chuyên đề đường - gluxit

www.khoabang.com.vn Luyện thi trên mạng _____________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN BàI số 17: Đờng - 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 C n (H 2 O) m . - Trong đó m và n là các số nguyên dơng có thể nhận các giá trị khác nhau, giá trị nhỏ nhất thờng là 6. - Trong phân tử đờng bé nhất (glucozơ hay fructozơ) có n = m = 6 nên công thức phân tử là C 6 H 12 O 6 . + Các gluxit đợc xây dựng từ một vài kiểu đơn vị cấu trúc đơn giản nhất là C 6 H 12 O 6 (ứng với công thức C 6 (H 2 O) 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 nớc và vì vậy các giá trị n và m sẽ khác nhau. + Tuỳ theo số đơn vị cấu trúc (glucozơ hay fructozơ) mà ngời ta chia các gluxit thành các loại khác nhau: - Đờng đơn có một đơn vị C 6 H 12 O 6 . Đờng 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 nh dạng , dạng và dạng mạch không đóng vòng. - Đờng kép là các gluxit tạo thành từ hai đơn vị đờng đơn và có công thức phân tử giống nhau là C 12 H 22 O 11 . Đờng kép có hai dạng đồng phân phổ biến là mantozơ và saccarozơ. + Đờng đa là các gluxit có chứa nhiều đơn vị đờng đơn với công thức chung là (C 6 H 10 O 5 ) n . Đờng đa có các chất phổ biến là tinh bột và xenlulozơ. a) Glucozơ: + Glucơzơ là loại đờng đơn quan trọng nhất. Glucôzơ có trong hoa và quả chín, trong mật ong, và trong đờng huyết (khoảng 0,1%). Khi hàm lợng glucozơ trong máu giảm thấp hơn 0,1 % thì cơ thể có cảm giác đói và muốn ăn. Khi hàm lợng đờng 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 ) = 146 o C. - Glucozơ tan tốt trong nớc, có vị ngọt kém hơn đờng kính. + Glucôzơ có thể tồn tại ở ba dạng đồng phân chính là các đồng phân mạch hở, đồng phân dạng và dạng . Trong dung dịch nớc có cả ba dạng này cân bằng O O H H H O H CH 2 OH HO H H O H 2 C 1 2 5 4 3 6 6 3 4 5 2 1 O OH H H OH CH 2 O H H HO H 2 C HO -Fructôzơ -Gluôzơ www.khoabang.com.vn Luyện thi trên mạng _____________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN 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 ngợc 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. CH 2 CH CH CH CH CH = O OH OH OH OH OH - Trong dạng , mạch C đợc 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 trớc 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 CH 2 OH. Trong cấu trúc nhóm OH của C 1 ở ngợc phía với nhóm CH 2 OH so với mặt phẳng vòng (theo cách vẽ trên). - Trong cấu trúc nhóm OH của nguyên tử C 1 ở cùng phía với nhóm CH 2 OH 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 đờng đơn cùng có công thức phân tử C 6 H 12 O 6 nh glucozơ. Fructozơ có trong quả chín ngọt, có trong mật ong (khoảng 4%). Fructozơ có vị ngọt hơn đờng 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 CH 2 OH so với mặt phẳng của vòng có tên là Fructozơ dạng và fructozơ dạng : Dạng hở Dạng + 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. 