Tài liệu Đường - gluxit pptx

Các đơn vị cấu trúc này có thể nối với nhau thành các loại phân tử lớn hơn.. Khi dạng mạch hở phản ứng làm nồng độ của nó giảm đi lập tức cân bằng chuyển dịch về phía tạo thêm dạng mạch

BàI số 17: Đường - gluxit 1) Khái quát:

+ Gluxit là tên gọi chung cho các hợp chất tự nhiên tạp chức kiểu cacbon hiđrat với công thức tổng quát là Cn(H2O)m

- Trong đó m và n là các số nguyên dương có thể nhận các giá trị khác nhau, giá

trị nhỏ nhất thường là 6

- Trong phân tử đường bé nhất (glucozơ hay fructozơ) có n = m = 6 nên công thức phân tử là C6H12O6

+ Các gluxit được xây dựng từ một vài kiểu đơn vị cấu trúc đơn giản nhất là

C6H12O6 (ứng với công thức C6(H2O)6) Các đơn vị cấu trúc này có thể nối với nhau thành các loại phân tử lớn hơn Mỗi lần ghép một đơn vị cấu trúc vào phân tử sẽ tách

ra một phân tử nước và vì vậy các giá trị n và m sẽ khác nhau

+ Tuỳ theo số đơn vị cấu trúc (glucozơ hay fructozơ) mà người ta chia các gluxit thành các loại khác nhau:

- Đường đơn có một đơn vị C6H12O6 Đường đơn có hai chất phổ biến trong tự nhiên là glucozơ và fructozơ Hai chất này lại có các đồng phân cấu tạo khác nhau như dạng α, dạng β và dạng mạch không đóng vòng

- Đường kép là các gluxit tạo thành từ hai đơn vị đường đơn và có công thức phân tử giống nhau là C12H22O11 Đường kép có hai dạng đồng phân phổ biến là mantozơ và saccarozơ

+ Đường đa là các gluxit có chứa nhiều đơn vị đường đơn với công thức chung

là (C6H10O5)n Đường đa có các chất phổ biến là tinh bột và xenlulozơ

a) Glucozơ:

+ Glucơzơ là loại đường đơn quan trọng nhất Glucôzơ có trong hoa và quả chín, trong mật ong, và trong đường huyết (khoảng 0,1%) Khi hàm lượng glucozơ trong máu giảm thấp hơn 0,1 % thì cơ thể có cảm giác đói và muốn ăn Khi hàm lượng

đường tăng trên một giá trị giới hạn thì ta có cảm giác no và không muốn ăn

- Glucozơ là một chất rắn, không màu, có nhiệt độ nóng chảy ( 0

nc

t ) = 146oC

- Glucozơ tan tốt trong nước, có vị ngọt kém hơn đường kính

+ Glucôzơ có thể tồn tại ở ba dạng đồng phân chính là các đồng phân mạch hở,

đồng phân dạng α và dạng β Trong dung dịch nước có cả ba dạng này cân bằng

O

O H

H

H

O H

CH 2 OH

H

O H

H O H 2 1 C

4

5 2

1

O

OH

H

H

OH

CH 2 O H

H

HO H C 2

HO

α -Fructôzơ β-Gluôzơ

nhau Dạng mạch hở là dạng tham gia phản ứng chính của glucozơ Khi dạng mạch

hở phản ứng làm nồng độ của nó giảm đi lập tức cân bằng chuyển dịch về phía tạo thêm dạng mạch hở để phản ứng có thể tiếp tục xảy ra

+ Công thức cấu tạo của các đồng phân có các điểm rất đặc biệt:

- Trong dạng mạch hở, mạch C không phân nhánh Trong phân tử chỉ có một nhóm anđehit -CHO, còn lại 5 nguyên tử C mỗi nguyên tử C khác có 1 nhóm OH Các hoá trị còn lại của C liên kết với H Do đó nguyên tử C đầu mạch ngược với nhóm - CHO sẽ có 2 nguyên tử H còn lại 4 nguyên tử C chỉ có một nguyên tử H cho mỗi nguyên tử C

