ÔN tập môn học hóa học và CÔNG NGHỆ các hợp CHẤT hữu cơ THIỀN NHIÊN

Do khoa học chưa phát triển nên cho đến đầu thế kỷ 18, người ta vẫn cho rằng các hợp chất hữu cơ thuộc về một “thế lực sống” huyền bí, chỉ có trong các cơ thể sống, không tuân theo các

ÔN TẬP MÔN HỌC

HÓA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ TỰ NHIÊN

PHẦN I:

GIỚI THIỆU CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ THIÊN NHIÊN

 CÁC CHẤT CƠ BẢN TẠO NÊN HCHC

 NƯỚC VÀ NGUỒN GỐC CỦA SỰ SỐNG

GIỚI THIỆU CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ

TRONG THIÊN NHIÊN 1.Hợp chất hữu cơ là gì?

+Lịch sử của tên gọi:

Các hợp chất cacbon từ xa xưa đã mang tên là

“hợp chất hữu cơ” vì nó có mặt trong hầu hết các

cơ thể sống trên trái đất Do khoa học chưa phát triển nên cho đến đầu thế kỷ 18, người ta vẫn cho rằng các hợp chất hữu cơ thuộc về một “thế lực

sống” huyền bí, chỉ có trong các cơ thể sống,

không tuân theo các qui luật hoá học thông

thường, nghĩa là không thể bằng con đường hoá học tạo thành các “hợp chất hữu cơ”.

Sự kết hợp giữa oxy và hydro tạo nên một hợp chất hữu cơ cực kỳ quan trọng- đó là nước.

 I.2.Nước và nguồn gốc của sự sống:

 ”nước có trước-sự sống có sau”.

 Nước là môi trường để sự sống hình thành và

phát triển Nước cũng là thành phần chủ yếu

trong cơ thể sống Chúng ta không thể sống nếu không có nước Vậy nước là gì?

SỰ HÌNH THÀNH

THAN I.Đại cương về than bùn

A đặc điểm

B Phân lọai II.Tính chất hoá học III Sản xuất và sử dụng

DẦU MỎ VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH

 Dầu mỏ thông thường là một chất lỏng có màu

nâu sáng đến đen Tùy theo nơi xuất xứ, tỷ trọng của dầu mỏ biến thiên từ 0,73 đến 0,97 Cũng tùy thuộc vào từng mỏ dầu mà xác định thành phần, tính chất của nó Có loại dầu chứa nhiều naphten ( vòng thơm ) như ở vùng biển Caspien ( Bacu-

Ajerbaizan) ; có dầu chứa nhiều parafine như

dầu của Việt nam…

 Khí thiên nhiên chủ yếu chứa các hiđrocacbon nhẹ, trong đó C1 chiếm tỉ lệ áp đảo (từ 70 đến

95% tùy địa điểm của mỏ), các hiđrocacbon có cấu trúc từ C2 đến C5 và cao hơn giảm dần

 Các hiđrocacbon trong dầu và khí, đã được sinh

ra từ hàng chục triệu năm, nằm ở trong các lỗ xốp của các vỉa đá xốp có độ rỗng xấp xỉ vài ba chục phần trăm và chịu một áp lực rất cao,

thường là hàng trăm atm (atmosphere), có khi đến cả nghìn atm.

Sự hình thành dầu mỏ trong tự nhiên là một vấn

đề được các nhà khoa học quan tâm từ khi bắt

đầu phát hiện ra dầu mỏ cho đến nay và chia làm

ba trường phái:

 A/ Trường phái theo nhà bác học Nga D.I

Mendeleev: Trường phái này cho rằng dầu mỏ có xuất xứ từ các hợp chất vô cơ Khi nước ( H2O) tác dụng lên các hợp chất carbide kim loại

( MeC) như carbide urana và một số kim loại

khác, tạo thành một hợp chất hydrocarbon như dầu mỏ Thực nghiệm đã chứng minh điều đó.

 B/ Trường phái theo nhà bác học người Đức

Engler: Dầu mỏ có nguồn gốc hữu cơ Trong quá trình phân hủy xác động thực vật trong điều kiện yếm khí, nhiệt độ và áp suất cao mà hình thành dầu mỏ Điều này cũng được chứng minh bằng

thực nghiệm: Khi chưng cất mỡ cá ở áp suất cao, cũng hình thành hỗn hợp tương tự dầu mỏ.

 C/ Một số khám phá sau này: Người ta tìm thấy nhiều xác thực vật, động vật in hình trên đá ở một số mỏ dầu

 Trong dầu mỏ, ngoài các hợp chất hydrocarbon, còn có một ít chất chứa oxy, lưu huỳnh, ni tơ và nước biển,

muối khoáng Để chưng cất dầu, người ta phải làm sạch các hợp chất này.

ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ

LỌC & HÓA DẦU.

 Chưng cất thành phân đọan:

 Cracking

 Reformig

HÓA HỌC DẦU BÉO

SỰ HÌNH THÀNH DẦU BÉO TRONG CÂY

CO2 H O 2 hv GLUCOZ CARBOHYDRAT POLYSACARID

NUCLEOSID RNADNA

+ +

CO 2 _ OP

S COENZIM A

PROTEIN ENZIM ALCALOID

TERPENOID STEROID CAROTENOID POLYPHENOL

O

_ HO C

OH

OH 2

acidmevalonic

FATTY-ACID HC C-P

PROSTAGLANDIN TRICARBOXYLIC ACID

acid skimic

II THÀNH PHẦN, CẤU TẠO CỦA CÁC HẠT

LẤY DẦU

+Tổng quát người ta phân biệt 3 loại thành phần cấu tạo của hạt: cấu tạo giải phẩu, thành phần hoá học và các men có trong đó.

+2.1 Thành phần cấu tạo giải phẫu của hạt:

Nhân hạt: có 2 phần: phôi và nội nhũ Phần phôi có rễ

và chồi Phần nội nhũ chứa các chất dinh dưỡng Tất cả các phần trong nhân, đặc biệt là nội nhũ và là mầm,

chứa khối lượng chủ yếu các chất dinh dưỡng dự trữ

của hạt trong đó có dầu Vì vậy hầu hết các loại hạt lấy dầu, nhân là phần chiếm giá trị chủ yếu Chất lượng và

tỷ lệ về khối lượng của nhân trong hạt là đối tượng

chính của công tác chọn giống, kỹ thuật trồng trọt, thu hoạch, bảo quản và chế biến.

2-2 Thành phần cấu tạo hoá học của các hạt dầu.

Có thể chia những chất thường có trong các hạt lấy dầu

III.NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ –LÝ QUAN

TRỌNG CỦA CÁC HẠT DẦU.

 Dựa vào một số tính chất cơ lý, chúng ta có thể

nhanh chóng đánh giá sơ bộ chất lượng của

hạt Đồng thời nhiều biện pháp kỹ thuật sử lý , chế biến hạt phải dựa vào những tính chất cơ lý để tínhtoán Một số tính chất cơ lý quan trọng của hạt

thường được xác định và sử dụng phổ biến trong

thực tế sản xuất là: hình dạng và kích thước, khối

lượng, tỷ trọng các tính chất khí động học, lưỡng

cực tính, đỗ rỗng của khối hạt, tính tự kháng, mật độ

và độ thoáng của khối hạt

IV.THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ TÍNH CHẤT HOÁ LÝ CỦA MỘT SỐ DẦU BÉO

THÔNG DỤNG IV.1:Cây có dầu truyền thống:

IV.1.1: dầu ăn được

+Cây họ đậu +Cây dừa

IV.1.2: dầu Công nghiệp

+Hạt cây bông vải +Hạt cây cao su

(đọc trong giáo trình)

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU

THỰC VẬT

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU THỰC VẬT

Nguyên tắc chung: Để chế biến dầu thực vật một cách hiệu quả, dù ở qui mô xí nghiệp lớn, vừa, nhỏ hay dạng Pilot,

cần thiết phải qua các khâu trọng yếu sau đây:

HOÁ HỌC TINH DẦU

I ĐẠI CƯƠNG VỀ TINH DẦU

Đại cương:

Tinh dầu là sản phẩm thu được từ các nguyên liệu thiên nhiên bằng phương pháp cất hơi nước Tinh dầu không tan hay ít tan trong nước Mỗi tinh dầu có các hằng số vật

lí đặc trưng như tỷ trọng (d), chiết suất (n), độ quay cực ()

và các chỉ số hoá học như chỉ số axit, chỉ số ancol toàn

phần, chỉ số este, chỉ số cacbonyl Qua các hằng số vật lí và chỉ số hoá học mà người ta đánh giá sơ bộ tinh dầu.

Định nghĩa: Olea Aetherea

Tinh dầu là một hỗn hợp nhiều hợp chất hữu cơ chứa chủ yếu trong thực vật, có mùi đặc trưng, tồn tại chủ yếu trong thể lỏng, ở nhiệt độ thường, bay hơi hoàn toàn mà không bị phân hủy.

Các hợp chất thường gặp trong tinh dầu: +Hydrocarbon:

-Terpenic:Limonen, Camphen,Pinen,… -Parafin

Phân loại tinh dầu:

Dựa vào các thành phần mà phân loại: +TD chứa cacbua

+TD chứa rượu:

+TD chứa andehyt:

+TD chứa xeton:

Sự tạo thành tinh dầu trong cây, vai trò tinh dầu trong cây:

+Thuyết Charabot & Hebert:

Chlorofin RượuLoại nước Terpen

Este hoá Este

Oxy hoá andehyt

và xeton

+Thuyết GUIRS:

Sự chuyển hoá của axít amin

+Thuyết Eiler & Simson:

Andehyt và xeton tạo ra terpen

 Các hợp chất mạch thẳng có mùi thơm được tạo thành qua ba đường chính:

 1) xúc tác oxy hóa lipit bằng enzym (lipoxygenaza)

chuyển axit béo nhiều liên kết đôi thành các

andehit C6 , C9 và các chất liên quan, thành các oxo-axit C12 và C9;

 2) chuyển các axit béo qua sự oxy hóa , thành các axit mạch ngắn, andehit, xeton và các chất

chuyển hóa liên quan;

 3) Chuyển các axit amin thành các dẫn xuất axyl Cn-1 tương ứng qua transamin hóa và

decacboxyl hóa:

Vai trò của tinh dầu:

 Có một vấn đề đáng lưu ý là những cây có tinh dầu đều không có alcaloid và ngược lại Hiện tượng này đưa đến giả thuyết cho rằng tinh dầu như một chất thải để giải độc cho cây và góp phần bảo vệ cây cũng như

alcaloid Hai nhóm này có sự thay thế cho nhau trong chức năng này đối với cây.

II TERPEN VÀ TERPENOID

C 2

STT Terpen Số carbon Nguồn gốc

Sesterpen Triterpen Tetraterpen Polyterpen

5 10 15 20 25 35 40

>40

TD (hiếm) TD

TD Nhựa dầu (hiếm)

Sterol, Saponin Caroten

Cao su

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TINH DẦU

HOÁ HỌC ĐƯỜNG & TINH BỘT

SỰ HÌNH THÀNH ĐƯỜNG &TINH BỘT

TRONG TỰ NHIÊN

1 Khái quát về quang hợp

Những hiểu biết đầu tiên về sự quang hợp

 Joseph Priestley người Anh vào năm 1772 đã làm thí

nghiệm dùng hai chuông thủy tinh, một bên để vào một chậu cây và bên kia để một con chuột, sau một thời gian

cả hai đều chết, nhưng nếu để chúng ở chung với nhau thì chúng đều sống, thí nghiệm của ông cho thấy

 Cây tạo ra oxy, mặc dù lúc đó người ta chưa biết được các quá trình cũng như chưa biết được vai trò chính yếu của ánh sáng trong sự quang hợp.

 Trước đây, các nhà khoa học cho rằng oxy được tạo ra trong quá trình quang hợp là từ CO2, nhưng ngày nay người ta biết rằng O2 là từ sự phân ly của những phân

tử nước.

2.ATP - nguồn năng lượng của tế bào

nối với ba gốc phosphat là Adenosin_P ~ P ~ P

 Các nối giữa P thứ nhất và P thứ hai và nối giữa P thứ hai và P thứ ba thường được gọi là nối phosphat giàu năng lượng

 Khi nối này bị thủy phân thành ADP và P sẽ phóng thích năng lượng hữu dụng ATP được thành lập và thủy phân trong tế bào

 Nếu nối phosphat cuối cùng bị thủy phân thì hợp

chất còn lại là ADP (adenosin diphosphat), nếu cả hai nối đều bị thủy phân thì chất còn lại là AMP

(adenosin monophosphat)

ATP-3D ( Adenosin triphotphat)

Phản ứng trung tâm chlorophyl đưa năng lượng hóaánh sáng điện tử cho đến điện tử nhận và khử nó.Chlorophyl oxy hóa sau khi đa lấp đầy hố điện tử

bằng sự oxy hóa phân tử chất cho.

1 Điện tử cho; 2 Phân tử chlorophyll bị kích thích;3 Điện tử nhận;

4.Chlorophyll oxy hóa; 5 Chất nhận bị khử; 6.Chất cho oxy hóa;

7 Chất nhận bị khử

Sự biến đổi ánh sáng thành năng lượng hóa học.

3.Chu trình Calvin -Benson

+Mclvin Calvin và cộng sự đa phát hiện ra bước đầu tiên, nên gọi là chu trình Calvin

+Họ nghiên cứu sự quang hợp của tảo và đã sử dụng carbon dioxyt phóng xạ (14CO2)

+Họ đã phát hiện ra đầu tiên có sự gắn một phân tử đường có 5 carbon là ribuloz 1,5-biphosphate

(RuBP), ngay sau đó phân ly tạo thành 2 phân tử

phosphoglycerate (PGA) Một trong 2 phân tử có

nguyên tử carbon phóng xạ

Bước cơ bản của chu trình Calvin

T óm tắt chu trình Calvin theo 3 bước sau:

 1) Chu trình bắt đầu khi nguyên tử carbon từ phân tử CO2 được gắn vào phân tử 5 carbon (nguyên liệu ban đầu) Kết quả tạo thành phân tử có 6 carbon không bền

và ngay lập tức phân ly thành 2 phân tử có 3 carbon.

 2) Sau đó trải qua một loạt phản ứng, năng lượng từ

ATP và hydro từ NADP (sản phẩm của phản ứng sáng = pha sáng) đưa đến cho phân tử có 3 carbon Tiếp theo là

sự khử phân tử có 3 carbon thành glucoz hoặc dùng để tạo thành các phân tử khác.

 3) Tất cả sự khử phân tử 3 carbon được dùng để tái tao nguyên liệu ban đầu có 5 carbon nhằm hoàn thành chu trình

Các bước thực hiện chu trình Calvin

6.Các nhóm Gluxit:

Gluxít là một nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng, phổ biến trong thiên nhiên, đặc biệt trong thực vật(chiếm trên 80% khối lượng khô) Gluxít được chia thành các nhóm chính sau:

+Monosaccarit (hay monozơ): monosaccarit là gluxít không

có khả năng thủy phân thành gluxít đơn giản hơn Công thức tổng quát của monosaccarít là CnH2nOn Ví dụ

glucozơ, mannozơ, fructozơ… đều có công thức phân tử

+Polisaccarít: Polisaccarít là những gluxít khi bị thủy

phân hoàn toàn cho rất nhiều phân tử monosaccarít

Những polisaccarít thiên nhiên thường chứa từ 100 đến

3000 monosaccarít Polisaccarít thiên nhiên tiêu biểu là

tinh bột và xenlulozơ, đều có công thức tổng quát là

(C 6 H 10 O 5 )n.

+Heteropolisaccarit: Heteropolisaccarit là polisaccarit

được cấu thành từ những đơn vị của 2 hoặc nhiều loại monosaccarit khác nhau.

Như vậy, đường và tinh bột đều có chung một cấu trúc

cơ bản là phân tử monosaccarít Sự hình thành

monosaccarít trong thực vật, cũng là sự hình thành tinh bột.

Cấu trúc hoá học của Tinh bột:

 Tinh bột được cấu tạo bởi 2 loại polysaccarid

được gọi là amilozơ và amilopectin.

Amilozơ:

 Phân tử amilozơ là một chuỗi hiện nay được biết đến hàng nghìn đơn vị -D-glucozơ nối với nhau theo dây nối (14) Quan niệm trước đây cho

rằng chỉ có từ 200 – 400 đơn vị vì do quá trình chiết xuất và phân tích, mạch bị đứt Phân tử

amilozơ đa số là các chuỗi thẳng rất ít phân

nhánh.

mức độ phân nhánh, người ta metyl hoá toàn bộ các nhóm OH của amilopectin rồi sau đó thủy

phân và suy ra từ lượng 2,3 dimetylglucozơ

Lượng 2, 3, 4, 6 tetrametylglucozơ ứng với những đơn vị tận cùng của mạch còn lượng 2, 3, 6

trimetylglucozơ ứng với những đơn vị glucozơ

trong mạch

 HÓA HỌC ĐƯỜNG & TINH BỘT (tiếp theo)

NHỮNG TÍNH CHẤT HOÁ-LÝ CƠ BẢN

CỦA ĐƯỜNG VÀ TINH BỘT

Hợp chất đơn giản nhất của gluxít hay

hidratcacbon là các chất đường, gọi là các

saccarit

Saccarit đơn giản nhất, không thể thuỷ phân thành những phân tử nhỏ hơn, gọi là

monosaccarit, chẳng hạn như glucozơ,

fructozơ…là đơn vị nhỏ nhất của gluxit.

