы;

- рассмотреть основные области промышленного применения углеводов;

- выяснить биологический смысл органических соединений класса углеводы.

Развивающие:

• способствовать развитию клинического и логического мышления, медицинской наблюдательности;

• способствовать развитию умения сравнивать и выделять различия;

• развивать познавательную и поисковую активность.

Воспитательные:

• способствовать повышению интереса к предмету, образовательному процессу, самостоятельной работе;

• воспитывать стремление к здоровому образу жизни, способствовать повышению уровня культуры питания;

• содействовать личностному самоопределению обучающихся в отношении их будущей профессии.

Обучающийся должен обладать общими компетенциями, включающими в себя способность:

ОК 01. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности применительно к различным контекстам;

ОК 04. Эффективно взаимодействовать и работать в коллективе и команде;

ОК 05. Осуществлять устную и письменную коммуникацию на государственном языке Российской Федерации с учетом особенностей социального и культурного контекста;

ОК 08. Использовать средства физической культуры для сохранения и укрепления здоровья в процессе профессиональной деятельности и поддержания необходимого уровня физической подготовленности.

Занятие способствует формированию у обучающихся следующих личностных результатов:

ЛР.12 Способный искать нужные источники информации и данные, воспринимать, анализировать, запоминать и передавать информацию с использованием цифровых средств; предупреждающий собственное и чужое деструктивное поведение в сетевом пространстве.

ЛР.13 Проявляющий навыки сотрудничества со сверстниками, детьми младшего возраста, взрослыми в образовательной, общественно полезной, учебно-исследовательской, проектной деятельности.

ЛР.14 Развивающий творческие способности, способный креативно мыслить.

ЛР.21 Соблюдающий и пропагандирующий правила здорового и безопасного образа жизни, спорта; предупреждающий либо преодолевающий зависимости от алкоголя, табака, психоактивных веществ, азартных игр и т.д.

ЛР.26 Готов к выполнению поставленной задачи, направленной на помощь пациенту в любой ситуации.

Обучающийся (базовый уровень) должен обладать элементами следующих профессиональных компетенций:

ПК 1.1. Организовывать рабочее место.

ПК 1.2. Обеспечивать безопасную окружающую среду.

ПК 3.2. Пропагандировать здоровый образ жизни.

После изучения данной темы обучающийся должен:

уметь:

- формулировать понятия углеводы;

- записывать молекулярные формулы, классифицировать (моно-ди-полисахариды);

– характеризовать общие химические свойства углеводов;

– объяснять зависимость свойств углеводов от классификации и состава;

– называть изученные вещества;

– определять принадлежность веществ к разным классам неорганических и органических соединений;

– типы реакций в органической химии;

– характеризовать общие химические свойства углеводов как органических соединений;

– объяснять практическое применение и значение углеводов в биохимических реакциях организма.

знать:

- Классификацию углеводов по составу (моносахариды, дисахариды, полисахариды).

- Классификацию углеводов (альдозы, кетозы).

- Классификацию углеводов (гескозы, пентозы, тетрозы).

- Значение углеводов в живом организме.

Междисциплинарные связи:

• ОДП.03 Биология

• ОП.01 Анатомия и физиология человека

• ПМ.01 Проведение мероприятий по профилактике инфекций, связанных с оказан ием медицинской помощи.

Методы организации и осуществления учебно-познавательной деятельности:

• словесный (лекция, объяснение, фронтальная беседа);

• наглядный (демонстрация таблиц, мультимедийной презентации, видеофрагментов)

Место проведения лекции: учебная аудитория ГБПОУ КК «Камчатский медицинский колледж».

Материально-техническое оснащение занятия:

• Компьютер;

• Мультимедийное сопровождение;

• Проектор.

СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЗАНЯТИЯ

Ход занятия

Основные понятия: моносахариды, дисахариды, полисахариды, глюкоза, фруктоза, альдозы, кетозы, альфа и бета- формы, качественные реакции на глюкозу.

