Hóa học 12 - Lí Thuyết Glucid

Cacbohidrat gluxit, saccarit là những hợp chất hữu cơ tạp chức thường có côngthức chung là CnH2Om Về cấu tạo, cacbohidrat là những hợp chất polihidroxicacbonyl và dâ

Trang 1

Cacbohidrat (gluxit, saccarit) là những hợp chất hữu cơ tạp chức thường có công

thức chung là Cn(H2O)m

Về cấu tạo, cacbohidrat là những hợp chất polihidroxicacbonyl và dẫn xuất của chúng

thủy phân cho >10monosaccarit

thủy phân cho 2monosaccaritKhông bị

thủy phân

Trang 2

Glucozơ có trong cơ thể:

− động vật (mật ong ≈ 30% ; máu người 0,1% không đổi)

− thực vật (hoa, lá, thân, nhất là ở quả chín như nho chín)

II TÍNH CHẤT VẬT LÍ

− Chất kết tinh, không màu, nóng chảy 146oC (dạng α) và 150oC (dạng β)

− Dễ tan trong nước (do có nhiều nhóm -OH)

− Vị ngọt nhưng không bằng đường mía

III CẤU TRÚC PHÂN TƯ

Glucozơ có CTPT là C6H12O6

1 Dạng mạch hơ

• Các dữ kiện thực nghiệm:

• Kết luận: Phân tử glucozơ có công thức cấu tạo thu gọn dạng mạch hở là:

hay CH2OH−CHOH−CHOH−CHOH−CHOH−CH=O

2 Dạng mạch vòng

− Glucozơ kết tinh tạo ra 2 dạng tinh thể có nhiệt độ nóng chảy khác nhau

Trang 3

− Các dữ kiện thực nghiệm khác đều cho thấy 2 dạng tinh thể đó ứng với 2 dạng cấutrúc vòng khác nhau.

OH

C

H C H

HO

H C

O

C H

HO HO

v

α − glucozơ dạng mạch hở β − glucozơ

2 3

CH2OH

2 3

Trang 4

a) Glucozơ pứ với Cu(OH)2 ở nhiệt độ phòng

Trong dd, ở nhiệt độ phòng glucozơ hòa tan Cu(OH)2 cho dd phức đồng-glucozơ cómàu xanh lam: 2 C6H12O6 + Cu(OH)2 → (C6H11O6)2Cu + 2H2O

HO - CH

b) Pứ tạo este

Khi tác dụng với anhidrit axetic, glucozơ có thể tạo este chứa 5 gốc axetat trongphân tử C6H7O(OCOCH 3 )5

CH2 ( CH )4 CHO + (CH3CO)2O CH2 CH CHO + 5CH3COOH

Thí nghiệm: Cho vào ống nghiệm 1 ml dd AgNO3 1%, sau đó nhỏ từng giọt

dd NH3 5% và lắc đều đến khi kết tủa vừa tan hết Thêm tiếp 1 ml dd glucozơ, đun nóng nhẹ ống nghiệm, trên thành ống nghiệm thấy xuất hiện một lớp bạc sáng như gương.

Giải thích: Phức bạc amoniac đã oxi hóa glucozơ thành amoni gluconat tan vào dd giải phóng bạc kim loại bám vào thành ống nghiệm.

CH2OH [CHOH]4 CHO + 2[Ag(NH3)2]OH to CH2OH [CHOH]4 COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2OAmoni gluconat

H2SO4

glucozơ

Trang 5

Glucozơ có thể khử Cu (II) trong Cu(OH)2 thành Cu (I) dưới dạng Cu2O kết tủamàu gạch đỏ Glucozơ làm mất màu dd brom.

CH2OH[CHOH]4CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH CH2OH[CHOH]4COONa + Cu2O ↓ + 3H2O

CH2 [CHOH] CHO + H4 2 CH Ni, to 2OH [CHOH] CH4 2OH

3 Pứ lên men

Khi có enzim xúc tác, glucozơ bị lên men cho ancol etylic và khí cacbonic:

C6H12O6 2Cenzim 2H5OH + 2CO2

30 - 35oC

4 Tính chất riêng của dạng mạch vòng

Riêng nhóm −OH ở C1 (−OH hemiaxetal) của dạng vòng tác dụng với metanol có HClxúc tác, tạo ra metyl glucozit

+ CH3-OH HCl khan HO OCH3 + H2O

OHOOH

HO

OHO

Khi nhóm −OH ở C1 đã chuyển thành nhóm −OCH3 , dạng vòng không thể chuyểnsang dạng mạch hở được nữa

V ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1 Điều chế

− Trong công nghiệp, thủy phân tinh bột nhờ xúc tác HCl loãng hoặc nhờ enzim

Đun một lúc, cả ống đỏ gạch

Trang 6

 Trong y học, glucozơ dùng làm thuốc tăng lực.

