Do đó trong thực tế fructozơ cũng cho được phản ứng tráng gương, cũng như phản ứng với dung dịch Fehling (dung dịch hỗn hợp muối tartrat natri kali, đồng (II) sunfat, NaOH), đun nóng, t[r]
Trang 1CHUYÊN ĐỀ CACBOHIDRAT MÔN HÓA HỌC 12 NĂM 2020 TRƯỜNG THPT NGUYỄN DỤC
A GLUCOZƠ
(Glucoz, Glucose, Gluco, Glucoza, Dextrose, Đường nho)
1 Định nghĩa
Glucoz là một loại gluxit (glucid, chất bột đường, cacbon hiđrat, carbohydrates) đơn giản nhất (đường đơn, monosaccarit, monosaccarid, monosacchride, loại gluxit không bị thủy phân nữa) Glucoz gặp nhiều trong trái nho chín, các trái cây chín khác, cũng như trong mật ong
Glucoz được Andreas Marggraf ly trích đầu tiên từ trái nho khô vào năm 1747 Tên glucose được Jean
Dumas đặt vào năm 1838 Tên glucose xuất phát từ tiếng Hy Lạp glycos, có nghĩa là đường hay ngọt
Cấu tạo của glucoz được Emil Fisher khám phá vào khoảng thời gian từ cuối thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20
2 Công thức phân tử
Glucoz có CTPT là C6 H 12 O 6 ( = 1 có 1 liên kết đôi hoặc 1 vòng)
Glucoz là một chất rắn, kết tinh, không màu, có nhiệt độ nóng chảy ở 146 C, hòa tan nhiều trong nước,
có vị ngọt, nhưng không ngọt bằng đường mía (saccarozơ, saccarose, sucrose, C12H22O11) Glucoz có độ ngọt bằng 0,6 lần so với đường mía (cho độ ngọt của đường mía là 1, thì độ ngọt của glucoz bằng 0,6) Glucoz có trong cơ thể người cũng như động vật Trong máu người có khoảng 0,1% glucoz (về khối lượng) Trong mật ong có khoảng 30% glucoz
3 Công thức cấu tạo
Glucoz có ba dạng công thức cấu tạo gồm một dạng mạch hở và hai dạng vòng Khi hòa tan trong nước tạo dung dịch, glucoz có sự cân bằng, chuyển hóa qua lại và tồn tại cả ba dạng cấu tạo này, trong đó dạng vòng hiện diện nhiều hơn
Trang 2
4 Tính chất hóa học
Glucoz có tính chất của một rượu đa chức, chứa hai nhóm –OH liên kết ở hai nguyên tử cacbon kế bên,
và tính chất của một aldehyd (aldehid) vì phân tử có chứa nhóm chức aldehyd –CHO
4.1 Phản ứng cháy
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
Glucoz
4.2 Phản ứng cộng hiđro (H 2 )
4.3 Glucoz cho được phản ứng tráng gương, phản ứng tạo kết tủa đồng (I) oxit có màu đỏ gạch với Cu(OH) 2 vì trong cấu tạo của glucoz có chứa nhóm chức aldehyd
4.4 Dung dịch glucoz hòa tan được đồng (II) hiđroxit ở nhiệt độ thường tạo dung dịch có màu xanh lam (vì trong cấu tạo của glucoz có chứa hai nhóm –OH liên kết vào hai nguyên tử cacbon kế bên và glucoz hòa tan trong nước tạo dung dịch)
Trang 3
4.5 Glucoz tác dụng với anhiđrit axetic (CH3-O-CO-O-CH3) tạo chất có chứa năm nhóm chức este (CH3-COO) (Vì trong cấu tạo của glucoz có chứa 5 nhóm chức rượu ( OH))
4.6 Nhóm –OH ở C số 1 của dạng vòng tham gia phản ứng tạo nhóm chức ete với rượu metylic (CH 3 OH), có HCl khan làm xúc tác, đun nóng (Các nhóm –OH còn lại không tham gia phản ứng trong