3 4 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 OHOO H O H www.khoabang.com.vn Luyện thi trên mạng _____________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN 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 , mạch C đợc 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 trớc 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 CH 2 OH. Trong cấu trúc nhóm OH của C 2 ở ngợc phía với nhóm CH 2 OH liên kết với nguyên tử C số 5 so với mặt phẳng vòng (theo cách vẽ trên). - Trong cấu trúc nhóm OH của nguyên tử C 2 ở cùng phía với nhóm CH 2 OH 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 gơng nên fructôzơ cũng không có phản ứng tráng gơng. Đây là điểm khác biệt giữa glucozơ và fructozơ. + Trong môi trờng kiềm có tồn tại chuyển hoá fructozơ glucozơ dạng mạch hở. b) Phản ứng hoá học: *) Glucozơ và fructozơ có tính chất của rợu đa chức là hoà tan đợc đồng hiđroxit tạo ra dung dịch màu xanh lam. Glucozơ có 5 chức rợu còn fructozơ có 4 chức rợu ở các nguyên tử C lân cận nên có thể phản ứng với đồng hiđroxit tạo ra phức đồng tan đợc trong nớc tạo dung dịch màu xanh lam giống nh glixerin (xem phản ứng của phần rợu đa chức). + Cả fructozơ và glucozơ đều 5 chức rợu nên có thể tạo este chứa 5 gốc axit : Chẳng hạn cho tác dụng với anhiđric axetic (CH 3 CO) 2 O sẽ thu đợc este có tối đa 5 nhóm chức este (-COO-). C 5 H 11 (OH) 5 CHO + 5 (CH 3 CHO) 2 O C 5 H 5 (OOCH 3 ) 5 CHO+ CH 3 COOH *) Riêng glucozơ có phản ứng của anđehit: + Phản ứng tráng gơng: Cho dung dịch glucozơ tác dụng với dung dịch NH 3 chứa Ag 2 O sẽ thu đợc axit gluconic HOCH 2 -(CHOH) 4 -COOH. C 5 H 11 (OH) 5 CHO + Ag 2 O C 5 H 11 (OH) 5 COOH + 2 Ag + Dung dịch glucozơ thể khử Cu(OH) 2 để tạo ra Cu 2 O (màu đỏ gạch) giống nh tất cả các anđehit. + Glucozơ có thể bị khử bằng H tạo thành rợu: HO-CH 2 -(CHOH) 4 -CH 2 OH (Sobitol) + Fructôzơ: không có phản ứng tráng gơng và phản ứng với Cu(OH) 2 , khó tham gia phản ứng cộng H vì chứa nhóm chức xeton. d) ứng dụng: Glucozơ đợc cơ thể hấp thu nhanh và cung cấp nhiều năng lợng vì thế thờng đợc sử dụng làm nguồn tăng lực (huyết thanh glucozơ) cho các vận www.khoabang.com.vn Luyện thi trên mạng _____________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN động viên sau mau chóng hồi phục sau các trận thi đấu hay tập luyện. Glucozơ đợc sử dụng trong việc tổng hợp vitamin C, tráng gơng, dễ tiêu hoá,. e) Điều chế: + Thuỷ phân tinh bột nhờ axit vô cơ: Với phản ứng này tại nhà máy kẹo Sơn Tây ngời ta đã sản xuất thành công glucozơ từ tinh bột sắn. + Tổng hợp từ cây xanh: dới 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: 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 4) Saccarơ và Mantozơ. Saccarozơ và Mantozơ đều có công thức phân tử là C 12 H 22 O 11 + Saccarozơ là đờng kép phổ biến, là chất rắn, không mùi, không màu, có vị ngọt, 0 nc t = 184 ữ 185 o C, tan tốt trong nớc. + Saccarozơ có cấu tạo gồm 1 gốc -glucozơ và 1 gốc -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 đờng nha) gồm 2 gốc -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. + Đờng sản xuất đợc có nhiều loại khác nhau: Đờng phèn là đờng kết tinh ở 30 o C dạng khối lớn. Đờng kính là đờng kết tinh ở dạng tinh khiết nhất. Đờng cát còn có tạp chất, màu vàng. Đờng phên: màu nâu sẫm. + Saccarozơ chỉ có phản ứng của rợu đa chức và phản ứng thuỷ phân thành glucozơ và fructozơ (trong mối trờng axit: H + ). Trong khi mantozơ có thêm phản ứng tráng gơng, khử Cu(OH) 2 nh các anđehit + Saccarozơ chiếm tới ~ 20% trong nớc mía ép, ~ 10 ữ 20% trong củ cải đờng. Mantozơ có thể điều chế bằng cách lên men tinh bột bằng men amylaza (mầm lúa), hay phản ứng trong cơ thể ngời. + Saccarozơ có độ tan ở 0 o C: 179g/100 ml nớc, ở 100 o C: 487 g/100 ml nớc. *) ứng dụng: trong công nghiệp bánh kẹo, đồ hộp, thực phẩm. *) Sản xuất đờng mía: Khi cho dịch mía ép trộn với sữa vôi tạo thành C 12 H 22 O 11 .CaO.2H 2 O tan đợc trong nớc. Lọc bỏ tạp chất và cho tác dụng với CO 2 + CaSO 3 . Kết tủa và dd còn lại là đờng. Quá trình này đợc dùng để tinh chế đờng. 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, trơng trong nớc hồ tinh bột. + Khi thuỷ phân tạo thành TD glucozơ do vậy có thể kết luận rằng tinh bột đợc cấu tạo từ glucozơ: -glucozơ. www.khoabang.com.vn Luyện thi trên mạng _____________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN + Tinh bột có hai loại mạch: - Amilozơ: mạch không phân nhánh M ~ 200.000 đvC: C 1 nối C 4 - Aminopectin: mạch có nhánh M ~ 10 6 đvC: C 1 nối C 4 cắm vào C 6 . + 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 (C 6 H 10 O 5 ) x . Có thể thấy hiện tợng này khi nhai kỹ cơm thấy có vị ngọt do có môi trờng kiềm trong miệng nên tinh bột thuỷ phân thành đờng. - Tinh bột có phản ứng màu đặc trng 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 nhng làm nguội màu lại xuất hiện. + Điều chế: Cây xanh có thể tổng hợp trực tiếp từ CO, H 2 O, ánh sáng (quang hợp). 6 HCO 2 + 5n H 2 O (C 6 H 10 O 5 ) n + 6n O 2 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 nớc Svayde (dd Cu(OH) 2 trong NH 3 đ), hoặc dd H 2 SO 4 đ (> 72%) trong HCl đặc (hay ZnCl 2 ). + Có cấu tạo mạch không phân nhánh có M ~ 1,7 ữ 2,4.10 6 đvC (bông), có 3 nhóm hiđroxyl tự do. Mạch Xenlulozơ đợc tạo thành từ các phân tử -glucozơ liên kết với nhau qua C 1 và C 4 . a) Tính chất hoá học. Thuỷ phân (nhúm bông và giấy lọc) trong axit vô cơ loãng tạo thành C 6 H 12 O 6 . Este hoá dễ dàng với axit nitric tạo ra hỗn hợp môno-, đi-, trinitrô xenlulozơ. [C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] n + 3n HO-NO 2 o t,SOH 42 [C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3 ] n + 3nH 2 O Este hoá với axit (dùng anhiđrit axetic): (CH 3 CO) 2 O b) ứng dụng. - Xenlulozơ đợc sử dụng trực tiếp, quan trọng nhất là làm giấy các loại. - Xenlulozơ đợc sử dụng để sản xuất tơ viscô theo quy trình sau: xenlulozơ (gỗ) + chất khác hợpHNaO dd Viscô ơ )(SO A 42 H trong nhỏlỗqua mB Sợi mảnh - Xenlulozơ đợc sử dụng để chế tạo tơ axetat: este 2 chức axetat hoặc 3 chức axetat. Xenlulozơ đi axetat [C 6 H 7 O 2 (OH)(OOCCH 3 ) 2 ] n làm phim không cháy, Tơ axetat có tính đàn hồi, bền, đẹp hơn tơ thiên nhiên. www.khoabang.com.vn Luyện thi trên mạng _____________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN Chỉ có các động vật nhai lại mới có men xenlulolaza xúc tác cho phản ứng thuỷ phân xenlulozơ có thể tiêu hoá đợc xenlulozơ. Ngời không có men này nên mặc dù trong dạ dày có axit nhng nhiệt độ thấp nên không thể tiêu hoá đợc xenlulozơ. Bài tập. 1) Đun nóng dung dịch chứa 27 gam glucozơ với bạc oxit/ dd NH 3 thu đợc bạc kim loại. Tính m Ag và khối lợng bạc nitrat cần dùng (cho hiệu suất = 100%). 2) Cho glucozơ lên men rợu. Dẫn khí CO 2 nớc vôi trong d 50 gam (100g). Tính lợng rợu, lợng glucozơ đã lên men (cho hiệu suất lên men bằng 80%). 3) Cho 2,5g glucozơ chứa 20% tạp chất lên men rợu. Trong quá trình lên men rợu hao 10%. Tính m rợu nguyên chất và thể tích rợu 40 o (lít). 4) Phản ứng tổng hợp glucozơ: 6CO 2 + 6H 2 O + 2813 kJ C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Nếu mỗi phút 1cm 2 bề mặt trái đất nhận 2,09 J năng lợng mặt trời thì cần bao nhiêu thời gian để 10 lá xanh diện tích 10 cm 2 /lá tạo ra đợc 1,8 g glucozơ. Cho biết năng lợng mặt trời chỉ đợc dùng 10% vào phản ứng tổng hợp. 5) Có 4 bình mất nhãn đựng glixerin, rợu etylic, dung dịch glucozơ và dung dịch anilin trong dung môi trơ. Trình bày phơng pháp hoá học để nhận biết. Viết phơng trình phản ứng. 6) Dùng phơng 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 gơng. Đun nóng dung dịch với 1 vài giọt axit vô cơ, rồi trung hoà bằng kiềm dd có phản ứng tráng gơng. Giải thích quá trình thí nghiệm và viết phơng 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 lợng xenlulozơ và lợng dd HNO 3 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 phơng trình điều chế rợu etylic, etylen glicol, cao su buna, glixerin, isopropylen, este metylacrylat. 11) Cho xenlulozơ phản ứng với anhiđrit axetic (CH 3 CO) 2 O sinh ra 33,3 g một hỗn hợp rắn gồm xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat cùngvới một sản phẩm lỏng là CH 3 COOH. Lấy 1/10 lợng dung dịch CH 3 COOH đem trung hoà hết 66 ml dd NaOH 0,5M. Viết phơng trình phản ứng đã xảy ra và tính www.khoabang.com.vn Luyện thi trên mạng _____________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN % khối lợng hỗn hợp rắn. Coi tỉ lệ 2 loại axetat xenlulozơ = tỉ lệ 2loại mắt xích: C 6 H 7 O 2 (OOCCH 3 ) và C 6 H 7 O 2 (OH)(OOCCH 3 ) 2 12) A là 1 chất chứa C, H, O trong 1 bình kín dung tích không đổi chứa hơi A và lợng O 2 gấp đôi cần thiết để đốt cháy ở 136,5 o C và áp suất P. Đốt cháy ở nhiệt độ tạo thành 4/9P. Coi nh CO 2 không tan trong nớc. Xác định CTPT A. Viết phơng trình điều chế glucôzơ từ A. . Kim Long - HKHTN BàI số 17: Đờng - 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 C n (H 2 O) m . - Trong. O H H HO H 2 C HO -Fructôzơ -Gluôzơ www.khoabang.com.vn Luyện thi trên mạng _____________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN nhau. Dạng mạch. fructozơ và glucozơ đều 5 chức rợu nên có thể tạo este chứa 5 gốc axit : Chẳng hạn cho tác dụng với anhiđric axetic (CH 3 CO) 2 O sẽ thu đợc este có tối đa 5 nhóm chức este (-COO-). C 5 H 11 (OH) 5 CHO