CH2 CH CH CH CH CH = O

OH OH OH OH OH

- Trong dạng α, mạch C được đóng lại ở nguyên tử C số 1 và số 5 Lúc này không còn liên kết đôi (của nhóm chức anđehit) nữa, do vậy việc đánh số trước khi

đóng vòng không còn quan trọng Cần nhớ rằng hai nguyên tử C kia nối với nhau thông qua nguyên tử ôxi của nhóm OH liên kết với C số 5, do vậy nguyên tử C số 1

có chứa nhóm OH còn nguyên tử C số 5 chỉ có nguyên tử H và nhóm CH2OH Trong cấu trúc α nhóm OH của C1 ở ngược phía với nhóm CH2OH so với mặt phẳng vòng (theo cách vẽ trên)

- Trong cấu trúc β nhóm OH của nguyên tử C1 ở cùng phía với nhóm CH2OH so với mặt phẳng vòng (theo cách vẽ trên)

+ Trong dung dịch, dạng mạch hở tham gia phản ứng nên cân bằng chuyển hoá giữa các dạng cấu trúc chuyển dịch về phiá tạo dạng mạch hở Do nguyên nhân này glucozơ có phản ứng của anđehit

+ Fructozơ là một dạng khác của đường đơn cùng có công thức phân tử C6 H12

O6 như glucozơ Fructozơ có trong quả chín ngọt, có trong mật ong (khoảng 4%) Fructozơ có vị ngọt hơn đường mía (khoảng 1,5 lần)

+ Fructozơ cũng có 3 dạng cấu tạo: dạng mạch hở, dạng vòng 5 cạnh với hai kiểu phân bố các nhóm OH và CH2OH so với mặt phẳng của vòng có tên là Fructozơ dạng α và fructozơ dạng β:

+ Cần ghi nhớ công thức cấu tạo của các đồng phân với các điểm đặc biệt sau

đây:

- Trong dạng mạch hở, mạch C không phân nhánh Trong phân tử chỉ có một nhóm xêtôn -C = O, còn lại 5 nguyên tử C mỗi nguyên tử C khác có 1 nhóm OH

5 2

1

O

H

OH

OH H

CH 2 O H

HO

H

CH 2 OH

C H 2

O H

C H

O H

C H C H C CH 2

OH O

O H

O H

Các hoá trị còn lại của C liên kết với H Do đó 2 nguyên tử C đầu mạch có 2

nguyên tử H còn lại 3 nguyên tử C chỉ có một nguyên tử H cho mỗi nguyên tử C

- Trong dạng α, mạch C được đóng lại ở nguyên tử C số 2 và số 5 Lúc này

không còn liên kết đôi (của nhóm chức xêtôn) nữa, do vậy việc đánh số trước khi

đóng vòng không còn quan trọng Cần nhớ rằng hai nguyên tử C kia nối với nhau

thông qua nguyên tử ôxi của nhóm OH liên kết với C số 5, do vậy nguyên tử C số 2

có chứa nhóm OH còn nguyên tử C số 5 chỉ có nguyên tử H và nhóm CH2OH

Trong cấu trúc α nhóm OH của C2 ở ngược phía với nhóm CH2OH liên kết với

nguyên tử C số 5 so với mặt phẳng vòng (theo cách vẽ trên)

- Trong cấu trúc β nhóm OH của nguyên tử C2 ở cùng phía với nhóm CH2OH

liên kết với nguyên tử C số 5 so với mặt phẳng vòng (theo cách vẽ trên)

+ Trong dung dịch, có tồn tại cân bằng giữa các dạng trong đó chức xê tôn

không tham gia phản ứng tráng gương nên fructôzơ cũng không có phản ứng tráng

gương Đây là điểm khác biệt giữa glucozơ và fructozơ

+ Trong môi trường kiềm có tồn tại chuyển hoá fructozơ

glucozơ dạng mạch hở

b) Phản ứng hoá học:

*) Glucozơ và fructozơ có tính chất của rượu đa chức là hoà tan được đồng

hiđroxit tạo ra dung dịch màu xanh lam Glucozơ có 5 chức rượu còn fructozơ

có 4 chức rượu ở các nguyên tử C lân cận nên có thể phản ứng với đồng

hiđroxit tạo ra phức đồng tan được trong nước tạo dung dịch màu xanh lam

giống như glixerin (xem phản ứng của phần rượu đa chức)

+ Cả fructozơ và glucozơ đều 5 chức rượu nên có thể tạo este chứa 5 gốc axit :

Chẳng hạn cho tác dụng với anhiđric axetic (CH3CO)2O sẽ thu được este có tối

đa 5 nhóm chức este (-COO-)

C5H11(OH)5CHO + 5 (CH3CHO)2O C5H5(OOCH3)5CHO+

CH3COOH

*) Riêng glucozơ có phản ứng của anđehit:

+ Phản ứng tráng gương: Cho dung dịch glucozơ tác dụng với dung dịch NH3

chứa Ag2O sẽ thu được axit gluconic HOCH2-(CHOH)4-COOH

C5H11(OH)5CHO + Ag2O C5H11(OH)5COOH + 2 Ag↓

+ Dung dịch glucozơ thể khử Cu(OH)2 để tạo ra Cu2O (màu đỏ gạch) giống

như tất cả các anđehit

+ Glucozơ có thể bị khử bằng H tạo thành rượu: HO-CH2-(CHOH)4-CH2OH

(Sobitol)

+ Fructôzơ: không có phản ứng tráng gương và phản ứng với Cu(OH)2, khó

tham gia phản ứng cộng H vì chứa nhóm chức xeton

d) ứng dụng: Glucozơ được cơ thể hấp thu nhanh và cung cấp nhiều năng lượng

vì thế thường được sử dụng làm nguồn tăng lực (huyết thanh glucozơ) cho các vận

động viên sau mau chóng hồi phục sau các trận thi đấu hay tập luyện Glucozơ

được sử dụng trong việc tổng hợp vitamin C, tráng gương, dễ tiêu hoá,

e) Điều chế:

+ Thuỷ phân tinh bột nhờ axit vô cơ: Với phản ứng này tại nhà máy kẹo Sơn Tây người ta đã sản xuất thành công glucozơ từ tinh bột sắn

+ Tổng hợp từ cây xanh: dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời và xúc tác của diệp lục tố các cây xanh đã tổng hợp ra các gluxit trong đó giai đoạn đầu tạo thành glucôzơ:

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

4) Saccarơ và Mantozơ

Saccarozơ và Mantozơ đều có công thức phân tử là C12H22O11

+ Saccarozơ là đường kép phổ biến, là chất rắn, không mùi, không màu, có vị ngọt,

0

nc

t = 184 ữ 185oC, tan tốt trong nước

+ Saccarozơ có cấu tạo gồm 1 gốc α -glucozơ và 1 gốc β-fructozơ liên kết với nhau thông qua nguyên tử C số 1 của glucozơ và nguyên tử C số 2 của fructozơ Trong khi mantozơ (có tên khác là đường nha) gồm 2 gốc α-glucozơ kết hợp với nhau thông qua nguyên tử C số 1 ở gốc glucozơ thứ nhất và nguyên tử C số 4 của gốc glucozơ số 2

+ Đường sản xuất được có nhiều loại khác nhau: Đường phèn là đường kết tinh ở

30oC dạng khối lớn Đường kính là đường kết tinh ở dạng tinh khiết nhất Đường cát còn có tạp chất, màu vàng Đường phên: màu nâu sẫm

+ Saccarozơ chỉ có phản ứng của rượu đa chức và phản ứng thuỷ phân thành glucozơ và fructozơ (trong mối trường axit: H+) Trong khi mantozơ có thêm phản ứng tráng gương, khử Cu(OH)2 như các anđehit

+ Saccarozơ chiếm tới ~ 20% trong nước mía ép, ~ 10 ữ 20% trong củ cải đường Mantozơ có thể điều chế bằng cách lên men tinh bột bằng men amylaza (mầm lúa), hay phản ứng trong cơ thể người