điều kiện này, vì OH ở C số 1 gần với O của dạng vòng nhất, nên H trong nhóm –OH này linh động nhất, dễ tham gia loại H2O, tạo nhóm chức ete –O-CH3)
Trang 4
5 Ứng dụng
5.1 Phản ứng lên men rượu (Từ glucoz điều chế được rượu etylic, có men làm xúc tác)
C6H12O6 2CH3-CH2-OH + 2CO2
Glucoz Rượu etylic Khí cacbonic
5.2 Phản ứng lên men tạo axit lactic
men lactic
C6H12O6 2CH3-CHOH-COOH
Glucoz Axit lactic; Axit -hiđroxipropionic; Axit sữa
5.3
Từ glucoz điều chế được sorbitol, axit gluconic, tham gia phản ứng tráng gương (gắn lớp kim loại bạc lên thủy tinh tạo gương soi, bình thủy giữ nhiệt, linh kiện điện tử,…)
CH2(OH)CH(OH)CH(OH)CH(OH)CH(OH)CHO (Glucoz) + 1/2O2
CH2(OH)CH(OH)CH(OH)CH(OH)CH(OH)COOH (Axit gluconic)
Glucoz được dùng làm thức ăn giá trị cho con người Y học dùng glucoz làm thuốc bổ tăng lực
6 Điều chế Glucoz
- Do sự thủy phân của tinh bột hay xenlulozơ (celluloz, cellulose)
có men hay axit HCl làm xúc tác
Các men hay HCl
(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6
Tinh bột hoặc xenlulozơ Glucoz
- Do sự lục hợp fomaldehyd
(trùng hợp trong đó 6 monome là fomaldehyd kết hợp nhau), có Canxi hiđroxit làm xúc tác
Trùng hợp, Ca(OH)2
6HCHO C6H12O6
Fomaldehyd Glucoz
Formaldehid Glucoz
- Do sự quang hợp của cây xanh
6CO2 + 6H2O Ánh sáng mặt trời, Diệp lục tố → C6H12O6 + 6O2
Trang 5Khí cacbonic Nước Glucoz Khí oxi
Bài tập 170 (Sách Bài tập Hóa Học 12)
a) Gluxit là gì?
b) Bằng những phản ứng hóa học nào có thể chứng minh những đặc điểm cấu tạo sau của glucoz:
- Có nhiều nhóm hiđroxyl
- Trong phân tử có 5 nhóm hiđroxyl
- Có nhóm chức aldehyd
Bài tập 171 (Sách Bài tập Hóa Học 12)
a) Cho glucoz lên men thành rượu etylic Dẫn khí cacbonic sinh ra vào nước vôi trong có dư, thu được
50 gam chất kết tủa
Tính khối lượng rượu thu được Tính khối lượng glucoz đã cho lên men, biết hiệu suất quá trình lên men đạt 80%
b) Cho 2,5 kg glucoz chứa 20% tạp chất lên men thành rượu etylic Trong quá trình chế biến, rượu bị hao hụt mất 10%
Tính khối lượng rượu thu được
Nếu pha loãng rượu đó thành rượu 40˚ thì sẽ được bao nhiêu lít? Biết rượu nguyên chất có khối lượng riêng là 0,8 g/ml
Bài tập 172 (Sách Bài tập Hóa Học 12)
Phản ứng tổng hợp glucoz trong cây xanh từ khí CO2 và H2O cần được cung cấp năng lượng:
6CO2 + 6H2O + 2813kJ C6H12O6 + 6O2
Nếu trong một phút, mỗi cm2 bề mặt trái đất nhận được khoảng 2,09 J năng lượng mặt trời thì cần bao nhiêu thời gian để 10 lá xanh với diện tích là 10 cm2 tạo ra được 1,8 gam glucoz Biết năng lượng mặt trời chỉ được sử dung 10% vào phản ứng tổng hợp glucoz
Bài tập 173 (Sách Bài tập Hóa Học 12)
a) Aldehyd và glucoz đều có phản ứng tráng gương Cho biết tại sao trong thực tế người ta chỉ dùng glucoz để tráng ruột phích và tráng gương (gương soi, gương trang trí…) mà không dùng aldehyd?
