I. Khái niệm cacbonhidrat
– Carbohydrate là những hợp chất hữu cơ tạp chức và thường có công thức chung Cn(H2O)m
– Carbohydrate chia làm 3 loại chủ yếu:
+ Monosaccharide là nhóm không bị thủy phân (glucose & fructose)
+ Disaccharide là nhóm mà khi thủy phân mỗi phân tử sinh ra 2 phân tử monosaccharide.
+ Polysaccharide (starch – tinh bột, cellulose) là nhóm mà khi thủy phân đến cùng mỗi phân tử sinh ra nhiều phân tử monosaccharide(Glu).
Bài tập áp dụng: Các hợp chất dưới đây lần lượt thuộc loại monosaccharide, disaccharide và polysaccharide là:
A. Glucose, cellulose, maltose
B. Fructose, sucrose, starch (tinh bột)
C. Fructose, starch (tinh bột), cellulose
D. Glucose, sucrose, cellulose
Lời giải:
– Monosaccharide gồm: glucose và fructose
– Disaccharide gồm: sucrose và maltose
– Polysaccharide gồm: starch và cellulose
Vậy đáp án cần chọn là glucose, sucrose và cellulose
Đáp án: D
II. Tính chất vật lí của glucose
– Chất kết tinh, không màu, dễ tan trong nước, nóng chảy ở 146oC (dạng α) và 150oC (dạng β) và có vị ngọt nhưng không ngọt bằng đường mía.
– Glucose có trong hầu hết các bộ phận của cây, có nhiều nhất trong quả chín, đặc biệt có nhiều trong quả nho chín nên còn gọi là đường nho.
– Trong mật ong có khoảng 30% glucose.
– Trong máu người có một lượng nhỏ glucose, hầu như không đổi khoảng 0,1%.
Bài tập áp dụng: Trong tự nhiên, glucose có nhiều ở
A. trong thân cây.
B. trong hoa quả chín, đặc biệt là quả nho.
C. trong nước biển.
D. trong máu người và động vật.
Lời giải: Trong tự nhiên, glucose có nhiều ở trong hoa quả chín đặc biệt là có trong quả nho.
Đáp án: B
III. Cấu trúc phân tử của glucose
1. Dạng mạch hở
– Dạng mạch hở phân tử có cấu tạo của aldehyde đơn chức và alcohol 5 chức:
CH2OH–CHOH–CHOH–CHOH–CHOH–CH=O hoặc viết gọn là CH2OH[CHOH]4CHO
2. Dạng mạch vòng
– Trong dung dịch, glucose tồn tại chủ yếu ở dạng vòng 6 cạnh (α và β). Hai dạng vòng này luôn chuyển hóa lẫn nhau theo một cân bằng qua dạng mạch hở.
– Nhóm –OH ở vị trí số 1 được gọi là –OH hemiaxetal
IV. Tính chất của alcohol đa chức
1. Tác dụng với Cu(OH)2
Ở nhiệt độ thường, glucose phản ứng với Cu(OH)2 tạo phức đồng glucose có màu xanh lam tương tự glycerol (dùng để nhận biết glucose):
2C6H12O6 + Cu(OH)2 → (C6H11O6)2Cu + 2H2O
2. Phản ứng tạo ester
Glucose phản ứng với acetic anhydride (CH3CO)2O có mặt pyridin (C5H5N) tạo ester chứa 5 gốc acetate trong phân tử C6H7O(OCOCH3)5.
V. Tính chất của aldehyde
1. Oxi hóa glucose
a. Oxi hóa glucose bằng dung dịch AgNO3/NH3 (nhận biết glucose bằng phản ứng tráng gương)
– Tiến hành thí nghiệm
Bước 1: Cho 1 ml dung dịch AgNO3 1% vào ống nghiệm sạch.
Bước 2: Nhỏ từ từ dung dịch NH3 cho đến khi kết tủa tan hết.
Bước 3: Thêm 3 – 5 giọt glucose vào ống nghiệm.
Bước 4: Đun nóng nhẹ hỗn hợp ở 60°C – 70°C trong vài phút.
– Hiện tượng và giải thích thí nghiệm
+ Hiện tượng: Có chất màu sáng bạc bám lên thành ống nghiệm.
+ Giải thích:
Dung dịch AgNO3 trong NH3 đã oxi hóa glucose tạo thành muối ammonium gluconate và bạc kim loại bám vào thành ống nghiệm.
b. Glucose làm mất màu dung dịch brom
CH2OH[CHOH]4CHO + Br2 + H2O → CH2OH[CHOH]4COOH + 2HBr
c. Oxi hóa glucose bằng Cu(OH)2 đun nóng trong môi trường kiềm
– Tiến hành thí nghiệm
Bước 1: Điều chế Cu(OH)2: cho vào ống nghiệm 5 giọt dung dịch CuSO4 + 1ml dung dịch NaOH 10%.
Bước 2: Thêm 2ml dd glucose 1% sau đó lắc nhẹ.
Bước 3: Đun nóng dung dịch trên ngọn lửa đèn cồn. Quan sát
– Hiện tượng và giải thích thí nghiệm
+ Ban đầu có phức màu xanh lam, sau khi đun nóng tạo kết tủa màu đỏ gạch.