+ Saccarozơ có độ tan ở 0oC: 179g/100 ml nước, ở 100oC: 487 g/100 ml nước

*) ứng dụng: trong công nghiệp bánh kẹo, đồ hộp, thực phẩm

*) Sản xuất đường mía: Khi cho dịch mía ép trộn với sữa vôi tạo thành

C12H22O11.CaO.2H2O tan được trong nước Lọc bỏ tạp chất và cho tác dụng với

CO2 + CaSO3 Kết tủa và dd còn lại là đường Quá trình này được dùng để tinh chế đường

5) Tinh bột

+ % tinh bột trong: Gạo: 70 ữ 80%; Sắn: 70%; Ngô, mì: 65 ữ 70%

+ Tồn tại ở dạng bột vô định hình, trắng, không tan, trương trong nước

→ hồ tinh bột

+ Khi thuỷ phân tạo thành TD glucozơ do vậy có thể kết luận rằng tinh bột

được cấu tạo từ glucozơ: α-glucozơ

+ Tinh bột có hai loại mạch:

- Amilozơ: mạch không phân nhánh M ~ 200.000 đvC: C1 nối C4

- Aminopectin: mạch có nhánh M ~ 106 đvC: C1 nối C4 cắm vào C6

+ Tính chất:

- Tinh bột dễ dàng bị thuỷ phân trong H+ tạo ra glucozơ Quá trình phá vỡ phân tử tinh bột xảy ra dần dần qua các sản phẩm trung gian gọi là dextrin (C6H10O5)x Có thể thấy hiện tượng này khi nhai kỹ cơm thấy có vị ngọt do có môi trường kiềm trong miệng nên tinh bột thuỷ phân thành đường

- Tinh bột có phản ứng màu đặc trưng với iôt khi ở dạng hồ loãng Lúc đó các phân tử iôt chui vào các vòng xoắn của mạch phân tử tinh bột tạo ra màu xanh lam Dun nóng màu bị mất nhưng làm nguội màu lại xuất hiện

+ Điều chế: Cây xanh có thể tổng hợp trực tiếp từ CO, H2O, ánh sáng (quang hợp)

6 HCO2 + 5n H2O → (C6H10O5)n + 6n O2

6 Xenlulozơ

+ Là thành phần chính tạo màng tế bào thực vật tạo mô thực vật bền cơ học, chiếm tới 98% trong bông, 40 ữ 50 % trong gỗ, đay gai, tre nứa

+ Là chất rắn, dạng sợi trắng, không mùi, không tan, Chỉ tan trong nước Svayde (dd Cu(OH)2 trong NH3 đ), hoặc dd H2SO4 đ (> 72%) trong HCl đặc (hay ZnCl2) + Có cấu tạo mạch không phân nhánh có M ~ 1,7 ữ 2,4.106 đvC (bông), có 3 nhóm hiđroxyl tự do Mạch Xenlulozơ được tạo thành từ các phân tử β-glucozơ liên kết với nhau qua C1 và C4

a) Tính chất hoá học

– Thuỷ phân (nhúm bông và giấy lọc) trong axit vô cơ loãng tạo thành C6H12O6 – Este hoá dễ dàng với axit nitric tạo ra hỗn hợp môno-, đi-, trinitrô xenlulozơ [C6H7O2(OH)3]n + 3n HO-NO2  H 2SO 4 t o → [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O

– Este hoá với axit (dùng anhiđrit axetic): (CH3CO)2O

b) ứng dụng

- Xenlulozơ được sử dụng trực tiếp, quan trọng nhất là làm giấy các loại

- Xenlulozơ được sử dụng để sản xuất tơ viscô theo quy trình sau:

xenlulozơ (gỗ) dd  NaO  H  + hợp  chất khác   →

Viscô  B ơ  m qua  lỗ nhỏ  trong   H2SO A 4 ) →

Sợi mảnh

- Xenlulozơ được sử dụng để chế tạo tơ axetat: este 2 chức axetat hoặc 3 chức axetat