 Trong công nghiệp, glucozơ dùng tráng gương, tráng ruột phích và là sản phẩmtrung gian trong sản xuất ancol etylic từ các nguyên liệu có chứa tinh bột vàxenlulozơ

VI ĐỒNG PHÂN CỦA GLUCOZƠ: FRUCTOZƠ

Một đồng phân quan trọng của glucozơ là fructozơ, nó là một polihidroxi xeton, cócấu tạo:

CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH - C - CH2OH

O II

CH2OHOH

HO

OHHOCH2

HH

12

56

CH2OH

O

HO

OHOH

CH2OH

C

HH

H

1 2 3 4 5 6

β−fructozơ

− Fructozơ là chất kết tinh, dễ tan trong nước, có vị ngọt hơn đường mía, có nhiềutrong quả ngọt và đặc biệt trong mật ong (tới 40%) làm cho mật ong có vị ngọtđậm

Trang 7

− Tương tự glucozơ, fructozơ tác dụng với Cu(OH)2 cho dd phức màu xanh lam (tínhchất của ancol đa chức), tác dụng với H2 cho poliancol (tính chất của nhómcacbonyl)

− Đáng chú ý là fructozơ không có nhóm −CHO nhưng vẫn có pứ tráng bạc và pứkhử Cu(OH)2 thành Cu2O là do khi đun nóng trong môi trường kiềm nó chuyểnthành glucozơ theo cân bằng sau:

OHHOCH2[CHOH]3 - C -CH2OH

HO

OHOH

H

1 2

4 5 6

C

C C

Glucozơ có nhiều đồng phân không gian Glucozơ trong tự nhiên, được gọi là D−glucozơ.để phân

biệt với một đồng phân điều chế được trong phòng thí nghiệm là L−glucozơ.

D − glucozơ L − glucozơ

 Ngoài sự lên men rượu, glucozơ còn:

* lên men lactic:

HO

OHHCH=O

CH2OHH

HHO

OH

OHHCH=O

CH2OHH

HHO

Trang 8

C6H12O6 2CH3-CH-COOH

OHIaxit lactic men lacta

* lên men butiric:

C6H12O6 → CH3−CH2−CH2−COOH + 2CO2 + 2H2

* lên men limonic:

C6H12O6 + 3O HOOC-CH2-C-CH2-COOH + 2H2O

OH COOHI

I enzim

axit limonic (citric)

 Cây xanh tổng hợp ra monosaccarit từ CO2 và H2O nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời và chấtclorophin (chất diệp lục) có sẵn trong cây xanh, theo ptpứ:

Vitamin C (axit L − ascobic)

 Khi dùng chất oxi hóa mạnh, ngoài nhóm chức anđehit bị oxi hóa, các nhóm hidroxyl của glucozơcó thể bị oxi hóa (nhất là nhóm –OH bậc I) tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau:

CH 2 OH−(CHOH)4−CHO HNO 3, 1000C→

HOOC−(CHOH)4−COOH

Trang 9

 Vấn đề đồng phân quang học của glucozơ:

Trong phân tử có 4 C* phi đối xứng nên có 2 4 = 16 đồng phân quang học:

8 đồng phân dãy D − glucozơ :

I TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

− Chất kết tinh, không màu, vị ngọt

− Dễ tan trong nước, nóng chảy 185oC

• Có trong thực vật : mía, củ cải, hoa thốt nốt

• Các dạng :

− đường phèn → đường mía kết tinh dạng tinh thể lớn

− đường cát → đường mía kết tinh có lẫn tạp chất màu vàng

− đường phên → đường mía ép thành phên, nhiều tạp chất, màu nâu sẩm

− đường kính → saccarozơ dạng tinh thể nhỏ

II CẤU TRÚC PHÂN TƯ

CTPT

C12H22O11

→Cu(OH)2 dd màu xanh lam ⇒ nhiều nhóm −OH kề nhau

→ không ⇒ không có nhóm −CH=OAgNO3/NH3

→đun nóng glucozơ + fructozơ ⇒ có cầu eteaxit vô cơ

Trang 10

 Các dữ kiện thực nghiệm khác cho phép xác định được trong phân tử saccarozơ, gốc

α-glucozơ và gốc β-fructozơ liên kết với nhau qua nguyên tử oxi giữa C1 của glucozơvà C2 của fructozơ (C1−O−C2) Liên kết này thuộc loại liên kết glicozit

Vậy, cấu trúc phân tử saccarozơ được biểu diễn như sau :

5 6

O

CH2OH

HH

H

OH

OHOH

2 3

4

5 6

gốc α−glucozơ gốc β−fructozơ

III TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Saccarozơ không có tính khử vì phân tử không còn nhóm −OH hemiaxetal tự do nênkhông chuyển được thành dạng mạch hở chứa nhóm anđehit

Saccarozơ chỉ có tính chất của ancol đa chức và pứ thủy phân của đisaccarit

1 Pứ với Cu(OH) 2 ơ nhiệt độ phòng

 Thí nghiệm :

 Hiện tượng:↓ Cu(OH)2 tan trong dd saccarozơ cho dd màu xanh lam

 Giải thích: saccarozơ là một poliol có nhiều nhóm −OH kề nhau, nên đã pứ với Cu(OH)2sinh ra phức đồng-saccarozơ tan có màu xanh lam

Trang 11

2C12H22O11 + Cu(OH)2 → (C12H21O11)2Cu + 2H2O

2 Pứ thủy phân

Dung dịch saccarozơ không có tính khử, nhưng khi đun nóng với axit thì tạo thành

dd có tính khử do nó bị thủy phân thành glucozơ và fructozơ :

IV ỨNG DỤNG VÀ SẢN XUẤT ĐƯỜNG SACCAROZƠ

1 Ứng dụng

− Dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm (bánh kẹo, nước giải khát, …)

− Trong công nghiệp dược phẩm, dùng pha chế thuốc

2 Sản xuất đường saccarozơ

Sản xuất đường từ “cây mía” qua một số công đoạn chính, thể hiện ở sơ đồ sau :

V ĐỒNG PHÂN CỦA SACCAROZƠ : MANTOZƠ

 Trong số các đồng phân của saccarozơ, quan trọng nhất là mantozơ (còn gọi làđường mạch nha) Công thức phân tử C12H22O11

(5) Cô đặc để kết tinh / lọc(4) + SO2 tẩy màu

(3) + CO2 / lọc bỏ CaCO3(1) ép

(2) + vôi sửa / lọc bỏ tạp chất

Trang 12

 Ở trạng thái tinh thể, phân tử mantozơ gờm 2 gớc glucozơ liên kết với nhau ở C1 của

α-glucozơ này với C4 của gớc glucozơ kia qua một nguyên tử oxi Liên kết α

-C 1−O−C 4 như thế được gọi là liên kết α-1,4-glicozit

 Trong dung dịch, gớc α-glucozơ của mantozơ có thể mở vòng tạo ra nhóm −CH=O :

Liên kết α -1,4-glicozit Mantozơ kết tinh Dạng anđehit của mantozơ trong dung dịch

O

O H

1

2 3 4 5 6

1

2 3

H

CH2OH H OH

H OH

OH

H O

O

H

2 3 4 5 6

1

2 3 4 5 6

OH

CH2OH

OH

H HO

H

CH2OH H OH

H OH

CH

O 1

 Do có cấu trúc như trên, mantozơ có 3 tính chất chính :

1 Tính chất của poliol như saccarozơ : tác dụng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ phòngcho phức đờng-mantozơ màu xanh lam

2 Tính khư tương tự glucozơ, thí dụ khi đun nóng mantozơ khử [Ag(NH3)2]OHthành Ag và khử Cu(OH)2 thành Cu2O Mantozơ thuộc loại đíaccarit có tính khử

3 Bị thủy phân khi có mặt xúc tác axit hoặc enzim sinh ra 2 phân tử glucozơ

 Pứ với vơi sữa

Saccarozơ tác dụng với vơi sữa tạo thành dd canxi saccarat trong suớt Khi sục khí CO2 vào ddcanxi saccarat có sự tạo thành kết tủa CaCO3 và tái tạo saccarozơ:

C12H22O11 + Ca(OH)2 + H2O → C12H22O11.CaO.2H2O

C12H22O11.CaO.2H2O + CO2 → C12H22O11 + CaCO3↓ + 2H2O

Pứ tạo ete và este (do có nhiều nhóm −OH ) Thí dụ từ saccarozơ có thể điều chế:

Trang 13

1 2

5 6

O

CH2OAc

H H

4

5

6

OAc H

1 2

5 6

O

CH2OCH3

H H

4

5

6

OCH3H

CH2OCH3

OCH3

CH2OCH3

Trang 14

I TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

− Chất rắn vô định hình, màu trắng

− Không tan trong nước nguội, nước nóng từ 60oC trở lên, chuyển thành dd keo, nhớt, gọilà hồ tinh bột

• Có trong các loại hạt (gạo, mì, ngô…); củ (khoai, sắn…) và quả (táo, chuối)

• Gạo 80%, ngô 70%, khoai tây 20%

Tinh bột là hỗn hợp của hai polisaccarit : amilozơ và amilopectin

Cả hai đều có công thức là (C6H10O5)n trong đó C6H10O5 là gốc α-glucozơ

 Amilozơ chiếm từ 20-30% khối lượng tinh bột Trong phân tử amilozơ các gốc αglucozơ nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glicozit, tạo thành một chuỗi dài không phânnhánh Phân tử khối của amilozơ vào khoảng 150.000 – 600.000 (ứng với n khoảng 1000– 4000) Phân tử amilozơ không duỗi thẳng mà xoắn lại thành hình lò xo

-OH OH O O H

H H

4

O HO

O

CH2OH

OH

OH H

H H

OH

O

Lk α-1,4-glicozit

Trang 15

Mô hình phân tử amilozơ

 Amilopectin chiếm khoảng 70 – 80% khối lượng tinh bột Amilopectin có công thức

phân nhánh Cứ khoảng 20 – 30 mắc xích α-glucozơ nối với nhau bởi liên kết αglicozit thì tạo thành một chuỗi Do có thêm liên kết từ C1 của chuỗi này với C6 của chuỗikia qua nguyên tử O (gọi là liên kết α-1,6-glicozit) nên chuỗi bị phân nhánh

-1,4-Phân tử khối của amilopectin vào khoảng từ 300.000 – 3.000.000 (ứng với n từ 2000đến 200.000)

OH OH O O H

H H

4

O HO

O

CH2OH

OH

OH H

H H

OH

O

OH OH O

H H

Trang 17

Mô hình phân tử amilopectin

1 Pứ thủy phân

a) Thủy phân nhờ xúc tác axit

Dung dịch tinh bột không có pứ tráng bạc nhưng sau khi đun nóng với axit vô cơ

loãng ta được dd có pứ tráng bạc Nguyên nhân là do tinh bột bị thủy phân hoàn toàncho glucozơ :

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

b) Thủy phân nhờ enzim

Pứ thủy phân tinh bột cũng xảy ra nhờ một số enzim

Nhờ enzim α và β-amilaza (có trong nước bọt và mầm lúa) tinh bột bị thủy phân thànhdextrin (C6H10O5)x (x < n) rồi thành mantozơ, mantozơ bị thủy phân thành glucozơ nhờenzim mantaza

(C6H10O5)n (C6H10O5)x

2x(C6H10O5)x + xnH2O xnC12H22O11

C12H22O11 + H2O 2C6H12O6

2 Pứ màu với iot

hồ tinh bột

•Hiện tượng: dd hồ tinh bột đựng trong ống

nghiệm đều nhuốm màu xanh tím Khi đun nóng

lại hiện ra

•Giải thích: Phân tử tinh bột hấp phụ iot tạo ra màu xanh tím Khi đun nóng, iot thoát rakhỏi phân tử tinh bột làm mất màu xanh tím đó Khi để nguội, iot bị hấp phụ trở lại làm ddcó màu xanh tím

Pứ này dùng để nhận ra tinh bột bằng iot và ngược lại

III SỰ CHUYỂN HÓA TINH BỘT TRONG CƠ THỂ

Tionh bột trong các loại lương thực là một trong những thức ăn cơ bản của con người

Trang 18

Khi ta ăn, tinh bột bị thủy phân nhờ enzim amilaza có trong nước bọt thành đextrin rồi thànhmantozơ Ở ruột, enzim mantaza giúp cho việc thủy phân mantozơ thành glucozơ Glucozơđược hấp thụ vào máuqua thành mao trạng ruột Trong máu nồng độ glucozơ không đổikhoảng 0,1% Lượng glucozơ dư được chuyển về gan : ở đây, nhờ enzim, glucozơ hợp lại thànhglicogen (còn gọi là tinh bột động vật) dự trữ dự trữ cho cơ thể Khi nồng độ glucozơ trongmáu giảm xuống dưới 0,1%, glicogen ở gan lại bị thủy phân thành glucozơ và theo đường máuchuyển đến các mô trong cơ thể Tại các mô, nhờ enzim, glucozơ bị oxi hóa chậm qua các pứphức tạp tạo thành CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng cho cơ thể hoạt động.

Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể được biểu diễn bởi sơ đồ sau :

V SỰ TẠO THÀNH TINH BỘT TRONG CÂY XANH

Tinh bột được tạo thành trong cây xanh từ khí CO2 và H2O nhờ ánh sáng mặt trời

Khí CO2 được lá cây hấp thụ từ không khí, nước được rễ cây hút từ đất Chất diệp lục(lorophin) hấp thụ năng lượng của ánh sáng mặt trời mặt trời Quá trình tạo thành tinh bột nhưvậy gọi là quá trình quang hợp, nó xảy ra phức tạp qua nhiều giai đoạn, trong đó có giaiđoạn tạo thành glucozơ, có thể viết bằng phương trình hóa học đơn giản như trên hình vẽ

ánh sángclorophin

Trang 19

I TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

 Chất rắn, hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị

Không tan trong nước, ngay cả khi đun nóng, không tan trong cácdung môi hữu cơ thông thường như ete, benzen,…

 Là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực vật, là bộ

khung của cây cối

Có nhiều trong bông (95−98%), trong đay, gai, tre, nứa

(50−80%), trong gỗ (40−50%)

Gỗ Bông tre, nứa đay, gai

Rừng cây và bông là những nguồn cung cấp xenlulozơ

Xenlulozơ, (C6H10O5)n có phân tử khối rất lớn (khoảng 1−2,4 triệu)

Hợp thành từ các mắt xích β−glucozơ nối với nhau bởi các liên kết β−1,4−glicozit, phântử xenlulozơ không phân nhánh, không xoắn

5

1 1

4 4

OH

H OH

H

OH H

H OH H

OH H

H H

OH H H

H

H H

Trang 20

− Tương tự tinh bột, xenlulozơ không có tính khử

− Khi thủy phân xenlulozơ đến cùng thì thu được glucozơ

− Mỗi mắt xích C6H10O5 có 3 nhóm −OH tự do nên xenlulozơ có tính chất của một ancol

đa chức

1 Phản ứng của polisaccarit

Thí nghiệm : Cho một nhúm bông vào một cốc đựng dd H2SO4 70%, đun nóng đồng thờikhuấy đều đến khi thu được dd đồng nhất

Trung hòa dd thu được bằng dd NaOH 10%, sau đó đun nóng với dd AgNO3/NH3

Hiện tượng : Bạc kim loại bám vào thành ống nghiệm

a) Thủy phân xenlulozơ b) Sản phẩm sau thủy phân

Giải thích : Xenlulozơ bị thủy phân trong dd axit nóng tạo ra glucozơ

(C6H10O5)n + nH2O nCH2SO4, t 6H12O6

o

Sau khi trung hòa axit dư thì glucozơ tham gia pứ tráng bạc

Pứ thủy phân cũng xảy ra ở trong dạ dày động vật nhai lại (trâu, bò, …) nhờ enzimxenlulaza

2 Pứ của ancol đa chức

 Xenlulozơ pứ với HNO3 đặc có H2SO4 đặc làm xúc tác

Thí nghiệm :

Cho 4 ml HNO3 vào cốc thủy tinh, sau đó thêm tiếp 8 ml H2SO4 đặc, lắc đều và làm lạnhhỗn hợp bằng nước Thêm tiếp vào cốc một nhúm bông Đặt cốc chứa hỗn hợp pứ vàonồi nước nóng (khoảng 60 − 70oC), khuấy nhẹ trong 5 phút, lọc lấy chất rắn rửa sạchbằng nước rồi ép khô bằng giấy lọc sau đó sấy khô (tránh lửa)

Hiện tượng : −Sản phẩm thu được có màu vàng

− Khi đốt, sản phẩm cháy nhưng không khói, không tàn

Dd H2SO4 70%

Khuấy nhẹ

Dd glucozơ Bông

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	1,07 MB