Актуализация знаний:

1. Вспомните основные функциональные группы следующих классов: спирты, альдегиды, карбоновые кислоты? (спирты-гидроксо группа, альдегиды- карбонильная группа, карбоновые кислоты- карбоксильная группа).

2. Какие качественные реакции характерны для альдегидов? (реакции «Серебренного зеркала» - проводиться с аммиачным раствором оксида серебра).

3. Какие качественные реакции характерны для спиртов? (Цветные реакции – с гидроксидом меди).

Сладкий вкус многих фруктов, ягод и овощей обусловлен присутствием в клеточном соке важнейшего углевода — глюкозы, или виноградного сахара.

В соке сахарной свёклы и сахарного тростника содержится углевод, который после выделения и очистки попадает на каждый стол, используется в кондитерском производстве. Это сахароза, или тростниковый сахар.

Пчелиный мёд богат самым сладким на вкус углеводом — фруктозой, или фруктовым сахаром. В картофеле и зёрнах злаковых растений содержится крахмал — основное запасное вещество растительных клеток. Он не обладает сладким вкусом, но способен набухать в горячей воде.

Крахмал используют для приготовления киселя, его добавляют в некоторые продукты питания, например, соусы, для придания им нужной консистенции. Значительно менее способна набухать в воде целлюлоза, или клетчатка, — главный «конструкционный материал» растительного мира.

От остальных углеводов её отличает волокнистое строение. Медицинская вата, хлопчатобумажное волокно — это почти чистая целлюлоза. Все эти вещества относятся к углеводам.

В состав углеводов входят атомы трёх элементов: углерода, водорода и кислорода, причём два последних обычно находятся в том же соотношении, что и в молекуле воды, — 2:1. Состав большинства углеводов можно выразить формулой C_n(H₂O)_m. Отсюда и происходит название класса.

Классификация

1. Моносахариды

Моносахариды (греч. monos — единственный + sacchar — сахар) - наиболее распространенная группа углеводов в природе, содержащие в молекулах пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода.

Из наиболее известных представителей к пентозам относятся рибоза и дезоксирибоза, к гексозам - глюкоза и фруктоза.

1. Олигосахариды

Олигосахариды (греч. ὀλίγος — немногий) - группа углеводов, в молекулах которых, содержится от 2 до 10 моносахаридных остатков. Если в молекуле содержатся два моносахаридных остатка, ее называют дисахарид.

Наиболее известны следующие дисахариды: сахароза, лактоза, мальтоза. Они являются изомерами, их молекулярная формула одинакова - C₁₂H₂₂O₁₁.

1. Полисахариды

Полисахариды (греч. poly - много) - природные биополимеры, молекулы которых состоят из длинных цепей (десятки, сотни тысяч) моносахаридов.

Например, глюкоза - моносахарид, а крахмал, гликоген и целлюлоза - ее полимеры. Также к полимерам относится хитин, пектин. Формула крахмала, целлюлозы - (C₆H₁₀O₅)_n

Моносахариды

Состав одного из важнейших углеводов — глюкозы выражает формула С₆Н₁₂O₆. Слово «глюкоза» имеет общий корень с названием трёхатомного спирта глицерина и происходит от греческого прилагательного glykys — сладкий.

Химическое строение глюкозы

Глюкоза проявляет свойства сразу двух классов органических веществ: многоатомных спиртов и альдегидов. Её так и называют — альдегидоспирт.

Такие соединения относят к веществам с двойственной функцией.

У прощённо структурную формулу глюкозы можно представить в виде пятиатомного альдегидоспирта:

Глюкоза относится к группе углеводов, называемых моносахаридами.

Углеводы, которые не подвергаются гидролизу с образованием более простых соединений, называют моносахаридами.

К моносахаридам относят также фруктозу. Этот изомер глюкозы, имеющий формулу С₆Н₁₂O₆, по природе функциональных групп относится не к альдегидоспиртам, а к кетоноспиртам.

Физические и химические свойства глюкозы

Глюкоза С₆Н₁₂O₆ — вещество с молекулярной кристаллической решёткой, белого цвета, сладкое на вкус, хорошо растворимое в воде.

Химические свойства полифункциональных органических веществ складываются из нескольких составляющих: свойств, обусловленных каждым типом функциональных групп, а также свойств, которые вещество приобретает за счёт одновременного присутствия в молекуле всех её элементов.

1. Как многоатомный спирт, глюкоза вступает в качественную реакцию, характерную для этих соединений. Она способна реагировать с гидроксидами некоторых металлов, в частности с гидроксидом меди(II), с образованием растворимого соединения ярко-синего цвета.

2. Как альдегид, глюкоза вступает в качественные реакции, характерные для этого класса соединений. При нагревании глюкоза окисляется в соответствующую кислоту (её называют глюконовой) свежеприготовленным гидроксидом меди(II):

С аммиачным раствором оксида серебра при небольшом нагревании глюкоза даёт характерную для альдегидов реакцию серебряного зеркала:

3.Восстановление альдегидной группы глюкозы приводит к образованию шестиатомного спирта — сорбита:

Сорбит используют как заменитель сахара.

И наконец, благодаря сочетанию всех функциональных групп глюкоза приобретает ряд специфических свойств, не характерных ни для многоатомных спиртов, ни для альдегидов.

В качестве примера приведём реакции брожения — превращения одних органических веществ в другие под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами.

Ферменты — это биологические катализаторы белковой природы. Наибольшее значение имеют реакции:

а ) молочнокислого брожения

Эта реакция протекает при приготовлении кисломолочных продуктов, квашении капусты, силосовании кормов,

б ) спиртового брожения

Эта реакция лежит в основе приготовления вин, производства этилового спирта, применяется в хлебопечении.

Глюкоза в природе

Г люкоза образуется в клетках растений из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза:

Роль фотосинтеза на Земле трудно переоценить. Это единственный источник кислорода в атмосфере нашей планеты и органических веществ всей живой природы. При фотосинтезе происходит связывание углекислого газа, что уменьшает его накопление в воздухе. Зелёные растения при фотосинтезе ежегодно поглощают из атмосферы около 200 млрд т углекислого газа. При этом происходит выделение в атмосферу приблизительно 130 млрд т кислорода и синтезируется 50 млрд т органических соединений углерода. При образовании глюкозы поглощается световая энергия. Эта энергия высвобождается в результате окисления глюкозы — реакции, обратной фотосинтезу.

Углеводы присутствуют в клетках всех живых организмов. В животных клетках их содержание обычно составляет 1—2 %, в растительных достигает 90 % в расчёте на сухое вещество.

Глюкоза содержится в крови человека и животных, где её массовая доля равна примерно 0,1 %. При некоторых заболеваниях, например, сахарном диабете, содержание глюкозы в крови может резко увеличиваться, клетки страдают от недостатка глюкозы, так как она не транспортируется в клетки, что приводит к серьёзным обменным нарушениям.

Глюкоза — основной источник энергии в клетке. При её окислении кислородом образуются углекислый газ и вода, а также выделяется большое количество энергии:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6СO₂ + 6Н₂O + энергия

С кровью глюкоза попадает в каждую клетку, где и происходит её окисление. Именно поэтому раствор глюкозы широко применяют в медицине: дают больным для приёма внутрь или вводят внутривенно.

Дисахариды

Сахароза как представитель дисахаридов

Глюкоза и фруктоза — это моносахариды, они не подвергаются гидролизу с образованием продуктов более простого строения.

В отличие от моносахаридов сахароза представляет собой углевод, в состав которого входят два моносахаридных остатка. Такие углеводы называют дисахаридами. Молекулярная формула сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁. Её легко запомнить — это удвоенная формула моносахарида за вычетом одной молекулы воды. И это не случайное совпадение. При гидролизе молекула сахарозы распадается на две молекулы моносахаридов — глюкозу и фруктозу:

О днако сам по себе этот процесс не идёт. Для его протекания требуется нагревание раствора в присутствии кислоты (в качестве катализатора) или действие фермента.

Углеводы, в состав которых входят два остатка моносахаридов, называют дисахаридами.

Полисахариды

Могут ли соединяться друг с другом не два, а больше остатков моносахаридов? Да, причём сотни и даже тысячи. Такие вещества имеют полимерную природу; их называют полисахаридами. К полисахаридам, например, относят крахмал и целлюлозу.

Природные полимеры, состоящие из большого числа повторяющихся остатков моносахаридов, называют полисахаридами.

Крахмал представляет собой порошок белого цвета, зёрна которого набухают в горячей воде с образованием крахмального клейстера.

Крахмал, как все ди- и полисахариды, подвергается гидролизу. Значит, крахмал представляет собой полимер, звенья молекулярной цепи которого — остатки молекул глюкозы. Тогда, «вычитая» из формулы глюкозы формулу воды, вы получите формулу крахмала: (С₆Н₁₀О₅)_n.

У равнение реакции гидролиза крахмала записывают следующим образом:

Качественная реакция на крахмал — действие спиртового раствора йода, при котором появляется интенсивное синее окрашивание.

Попробуйте обнаружить крахмал в картофеле, муке, хлебе, зёрнах бобовых, макаронных изделиях и других пищевых продуктах.

Потребляемый с продуктами питания крахмал в организме человека под действием ферментов гидролизуется. Образующаяся глюкоза попадает в кровь и разносится по всему организму к клеткам.

Другой представитель полисахаридов — целлюлоза — значительно труднее подвергается гидролизу. У травоядных животных в процессе пищеварения участвуют ферменты и бактерии, под влиянием которых происходит брожение, в результате чего целлюлоза разрушается до мономеров.

Продуктом гидролиза целлюлозы также является глюкоза:

Крахмал и целлюлоза — это изомерные полисахариды, молекулярная формула которых совпадает. Однако строение полимерных молекул этих углеводов несколько различается. Отсюда и такое различие в свойствах как физических, так и химических.

Целлюлоза — полимер с линейными макромолекулами, поэтому для неё характерна волокнистая структура. Качественная реакция на крахмал отрицательная (не появляется ярко-синее окрашивание).

Обработка целлюлозы азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты позволяет получать взрывчатые вещества (бездымный порох, или пироксилин), полимерную основу для производства нитрокрасок, лаков, эмалей. По названию легко догадаться, что целлофан — это полимерный материал на основе целлюлозы, его используют в качестве упаковочного материала. Огромные количества целлюлозы из еловой древесины расходуют на изготовление бумаги.

Человек издавна использовал природные волокна целлюлозы для изготовления тканей, например, хлопчатобумажных, льняных. Со временем химики научились обрабатывать полимерные цепи целлюлозы различными реагентами, получая химически модифицированные волокна — вискозу, ацетилцеллюлозу.

Задания для самостоятельной работы студентов:

Заполнить таблицу

II. Обобщение и выводы

Углеводы обеспечивают нас всем необходимым для жизни: пищей, одеждой, мебелью, кровом, книгами.

Углеводы участвуют в построении сложных белков, ферментов, гормонов.

Углеводами являются и такие жизненно необходимые вещества, как гепарин (он играет важнейшую роль – предотвращает свёртывание крови).

Процесс фотосинтеза, протекающий в клетках живых растений, приводит к синтезу углеводов из воды и углекислого газа. При этом превращении образуется кислород, без которого жизнь на нашей планете была бы невозможна.

III. Задание для внеаудиторной самостоятельной работы:

1. Выучить конспект.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основная литература:

1. Габриелян, О. С. Химия: 10-й класс: базовый уровень: учебник / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — 5-е изд., стер. — Москва: Просвещение, 2023. — 128 с.

2. Урок 10. Углеводы. - Химия - 10 класс – Видео. // Российская электронная школа: сайт. – URL: https://resh.edu.ru/subject/lesson/6150/main/150691/ (дата обращения: 14.05.2024).

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Физкультминутка для глаз