SKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRAT

SKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRAT

HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRAT

Lại Năng Duy - Trần Xuân Phú – Lê Thị Trung Thu THPT chuyên Lê Hồng Phong- Nam Định

3 Thời gian áp dụng sáng kiến:

Từ tháng 9 năm 2014 đến tháng 5 năm 2016

4 Các tác giả:

1 Lại Năng Duy Năm sinh: 1988

Trình độ chuyên môn: Cử nhân hoá học

Số điện thoại: 01634121380

Nơi làm việc: Giáo viên trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Nam Định

2 Trần Xuân Phú Năm sinh: 1959

Trình độ chuyên môn: Cử nhân hoá học Số điện thoại: 0913057307

Nơi làm việc: Giáo viên trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Nam Định

3 Lê Thị Trung Thu Năm sinh: 1970

Trình độ chuyên môn: Cử nhân hoá học.

Số điện thoại: 0917350205

Nơi làm việc: Giáo viên trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Nam Định

5 Đơn vị áp dụng sáng kiến:

TrườngTHPT chuyên Lê Hồng Phong – Nam Định

Địa chỉ: 76 Vị Xuyên – phường Vị Xuyên – thành phố Nam định

Điện thoại: 0350 3640297

A HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN:

- Theo quy chế trường chuyên: Tổ chuyên môn phải tự biên soạn chương trình, tự tìmvà biên soạn tài liệu để giảng dạy

- Chủ trương của lãnh đạo nhà trường là đào tạo học sinh chuyên có bài bản và cónền tảng vững chắc

- Thế hệ sau kế thừa kinh nghiệm và vốn tài liệu của thế hệ trước

- Trên cơ sở chương trình khung ngày càng được được hoàn thiện và các tài liệu củacác thày cô đã biên soạn, học sinh có thể tự học, tự nghiên cứu tài liệu một cách chủđộng sáng tạo

- Hàng năm hội các trường chuyên duyên hải và đồng bằng bắc bộ tổ chức hộ thảo, tổhóa trường Lê Hồng Phong phải có các chuyên đề có chất lượng

- Phần cacbohidrat rất khó, hay thi ở mọi cấp độ Cacbohidrat là một nhóm hợp chất

hữu cơ rất quan trọng và phổ biến trong tự nhiên Nội dung kiến thức về nhóm hợpchất này luôn được chú trọng và hầu như trong các đề thi học sinh giỏi môn hóa cấpquốc gia đều đề cập đến Ngày nay có rất nhiều hợp chất mới mà cấu trúc và nguồngốc sinh học liên hệ mật thiết tới các hợp chất “cacbohidrat” vẫn quen thuộctrướcđây, điều này bắt buộc IUPAC dần dần mở rộng và đưa ra khái niệm rộng rãi

hơn như sau:“Cacbohiđrat bao gồm monosaccarit, oligosaccarit, polisaccarit và các

mạch bằng nhóm COOH, thay một hay nhiều nhóm hyđroxy bằng: nguyên tử H(deoxi), nhóm amino, nhóm thiol hoặc nhóm chứa dị tố tương tự Nó còn bao gồm cảnhững dẫn xuất của chúng.” [3]Do một số tài liệu chưa kịp cập nhật và chỉnh sửa, nênđôi khiđã gây khó khăn cho học sinh và giáo viên Trong các đề thi học sinh giỏi quốc

gia hóa gần đây đều đã dùng các khái niệm mới và mở rộng, đồng thời liên tiếp giớithiệu các cacbohidrat phức tạp trong tự nhiên Để học sinh hiểu và giải quyết đượcloại bài tập này, chúng tôi đã xây dựng chuyên đề: “HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀHỢP CHẤT CACBOHIDRAT”

B THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI TẠO RA SÁNG KIẾN:

I.Đối với thầy:

- Chưa có tài liệu chính thống để giảng dạy cho học sinh chuyên hóa Các giáoviên

dạy chuyên đều phải tự mày mò tài liệu, chọn kiến thức phù hợp để giảng dạy

- Để học sinh giải quyết được các vấn đề trong đề thi học sinh giỏi quốc gia vàquốc tế thì người thầy cần phải khai thác các kiến thức trong các giáo trình đại học

để dạy cho học sinh chuyên

- Tổ hóa –Sinh-CN của trường THPT chuyên Lê Hồng Phong đã biên soạn nhiềuchuyên đề và tiếp tục hoàn thiện nó Những tài liệu này thực sự có tác tác dụng tốtcho thày và trò

II Đối với trò:

- Đại đa số học sinh còn lúng túng về tài liệu, chưa biết cách đọc sách và khai thácsách để rồi ham đọc sách

- Chưa có điều kiện để phát huy tư duy và được rèn luyện những kỹ năng đã học,đã đọc ở những chương trước đó:

+ Đọc tên các hợp chất hữu cơ có cấu tạo phức tạp

+ Kỹ năng làm bài tập về đồng phân, cấu trúc

+ Dự đoán chiều hướng của phản ứng

+ Hiểu và trình bày cơ chế của các phản ứng

+ Tổng hợp hữu cơ

+ Xác định cấu trúc của hợp chất hữu cơ.

III Tài liệu tham khảo cho thày và trò.

1 Chúng tôi dẫn ra nội dung bài lý thuyết trong sách HÓA HỌC 12 chươngtrình nâng cao Mặc dù được cho là quá tải đối với đại đa số học sinh phổthông, nhưng đối với học sinh chuyên thì còn khoảng cách rất xa so với nộidung của các đề thi học sinh giỏi Quốc gia

Dưới đây trích đoạn một bài trong chương gluxxit:

Bài 5 GLUCOZƠ

I TÍNH CHẤT VẬT LÍ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Glucozơ là chất kết tinh, không màu, nóng chảy ở 146OC (dạng ) và 150OC (dạng

), dễ tan trong nước, có vị ngọt nhưng không ngọt bằng đường mía Glucozơ có trong hầu hết các bộ phận của cây như lá, hoa, rễ, và nhất là trong quả chín Đặc biệt, glucozơ có nhiều trong quả nho chín nên còn gọi là đường nho Trong mật ong

có nhiều glucozơ (khoảng 30%) Glucozơ cũng có trong cơ thể người và động vật Trong máu người có một lượng nhỏ glucozơ, hầu như không đổi (nồng độ 0,1%)

II CẤU TRÚC PHÂN TỬ

Glucozơ có công thức phân tử là C6H12O6, tồn tại ở hai dạng mạch hở và mạch vòng

1 Dạng mạch hở

a) Các dữ kiện thực nghiệm

+ Khử hoàn toàn glucozơ cho hexan Vậy có 6 nguyên tử C của phân tử

glucozơ tạo thành 1 mạch không phân nhánh

+ Glucozơ có phản ứng tráng bạc, còn khi tác dụng với nước brom tạo thành axit gluconic chứng tỏ trong phân tử có nhóm CH = O

+ Glucozơ tác dụng với Cu(OH)2 tạo thành dung dịch màu xanh lam, chứng tỏ phân tử glucozơ có nhiều nhóm OH kề nhau

+ Glucozơ tạo este chứa 5 gốc axit CH3COO, vậy trong phân tử có 5 nhóm OH

b) Kết luận

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

6 5 4 3 2 1

hoặc viết gọn là : CH2OH[CHOH]4CHO

2 Dạng mạch vòng

a) Dữ kiện

Glucozơ kết tinh tạo ra hai dạng tinh thể có nhiệt độ nóng chảy khác nhau Các dữ

kiện thực nghiệm khác đều cho thấy hai dạng tinh thể đó ứng với hai dạng cấu trúc vòng khác nhau

Nhóm OH ở C5 cộng vào nhóm C = O tạo ra hai dạng vòng 6 cạnh  và  :

Dạng α Dạng β

Trong dung dịch, glucozơ tồn tại chủ yếu ở dạng vòng 6 cạnh ( và ) Hai dạng vòng này luôn chuyển hoá lẫn nhau theo một cân bằng qua dạng mạch hở Nhóm OH ở vị trí số 1 được gọi là OH hemiaxetal

II TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Glucozơ có các tính chất của anđehit và ancol đa chức

1 Tính chất của ancol đa chức (poliancol hay poliol)

a) Oxi hoá glucozơ

Phản ứng tráng bạc: Cho vào ống nghiệm sạch 1 ml dung dịch AgNO3 1% sau

đó nhỏ từng giọt dung dịch NH3 5% và lắc đều đến khi kết tủa vừa tan hết Thêm tiếp

1 ml dung dịch glucozơ Đun nóng nhẹ ống nghiệm Trên thành ống nghiệm thấy xuấthiện một lớp bạc sáng như gương

Giải thích : Phức bạc amoniac đã oxi hoá glucozơ thành amoni gluconat tan

vào dung dịch và giải phóng bạc kim loại bám vào thành ống nghiệm

CH2OH[CHOH]4CHO + 2[Ag(NH3)2]OH →

CH2OH[CHOH]4COONH4 (Amoni gluconat) + 2Ag + 3NH3 +

H2O

Glucozơ có thể khử Cu(II) trong Cu(OH)2 thành Cu(I) dưới dạng Cu2O kết tủa màu

đỏ gạch Glucozơ làm mất màu dung dịch brom

b) Khử glucozơ

Khi dẫn khí hiđro vào dung dịch glucozơ đun nóng (xúc tác Ni), thu được một

poliancol có tên là sobitol :

