Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 18 Các hợp chất gluxit (cacbohidrat). Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 18 Các hợp chất gluxit (cacbohidrat). Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 18 Các hợp chất gluxit (cacbohidrat).
CHƯƠNG XVIII CÁC HỢP CHẤT GLUXIT I Phân loại Gluxit tên gọi loại hợp chất hữu phổ biến thể sinh vật Công thức phân tử Cn(H2O)m Các chất gluxit phân làm loại a) Monosaccarrit gluxit đơn giản nhất, không bị thuỷ phân thành gluxit đơn giản Ví dụ: glucozơ, fructozơ (C6H12O6), ribozơ (C5H10O5) b) Oligosaccarit sản phẩm ngưng tụ từ đến 10 phân tử monosaccarit với tách bớt nước Quan trọng đisaccarit hay điozơ có cơng thức chung C 12H22O11 Các đisaccarit bị thuỷ phân tạo thành phân tử monosaccarit Ví dụ thuỷ phân saccarozơ c) Polisaccarit hợp chất cao phân tử Khi bị thủy phân, polisaccarit tạo thành số lớn phân tử monosaccarit Ví dụ: Tinh bột, xenlulozơ, glicogen có cơng thức chung (C6H10O5)n II Monosaccarit Công thức cấu tạo (C6H12O6) Monosaccarit hợp chất tạp chức mà phân tử ngồi nhóm có nhiều nhóm chức OH nguyên tử cacbon kế Nếu nhóm dạng anđehit (có nhóm CH = O), ta gọi monosaccarit anđozơ, nhóm dạng xeton, ta có xetozơ Tuỳ theo số nguyên tử cacbon phân tử, monosaccarit (anđozơ xetozơ) gọi triozơ (3C), tetrozơ (4C), pentozơ (5C), hexozơ (6C), heptozơ (7C) Những monosaccarit quan trọng hexozơ sau pentozơ Ví dụ: glucozơ, frutozơ,… Ngồi đồng phân cấu tạo (anđozơ xetozơ), monossaccarit có đồng phân khơng gian gọi đồng phân quang học, đồng phân không gian lại có tên riêng Cấu tạo dạng mạch hở glucozơ Glucozơ tham gia phản ứng tráng bạc khử Cu 2+, phân tử phải có nhóm chức anđehit (CH = O) Glucozơ tác dụng với (CH3CO)2O sinh pentaeste C6H7O(OCOCH3)5, chứng tỏ phân tử có nhóm -OH; nhóm -OH tạo phức chất màu xanh lam tác dụng với Cu(OH)2 (tương tự glixerin) Từ kết thực nghiệm, người ta thấy glucozơ pentahiđroxi anđehit có mạch thẳng khơng phân nhánh Do phân bố khác nhóm OH khơng gian, glucozơ có nhiều đồng phân khơng gian Glucozơ thiên nhiên, gọi D-glucozơ (có nhóm OH C5 bên phải) để phân biệt với đồng phân điều chế phòng thí nghiệm Lglucozơ (nhóm O bên trái) Cơng thức cấu trúc sau: Cấu trúc dạng mạch vòng glucozơ Ngồi dạng mạch hở, glucozơ có dạng mạch vòng cạnh cạnh Glucozơ vòng cạnh gọi glucopiranozơ vòng có dạng dị vòng piran, vòng cạnh gọi glucofuranozơ có dạng dị vòng furan Glucopiranozơ bền nhiều so với glucofuranzơ Cấu trúc phân tử fructozơ Fructozơ thiên nhiên gọi D-fructozơ, có cơng thức cấu trúc Tính chất vật lý - trạng thái tự nhiên Monosaccarit chất khơng màu, có vị ngọt, dễ tan nước, không tan dung mơi hữu cơ, có khả làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải sang trái Trong thiên nhiên, glucozơ có hầu hết phận thể thực vật: rễ, lá, hoa… Glucozơ có thể người, động vật Fructozơ trạng thái tự cây, mật ong Vị mật ong chủ yếu fructozơ Tính chất hố học a) Phản ứng nhóm anđehit CH = O Phản ứng oxi hố nhóm chức anđehit thành nhóm chức axit Khi glucozơ trở thành axit gluconic + Phản ứng tráng gương + Phản ứng với Cu(OH)2 (trong môi trường kiềm) (màu đỏ gạch) + Phản ứng oxi hoá mơi trường trung tính axit, ví dụ HOBr: + Phản ứng khử nhóm -CHO tạo rượu lần rượu b) Phản ứng nhóm OH Phản ứng với Cu(OH)2 cho dd màu xanh lam Tạo este có chứa gốc axit lần axit Ví dụ glucozơ phản ứng với anhiđrit axetic (CH3CO)2O tạo thành pentaaxetyl glucozơ : c) Phản ứng glucozơ dạng vòng: Nhóm OH ngun tr C1 phân tử glucozơ dạng vòng linh động nhóm OH khác nên dễ dàng tạo ete với phân tử rượu khác (ví dụ với CH 3OH) tạo thành glucozit: d) Phản ứng lên men Dưới tác dụng chất xúc tác men vi sinh vật tiết ra, chất đường bị phân tích thành sản phẩm khác Các chất men khác gây trình lên men khác Ví dụ: Lên men etylic tạo thành rượu etylic Lên men butyric tạo thành axit butyric: Lên men lactic tạo thành axit lactic: Lên men limonic tạo thành axit limonic: Điều chế a) Quá trình quang hợp xanh tác dụng xạ mặt trêi, tạo thành glucozơ monosaccarit khác: b) Thuỷ phân đi, polisaccarit có thiên nhiên (như saccarozơ, tinh bột, xenlulozơ…) tác dụng axit vô hay men (glucozơ) (fructozơ) c) Trùng hợp anđehit fomic (glucozơ) III Đisaccarit Đisaccarit loại gluxit phức tạp hơn, thuỷ phân cho hai phân tử monosaccarit Những monosaccarit tiêu biểu quan trọng saccarozơ, mantozơ, lactozơ có cơng thức phân tử C12H22O11 Tính chất vật lý Tất đisaccarit đèu chất không màu, kết tinh tan tốt nước Tính chất hóa học a) Phản ứng thuỷ phân (Lactozơ đisaccarit có sữa) b) Phản ứng nhóm anđehit Saccarozơ khơng có nhóm chức anđehit nên không tham gia phản ứng tráng gương phản ứng với Cu(OH)2 Mantozơ lactozơ hoà tan dd chuyển phần sang dạng tautome có nhóm chức anđehit nên có phản ứng tráng gương phản ứng với Cu(OH)2 c) Phản ứng với hiđroxit kim loại (tác dụng với Cu(OH)2) tham gia phản ứng tạo ete este (phản ứng rượu nhiều lần rượu) Điều chế Các đisaccarit điều chế từ nguồn nguyên liệu thiên nhiên Ví dụ Saccarozơ lấy từ mía, củ cải đường Saccarozơ mía tác dụng với sữa vôi tạo thành dd canxi saccarat suốt Khi sục CO2 vào dd canxi saccarat lại tạo thành saccarozơ: Mantozơ chất đường chủ yếu mạch nha (đường mạch nha) Nó sản phẩm thuỷ phân tinh bột Lactozơ có sữa người, động vật (vì có tên đường sữa) Ngồi tìm thấy có lactozơ thực vật IV Polisaccarit Polisaccarit gluxit cấu thành nhiều đơn vị monosaccarit nối với liên kết glicozit Những polisaccarit thường gặp: tinh bột, xenlulozơ,… Tinh bột (C6H10O5)n a) Cấu tạo: Tinh bột hỗn hợp polisaccarit (C6H10O5)n, khác số n cấu trúc chuỗi polime Tinh bột có củ hạt nhiều loại Các phân tử tinh bột gồm loại: Loại amilozơ cấu tạo từ chuỗi polime không phân nhánh gồm mắt xích glucozơ mạch vòng với n vào khoảng 200 400 có tới 1000 Giữa mắt xích cầu oxi nối nguyên tử C1 gốc thứ với nguyên tử C gốc thứ Cầu oxi gọi liên kết -1, glicozit Loại amilopectin: Chuỗi polime có phân nhánh, hệ số n từ 600 - 6000 Sự hình thành mạch nhánh liên kết - 1,6 glicozit, biểu diễn sau: Tỷ lệ amilozơ amilopectin thay đổi tuỳ theo loại tinh bột, amilozơ thường chiếm 20% amilopectin chiếm khoảng 80% b) Tính chất vật lý: Tinh bột cấu tạo từ hạt nhỏ có hình dạng kích thước khác nhau, phần ngồi hạt tinh bột cấu tạo từ amilopectin, phần bên cấu tạo từ amilozơ Các hạt tinh bột không tan nước lạnh Trong nước nóng hạt bị phồng lên vỡ thành dd keo gọi hồ tinh bột c) Tính chất hoá học: Hồ tinh bột + dd iot dd màu xanh Tinh bột không tham gia phản ứng khử (phản ứng tráng gương với Cu 2+) phân tử khơng có chức anđehit Phản ứng thuỷ phân tinh bột thành glucozơ xảy đun nóng với xúc tác axit vơ lỗng nhờ enzim, phương trình tổng quát: Ở giai đoạn trung gian sinh đextrin (C 6H10O5)x (x < n) mantozơ Quá trình thuỷ phân diễn theo sơ đồ sau: d) Sự tạo thành tinh bột từ CO2 H2O: Năng lượng mặt trêi hấp thụ, chuyển qua sắc tố: clorofin (màu xanh lục), carotin (màu da cam), xantofin (màu vàng) dùng để thực trình quang hợp (glucozơ) (tinh bột) e) Ứng dụng tinh bột Làm lương thực cho người động vật Điều chế glucozơ Điều chế mạch nha Điều chế rượu etylic Hồ vải Xenlulozơ (C6H10O5)n a) Cấu tạo phân tử: Khác với tinh bột, cấu tạo phân tử xenlulozơ có đặc điểm sau: n lớn ( từ 6000 12000 ) Chuỗi polime xenlulozơ mạch thẳng khơng phân nhán, tạo thành sợi (sợi bơng, sợi gai, sợi đay…) chuỗi polime xếp theo phương xuất lực tương tác chuỗi Mỗi mắt xích (1 mắt xích glucozơ) có nhóm OH, nhóm chức rượu bậc nhóm chức rượu bậc Để nhấn mạnh đặc điểm này, người ta thường viết công thức phân tử xenlulozơ sau: b) Tính chất vật lý Xenlulozơ chất rắn, khơng mùi, khơng có vị, có dạng sợi, có tính thấm nước Xenlulozơ khơng tan nước, ete, rượu tan số dung môi đặc biệt dd Sveze gồm Cu(OH)2 NH3 đặc, dd H2SO4 đặc c) Tính chất hố học: Bền tinh bột (không tạo màu xanh với iot) Tạo thành este Trinitroxenlulozơ chất nổ mạnh, dùng làm thuốc súng khơng khói Khi este hố khơng hồn tồn thu mono, đinitroxenlulozơ dùng để chế sơn, làm phim, keo dán,… Phản ứng tạo thành xenlulozơ điaxetat xenlulozơ triaxetat Các chất điều chế phản ứng xenlulozơ anhiđrit axetic có H2SO4 xúc tác: Xenlulozơ axetat khơng dễ cháy xenlulozơ nitrat, dùng để chế tơ nhân tạo, đồ nhựa, sơn Khi chế hoá với kiềm đặc (NaOH) xenlulozơ bị phồng lên thành xenlulozơ kiềm sản phẩm khơng hồn tồn Xenlulozơ kiềm chế hố với CS2 tạo thành xenlulozơ xantogenat Xenlulozơ xantogenat hoà tan dd kiềm loãng thành dd nhớt gọi visco Khi ép để visco chảy qua lỗ nhỏ vào dd axit thu sợi xenlulozơ hiđrat, tơ visco Phản ứng thuỷ phân xenlulozơ Xenlulozơ khó bị thuỷ phân tinh bột Phải đun nóng lâu với axit vơ lỗng áp suất cao, xenlulozơ thuỷ phân hoàn toàn thu glucozơ: (glucozơ) d) Xenlulozơ tự nhiên - Ứng dụng Xenlulozơ có nhiều sợi (98%), sợi đay, gai…Trong gỗ cớ khoảng 50% xenlulozơ Xenlulozơ dùng để làm giấy, làm vải, sợi, tơ nhân tạo (ví dụ tơ visco), thuốc súng khơng khói, chất dẻo (xenluloit), sơn, sản xuất rượu etylic ... saccarozơ, mantozơ, lactozơ có cơng thức phân tử C12H22O11 Tính chất vật lý Tất đisaccarit đèu chất không màu, kết tinh tan tốt nước Tính chất hóa học a) Phản ứng thuỷ phân (Lactozơ đisaccarit có sữa)... tạo thành glucozit: d) Phản ứng lên men Dưới tác dụng chất xúc tác men vi sinh vật tiết ra, chất đường bị phân tích thành sản phẩm khác Các chất men khác gây trình lên men khác Ví dụ: Lên men... glucofuranzơ Cấu trúc phân tử fructozơ Fructozơ thi n nhiên gọi D-fructozơ, có cơng thức cấu trúc Tính chất vật lý - trạng thái tự nhiên Monosaccarit chất không màu, có vị ngọt, dễ tan nước, khơng