b) Trong nước tiểu người bị bệnh đái đường có chứa glucoz Nêu hai phản ứng hóa học có thể dùng để xác nhận sự có mặt glucoz trong nước tiểu Viết phương trình phản ứng
Bài tập 174 (Sách Bài tập Hóa Học 12)
Để điều chế glucoz người ta đun sôi hỗn hợp gồm tinh bột (từ gạo, bắp, khoai mì,…) và dung dịch H2SO4 loãng trong nồi sắt tráng men Sau khi phản ứng kết thúc, đem làm nguội hỗn hợp, cho vôi bột vào hỗn hợp sản phẩm cho đến khi dung dịch đạt môi trường trung tính Lọc bỏ kết tủa Cô đặc dung dịch để thu lấy glucoz
Giải thích quá trình tiến hành Viết phương trình phản ứng
Bài tập 175 (Sách Bài tập Hóa Học 12)
Có bốn bình mất nhãn đựng riêng biệt các chất: glixerin, rượu etylic, dung dịch glucoz, dung dịch anilin Bằng phương pháp hóa học làm thế nào nhận ra từng chất? Viết các phương trình phản ứng
Bài tập 176 (Sách Hóa Học 12 Ban Khoa học tự nhiên)
Dạng mạch hở của glucoz chuyển thành dạng mạch vòng như thế nào? Trong số những hợp chất sau đây,
Trang 6hợp chất nào có thể chuyển thành dạng vòng? Viết công thức của dạng vòng đó
a) CH2(OCH3)-(CHOCH3)4-CH=O
b) CH2(OCH3)-(CHOH)-(CHOCH3)3-CH=O
c) CH2OH-(CHOH)3-CH=O
Bài tập 177 (Sách Hóa Học 12 Ban Khoa học tự nhiên)
Đốt cháy hoàn toàn 0,9 gam hợp chất thiên nhiên CxHyOz thu được 1,32 gam CO2 và 0,54 gam H2O Hợp chất này có vị ngọt hơn đường mía; khi đun với AgNO3 trong amoniac cho Ag và tác dụng được với hiđro có Ni xúc tác Hãy xác định CTPT và CTCT, biết phân tử khối là 180 đvC Viết các phương trình phản ứng
B FRUCTOZƠ
(FRUCTOZ, FRUCTOSE, LEVULOSE, ĐƯỜNG TRÁI CÂY)
Fructozơ là một loại monosaccarit (monosaccarid, gluxit đơn giản, đường đơn), đồng phân với glucoz
Fructozơ là chất rắn kết tinh, dễ hòa tan trong nước, có vị ngọt gấp 1,5 đường mía (saccarozơ, saccaroz,
sucrose), gấp 2,5 lần glucoz (đường nho) Fructozơ là loại gluxit có vị ngọt nhất Trong mật ong có chứa khoảng 40% fructozơ, do đó mật ong có vị ngọt gắt Fructozơ nóng chảy ở khoảng nhiệt độ 102 - 104 C
CTPT: C6 H 12 O 6 ( = 1, nên fructozơ có chứa một liên kết đôi hoặc một vòng)
CTCT: mạch hở và mạch vòng, trong dung dịch có sự cân bằng tồn tại cả dạng mạch hở lẫn mạch vòng
Fructozơ
β-Fructozơ
Dung dịch fructozơ tác dụng Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch màu xanh lam (tính chất của rượu
đa chức có chứa hai nhóm OH liên kết ở hai nguyên tử cacbon cạnh nhau)
Fructozơ cộng hiđro (H2) có Ni làm xúc tác, tạo sorbitol (CH2OH-(CHOH)4-CH2OH)
Trong môi trường bazơ (môi trường kiềm, là môi trường thực hiện phản ứng tráng gương, cũng như tác dụng Cu(OH)2 trong môi trường kiềm đun nóng) thì fructozơ chuyển hóa một phần (cân bằng) thành glucoz Do đó trong thực tế fructozơ cũng cho được phản ứng tráng gương, cũng như phản ứng với dung dịch Fehling (dung dịch hỗn hợp muối tartrat natri kali, đồng (II) sunfat, NaOH), đun nóng, tạo được kết tủa đồng (I) oxit (Cu2O) có màu đỏ gạch
Trang 7C SACCAROZƠ
(Saccaroz, Saccarose, Saccharose, Sucrose, Đường mía, Đường củ cải, Đường thốt nốt, Đường cát, Đường kính, Đường phèn, Đuờng phổi)
Saccarozơ là một loại đisaccarit, được tạo ra do hai monosaccarit là -glucoz và -fructozơ liên kết với nhau bằng liên kết α-glicozit ở C 1 của glucoz, hay liên kết β-glicozit ở C 2 của fructozơ (Nhóm –
OH ở C số 1 của -glucoz với nhóm –OH ở C số 2 của -fructozơ kết hợp với nhau và loại ra một phân
tử H2O, tạo nhóm chức ete −O− mà thành) Saccarozơ là loại đường thường gặp nhất, nó có nhiều trong các cây mía, thốt nốt, củ cải đường…
Saccarozơ hiện diện dạng rắn ở điều kiện thường, không màu, không mùi, có vị ngọt Saccarozơ nóng chảy ở 184-185˚C, ít tan trong ruợu, tan nhiều trong nước, nước càng nóng càng hòa tan nhiều saccarozơ
CTPT: C12 H 22 O 11 (Δ = 2 => Có 2 vòng no)
CTCT: Cấu tạo của saccarozơ do nhóm –OH gắn vào C số 1 của α-glucoz kết hợp với nhóm –OH gắn vào C số 2 của β-fructozơ và loại một phân tử H2O tạo thành nhóm ete –O– liên kết hai vòng này (liên kết
α-glicozit ở C 1 của α-glucoz hay liên kết β-glicozit ở C 2 của β-fructozơ)
Phản ứng thủy phân:
Với sự hiện diện của axit vô cơ (H+) hoặc men làm xúc tác, saccarozơ bị thủy phân tạo hai monosaccarit tạo nên nó là glucoz và fructozơ
Trang 8
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
Saccarozơ Nước Glucoz Fructozơ
Phản ứng với Cu(OH) 2 :
Dung dịch saccarozơ hòa tan được Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường để tạo dung dịch có màu xanh lam, do có tạo đồng (II) saccarat tan, có màu xanh lam Vì trong cấu tạo của saccarozơ có chứa hai nhóm –OH liên kết ở hai nguyên tử C kế bên (tính chất của một rượu đa chức)
Saccarozơ tác dụng với vôi sữa (hỗn hợp Ca(OH)2 - H2O, đục) tạo muối canxi saccarat (Saccarat Calcium) (tan, dung dịch trong) Khí CO2 tác dụng dung dịch canxi saccarat tái tạo saccarozơ (tan) và canxi cacbonat (Carbonat Calcium, CaCO3, không tan) Người ta áp dụng tính chất này để loại các tạp chất như protit, axit hữu cơ…trong quá trình sản xuất đường từ mía
C12H22O11 + Ca(OH)2 + H2O C12H22O11.CaO.2H2O
Saccarozơ Vôi sữa (ít tan, đục) Canxi saccarat (tan, trong)
C12H22O11.CaO.2H2O + CO2 C12H22O11 + CaCO3 + 2H2O
Khí cacbonic Saccarozơ (tan) Canxi cacbonat (không tan)
Saccrozơ không mở vòng để tạo nhóm chức aldehyd được (vì nhóm –OH ở C số 1 của α-glucoz ở dạng ete, không thể mở vòng để tạo nhóm chức aldehyd), nên dung dịch saccarozơ không cho phản ứng tráng gương và không tác dụng với dung dịch Fehling hay Cu(OH)2 trong môi trường kiềm Do đó saccarozơ là loại đường không có tính khử (không là đường khử) Chỉ sau khi thủy phân, có sự tạo glucoz và fructozơ, lúc bấy giờ, dung dịch thu được mới cho được phản ứng tráng gương, cũng như tác dụng được với dung dịch Fehling
Các giai đoạn sản xuất đường từ mía như sau:
- Mía thu hoạch được đem nghiền và ép để lấy nước mía Trong nước mía có chứa khoảng 18%
khối luợng saccarozơ Dùng nước nóng để chiết lấy thêm đường từ bã đã được ép
- Nước mía thu được chế hóa với vôi sữa để loại các tạp chất như protit, axit hữu cơ (như axit
oxalic, axit citric,…), axit vô cơ (axit photphoric, acid phosphoric, H3PO4), có trong nước mía Các tạp chất này sẽ kết hợp với vôi sữa tạo kết tủa, được lọc bỏ Có một phần saccarorozơ tác dụng vôi sữa tạo
muối canxi saccarat tan trong dung dịch Lọc bỏ kết tủa Sục khí CO 2 vào dung dịch qua lọc để loại Ca 2+ trong nước vôi còn dư, đồng thời tái tạo saccarozơ từ canxi saccarat
- Tẩy màu nước đường
bằng cho lọc qua than xương hay than hoạt tính hoặc chế hóa với khí SO2 (khí sulfurơ) hoặc dùng NaHSO3 (hiposulfit natri)
- Đun nóng nuớc đường ở nhiệt độ khoảng 100˚C để kết tủa hoàn toàn các tạp chất Lọc bỏ toàn bộ kết tủa để thu lấy nước đường sạch và trong
- Cô đặc dung dịch nước đường ở áp suất thấp để làm tăng nồng độ đường Làm lạnh dung dịch nước đường và dùng máy ly tâm để tách lấy đường kết tinh
Trang 9
Phần nước đường không thể kết tinh hết cũng như còn lẫn các tạp chất được gọi là rỉ đường Rỉ đường được dùng cho lên men điều chế rượu etylic
HOOC-COOH + Ca(OH)2 CaC2O4↓ + 2H2O
Axit oxalic (Acid oxalic) Canxi oxalat (Oxalat calcium)
2H3PO4 + 3Ca(OH)2 Ca3(PO4)2↓ + 6H2O
Axit photphoric (Acid phosphoric) Canxi photphat (Phosphat calcium)
C12H22O11 + Ca(OH)2 + H2O C12H22O11.CaO.2H2O
Saccarozơ Vôi sữa (ít tan, đục) Canxi saccarat (tan, trong)
Ca(OH)2 (còn dư) + CO2 (có dư) CaCO3↓ + H2O
C12H22O11.CaO.2H2O + CO2 C12H22O11 + CaCO3 + 2H2O
Canxi saccarat Khí cacbonic Saccarozơ (tan) Canxi cacbonat (không tan)
Bài tập
a) Tại sao khi làm nước chanh đường hay cà phê đá, người bán hàng cho đường vào ly và khuấy đều trước khi cho nước đá vào ly?
b) Tại sao có khá nhiều tên chỉ saccaroz trong tiếng Việt như saccarozơ, saccarose, saccaroza, đường cát, đường thẻ, đường đinh, đường phèn, đường phổi, đường kính, đường ngào, đường trắng, đường vàng, đường tinh, đường mía, đường muỗng, đường cục, đường thốt nốt, đường củ cải, đường ăn, đường chảy, đường phên, đường tán, đường viên ? Cái tên có nói lên nội dung gì không?
D MANTOZƠ
(Maltoz, Maltose, Manto, Mantoza, Đường mạch nha)
Mantozơ (Maltoz), còn gọi đường mạch nha, là một đisaccarit (disaccarid, disaccharide) đồng phân của
saccarozơ (saccaroz) Mantozơ không có sẵn trong tự nhiên, nó được tạo ra khi tinh bột bị thủy phân
Mantozơ hiện diện tinh thể ngậm một phân tử nước, nóng chảy ở 102-103˚C Tinh thể này không mất nước khi đun duới áp suất thấp, cũng như khi dùng các chất làm khan nước như H2SO4 đậm đặc hay P2O5 Có tài liệu cho biết mantozơ khan có nhiệt độ nóng chảy ở 110˚C Mantozơ có độ ngọt bằng 1/3 so với đường sacccarozơ Mantozơ tan trong nước, ít tan trong rượu, không tan trong ete (eter)
CTPT: C12 H 22 O 11 (Δ = 2, có 2 vòng no)
CTCT: Cấu tạo của mantozơ do hai monosaccarit là α-glucoz liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glicozit (hay α-glucozit, α-glucosid) mà thành (nhóm –OH ở C số 1 của α-glucoz này kết hợp với nhóm –
OH ở C số 4 của α-glucoz kia, loại một phân tử H2O, tạo nhóm chức ete, –O– ,nối hai vòng α-glucoz với nhau)
Trang 10
Trong dung dịch, mantozơ có sự cân bằng mở vòng một phần tạo thành nhóm chức aldehyd (aldehid), -CHO, ở C số 1 của vòng glucoz có mang nhóm –OH Do đó dung dịch mantozơ cho được phản ứng tráng gương và tác dụng với dung dịch Fehling tạo Cu2O không tan có màu đỏ gạch Vì thế mantozơ là một loại đường khử Dung dịch mantozơ cũng hòa tan được Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch có màu xanh lam, vì trong cấu tạo của mantozơ có chứa hai nhóm –OH liên kết ở hai nguyên tử C cạnh nhau
Phản ứng thủy phân:
Mantozơ bị thủy phân có hiện diện men maltase hay axit vô cơ (H+) làm xúc tác, tạo ra hai monosaccarit
là glucoz
Điều chế:
Mantozơ được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột với sự hiện diện men (enzim) amilase (men này có trong mầm lúa, cũng có trong nước miếng, nước bọt của người) Phản ứng thủy phân này cũng xảy ra trong cơ thể người cũng như động vật Người ta nấu kẹo mạch nha từ bột nếp (gạo, khoai mì) với mầm lúa hay nếp làm xúc tác Ở Quảng Ngãi có đặc sản nổi tiếng là kẹo mạch nha, được làm từ nếp
E TINH BỘT (CHẤT BỘT)