CH2OH[CHOH]4CHO + H2 → CH2OH[CHOH]4CH2OH

sản xuất ancol etylic Hai phương pháp đó đều được tóm tắt bằng phương trình phản ứng như sau: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

2 Ứng dụng

Glucozơ là chất dinh dưỡng có giá trị của con người, nhất là đối với trẻ em, người già Trong y học, glucozơ được dùng làm thuốc tăng lực Trong công nghiệp, glucozơ được dùng để tráng gương, tráng ruột phích và là sản phẩm trung gian trong sản xuất ancol etylic từ các nguyên liệu có chứa tinh bột và xenlulozơ

V ĐỒNG PHÂN CỦA GLUCOZƠ : FRUCTOZƠ

Fructozơ (C6H12O6) ở dạng mạch hở là một polihiđroxi xeton, có công thức cấu tạo thu gọn là: CH2OH [CHOH]3COCH2OH

Trong dung dịch, fructozơ tồn tại chủ yếu ở dạng mạch vòng (5 cạnh hoặc 6 cạnh) Ở trạng thái tinh thể, fructozơ ở dạng vòng 5 cạnh :

Dạng α Dạng β

Fructozơ 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 Tương tự như glucozơ, fructozơ tác dụng với Cu(OH)2 cho dung dịch phức màu xanh lam (tính chất của ancol đa chức), tác dụng với hiđro cho poliancol (tính chất của nhóm cacbonyl) Fructozơ không có nhóm CH=O nhưng vẫn có phản ứng tráng bạc và phản ứng khử Cu(OH)2 thành Cu2O là do khi đun nóng trong môi trường kiềm

nó chuyển thành glucozơ :

2 Chuyên đề bài tập cũng có một số tài liệu của giáo sư tiến sĩ khoa học Ngô

Thị Thuận, phó giáo sư tiến sĩ khoa học Nguyễn Hữu Đĩnh Các chuyên

đề viết cho sinh viên đại học, cũng là tài liệu tốt cho học sinh chuyên hóanhưng chưa đủ Chúng tôi cũng xin được trích 1 phần trong tài liệu bài tập

về gluxit của giáo sư tiến sĩ khoa học Ngô Thị Thuận

C CÁC GIẢI PHÁP (NỘI DUNG)

Trong mỗi mục dưới đây đều được trình bày gồm 2 đoạn: Đoạn đầu đề cập về cáchợp chất saccarit và dẫn chất của chúng, đoạn sau là các bài tập về hợp chất tự nhiên

có hai phần liên kết với nhau - một thành phần có bản chất là saccarit, một thành phầnphi saccarit (đôi khi gọi là aglycon)

I Monosaccarit

Bên cạnh cácmonosaccarit đã quá quen thuộc dạng polyhidroxy andehit

H-[CHOH]n-CHO hoặc polyhidroxy xeton H-[CHOH]n-CO-[CHOH]m-H, các đề thigầnđây thường hướng đến những monosaccarit không quen thuộc như mạch vòng,mạch phân nhánh, thay thế nhóm hydroxy bằng các nhóm khác…

Bài 1: (Câu 3 ý 1 vòng 1 năm 2014) Một monosaccarit A không quang hoạt có công

thức phân tử C6H10O6 Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling nhưng không phảnứng với nước brom Khử A bằng NaBH4 tạo thành các hợp chất B và C có cùng côngthức phân tử C6H12O6 Khi bị oxi hóa bởi HIO4, 1 mol B hoặc 1 mol C đều tạo thành 6mol HCOOH Khi cho B hoặc C phản ứng với anhiđrit axetic, đều tạo thành các sảnphẩm có cùng công thức phân tử C18H24O12 Khi oxi hóa mạnh, A tạo thành axit (D,

L)-iđaric Hãy xác định cấu trúc của A Giải thích tại sao A có khả năng phản ứng vớithuốc thử Feling? Biết axit iđaric có thể thu được khi oxi hóa iđozơ bằng dung dịchHNO3.

Hướng dẫn: Monosaccarit A(C6H10O6) có v + π = 2 A tác dụng với H2 (Ni xúc tác)tạo B và C, C6H12O6, có v + π = 1, chứng tỏ B và C có 1 vòng no, từ 5 cạnh trở lên

- 1 mol mỗi chất B và C tác dụng với HIO4 thu được 6 mol HCOOH; 1 mol mỗi chất

B hoặc C tác dụng với 6 mol (CH3CO)2O Từ 2 dữ kiện này (và dữ kiện ở trên) chothấy B và C có cấu trúc đối xứng, có 6 nhóm -OH Cấu tạo của B và C như sau:

Do đó, A là 1 xeton với cấu tạo như sau:

- Khi oxi hóa A thu được axit D,L-iđaric

- Vậy cấu trúc của A như sau:

- Trong môi trường bazơ, A có thể đồng phân hóa thành hợp chất chứa nhóm anđehit,

do đó, A tác dụng được với thuốc thử Feling

Nhận xét: Đây là một bài tập rấtđáng chúý, nó khóở chỗ bắt buộc học sinh phải chấp

nhậnđịnh nghĩa mở rộng về monosaccarit Rất nhiều học sinh dùngđịnh nghĩa cũ và

do đó bế tắt, không tìm được cấu trúc phù hợp Ngoài ra, bài tập yêu cầu nhớ cấu trúciđozơ, có lẽ không nên bắt học sinh học thuộc mà nên cho thêm tên hệ thống hay gợiýiđozơ là đồng phân epime của glucozơở C2.Về phản ứng với thuốc thử Feling,đây làdữ kiện gây nhiễu tương đối khó đối với học sinh, vìcơ chế trong đápán là cơ chếnghịch của ngưng tụ andol

Từbài tập trên, có thể xây dựng các bài tập tương tự xoay quanh monosaccarit mạchvòng nhằm giúp học sinh làm quen vớiđịnh nghĩa mở rộng, tăng dần độ khó các bàitập Xin giới thiệu 2 bài tập như sau:

Bài tập đề xuất 1.1:Một monosaccarit A không quang hoạt có công thức phân tử

C5H8O5 Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling nhưng không phản ứng với nướcbrom Khử A bằng NaBH4 tạo thành các hợp chất B và C có cùng công thức phân tử

C5H10O5 đều không quang hoạt Khi bị oxi hóa bởi HIO4, 1 mol B hoặc 1 mol C đềutạo thành 5 mol HCOOH Khi cho B hoặc C phản ứng với anhiđrit axetic, đều tạothành các sản phẩm có cùng công thức phân tử C15H20O10 Khi oxi hóa mạnh, A tạothành axit 2,3,4-trihidroxypentandioic không quang hoạt Hãy xác định cấu trúc của

A Giải thích tại sao A có khả năng phản ứng với thuốc thử Feling

Hướng dẫn: Cấu trúc của A phải là:

Bài tập đề xuất 1.2:Một monosaccarit A không quang hoạt có công thức phân tử

C5H8O5 Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling nhưng không phản ứng với nướcbrom Khử A bằng NaBH4 tạo thành các hợp chất B và C có cùng công thức phân tử

C5H10O5 đều không quang hoạt Khi bị oxi hóa bởi HIO4, 1 mol B hoặc 1 mol C đềutạo thành 5 mol HCOOH Khi oxi hóa mạnh, A tạo thành hỗn hợp raxemic củaaxit2,3,4-trihidroxypentandioic Hãy xác định cấu trúc của A Giải thích tại sao A có khảnăng phản ứng với thuốc thử Feling

Hướng dẫn: Cấu trúc của A là:

Nhận xét: Khi yếu tố bất ngờ qua đi, học sinh đã làm quen thì những bài tập dạng

này không được xếp vào dạng khó, dù có thể thay đổi thêmít nhiều nhưng học sinhvẫn có khả năng làm trọn vẹn

Đề xuất: Một monosaccarit A quang hoạt có công thức phân tử C6H10O6 Chất A cóphản ứng với thuốc thử Feling nhưng không phản ứng với nước brom Khi oxy hóamạnh A thì sinh ra 2 axit tricacboxylic trong đó có 1 axit không quang hoạt A phản

ứng với anhiđrit axetic tạo thành B có công thức phân tử C16H20O11 A tác dụng với

CH3OH có mặt HCl khan thu được C Khi bị oxi hóa bởi HIO4 rồi thủy phân thì C

khả năng phản ứng tối đa với 2 đương lượng axeton có mặt xúc tác axit Hãy xác địnhcấu trúc của A Giải thích tại sao A có khả năng phản ứng với thuốc thử Feling

c Vì sao B không chứa nhóm cacbonyl mà vẫn bị khử bởi hiđro?

Hướng dẫn:a Cấu trúc của A là

O

CH3OH

OMe

OH HO

Nó thuộc dãy L, loại β-glicozit

b Sau khi phản ứng với HIO4, một nhóm anđehit bị hiđrat hoá thành gem điol, chấtnày tạo vòng với nhóm anđehit thứ hai, tiếp theo là phản ứng metyl hoá

HC CH 3

OMe

OMe CH O MeO

c.Dưới tác dụng của nhiệt, B mở vòng, bị đehiđrat hoá trở lại anđehit và do đó bị khử

Nhận xét: Đây là một bài tập về monosaccarit cónhóm hyđroxy được thay bằng

nguyên tử H (deoxi), bài tập không quá khó nhưnghay, khai thác tốt kiến thức quenthuộc với học sinh, đồng thời cũng cóđiểm mới nhưng không đánhđố

Bài tập đề xuất 2.1: Cho sơ đồ chuyển hoá sau: