Chuyên đề Cacbonhidrat là chuyên đề tương đối khó và khiến cho rất nhiều bạn học sinh cảm thấy ngại hoặc gặp khó khăn trong quá trình ôn tập và Tổng hợp kiến thức hóa 12 ôn thi đại học. Tuy nhiên đây cũng là chuyên đề có 2 câu ở mức độ thông hiểu và vận dụng chính vì vậy các kiến thức về chuyên đề chắc chắn không thể bỏ qua. Luyenthidgnl xin được chia sẻ cho các bạn học sinh những kiến thức cơ bản và cần nhớ nhất về Cacbonhidrat và Polime để các bạn có thể nắm được.
Mục lục
Khái niệm Cacbonhidrat
Cacbonhiđrat (gluxit, saccarit) là những hợp chất hữu cơ có cấu tạo tạp chức, trong các hợp chất cacbonhidrat có chứa nhiều nhóm hyđroxyl (-OH) và bao gồm cả nhóm cacbonyl (-CO-) trong phân tử. Công thức chung của Cacbonhidrat là dạng
Cn(H2O)m
Các hợp chất thuộc Cacbonhiđrat được chia thành 3 nhóm chính:
- Monosaccarit: là nhóm Cacbonhiđrat có cấu tạo đơn giản nhất và không thể bị thủy phân được nữa như fructozo hay Glucozo (Công thức chung C6H12O6)
- Disaccarit: là nhóm Cacbonhiđrat mà khi bị thủy phân sinh sẽ tạo ra 2 phân tử monosaccarit như Mantozo và Sacratozo (Công thức chung C12H22O11)
- Polisaccarit: là nhóm cacbohidrat phức tạp mà khi thủy phân đến cùng sinh ra nhiều monosaccarit như tinh bột và xenlulozo (Công thức chung (C6H10O5)n)
MONOSACCARIT
Tính chất vật lí và trạng thái trong tự nhiên:
Monosaccrit có dạng chất rắn kết tinh, không có màu, bị nóng chảy ở 2 nhiệt độ 146oC (có dạng α) và 150oc (có dạng β). Monosaccrit dễ dàng tan trong nước, có độ ngọt kém đường mía. Đây là hợp chất có nhiều trong các bộ phận của cây và đặc biệt bên trong các loại quả chín (hợp chất này có rất nhiều trong quả nho chín nên còn được gọi là đường nho). Bên cạnh đó, Glucozo còn có trong cơ thể người và các loài động vật (Glucozo chiếm 0,1% trong máu người).
Glucozo
I. Cấu trúc phân tử của Glucozo
Glucozơ tồn tại ở dạng mạch hở và mạch vòng. Công thức phân tử của Glucozo có dạng:
C6H12O6
1. Ở dạng mạch hở
Ở dạng này, Glucozo có cấu tạo của anđehit đơn chức và ancol 5 chức, có công thức cấu tạo của Glucozo dạng mạch hở được viết như sau:
CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH=O hoặc viết gọn: CH2OH[CHOH]4CHO
2. Ở dạng mạch vòng.
Trong dạng này, nhóm -OH ở C5 của Glucozo cộng vào nhóm C=O sẽ tạo ra 2 dạng vòng 6 cạnh là a và b. Thông thường dạng a chiếm 36% và dạng b chiếm 64%.
Khi ở trong dung dịch, cả hai dạng này chiếm ưu thế hơn và luôn chuyển hoá lẫn nhau đến khi tới sự cân bằng qua dạng mạch hở.
a-Glucozơ Glucozơ b-Glucozơ
Nhóm OH ở vị trí số thứ nhất có tên gọi là OH hemiaxetal
II. Tính chất hoá học của Glucozo
Glucozo mang đầy đủ các tính chất hóa học của nhóm ancol đa chức và andehit.
1. Tính chất của ancol đa chức (poliancol)
a. Có phản ứng hóa học với Cu(OH)2:
Dung dịch glucozo có khả năng hoà tan Cu(OH)2 ở to thường tạo dung dịch phức có màu xanh. Phương trình hóa học:
2C6H12O6 + Cu(OH)2 → (C6H11O6)2Cu + 2H2O
b. Có phản ứng tạo este
Khi ta cho Glucozơ tác dụng với anhidrit axetic sẽ ra este chứa 5 gốc axit có dạng công thức hóa học là: C6H7O(OCOCH3)5
2. Tính chất của nhóm andehit
a. Về tính khử.
- Khi Oxi hóa Glucozơ bằng hợp phức bạc amoniac (AgNO3 trong dung dịch NH3) ta có phương trình hóa học
CH2OH[CHOH]4CHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O → CH2OH[CHOH]4COONH4 + 2Ag + 2NH4NO3.
- Khi Oxi hoá Glucozơ bằng Cu(OH)2 và có thêm NaOH khi đun nóng tạo thành hợp chất dạng kết tủa có màu đỏ gạch.
CH2OH[CHOH]4CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH -> CH2OH[CHOH]4COONa + Cu2O + 3H2O (Điều kiện thêm nhiệt độ)
Hợp chất tạo ra có công thức hóa học: CH2OH[CHOH]4COONa có tên gọi là natri gluconat
- Glucozo có khả năng làm mất màu dung dịch nước brom. Phương trình hóa học của hiện tượng này là:
CH2OH[CHOH]4CHO + Br2 + H2O → CH2OH[CHOH]4COOH + HBr
b. Về tính oxi hoá
Tính Oxi hóa của Glucozo được thể hiện qua phương trình sau:
CH2OH[CHOH]4CHO + H2 -> CH2OH[CHOH]4CH2OH (Sobitol) (Điều kiện xảy ra phương trình có chất xúc tác Nikel – Ni và nhiệt độ)
3. Tính chất riêng của Glucozo khi ở dạng mạch vòng
Metyl a-glucozit
Khi nhóm -OH ở C1 đã chuyển thành nhóm -OCH3, khi đó dạng vòng của Glucozo lúc này không còn khả năng chuyển sang dạng mạch hở được nữa.
4. Phản ứng lên men
C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2 (Với điều kiện có enzim và nhiệt độ)
5. Điều chế và ứng dụng của Glucozo
a. Điều chế Glucozo
Để điều chế Glucozo, thông thường người ta sẽ sử dụng phản ứng.
(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6 (Với điều kiện có HCL và nhiệt độ)
b. Ứng dụng của Glucozo
Glucozo là chất dinh dưỡng có giá trị đối với của con người. Trong lĩnh vực y học, glucozo được sử dụng nhiều trong việc sản xuất nước tăng lực. Trong công nghiệp, Glocozo được sử dụng trong việc để tráng gương, tráng ruột phích và là sản phẩm trung gian có tính quan trọng trong quá trình sản xuất ancol etylic từ tinh bột và xenlulozo.
Fructozo (đồng phân của Glucozo)
Fructozo là đồng phân của Glucozo, chính vì vậy công thức phân tử giống như Glucozo và có dạng:
C6H12O6
Hoặc viết gọn: CH2OH[CHOH]3COCH2OH
- Trong dung dịch fructozơ có thể tồn tại ở dạng mạch vòng 5 cạnh hoặc dạng mạch vòng 6 cạnh.
- Ở dạng tinh thể: Fructozo ở dạng vòng 5 cạnh
a-Fructozo b-Fructozo
Trong môi trường kiềm sẽ xảy ra sự chuyển hóa qua lại giữa Fructozo là Glucozo
* Các tính chất của Fructozo:
Tương tự giống như glucozo, fructozo cũng có khả năng tác dụng với Cu(OH)2 tạo ra dung dịch phức có màu xanh; tác dụng H2 cho poliancol (sobitol); cũng tham gia phản ứng tráng bạc; phản ứng khử Cu(OH)2 /NaOH cho kết tủa đỏ gạch giống như phương trình của Glucozo.
Tuy nhiên, điểm khác biệt so với Glucozo là Fructozo không có khả năng mất màu dung dịch nước brom. Đây chính là phương pháp để nhận biết Glucozo và Frutozo mà các bạn nên nhớ
DISACCAROZO
Disaccarit là những hợp chất cacbonhidrat sau khi bị thuỷ phân sinh ra 2 phân tử monosaccarit.
Ví dụ: Mantozo và Saccarozo công thức phân tử C12H22O11
Saccararozo
I. Tính chất vật lí, trạng thái tự nhiên của Saccarozo
Trong tự nhiên, Saccarozo có dạng chất rắn kết tinh, không màu, khả năng hòa tan tốt trong nước và nóng chảy ở nhiệt độ 185oC. Sacarozo có rất nhiều trong mía, đường thốt nốt hoặc hoa thốt nốt.
II. Cấu trúc phân tử của Saccarozo
Cấu trúc phân tử saccarozo bao gồm 1 gốc α-glucozo + 1 gốc β-fructozo
Saccarozơ được tạo bởi a- Glucozơ và b- Fructơzơ.
III. Tính chất hoá học của Saccarozo
Saccarozo không còn tính khử vì không còn -OH hemixetal tự do nên Saccarozo không có khả năng chuyển hóa sang mạch hở. Chính vì vậy, saccarozo chỉ mang tính chất của ancol đa chức và đặc biệt có phản ứng thuỷ phân của disaccarit.
1. Tính chẩt của một ancol đa chức
Saccarozo có phản ứng với Cu(OH)2
2C12H22O11+ Cu(OH)2 → (C12H21O11)2Cu + 2H2O
2. Saccorozo trong phản ứng thuỷ phân
C12H22O11+ H2O → C6H12O6+ C6H12O6
3. Phản ứng được với Ca(OH)2 tạo ra dung dịch trong suốt (canxi saccarat).
C12H22O11 + Ca(OH)2 + H2O→ C12H22O11.CaO.2H2O
IV. Ứng dụng và sản xuất đường saccarozơ
1. Ứng dụng: Saccarozo được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, để sản xuất bánh, kẹo, nước giải khát. Trong công nghiệp dược phẩm dùng để pha chế thuốc
2. Sản xuất đường saccarozơ.
MANTOZO (Đồng phân của Saccarozo)
I. Cấu tạo.
Phân tử mantozo được cấu tạo từ 2 gốc Glucozơ liên kết với nhau ở C1 gốc của glucozo này với C4 của gốc của glucozo kia thông qua nguyên tử tử oxi. Liên kết -C1-O-C4 gọi là liên kết 1-4 glicozit
Nhóm -OH hemiaxetal ở gốc Glucozo thứ hai còn tự do nên trong dung dịch gốc này có khả năng mở vòng tạo ra nhóm -CHO.
II. Các tính chất của Mantozo
- Mantozo thể hiện các tính chất của poliancol tương tự như saccarozơ. Mantozo có khả năng tác dụng với Cu(OH)2 tạo ra hợp chất phức đồng – mantozơ.
- Mantozo có tính khử tương tự như Glucozo (phản ứng với AgNO3/NH3 tạo ra kết tủa bạc, phản ứng với Cu(OH)2 /NaOH đun nóng tạo hợp chất có dạng kết tủa đỏ gạch và làm mất mau nước Brom)
- Khi bị thủy phân, Mantozo tạo ra 2 phân tử Glucozo.
POLISACCARIT
Polisaccarit là những cacbonhidrat phức tạp khibị thủy phân phân tạo ra nhiều phân tử monosaccarit.
Ví dụ: Xenlulozo và tinh bột đều có công thức phân tử (C6H10O5)n
Tinh bột
I. Cấu trúc phân tử của tinh bột
+ Tinh bột có cấu tạo là hỗn hợp của 2 loại polisaccarit là amilopectin và amilozo. Cả 2 đều có công thức phân thử là (C6H10O5)n bao gồm các gốc α-glucozơ.
Cấu trúc phân tử Amilozo: bao gồm các gốc α-glucozo liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4-glucozit tạo thành các chuỗi dài không phân nhánh, và xoắn lại với nhau giống như hình lò xo.
Cấu trúc phân tử Amilopectin: bao gồm các gốc α-glucozo liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4-glucozit và liên kết α-1,6-glucozit. Khác với Amilozo, cấu trúc phân tử của Amilopectin có dạng phân nhánh.
II. Tính chất vật lí, trạng thái tự nhiên của tinh bột
Tinh bột là chất rắn không có hình dạng cụ thể, có màu trắng, không hòa tan trong môi trường nước lạnh nhưng lại tan trong nước nóng tạo dung dịch có dạng keo (hồ tinh bột). Tinh bột là hợp chất cao phân tử có rất nhiều trong các loại hạt như: gạo, mì, ngô…; trong các loại củ như: khoai, sắn.. cũng như trong một số loại hoa quả như: táo,…
III. Tính chất hóa học của tinh bột
- Hồ tinh bột có phản ứng với dung dịch I2 tạo thành dung dịch có màu xanh tím. (nếu đun nóng dung dịch này bị mất màu nhưng khi để nguội màu xanh tím xuất hiện trở lại).
→ Phản ứng này thường được dùng để nhận biết hồ tinh bột.
- Phản ứng thủy phân tinh bột
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 (tạo ra glucozơ)
- Khi có men thì thủy phân:
Tinh bột → đextrin → mantozơ → glucozơ
3. Điều chế
Trong tự nhiên, tinh bột được tổng hợp chủ yếu nhờ quá trình quang hợp của cây xanh.
6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n + 6nO2 (clorofin, ánh sáng)
Trên đây là toàn bộ kiến thức cơ bản mà các bạn cần nắm được về Lý thuyết Cacbonhidrat trong chương trình hóa học 12. Hy vọng bài viết này sẽ giúp các bạn củng cố thêm kiến thức về chuyên đề này. Chúc các bạn đạt được kết quả như mong đợi!
Một số bài viết các bạn có thể tham khảo thêm:
