SKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRAT

SKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN HỆ THỐNG HÓA BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRATSKKN 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 chun: Tở chun mơn phải tự biên soạn chương trình, tự tìm và biên soạn tài liệu để giảng dạy - Chủ trương 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 hệ trước - Trên sở chương trình khung ngày càng được hoàn thiện và tài liệu thày cô đã biên soạn, học sinh tự học, tự nghiên cứu tài liệu cách chủ động sáng tạo - Hàng năm hội trường chuyên duyên hải và đồng bắc tở chức hộ thảo, tở hóa trường Lê Hồng Phong phải có chuyên đề có chất lượng - Phần cacbohidrat khó, hay thi ở mọi cấp độ Cacbohidrat là nhóm hợp chất hữu quan trọng và phổ biến tự nhiên Nội dung kiến thức về nhóm hợp chất này ln chú trọng và hầu đề thi học sinh giỏi mơn hóa cấp quốc gia đều đề cập đến Ngày có nhiều hợp chất mà cấu trúc và nguồn gốc sinh học liên hệ mật thiết tới hợp chất “cacbohidrat” quen thuộc trướcđây, điều này bắt buộc IUPAC dần dần mở rộng và đưa khái niệm rộng rãi sau:“Cacbohiđrat bao gồm monosaccarit, oligosaccarit, polisaccarit và 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 cả những dẫn xuất chúng.” [3]Do số tài liệu chưa kịp cập nhật và chỉnh sửa, nên đơi khiđã gây khó khăn cho học sinh và giáo viên Trong đề thi học sinh giỏi quốc gia hóa gần đều đã dùng khái niệm và mở rộng, đồng thời liên tiếp giới thiệu cacbohidrat phức tạp tự nhiên Để học sinh hiểu và giải loại bài tập này, chúng tơi đã 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 vấn đề đề thi học sinh giỏi quốc gia và quốc tế người thầy cần phải khai thác kiến thức giáo trình đại học để dạy cho học sinh chun - Tở hóa –Sinh-CN trường THPT chuyên Lê Hồng Phong đã biên soạn nhiều chuyên đề và tiếp tục hoàn thiện Những tài liệu này thực có tác tác dụng tốt cho thày và trò II Đối với trò: - Đại đa số học sinh lúng túng về tài liệu, chưa biết cách đọc sách và khai thác sách để ham đọc sách - Chưa có điều kiện để phát huy tư và rèn luyện những kỹ đã học, đã đọc ở những chương trước đó: + Đọc tên hợp chất hữu có cấu tạo phức tạp + Kỹ làm bài tập về đồng phân, cấu trúc + Dự đoán chiều hướng phản ứng + Hiểu và trình bày chế phản ứng + Tổng hợp hữu + Xác định cấu trúc hợp chất hữu III Tài liệu tham khảo cho thày trò Chúng tơi dẫn nội dung bài lý thuyết sách HÓA HỌC 12 chương trình nâng cao Mặc dù cho là tải đại đa số học sinh phổ thơng, học sinh chun 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 là chất kết tinh, khơng màu, nóng chảy ở 146OC (dạng ) và 150OC (dạng ), dễ tan nước, có vị ngọt khơng ngọt đường mía Glucozơ có hầu hết phận lá, hoa, rễ, và là quả chín Đặc biệt, glucozơ có nhiều quả nho chín nên gọi là đường nho Trong mật ong có nhiều glucozơ (khoảng 30%) Glucozơ có thể người và động vật Trong máu người có lượng nhỏ glucozơ, hầu không đổi (nồng độ 0,1%) II CẤU TRÚC PHÂN TỬ Glucozơ có cơng thức phân tử là C 6H12O6, tồn tại ở hai dạng mạch hở và 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 công thức cấu tạo thu gọn dạng mạch hở là : CH2OH – CHOH – CHOH – CHOH –CHOH – CH = O viết gọn là : CH2OH[CHOH]4CHO Dạng mạch vòng a) Dữ kiện Glucozơ kết tinh tạo hai dạng tinh thể có nhiệt độ nóng chảy khác Các dữ kiện thực nghiệm khác đều cho thấy hai dạng tinh thể ứng với hai dạng cấu trúc vòng khác Nhóm OH ở C5 cộng vào nhóm C = O tạo hai dạng vòng cạnh  và  : Dạng α Dạng β Trong dung dịch, glucozơ tồn tại chủ yếu ở dạng vòng cạnh ( và ) Hai dạng vòng này ln chuyển hố lẫn theo cân qua dạng mạch hở Nhóm OH ở vị trí số gọi là OH hemiaxetal II TÍNH CHẤT HỐ HỌC Glucozơ có tính chất anđehit và ancol đa chức Tính chất ancol đa chức (poliancol hay poliol) a) Tác dụng với Cu(OH)2 Trong dung dịch, ở 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 hố glucozơ Phản ứng tráng bạc: Cho vào ống nghiệm sạch ml dung dịch AgNO3 1% sau nhỏ giọt dung dịch NH3 5% và lắc đều đến kết tủa vừa tan hết Thêm tiếp ml dung dịch glucozơ Đun nóng nhẹ ống nghiệm Trên thành ống nghiệm thấy xuất hiện lớp bạc sáng gương Giải thích : Phức bạc amoniac đã oxi hố glucozơ thành amoni gluconat tan vào dung dịch và 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 là sobitol : CH2OH[CHOH]4CHO + H2 → CH2OH[CHOH]4CH2OH Sobitol Phản ứng lên men Khi có enzim xúc tác, glucozơ lên men cho ancol etylic và khí cacbonic : C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 Tính chất riêng dạng mạch vòng Riêng nhóm OH ở C1 (OH hemiaxetal) dạng vòng tác dụng với metanol có HCl xúc tác, tạo ete gọi là metyl glucozit : Khi nhóm OH ở C1 đã chuyển thành nhóm OCH3, dạng vòng khơng thể chuyển sang dạng mạch hở nữa 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 đều tóm tắt phương trình phản ứng sau: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 Ứng dụng Glucozơ là chất dinh dưỡng có giá trị người, là trẻ em, người già Trong y học, glucozơ dùng làm thuốc tăng lực Trong công nghiệp, glucozơ dùng để tráng gương, tráng ruột phích và là sản phẩm trung gian sản xuất ancol etylic từ nguyên liệu có chứa tinh bột và xenlulozơ V ĐỒNG PHÂN CỦA GLUCOZƠ : FRUCTOZƠ Fructozơ (C6H12O6) ở dạng mạch hở là polihiđroxi xeton, có cơng thức cấu tạo thu gọn là: CH2OH [CHOH]3COCH2OH Trong dung dịch, fructozơ tồn tại chủ yếu ở dạng mạch vòng (5 cạnh cạnh) Ở trạng thái tinh thể, fructozơ ở dạng vòng cạnh : Dạng α Dạng β Fructozơ là chất kết tinh, dễ tan nước, có vị ngọt đường mía, có nhiều quả ngọt và đặc biệt mật ong (tới 40%) làm cho mật ong có vị ngọt 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 và phản ứng khử Cu(OH)2 thành Cu2O là đun nóng mơi trường kiềm chuyển thành glucozơ : Fructozơ Glucozơ Chuyên đề bài 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, là tài liệu tốt cho học sinh chun