 5.Tính chất hoá học:

a/Phản ứng của các nhóm hidroxyl.

 +Phản ứng tạo phức với Cu(OH)2: tương tự như poliancol, monosaccarít phản ứng với

Cu(OH)2 trong môi trường kiềm cho dung dịch hợp chất phức màu xanh lam.

 +Phản ứng tạo thành este: khi tác dụng với các dẫn xuất của cacboxilic axít như clorua axít, anhidric axít, các nhóm OH của monosaccarít có thể chuyển thành este (có xúc tác bazơ yếu như natri axetat hay piridin):

 +Phản ứng tạo thành Glicosid: do ảnh hưởng

bỡi nguyên tử oxy trong vòng nên nhóm OH

semiaxetal có khả năng phản ứng cao hơn những nhóm OH khác

 Vì vậy,khi đun nóng monosaccarít với ancol có

 Các glicosid bền trong môi trường bazơ , không

có khả năng mở vòng nên không có phản ứng

tráng bạc, nhưng lại dễ bị thủy phân trong dung dịch axít loãng hoặc xúc tác enzym

 +Phản ứng tạo thành ete: trong điều kiện có xúc tác axít, trừ nhóm OH semiaxetal, các nhóm

OH còn lại trong phân tử monosaccarít không

phản ứng với ancol Để tạo thành ete cần dùng

tác nhân alkyl hoá mạnh hơn

 +Phản ứng tạo thành axetal và axetal vòng:

Monosaccarít là những hợp chất chứa nhiều

nhóm hidroxyl trong phân tử nên cũng phản ứng với andehit hoặc xeton trong môi trường axít, tạo thành axetal và xetal vòng.

b/Phản ứng của nhóm cacbonyl:

 +Phản ứng oxyhoá giữ nguyên mạch cacbon: Trong nước, dạng mạch vòng và dạng mạch hở của monosaccarít đồng thời tồn tại Nhóm chức andehit của dạng mạch hở dễ bị oxy hoá thành nhóm cacboxyl bỡi một số chất oxy hoá như

trường kiềm hoặc thuốc thử Fehling, nước brom, tạo thành axít polihidroxicacboxylic (axít

andonic hoặc muối của axít andonic)

 c/Các phản ứng nối dài mạch cacbon và cắt ngắn mạch cacboncủa monosaccarít:

 Phản ứng nối dài mạch cacbon: tương tự

andehít,monosaccarít có phản ứng cộng với

HCN, sau đó qua một dãy phản ứng chuyển hoá thu được monosaccarít tăng thêm một nguyên tử cacbon trong phân tử

OH H

HO

OH H

OH

H

H HO

OH H

-CO2

(CaOH) 2

Br 2

H O

2

+Phản ứng cắt ngắn mạch cacbon:

a/Thoái phân Ruff:

Theo phương pháp Ruff, andozơ được oxy hoá bởi nước brom

thành axít adonic, sau đó oxy hoá muối canxi andonic bởi H 2 O 2 có muối sắt III xúc tác thu được andozơ ít hơn một nguyên tử

cacbon so với andozơ ban đầu.

C=O OH OH OH H

H

H

2 2

+H NOH -H O

2

CH OAc H

H H

OAc

OAc OAc C=N

2

CH OH H

H H

OH

OH OH CH=NOH

C=N OH OH OH H

H

H

CH=O OH

OH H

H

+4Ac O

-4CH COOH -H O

2 2 3

CH ONa CHCl

b/ Thoái phân wohl: Phương pháp thoái phân Wohl được áp dụng để cắt mạch cacbon cho cả andopentozơ cũng như andohexozơ Trước hết andozơ (I) được

chuyển thành polihidroxi oxim (II) bằng cách cho andozơ phản ứng với

este hoá, nhóm oxim (-CH=NOH) bị dehydrat hoá thành nhóm xiano

(-C=N), sản phẩm thu được là este của xianhidrin(III) Khi cho sản phẩm (III) phản ứng với natri metylat các nhóm este bị thuỷ phân, hợp chất trung gian

xianohidrin(IV) bị phân tích thành andozơ(V):