Xenlulozơ đi axetat [C6H7O2(OH)(OOCCH3)2]n làm phim không cháy, Tơ axetat có tính đàn hồi, bền, đẹp hơn tơ thiên nhiên

• Chỉ có các động vật nhai lại mới có men xenlulolaza xúc tác cho phản ứng thuỷ phân xenlulozơ có thể tiêu hoá được xenlulozơ Người không có men này nên mặc dù trong dạ dày có axit nhưng nhiệt độ thấp nên không thể tiêu hoá được xenlulozơ

Bài tập

1) Đun nóng dung dịch chứa 27 gam glucozơ với bạc oxit/ dd NH3 thu được bạc kim loại Tính mAg và khối lượng bạc nitrat cần dùng (cho hiệu suất = 100%)

2) Cho glucozơ lên men rượu Dẫn khí CO2 → nước vôi trong dư → 50 gam (100g) Tính lượng rượu, lượng glucozơ đã lên men (cho hiệu suất lên men bằng 80%)

3) Cho 2,5g glucozơ chứa 20% tạp chất lên men → rượu Trong quá trình lên men rượu hao 10% Tính mrượu nguyên chất và thể tích rượu 40o (lít)

4) Phản ứng tổng hợp glucozơ:

6CO2 + 6H2O + 2813 kJ → C6H12O6 + 6O2

Nếu mỗi phút 1cm2 bề mặt trái đất nhận 2,09 J năng lượng mặt trời thì cần bao nhiêu thời gian để 10 lá xanh diện tích 10 cm2/lá tạo ra được 1,8 g glucozơ Cho biết năng lượng mặt trời chỉ được dùng 10% vào phản ứng tổng hợp

5) Có 4 bình mất nhãn đựng glixerin, rượu etylic, dung dịch glucozơ và dung dịch anilin trong dung môi trơ Trình bày phương pháp hoá học để nhận biết Viết phương trình phản ứng

6) Dùng phương pháp hoá học để phân biệt:

a) Glucozơ, glixerin;

b) Glucozơ, focmađehit;

c) Glucozơ, glixerin, focmanđehit

7) Dung dịch saccarozơ không cho phản ứng tráng gương Đun nóng dung dịch với 1 vài giọt axit vô cơ, rồi trung hoà bằng kiềm → dd có phản ứng tráng gương Giải thích quá trình thí nghiệm và viết phương trình phản ứng

8) Tính gần đúng số gốc glucôzơ trong mỗi loại xenlulozơ trong Bông có M = 1.750.000 đvC và trong sợi Gai có M = 5.900.000 đvC

9) Tính lượng xenlulozơ và lượng dd HNO3 60% cần sản xuất 1 tấn xenlulozơ trinitrat Biết sự hao hụt trong sản xuất là 12%

10) Từ tinh bột và các chất vô cơ cần thiết viết các phương trình điều chế rượu etylic, etylen glicol, cao su buna, glixerin, isopropylen, este metylacrylat 11) Cho xenlulozơ phản ứng với anhiđrit axetic (CH3CO)2O sinh ra 33,3 g một hỗn hợp rắn gồm xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat cùngvới một sản phẩm lỏng là CH3COOH Lấy 1/10 lượng dung dịch CH3COOH đem trung hoà hết 66 ml dd NaOH 0,5M Viết phương trình phản ứng đã xảy ra và tính

% khối lượng hỗn hợp rắn Coi tỉ lệ 2 loại axetat xenlulozơ = tỉ lệ 2loại mắt xích: –C6H7O2(OOCCH3)– và C6H7O2(OH)(OOCCH3)2

12) A là 1 chất chứa C, H, O trong 1 bình kín dung tích không đổi chứa hơi A và lượng O2 gấp đôi cần thiết để đốt cháy ở 136,5oC và áp suất P Đốt cháy ở nhiệt độ tạo thành 4/9P Coi như CO2 không tan trong nước Xác định CTPT

A Viết phương trình điều chế glucôzơ từ A