hóa chưa đủ Chúng tơi xin trích phần tài liệu bài tập về gluxit giáo sư tiến sĩ khoa học Ngô Thị Thuận C CÁC GIẢI PHÁP (NỘI DUNG) Trong mục đều trình bày gồm đoạn: Đoạn đầu đề cập về hợp chất saccarit và dẫn chất chúng, đoạn sau là bài tập về hợp chất tự nhiên có hai phần liên kết với - thành phần có bản chất là saccarit, thành phần phi saccarit (đôi gọi là aglycon) I Monosaccarit Bên cạnh cácmonosaccarit đã quen thuộc dạng polyhidroxy andehit H-[CHOH]n-CHO polyhidroxy xeton H-[CHOH]n-CO-[CHOH]m-H, đề thi gầnđây thường hướng đến những monosaccarit không quen thuộc mạch vòng, mạch phân nhánh, thay nhóm hydroxy nhóm khác… Bài 1: (Câu ý vòng năm 2014) Một monosaccarit A khơng quang hoạt có cơng thức phân tử C6H10O6 Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling không phản ứng với nước brom Khử A NaBH4 tạo thành hợp chất B và C có cơng thức phân tử C6H12O6 Khi bị oxi hóa bởi HIO4, mol B mol C đều tạo thành mol HCOOH Khi cho B C phản ứng với anhiđrit axetic, đều tạo thành sản phẩm có cơng thức phân tử C18H24O12 Khi oxi hóa mạnh, A tạo thành axit (D, L)-iđaric Hãy xác định cấu trúc A Giải thích tại A có khả phản ứng với thuốc thử Feling? Biết axit iđaric thu oxi hóa iđozơ dung dịch HNO3 Hướng dẫn: Monosaccarit A(C6H10O6) có v + π = A tác dụng với H (Ni xúc tác) tạo B và C, C6H12O6, có v + π = 1, chứng tỏ B và C có vòng no, từ cạnh trở lên - mol chất B và C tác dụng với HIO thu mol HCOOH; mol chất B C tác dụng với mol (CH3CO)2O Từ dữ kiện này (và dữ kiện ở trên) cho thấy B và C có cấu trúc đối xứng, có nhóm -OH Cấu tạo B và C sau: Do đó, A là xeton với cấu tạo sau: - Khi oxi hóa A thu axit D,L-iđaric - Vậy cấu trúc A sau: - Trong môi trường bazơ, A đồng phân hóa thành hợp chất chứa nhóm anđehit, đó, A tác dụng với thuốc thử Feling Nhận xét: Đây là bài tập rấtđáng chúý, khóở chỗ bắt buộc học sinh phải chấp nhậnđịnh nghĩa mở rộng về monosaccarit Rất nhiều học sinh dùngđịnh nghĩa cũ và bế tắt, khơng tìm cấu trúc phù hợp Ngoài ra, bài tập yêu cầu nhớ cấu trúc iđozơ, có lẽ khơng nên bắt học sinh học thuộc mà nên cho thêm tên hệ thống hay gợiý iđozơ là đồng phân epime glucozơở C2.Về phản ứng với thuốc thử Feling,đây là dữ kiện gây nhiễu tương đối khó học sinh, vìcơ chế đápán là chế nghịch ngưng tụ andol Từbài tập trên, xây dựng bài tập tương tự xoay quanh monosaccarit mạch vòng nhằm giúp học sinh làm quen vớiđịnh nghĩa mở rộng, tăng dần độ khó bài tập Xin giới thiệu bài tập sau: Bài tập đề xuất 1.1:Một monosaccarit A không quang hoạt có cơng thức phân tử C5H8O5 Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling khơng phản ứng với nước brom Khử A NaBH4 tạo thành hợp chất B và C có cơng thức phân tử C5H10O5 đều không quang hoạt Khi bị oxi hóa bởi HIO4, mol B mol C đều tạo thành mol HCOOH Khi cho B C phản ứng với anhiđrit axetic, đều tạo thành sản phẩm có cơng thức phân tử C 15H20O10 Khi oxi hóa mạnh, A tạo thành axit 2,3,4-trihidroxypentandioic khơng quang hoạt Hãy xác định cấu trúc A Giải thích tại A có khả phản ứng với thuốc thử Feling Hướng dẫn: Cấu trúc A phải là: Bài tập đề xuất 1.2:Một monosaccarit A không quang hoạt có cơng thức phân tử C5H8O5 Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling không phản ứng với nước brom Khử A NaBH4 tạo thành hợp chất B và C có cơng thức phân tử C5H10O5 đều khơng quang hoạt Khi bị oxi hóa bởi HIO4, mol B mol C đều tạo thành mol HCOOH Khi oxi hóa mạnh, A tạo thành hỗn hợp raxemic củaaxit 2,3,4-trihidroxypentandioic Hãy xác định cấu trúc A Giải thích tại A có khả phản ứng với thuốc thử Feling Hướng dẫn: Cấu trúc A là: Nhận xét: Khi yếu tố bất ngờ qua đi, học sinh đã làm quen những bài tập dạng này không xếp vào dạng khó, dù thay đởi thêmít nhiều học sinh có khả làm trọn vẹn Đề xuất: Một monosaccarit A quang hoạt có cơng thức phân tử C6H10O6 Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling khơng phản ứng với nước brom Khi oxy hóa mạnh A sinh axit tricacboxylic có axit khơng quang hoạt A phản ứng với anhiđrit axetic tạo thành B có cơng thức phân tử C 16H20O11 A tác dụng với CH3OH có mặt HCl khan thu C Khi bị oxi hóa bởi HIO thủy phân C sinh hỗn hợp HCOOH, HOCH 2COOH, CHOCOCHO, CH3OH Mặt khác, C có khả phản ứng tối đa với đương lượng axeton có mặt xúc tác axit Hãy xác định cấu trúc A Giải thích tại A có khả phản ứng với thuốc thử Feling Bài 2: (Câu ý vòng năm 2009)Cho sơ đồ chuyển hố sau: CH3 HO O OMe HIO4/H2O C6H12O5 OH OH A B O Ag / I CH H /N i, t C8H16O5 C CH2OH H o C OCH3 O H3C H CH2OH a Viết công thức cấu trúc A (có biểu diễn cấu hình ngun tử cacbon bất đối) A thuộc dãy nào (D hay L) và dạng α-glicozit hay β-glicozit? b Viết công thức cấu tạo B và C biết B không chứa nhóm cacbonyl Giải thích tạo thành B c Vì B khơng chứa nhóm cacbonyl mà bị khử bởi hiđro? Hướng dẫn:a Cấu trúc A là O OMe HO CH3 OH OH Nó thuộc dãy L, loại β-glicozit b Sau phản ứng với HIO4, nhóm anđehit bị hiđrat hố thành gem điol, chất này tạo vòng với nhóm anđehit thứ hai, là phản ứng metyl hoá O OMe HO CH3 HIO4 H2O OH OH A O OMe HC CH3 O HO CH OH O OMe HC CH3 HO O CH B O OMe CH3I Ag2O HC CH3 MeO O CH OH C OMe c.Dưới tác dụng nhiệt, B mở vòng, bị đehiđrat hố trở lại anđehit và bị khử Nhận xét: Đây là bài tập về monosaccarit cónhóm hyđroxy thay nguyên tử H (deoxi), bài tập khơng q khó nhưnghay, khai thác tốt kiến thức quen thuộc với học sinh, đồng thời cóđiểm không đánhđố Bài tập đề xuất 2.1: Cho sơ đồ chuyển hoá sau: ... 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... nhóm hợp chất này chú trọng và hầu đề thi học sinh giỏi mơn hóa cấp quốc gia đều đề cập đến Ngày có nhiều hợp chất mà cấu trúc và nguồn gốc sinh học liên hệ mật thiết tới hợp chất. .. đoạn: Đoạn đầu đề cập về hợp chất saccarit và dẫn chất chúng, đoạn sau là bài tập về hợp chất tự nhiên có hai phần liên kết với - thành phần có bản chất là saccarit, thành phần