+ Trong môi trường kiềm, glucose bị oxi hóa bởi Cu(OH)2 khi đun nóng tạo thành muối sodium gluconatde, copper (I) oxide màu đỏ gạch và H2O.
VI. Phản ứng lên men và Tính chất riêng của dạng mạch vòng
1. Phản ứng lên men và Tính chất riêng của dạng mạch vòng
Khi có enzim làm xúc tác, glucose trong dung dịch lên men tạo thành ethyl alcohol và khí carboni dioxide:
${C_6}{H_{12}}{O_6}\,\,\xrightarrow{{enzim,\,30 – {{35}^o}C}}\,\,2{C_2}{H_5}OH\,\, + \,\,2C{O_2}$
2. Tính chất riêng của dạng mạch vòng
Riêng nhóm –OH ở C1 (–OH hemiaxetal) của dạng vòng tác dụng với metanol có HCl xúc tác, tạo ra metyl glycozide: Khi nhóm –OH ở C1 đã chuyển thành nhóm –OCH3, dạng vòng không thể chuyển sang dạng mạch hở được nữa.
Bài tập áp dụng: Cho 3 chất: Glucose, acetic acid, glycerol. Để phân biệt 3 chất trên chỉ cần dùng 2 thuốc thử là
Dung dịch AgNO3/NH3và quỳ tím. B. Dung dịch NaHCO3 và dung dịch AgNO3.
Dung dịch Na2CO3 và Na. D. Quỳ tím và Na.
Lời giải:
– Dùng AgNO3/dung dịch NH3 để nhận biết glucose và quỳ tím để nhận biết acetic acid, còn lại grycerol
– C sai vì AgNO3 thiếu môi trường NH3
Đáp án: A
VII. Điều chế và ứng dụng của glucose
1. Điều chế
Thủy phân tinh bột hoặc cellulose trong vỏ bào, mùn cưa với xúc tác là HCl loãng hoặc enzim:
${({C_6}{H_{10}}{O_5})_n}\,\, + \,\,n{H_2}O\,\,\xrightarrow{{{H^ + },\,{t^o}}}\,\,n{C_6}{H_{12}}{O_6}$
2. Ứng dụng
– Là chất dinh dưỡng, dùng làm thuốc tăng lực cho người già, trẻ em và người lớn.
– Làm thuốc tăng lực, tráng gương, tráng ruột phích, …
– Là sản phẩm trung gian trong quá trình sản xuất ethanol.
VIII. Fructose (đồng phân của glucose)
1. Tính chất vật lí của fructose
– Fructose là chất kết tinh, dễ tan trong nước.
– có vị ngọt hơn đường mía, có nhiều trong quả ngọt và đặc biệt trong mật ong (tới 40%) làm cho mật ong có vị ngọt đậm.
2. Cấu trúc phân tử của fructose
– Công thức cấu tạo mạch hở:
CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH hoặc viết gọn là CH2OH[CHOH]3COCH2OH
– Trong dung dịch, frutozơ tồn tại chủ yếu ở dạng β, vòng 5 hoặc 6 cạnh.
3. Tính chất hóa học của fructose
Vì phân tử fructose chứa 5 nhóm OH trong đó có 4 nhóm liền kề và 1 nhóm chức C=O nên có các tính chất hóa học của alcohol đa chức và ketone.
– Hòa tan Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường cho dung dịch phức màu xanh lam.
– Fructose phản ứng với acetic anhydride tạo ester 5 chức.
– Tác dụng với H2 tạo sorbitol.
– Fructose không có nhóm –CH=O nhưng vẫn có phản ứng tráng bạc là do khi đun nóng trong môi trường kiềm nó chuyển thành glucose theo cân bằng sau:
$Fructose\,\,\,\overset {O{H^ – }} \leftrightarrows \,\,Glu\cos e$
Lưu ý: Fructose không làm mất màu dung dịch brom nên để phân biệt dung dịch glucose và fructose người ta sử dụng thuốc thử là dung dịch brom.
Bài tập áp dụng: Để phân biệt glucose và fructose có thể sử dụng thuốc thử là
A. H2/Ni.
B. dung dịch Br2.
C. dung dịch AgNO3/NH3.
D. Cu(OH)2.
Lời giải:
Trong môi trường kiềm thì fructose chuyển hóa thành glucose theo cân bằng $Fructose\,\,\,\overset {O{H^ – }} \leftrightarrows \,\,Glu\cos e$. Vì vậy không thể phân biệt glucose và fructose bằng các thuốc thử có môi trường kiềm.
Dùng dung dịch nước Br2 có thể phân biệt được glucose và fructose do phản ứng của glucose xảy ra làm mất màu nước brom nếu dùng dư. Phương trình phản ứng diễn ra như sau:
CH2OH[CHOH]4CHO + Br2 + H2O → CH2OH[CHOH]4COOH + 2HBr.
Glucose có nhóm chức aldehyde nên có thể thể tham gia phản ứng, fructose do không có nhóm này thay vào đó là nhóm chức ketone nên không xảy ra hiện tượng gì.
Đáp án: B
