Skkn 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 1.Tên sáng kiến: HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRAT Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Tài liệu cho học sinh khối chuyên hóa trường THPT chuyên, lớp 11 khối THPT thi olimpic lớp 11 để tìm nguồn cho độ tuyển thi quốc gia tỉnh và giáo viên dạy hóa quan tâm đến lĩnh vực bồi dưỡng học sinh giỏi Thời gian áp dụng sáng kiến: Từ tháng năm 2014 đến tháng năm 2016 Các tác giả: Lại Năng Duy Năm sinh: 1988 Trình độ chun mơn: Cử nhân hố học Số điện thoại: 01634121380 Nơi làm việc: Giáo viên trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Nam Định Trần Xn Phú Năm sinh: 1959 Trình độ chun mơn: Cử nhân hoá học Số điện thoại: 0913057307 Nơi làm việc: Giáo viên trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Nam Định Lê Thị Trung Thu Năm sinh: 1970 Trình độ chun mơn: Cử nhân hố học Số điện thoại: 0917350205 Nơi làm việc: Giáo viên trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Nam Định 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 tìm và biên soạn tài liệu để giảng dạy - Chủ trương của lãnh đạo nhà trường là đào tạo học sinh chuyên có bài bản và có nền tảng vững chắc - Thế hệ sau kế thừa kinh nghiệm và vốn tài liệu của thế hệ trước - Trên sở chương trình khung ngày được hoàn thiện tài liệu thày cô biên soạn, học sinh có thể tự học, tự nghiên cứu tài liệu một cách chủ động sáng tạo - Hàng năm hội trường chuyên duyên hải đồng bắc tổ chức hộ thảo, tổ hóa trường Lê Hồng Phong phải có chuyên đề có chất lượng - Phần cacbohidrat khó, hay thi cấp độ Cacbohidrat nhóm hợp chất hữu quan trọng phổ biến tự nhiên Nội dung kiến thức nhóm hợp chất trọng đề thi học sinh giỏi mơn hóa cấp quốc gia đề cập đến Ngày có nhiều hợp chất mà cấu trúc nguồn gốc sinh học liên hệ mật thiết tới hợp chất “cacbohidrat” quen thuộc trướcđây, điều bắt buộc IUPAC mở rộng đưa khái niệm rộng rãi sau:“Cacbohiđrat bao gồm monosaccarit, oligosaccarit, polisaccarit dẫn chất từ monosaccarit thay nhóm CHO nhóm CH 2OH, thay nhóm đầu mạch nhóm COOH, thay hay nhiều nhóm hyđroxy bằng: nguyên tử H (deoxi), nhóm amino, nhóm thiol nhóm chứa dị tố tương tự Nó bao gồm dẫn xuất chúng.” [3]Do số tài liệu chưa kịp cập nhật chỉnh sửa, nên đơi khiđã gây khó khăn cho học sinh giáo viên Trong đề thi học sinh giỏi quốc gia hóa gần dùng khái niệm mở rộng, đồng thời liên tiếp giới thiệu cacbohidrat phức tạp tự nhiên Để học sinh hiểu giải loại tập này, chúng tơi xây dựng chun đề: “HỆ THỐNG HĨA BÀI TẬP VỀ HỢP 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 giáo viên 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 đề thi học sinh giỏi quốc gia và quốc tế thì người thầy cần phải khai thác kiến thức giáo trình đại học để dạy cho học sinh chuyên - Tổ hóa –Sinh-CN trường THPT chuyên Lê Hồng Phong biên soạn nhiều chun đề tiếp tục hồn thiện Những tài liệu thực có tác tác dụng tốt cho thày trò II Đối với trò: - Đại đa số học sinh còn lúng túng về tài liệu, chưa biết cách đọc sách khai thác sách để ham đọc sách - Chưa có điều kiện để phát huy tư rèn luyện kỹ học, đọc chương trước đó: + Đọc tên hợp chất hữu có cấu tạo phức tạp + Kỹ làm tập đồng phân, cấu trúc + Dự đoán chiều hướng phản ứng + Hiểu trình bày chế phản ứng + Tổng hợp hữu + Xác định cấu trúc hợp chất hữu III Tài liệu tham khảo cho thày trò Chúng dẫn nội dung lý thuyết sách HĨA HỌC 12 chương trình nâng cao Mặc dù cho tải đại đa số học sinh phổ thông, học sinh chuyên cịn khoảng cách xa so với nội dung đề thi học sinh giỏi Quốc gia Dưới trích đoạn chương gluxxit: Bài GLUCOZƠ I TÍNH CHẤT VẬT LÍ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN Glucozơ chất kết tinh, khơng màu, nóng chảy 146OC (dạng ) 150OC (dạng ), dễ tan nước, có vị khơng đường mía Glucozơ có hầu hết phận lá, hoa, rễ, chín Đặc biệt, glucozơ có nhiều nho chín nên cịn gọi đường nho Trong mật ong có nhiều glucozơ (khoảng 30%) Glucozơ có thể người động vật Trong máu người có lượng nhỏ glucozơ, không đổi (nồng độ 0,1%) II CẤU TRÚC PHÂN TỬ Glucozơ có cơng thức phân tử C6H12O6, tồn hai dạng mạch hở mạch vòng Dạng mạch hở a) Các kiện thực nghiệm + Khử hoàn toàn glucozơ cho hexan Vậy có nguyên tử C phân tử glucozơ tạo thành mạch khơng phân nhánh + Glucozơ có phản ứng tráng bạc, tác dụng với nước brom tạo thành axit gluconic chứng tỏ 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 + Glucozơ tạo este chứa gốc axit CH3COO, phân tử có nhóm OH b) Kết luận Phân tử glucozơ có cơng thức cấu tạo thu gọn dạng mạch hở : 4 CH2OH – CHOH – CHOH – CHOH –CHOH – CH = O viết gọn : CH2OH[CHOH]4CHO Dạng mạch vòng a) Dữ kiện Glucozơ kết tinh tạo hai dạng tinh thể có nhiệt độ nóng chảy khác Các kiện thực nghiệm khác cho thấy hai dạng tinh thể ứng với hai dạng cấu trúc vịng khác Nhóm OH C5 cộng vào nhóm C = O tạo hai dạng vịng cạnh   : Dạng α Dạng β Trong dung dịch, glucozơ tồn chủ yếu dạng vòng cạnh ( ) Hai dạng vịng ln chuyển hoá lẫn theo cân qua dạng mạch hở Nhóm OH vị trí số gọi OH hemiaxetal II TÍNH CHẤT HỐ HỌC Glucozơ có tính chất anđehit ancol đa chức Tính chất ancol đa chức (poliancol hay poliol) a) Tác dụng với Cu(OH)2 Trong dung dịch, nhiệt độ thường glucozơ hoà tan Cu(OH)2 cho dung dịch phức đồng-glucozơ có màu xanh Phương trình hố học : 2C6H12O6 + Cu(OH)2  (C6H11O6)2Cu + 2H2O Phức đồng-glucozơ b) Phản ứng tạo este Khi glucozơ tác dụng với anhiđrit axetic, glucozơ tạo este chứa gốc axit axetic phân tử C6H7O(OCOCH3)5 Tính chất anđehit a) Oxi hoá glucozơ Phản ứng tráng bạc: Cho vào ống nghiệm ml dung dịch AgNO3 1% sau nhỏ giọt dung dịch NH3 5% lắc đến kết tủa vừa tan hết Thêm tiếp ml dung dịch glucozơ Đun nóng nhẹ ống nghiệm Trên thành ống nghiệm thấy xuất lớp bạc sáng gương Giải thích : Phức bạc amoniac oxi hoá glucozơ thành amoni gluconat tan vào dung dịch 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 khử Cu(II) Cu(OH)2 thành Cu(I) dạng Cu2O kết tủa màu đỏ gạch Glucozơ làm màu dung dịch brom b) Khử glucozơ Khi dẫn khí hiđro vào dung dịch glucozơ đun nóng (xúc tác Ni), thu poliancol có tên sobitol : CH2OH[CHOH]4CHO + H2 → CH2OH[CHOH]4CH2OH Sobitol Phản ứng lên men Khi có enzim xúc tác, glucozơ lên men cho ancol etylic khí cacbonic : C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 Tính chất riêng dạng mạch vịng Riêng nhóm OH C1 (OH hemiaxetal) dạng vịng tác dụng với metanol có HCl xúc tác, tạo ete gọi metyl glucozit : 6 CH2OH O OH CH2OH OH O OH + CH3OH HCl khan -H2O OH OH OH OCH3 OH Khi nhóm OH C1 chuyển thành nhóm OCH3, dạng vịng khơng thể chuyển sang dạng mạch hở IV ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG Điều chế Trong công nghiệp, glucozơ điều chế cách thuỷ phân tinh bột nhờ xúc tác axit clohiđric loãng enzim Người ta thuỷ phân xenlulozơ (có vỏ bào, mùn cưa nhờ xúc tác axit clohiđric đặc) thành glucozơ để làm nguyên liệu sản xuất ancol etylic Hai phương pháp tóm tắt phương trình phản ứng sau: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 Ứng dụng Glucozơ chất dinh dưỡng có giá trị người, trẻ em, người già Trong y học, glucozơ dùng làm thuốc tăng lực Trong công nghiệp, glucozơ dùng để tráng gương, tráng ruột phích sản phẩm trung gian sản xuất ancol etylic từ nguyên liệu có chứa tinh bột xenlulozơ V ĐỒNG PHÂN CỦA GLUCOZƠ : FRUCTOZƠ Fructozơ (C6H12O6) dạng mạch hở polihiđroxi xeton, có công thức cấu tạo thu gọn là: CH2OH [CHOH]3COCH2OH Trong dung dịch, fructozơ tồn chủ yếu dạng mạch vòng (5 cạnh cạnh) Ở trạng thái tinh thể, fructozơ dạng vòng cạnh : 6 CH2OH O OH CH2OH OH CH2OH CH2OH[CHOH]3COCH2OH Dạng α OH OH OH O OH CH2OH Dạng β Fructozơ chất kết tinh, dễ tan nước, có vị đường mía, có nhiều đặc biệt mật ong (tới 40%) làm cho mật ong có vị đậm Tương tự glucozơ, fructozơ tác dụng với Cu(OH)2 cho dung dịch phức màu xanh lam (tính chất ancol đa chức), tác dụng với hiđro cho poliancol (tính chất nhóm cacbonyl) Fructozơ khơng có nhóm CH=O có phản ứng tráng bạc phản ứng khử Cu(OH)2 thành Cu2O đun nóng mơi trường kiềm chuyển thành glucozơ : Fructozơ Glucozơ Chuyên đề tập có số tài liệu giáo sư tiến sĩ khoa học Ngơ Thị Thuận, phó giáo sư tiến sĩ khoa học Nguyễn Hữu Đĩnh Các chuyên đề viết cho sinh viên đại học, tài liệu tốt cho học sinh chun hóa chưa đủ Chúng tơi xin trích phần tài liệu tập gluxit giáo sư tiến sĩ khoa học Ngô Thị Thuận 10