Đây là các phần lý thuyết tổng hợp chọn lọc nhất của phần Cacbohydrat lớp 12. Ngoài ra còn có rất nhiều các tài liệu khác từ lớp 812 về môn Hoá và các dạng đề thi đại học, các đề thi Học sinh giỏi Hoá Quốc Gia và Quốc Tế. Mời các thầy cô và các bạn học sinh tham khảo
CHUYÊN ĐỀ CACBOHYDRAT A.Monosaccharide I Glucose Tính chất vật lý - Glucozơ chất kết tinh, khơng màu, nóng chảy 146oC (dạng α) 150oC (dạng β) - Dễ tan nước - Có vị khơng đường mía, Glucozơ có hầu hết phận lá, hoa, rễ, chín - Trong máu người có lượng nhỏ glucozơ, không đổi (khoảng 0,1 %) Cấu trúc phân tử Glucozơ có cơng thức phân tử C6H12O6, tồn dạng mạch hở mạch vòng Dạng mạch hở: CH2OH–CHOH–CHOH–CHOH–CHOH–CH=O Hoặc viết gọn là: CH2OH[CHOH]4CHO Dạng mạch vòng: Tính chất hố học Glucozơ có tính chất anđehit ancol đa chức 3.1 Tính chất ancol đa chức (poliancol hay poliol) a Tác dụng với Cu(OH)2 Trong dung dịch, nhiệt độ thường glucozơ hòa tan Cu(OH) cho dung dịch phức đồng glucozơ có màu xanh lam: → Phản ứng chứng minh glucozo có nhiều nhóm -OH b Phản ứng tạo este Khi tác dụng với anhiđrit axetic, glucozơ tạo este chứa gốc axetat phân tử C6H7O(OCOCH3)5 CH2OH(CHOH)4CHO + 5(CH3CO)2O →CH3COOCH2(CHOOCCH3)4CHO + 5CH3COOH → Phản ứng dùng để chứng minh phân tử glucozơ có nhóm -OH 3.2 Tính chất anđehit a Oxi hóa glucozơ - Với dung dịch AgNO3 NH3, đun nóng (thuốc thử Tollens) cho phản ứng tráng bạc: - Với dung dịch Cu(OH)2 NaOH, đun nóng (thuốc thử Felinh) Glucozo khử Cu (II) thành Cu (I) tạo kết tủa đỏ gạch Cu2O - Với dung dịch nước brom(màu cam): sau pư màu → Các phản ứng chứng tỏ glucozơ có nhóm CHO b Khử glucozơ Khi dẫn khí hiđro vào dung dịch glucozơ đun nóng (xúc tác Ni), thu poliancol có tên sobitol: Sobitol: Thuốc sorbitol thuốc nhuận tràng Thuốc thường sử dụng để điều trị triệu chứng táo bón khó tiêu Sorbitol xem chất phụ gia phổ biến, thuộc nhóm phụ gia để tạo vị thường thấy thực phẩm siro ho 3.3 Phản ứng lên men Khi có enzym xúc tác, glucozơ bị lên men cho ancol etylic khí cacbonic: 3.4 Tính chất riêng dạng mạch vòng Riêng nhóm –OH C1 (–OH hemiaxetal) dạng vòng tác dụng với metanol có HCl xúc tác, tạo metyl glicozit: Khi nhóm –OH C1 chuyển thành nhóm –OCH3, dạng vòng khơng thể chuyển sang dạng mạch hở Điều chế, ứng dụng 4.1 Điều chế (trong công nghiệp) - Thủy phân tinh bột với xúc tác HCl loãng enzim (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 - Thủy phân xenlulozơ với xúc tác HCl đặc: - Thủy phân mantozo: C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6 (glucozơ) - Thủy phân saccarozo: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 (glucozơ) + C6H12O6 (fructozơ) - Trùng hợp HCHO: 6HCHO → C6H12O6 (Ca(OH)2, to) 4.2 Ứng dụng - Trong y học: dùng làm thuốc tăng lực cho người bệnh (dễ hấp thu cung cấp nhiều lượng) - Trong cơng nghiệp: dùng để tráng gương, tráng ruột phích (thay cho anđehit anđehit độc) II.Fructose Cơng thức cấu tạo - Công thức phân tử C6H12O6 - Công thức cấu tạo CH2OH - CHOH - CHOH - CHOH - CO - CH2OH - Trong dung dịch, fructozơ tồn chủ yếu dạng β, vòng cạnh: thường xét đến vòng cạnh: Tính chất vật lí - Là chất rắn kết tinh, dễ tan nước, có vị gấp rưỡi đường mía gấp 2,5 lần glucozơ - Vị mật ong chủ yếu fructozơ (chiếm tới 40 %) Tính chất hóa học - Fructozơ có tính chất poliol OH – hemiaxetal tương tự glucozơ - Trong mơi trường trung tính axit, fructozơ khơng thể tính khử anđehit, mơi trường kiềm, fructozơ lại có tính chất có chuyển hóa glucozơ fructozơ qua trung gian enđiol * Chú ý: Fructozơ không phản ứng với dung dịch nước brom khơng có phản ứng lên men * SỰ CHUYỂN THÀNH ĐƯƠNG GLUCOZƠ TRONG CÂY XANH (1) (2) (3) (4) (5) 10 n 12 CO → ( C H O ) → C H O → C H OH → CH COOH → CH 3COOC2H5 B.Disaccharide III Saccharose Cấu trúc phân tử - Công thức phân tử: C12H22O11 - Cơng thức cấu tạo: hình thành nhờ GỐC Α - GLUCOZƠ VÀ GỐC Β FRUCTOZƠ BẰNG LIÊN KẾT 1,2-GLICOZIT: - Trong phân tử saccaozơ gốc α – glucozơ gốc β – fructozơ liên kết với qua nguyên tử oxi C1 glucozơ C2 fructozơ (C1 – O – C2) - Nhóm OH – hemiaxetal khơng nên saccarozơ khơng thể mở vòng tạo nhóm CHO Tính chất vật lý trạng thái tự nhiên - Saccarozơ chất kết tinh, không màu, dễ tan nước, glucozơ, nóng chảy nhiệt độ 185oC - Có nhiều mía (nên saccarozơ gọi đường mía), củ cải đường, nốt - Có nhiều dạng sản phẩm: đường phèn, đường kính, đường cát Tính chất hố học Vì khơng có nhóm chức Andehit (-CH=O) nên saccarozo khơng có tính khử glucozo (khơng có phản ứng tráng bạc) Saccarozơ có tính chất ANCOL ĐA CHỨC VÀ CĨ PHẢN ỨNG CỦA ĐISACCARIT 3.1 Tính chất ancol đa chức Dung dịch saccarozơ hòa tan kết tủa Cu(OH)2 thành dung dịch phức đồng – saccarozơ màu xanh lam 2C12H22O11 + Cu(OH)2 → (C12H21O11)2Cu + 2H2O 3.2 Phản ứng đisaccarit (thủy phân) Saccarozơ bị thủy phân thành glucozơ fructozơ khi: + Đun nóng với dung dịch axit + Có xúc tác enzim hệ tiêu hóa người Ứng dụng sản xuất 4.1 Ứng dụng Saccarozơ dùng nhiều công nghiệp thực phẩm, để sản xuất bánh kẹo, nước giải khát Trong công nghiệp dược phẩm để pha chế thuốc 4.2 Sản xuất đường saccarozơ Saccarozo sản xuất từ mía, củ cải đường hoa nốt IV Mantose Cấu trúc phân tử - Công thức phân tử C12H22O11 - Công thức cấu tạo: tạo thành từ kết hợp GỐC LIÊN KẾT Α-1,4-GLICOZIT: α -GLUCOZƠ BẰNG Là hai phân tử Alpha Glucose nối Tính chất hóa học Do kết hợp gốc glucozơ, phân tử mantozơ nhóm CHO nhóm OH liền kề nên mantozơ có tính chất hóa học Ancol đa chức anđehit - Tác dụng với Cu(OH)2 cho phức đồng - mantozơ màu xanh lam 2C12H22O11 + Cu(OH)2 → (C12H21O11)2Cu + 2H2O - Khử [Ag(NH3)2]OH Cu(OH)2 đun nóng Mantozơ thuộc loại đisaccarit có tính khử C12H22O11 + 2AgNO3 + 2NH3 + H2O → 2Ag + NH4NO3 + C12H22O12 - Bị thủy phân có mặt axit xúc tác enzim sinh phân tử glucozơ C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6 (glucozơ) Điều chế - Mantozơ điều chế cách thủy phân tinh bột nhờ anzim amilaza (có mầm lúa) Phản ứng thủy phân xảy thể người động vật C POLYSACCHARIDE V Tinh bột Cấu trúc phân tử - Tinh bột hỗn hợp hai loại polisaccarit: amilozơ amilopectin, amilozơ chiếm 20 – 30 % khối lượng tinh bột - Công thức phân tử: (C6H10O5)n 1.1 Phân tử amilozơ - Các gốc α – glucozơ liên kết với liên kết α – 1,4 – glicozit tạo thành mạch KHÔNG PHÂN NHÁNH Là chuỗi phân tử Matose nối đuôi Là chuỗi dài phân tử Glucose nối đuôi - Phân tử amilozơ không duỗi thẳng mà xoắn lại thành hình lò xo Mỗi vòng xoắn gồm gốc glucozơ 1.2 Phân tử amilopectin - Các gốc α – glucozơ liên kết với loại liên kết: + Liên kết α – 1,4 – glicozit để tạo thành chuỗi dài (20 – 30 mắt xích α – glucozơ) Giống amilozơ + Liên kết α – 1,6 – glicozit để TẠO NHÁNH Fun fact: Vì gạo nếp lại dính hơn, dẻo quánh gạo tẻ? Trong hạt tinh bột, lượng amilopectin chiếm 80%, amilozơ chiếm khoảng 20% nên cơm gạo tẻ, ngơ tẻ, bánh mì thường có độ dẻo bình thường Tinh bột gạo nếp, ngô nếp chứa lượng amilopectin cao, khoảng 90% làm cho cơm nếp, xôi nếp,… dẻo, dẻo đến mức dính Tính chất vật lý trạng thái tự nhiên - Tinh bột chất rắn vơ định hình, màu trắng, khơng tan nước nguội - Trong nước nóng từ 65oC trở lên, tinh bột chuyển thành dung dịch keo (hồ tinh bột) - Tinh bột có nhiều loại ngũ cốc, củ (khoai, sắn), (táo, chuối) Tính chất hoá học *Đặc điểm Tinh bột thuộc loại polime nên KHƠNG có hai tính chất sau: hòa tan Cu(OH)2 (dù có nhiều nhóm –OH liền kề) tính khử anđehit (dù tận phân tử có nhóm OH – hemiaxetal) Các nhóm – OH tinh bột có khả tạo este glucozơ 3.1 Phản ứng polisaccarit (thủy phân) - Thủy phân nhờ xúc tác axit vơ cơ: dung dịch thu sau phản ứng có khả tráng bạc - Thủy phân nhờ enzim: 3.2 Phản ứng màu với dung dịch iot (đặc trưng) Hồ tinh bột + dung dịch I2 → hợp chất màu xanh tím - Đun nóng thấy màu, để nguội màu xanh tím lại xuất 3.3 Điều chế Trong tự nhiên, tinh bột tổng hợp chủ yếu nhờ trình quang hợp xanh 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n + 6nO2 (clorofin, ánh sáng) Sự chuyển hóa tinh bột thể - Tinh bột loại lương thực thức ăn người - Khi ta ăn, tinh bột bị thủy phân nhờ enzim amilaza có nước bọt thành đextrin, thành mantozơ Ở ruột, enzim mantaza giúp cho việc thủy phân mantozơ thành glucozơ Glucozơ hấp thụ qua thành mao trạng ruột vào máu - Trong máu nồng độ glucozơ không đổi khoảng 0,1% Lượng glucozơ dư chuyển gan: glucozơ hợp thành enzim thành glicogen (còn gọi tinh bột động vật) trữ cho thể - Khi nồng độ glucozơ máu giảm xuống 0,1%, glicogen gan lại bị thủy phân thành glucozơ theo đường máu chuyển đến mô thể - Tại mơ, glucozơ bị oxi hóa chậm qua phản ứng phức tạp nhờ enzim thành CO2 H2O, đồng thời giải phóng lượng cho thể hoạt động - Sự chuyển hóa tinh bột thể biểu diễn sơ đồ sau: Sự tạo thành tinh bột xanh - Tinh bột tạo thành xanh từ khí cacbonic nước nhờ ánh sáng mặt trời Quá trình tạo thành tinh bột gọi trình quang hợp - Quá trình xảy phức tạp qua nhiều giai đoạn, có giai đoạn tạo thành glucozơ, viết phương trình hóa học đơn giản sau: VI Cellulose Cấu trúc phân tử - Công thức phân tử: (C6H10O5)n - Xenlulozơ polime hợp thành từ mắt xích β – glucozơ liên kết β – 1,4 – glicozit - Mỗi mắt xịch C6H10O5 có nhóm OH tự nên viết công thức cấu tạo xenlulozo [C6H7O2(OH)3]n Tính chất vật lý trạng thái tự nhiên - Xenlulozơ chất rắn hình sợi, màu trắng, khơng mùi, không vị, không tan nước dung môi hữu thông thường benzen, ete - Xenlulozơ thành phần tạo lớp màng tế bào thực vật, khung cối - Xenlulozơ có nhiều trong (95 – 98%), đay, gai, tre, nứa (50 – 80%), gỗ (40 – 50%) Tính chất hóa học Tương tự tinh bột, xenlulozơ khơng có tính khử; thủy phân xenlulozơ đến thu Glucozơ Mỗi mắt xích C6H10O5 có nhóm OH tự nên xenlulozơ có tính chất ancol đa chức 3.1 Phản ứng polisaccarit (thủy phân) - Xảy đun nóng xenlulozơ với dung dịch axit vơ - Phản ứng xảy nhờ enzim xenlulaza (trong dày trâu, bò ) Cơ thể người khơng đồng hóa xenlulozơ 3.2 Phản ứng ancol đa chức - Với HNO3/H2SO4 đặc (phản ứng este hóa): - Xenlulozơ không phản ứng với Cu(OH)2, tan dung dịch [Cu(NH 3)4] (OH)2 (nước Svayde) tạo chất lỏng nhớt dùng để tạo tơ đồng - amoniac Ứng dụng - Xenlulozơ xantogenat dùng để điều chế tơ visco, tơ axetat, chế tạo thuốc súng khơng khói chế tạo phim ảnh - Xenlulozo thường dùng trực tiếp chế tạo thành giấy ... tinh bột + dung dịch I2 → hợp chất màu xanh tím - Đun nóng thấy màu, để nguội màu xanh tím lại xuất 3.3 Điều chế Trong tự nhiên, tinh bột tổng hợp chủ yếu nhờ trình quang hợp xanh 6nCO2 + 5nH2O... C12H22O11 - Công thức cấu tạo: tạo thành từ kết hợp GỐC LIÊN KẾT Α-1,4-GLICOZIT: α -GLUCOZƠ BẰNG Là hai phân tử Alpha Glucose nối Tính chất hóa học Do kết hợp gốc glucozơ, phân tử mantozơ nhóm CHO... Xenlulozơ polime hợp thành từ mắt xích β – glucozơ liên kết β – 1,4 – glicozit - Mỗi mắt xịch C6H10O5 có nhóm OH tự nên viết công thức cấu tạo xenlulozo [C6H7O2(OH)3]n Tính chất vật lý trạng thái