Lý thuyết trọng tâm về cacbohidrat - tài liệu bài giảng pdf

Khóa h ọc LTðH môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về Cacbohidrat Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VỀ CACBOHIðRAT TÀI LIỆU BÀI GIẢNG I. KHÁI NIỆM CHUNG 1. ðịnh nghĩa Cacbohiñrat (gluxit, saccarit) là những hợp chất hữu cơ tạp chức thường có công thức chung là C n (H 2 O) m . 2. Cấu tạo Cacbohiñrat là những hợp chất polihiñroxicacbonyl (gồm nhiều nhóm –OH và có nhóm >C=O) và dẫn xuất của chúng. 3. Phân loại Dựa vào số ñơn vị mắt xích cấu tạo, cacbohiñrat ñược chia thành 3 nhóm chính: - Monosaccarit: là nhóm cacbohiñrat ñơn giản nhất, không thể thủy phân ñược (glucozơ, fructozơ, ) - ðisaccarit: là nhóm cacbohiñrat mà khi thủy phân sinh ra 2 phân tử monosaccarit (saccarozơ, mantozơ) - Polisaccarit: là nhóm cacbohiñrat phức tạp mà khi thủy phân ñến cùng sinh ra nhiều phân tử monosaccarit (tinh bột, xenlulozơ). II. GLUCOZƠ VÀ FRUCTOZƠ 1. Tính chất vật lý – Trạng thái tự nhiên - Glucozơ và Fructozơ ñều là những chất rắn kết tinh, không màu, dễ tan trong nước, có vị ngọt (glucozơ < ñường mía – saccarozơ < fructozơ). - Ở trạng thái kết tinh (dạng tinh thể), glucozơ tồn tại ở 2 dạng mạch vòng, trong ñó, vòng α có nhiệt ñộ nóng chảy (146 o C) thấp hơn dạng vòng β (150 o C). Dạng mạch hở chỉ tồn tại trong dung dịch với nồng ñộ rất thấp (0,003%). - Ở trạng thái kết tinh (dạng tinh thể), fructozơ chủ yếu tồn tại ở dạng vòng β – 5 cạnh, ở dạng dung dịch cũng chủ yếu là dạng vòng β – 5 cạnh hoặc 6 cạnh. - Trong máu người, glucozơ có nồng ñộ nhỏ và gần như ñổi (khoảng 0,1%). 2. Cấu trúc phân tử Glucozơ và Fructozơ là 2 ñồng phân của nhau có cùng CTPT C 6 H 12 O 6 . a. Dạng mạch hở - Glucozơ: mạch thẳng, không phân nhánh, 5 nhóm –OH kề nhau và có nhóm anñehit –CHO. 2 2 4 CH OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO hay CH O H(CHOH) CHO - Fructozơ: mạch thẳng, không phân nhánh, 5 nhóm –OH có nhóm xeton >C=O. 2 22 2 3 CH OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH OH hay CH OH (CHOH) COCH OH b. Dạng mạch vòng - Mạch vòng của glucozơ ñược hình thành do phản ứng cộng nhóm –OH ở C 5 vào nhóm C=O, phản ứng tạo ra 2 dạng mạch vòng α và β (tương ứng với vị trí tương ñối của nhóm –OH ở C 1 với các nhóm – OH còn lại qua mặt phẳng vòng), trong ñó dạng β có nhiệt ñộ sôi cao hơn và chiếm tỷ lệ cao hơn (64%). β – glucozơ - Nhóm –OH ở C 1 ñược gọi là OH hemiaxetal, khi nhóm OH này còn tự do thì glucozơ vẫn còn khả năng mở vòng và còn tính khử. - Mạch vòng của fructozơ cũng hình thành theo cách tương tự nhưng dạng bền chủ yếu ở cả trạng thái dung dịch và tinh thể là vòng β – 5 cạnh. Khóa h ọc LTðH môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về Cacbohidrat Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - β – fructozơ 3. Tính chất hóa học của glucozơ Khái quát: Glucozơ có tính chất của anñehit và ancol ña chức. a. Tính chất của ancol ña chức - Tác dụng với Cu(OH) 2 ở nhiệt ñộ thường tạo ra dung dịch phức ñồng-glucozơ có màu xanh lam ñặc trưng: 6 12 6 2 6 11 6 2 2 2C H O + Cu(OH) (C H O ) Cu + 2H O → - Phản ứng tạo este: khi tác dụng với anhiñrit axetic, glucozơ có thể tạo este chưa 5 gốc axetat 6 12 6 3 2 6 7 3 5 3 C H O + 5(CH CO) O C H O(OCOCH ) + 5CH COOH → b. Tính chất của anñehit - Phản ứng oxh: + Phản ứng tráng gương: 3 NH 2 4 2 2 4 2 CH OH(CHOH) CHO + Ag O CH OH(CHOH) COOH + 2Ag + H O glucoz¬ a. gluconic → ↓ + Phản ứng với dung dịch Brom: 2 o Ni, t 2 4 2 2 4 CH OH(CHOH) CHO + Br + H O CH OH(CHOH) COOH + 2HBr glucoz¬ a. gluconic → + Phản ứng với Cu(OH) 2 khi ñun nóng trong môi trường kiềm: - OH 2 4 2 2 4 2 2 CH OH(CHOH) CHO + 2Cu(OH) CH OH(CH OH) COOH + Cu O + 2H O glucoz¬ a. gluconic → ↓ - Phản ứng khử với H 2 /Ni ñun nóng: 2 o Ni, t 2 4 2 2 4 CH OH(CHOH) CHO + H CH OH(CHOH) CH OH glucoz¬ ancol sorbitol → c. Phản ứng lên men rượu 2 o enzyme, 30-35 C 6 12 6 2 5 C H O 2C H OH + 2CO → ↑ d. Tính chất riêng của dạng mạch vòng Nhóm –OH hemiaxetal trong gulcozơ dạng vòng linh ñộng hơn các nhóm –OH khác nên có thể tạo ete với các phân tử khác tạo thành glucozit. O O HH O O H + C H 3 O H H O O H H C l khan O O HH O O C H 3 + H 2 OH O O H Trong glucozit, nhóm –OH hemiaxetal ñã bị ankyl hóa nên không còn khả năng mở vòng và phân tử không còn tính khử. 4. Tính chất hóa học của fructozơ - Tương tự glucozơ, fructozơ có tính chất của ancol ña chức (tạo phức màu xanh lam ñặc trưng với Cu(OH) 2 ở nhiệt ñộ thưường), tác dụng với H 2 /Ni, t o tạo ra ancol sorbitol. - Fructozơ không có nhóm chức –CHO nhưng vẫn có phản ứng tráng bạc và khử Cu(OH) 2 /OH - , t o do khi ñun nóng trong môi trường kiềm, nó chuyển thành glucozơ theo cân bằng: Khóa h ọc LTðH môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về Cacbohidrat Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - - OH Fructoz¬ Glucoz¬ → ← Chú ý: Môi trường của phản ứng oxh bởi dung dịch Br 2 không phải là kiềm nên chỉ có glucozơ phản ứng, fructozơ không có phản ứng này → nhận biết, giải toán. 5. ðiều chế và ứng dụng của glucozơ a, ðiều chế: Thủy phân tinh bột hoặc xenlulozơ trong axit HCl hoặc enzyme: + o H , t 6 10 5 n 2 6 12 6 (C H O ) + nH O nC H O → b, Ứng dụng - Trong y học: có giá trị dinh dưỡng, sử dụng làm thuốc tăng lực. - Trong công nghiệp: tráng gương, ruột phích; sản xuất etanol. III. SACCAROZƠ và MANTOZƠ 1. Tính chất vật lý – Trạng thái tự nhiên Saccarozơ và mantozơ ñều là chất rắn kết tinh, không màu, vị ngọt, dễ tan trong nước. Saccarozơ còn gọi là ñường mía (thành phần chính của ñường mía, củ cải, thốt nốt), mantozơ là ñường mạch nha. 2. Cấu trúc phân tử - Saccarozơ và mantozơ là 2 ñồng phân của nhau có cùng CTPT C 12 H 22 O 11 . - Saccarozơ ñược tạo thành từ 1 phân tử α – glucozơ và 1 phân tử β – fructozơ bởi liên kết α – 1,2 – glicozit (liên kết kiểu ete: α – C 1 – O – C 2 ). Do là liên kết 1,2 – glicozit nên saccarozơ không còn nhóm – OH hemiaxetal và không còn khả năng mở vòng, không có tính khử. - Mantozơ ñược tạo thành từ 2 phân tử α – glucozơ và α – 1,2 – glicozit (liên kết kiểu ete: α – C 1 – O – C 4 ). Do là liên kết 1,4 – glicozit nên phân tử α – glucozơ thứ 2 vẫn còn nhóm –OH hemiaxetal tự do (ở C 1 ) và mantozơ còn khả năng mở vòng, vẫn còn tính khử của nhóm chức –CHO. 3. Tính chất hóa học a. Tính chất của ancol ña chức Cả saccarozơ và mantozơ ñều tác dụng với Cu(OH) 2 ở nhiệt ñộ thường tạo ra dung dịch phức ñồng- glucozơ có màu xanh lam ñặc trưng: 12 11 12 21 1122 2 2 2 2C H O + Cu(OH) (C H O ) Cu + 2H O → b. Tính khử của mantozơ Saccarozơ không còn nhóm –OH hemiaxetal nên không còn khả năng mở vòng và không còn tính các tính chất này. - Phản ứng tráng gương. - Phản ứng với dung dịch brom. - Phản ứng với Cu(OH) 2 khi ñun nóng trong môi trường kiềm. c. Phản ứng thủy phân Khi ñun nóng trong môi trường axit, các ñisaccarit bị thủy phân thành các monosaccarit tương ứng: 11 o H , t C 12 22 2 6 12 6 6 12 6 C H O + H O C H O + C H O saccaroz¬ -glucoz¬ -fructoz¬ mantoz¬ -glucoz¬ -glucoz¬ α β α α +  → Chú ý: Dung dịch sau thủy phân có tính khử tăng lên so với ñisaccarit ban ñầu. 4. ðiều chế và ứng dụng a. ðiều chế: - Quy trình sản xuất ñường saccarozơ - Mantozơ ñược ñiều chế bằng cách thủy phân tinh bột nhờ enzyme amilaza (trong mầm lúa, dịch tiêu hóa, ) b. Ứng dụng Trong công nghiệp thực phẩm (bánh kẹo, nước giải khát, ) và dược phẩm, dinh dưỡng. IV. TINH BỘT VÀ XENLULOZƠ 1. Tính chất vật lý – Trạng thái tự nhiên - Tinh bột là chất rắn vô ñịnh hình, màu trắng, không tan trong nước nguội, tan trong nước nóng (65 o trở lên) tạo thành dung dịch keo nhớt gọi là hồ tinh bột. Khóa h ọc LTðH môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về Cacbohidrat Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - - Xenlulozơ là chất rắn hình sợi, màu trắng, không tan trong nước và các dung môi hữu cơ thông thường nhưng tan trong một số dung môi ñặc biệt như nước Svayde (Cu(OH) 2 /NH 3 ). - Tinh bột có nhiều trong các thành phần dự trữ của thực vật như hạt, củ, quả còn xenlulozơ là thành phần cấu tạo cơ bản của thành tế bào thực vật, có nhiều trong thân gỗ, bông, ñay, gai, tre, nứa, 2. Cấu trúc phân tử - Tinh bột là hỗn hợp của 2 loại polisacarit là: amilozơ và amilopectin. + Amilozơ là polime không phân nhánh, gồm khoảng 1000 - 4000 mắt xích α – glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết α – 1,4 – glicozit, chiếm khoảng 20 – 30% khối lượng tinh bột. + Amilopectin là polime mạch phân nhánh, gồm khoảng 2000 – 200.000 mắt xích α – glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết α – 1,4 – glicozit xen kẽ với liên kết α – 1,6 – glicozit chiếm khoảng 70 – 80% khối lượng tinh bột. - Xenlulozơ là một polime không phân nhánh gồm khoảng 100.000 – 200.000 mắt xích β – glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết β – 1,4 – glicozit. Mỗi mắt xích C 6 H 10 O 5 vẫn còn 3 nhóm –OH tự do (1 nhóm ancol bậc 1, 2 nhóm ancol bậc 2) nên có thể viết CTCT của xenlulozơ là [C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] n . 3. Tính chất hóa học a. Phản ứng thủy phân của polisaccrit Khi ñun nóng trong môi trường axit, các polisaccarit bị thủy phân thành các monosaccarit tương ứng: + o H , t 6 10 5 n 2 6 12 6 (C H O ) + nH O nC H O tinh bét -glucoz¬ xenluloz¬ -glucoz¬ α β → b. Phản ứng màu với dung dịch iot của tinh bột Phân tử tinh bột (thực chất là amilozơ trong tinh bột) hấp phụ iot tạo ra phức màu xanh tím, khi ñun nóng, màu xanh tím biến mất, ñể nguội lại có màu. Phản ứng này dùng ñể nhận biết tinh bột bằng I 2 và ngược lại. c. Phản ứng kiểu ancol ña chức của xenlulozơ - Phản ứng nitrat hóa với HNO 3 và H 2 SO 4 ñặc: ( ) ( ) 2 o 2 4 H SO , t 6 7 2 3 6 7 2 2 3 3 n n C H O OH + 3nHNO C H O ONO + 3nH O x enluloz¬ trinitrat       →     Xenlulozơ trinitrat là chất dễ cháy và nổ mạnh, ñược dùng làm thuốc súng - Phản ứng tạo este với anhiñrit axetic: ( ) ( ) 3 3 o 2 4 H SO , t 6 7 2 3 2 6 7 2 3 3 n n C H O O H + 3 n (C H C O ) O C H O O C O C H + 3 nC H C O O H x enlu loz¬ triaxetat        →     Hỗn hợp sản phẩm gồm xenlulozơ ñiaxetat và triaxetat là chất dẻo dễ kéo thành tơ sợi dùng làm nguyên liệu chính ñể sản xuất tơ axetat. - Chế hóa với NaOH và CS 2 ñể sản xuất tơ visco. 4. ðiều chế và ứng dụng a. ðiều chế: Tinh bột ñược tổng hợp trong cây xanh nhờ phản ứng quang hợp: ¸nh s¸ng 2 2 6 10 5 n 2 clorophin 6nCO + 5nH O (C H O ) + 6nCO → b. Ứng dụng - Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể. - Các vật liệu chứa nhiều xenlulozơ (tre, gỗ, nứa, ) thường dùng làm vật liệu xây dựng, ñồ dùng gia ñình, Xenlulozơ nguyên chất và gần nguyên chát dùng ñể chế biến thành sợi, tơ, giấy viết, bao bì, thuốc súng, - Các sản phẩm thủy phân của tinh bột và xenlulozơ có thể dùng ñể sản xuất etanol, cao su, Giáo viên: Vũ Khắc Ngọc Nguồn: Hocmai.vn . Ngọc Lý thuyết trọng tâm về Cacbohidrat Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 5 8-5 8-1 2 - Trang | 1 - LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VỀ CACBOHIðRAT TÀI LIỆU BÀI GIẢNG . h ọc LTðH môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về Cacbohidrat Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 5 8-5 8-1 2 - Trang | 4 - - Xenlulozơ là chất rắn hình. h ọc LTðH môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về Cacbohidrat Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 5 8-5 8-1 2 - Trang | 2 - β – fructozơ 3. Tính chất