I. KHÁI NIỆM CACBONHIDRAT
Cacbohiđrat (hay gluxit hoặc saccarit) là những hợp chất hữu cơ tạp chức thường có công thức chung là Cn(H2O)m, có chứa nhiều nhóm OH và nhóm cacbonyl (anđehit hoặc xeton) trong phân tử.
Cacbonhiđrat được chia thành 3 nhóm chủ yếu:
- Monosacarit là nhóm cacbonhiđrat đơn giản nhất, không thể phân hủy được. Ví dụ: glucozơ, fructozơ.
- Đisaccarit là nhóm cacbonhiđrat mà khi thủy phân mỗi phân tử sinh ra hai phân tử monosaccarit. Ví dụ: saccarozơ, mantozơ.
- Polisaccarit là nhóm cacbonhiđrat phức tạp , khi thủy phân đến cùng mỗi phân tử sinh ra nhiều phân tử monosaccarit. Ví dụ: tinh bột, xenlulozơ.
II. GLUCOZƠ
1. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên
- Là chất rắn, tinh thể không màu, dễ tan trong nước, có vị ngọt, nhưng không ngọt bằng đường mía.
- Có trong hầu hết các bộ phận của cây, nhiều nhất là trong quả chín, đặc biệt là trong quả nho chín nên glucozơ còn được gọi là đường nho.
- Trong mật ong có khoảng 30% glucozơ.
- Trong máu người có một lượng nhỏ glucozơ nồng độ 0,1%.
2. Cấu tạo phân tử
- Công thức phân tử: C6H12O6.
- Công thức cấu tạo: CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH=O hoặc CH2OH[CHOH]4CHO.
Vậy, glucozơ là hợp chất tạp chức, ở dạng mạch hở phân tử có cấu tạo của anđehit đơn chức và ancol 5 chức. Trong thực tế, glucozơ tồn tại chủ yếu ở hai dạng mạch vòng α-glucozơ và β-glucozơ.
3. Tính chất hóa học
Glucozơ có tính chất của andehit đơn chức và ancol đa chức.
a. Tác dụng với Cu(OH)2
Ở nhiệt độ thường, glucozơ phản ứng với Cu(OH)2 cho phức đồng Cu(C6H11O6)2 tương tự glixerol.
2C6H12O6 + Cu(OH)2 → (C6H11O6)2Cu + 2H2O
b. Phản ứng tạo este
Glucozơ phản ứng với anhidrit axetic (CH3CO)2O có mặt piriđin tạo este chứa 5 gốc axit axetic.
c. Oxi hóa glucozơ bằng dung dịch AgNO3 trong amoniac (phản ứng tráng bạc)
Thí nghiệm: Cho lần lượt vào cùng một ống nghiệm sạch 1ml dung dịch AgNO3 1%, sau đó nhỏ từng giọt dung dịch NH3 cho đến khi kết tủa vừa xuất hiện lại tan hết. Thêm tiếp vào 1ml dung dịch glucozơ 1%. Đun nóng nhẹ.
Hiện tượng: Thành ống nghiệm có một lớp sáng bóng như gương.
Giải thích: Dung dịch AgNO3 trong NH3 đã oxi hóa glucozơ tạo thành muối amoni gluconat và bạc kim loại bám vào thành ống nghiệm.
HOCH2[CHOH]4CHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O (underrightarrow{t^o}) HOCH2[CHOH]4COONH4 + 2Ag + 2NH4NO3
d. Oxi hóa glucozơ bằng Cu(OH)2
Trong môi trường kiềm, glucozơ bị oxi hóa bởi Cu(OH)2 khi đun nóng tạo thành muối natri gluconat, đồng (I) oxit màu đỏ gạch và H2O.
HOCH2[CHOH]4CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH (underrightarrow{t^o}) HOCH2[CHOH]4COONa + Cu2O↓ đỏ gạch + 3H2O
e. Khử glucozơ bằng hidro
Dẫn khí hidro vào dung dịch glucozơ đun nóng, có Ni làm xúc tác, thu được sobitol.
HOCH2[CHOH]4CHO + H2 (underrightarrow{t^o,Ni}) HOCH2[CHOH]4CH2OH (sobitol)
f. Phản ứng lên men
Khi có enzim làm xúc tác, glucozơ trong dung dịch lên men tạo thành ancol etylic và khí cacbonic:
C6H12O6 (xrightarrow[enzim]{30-35^0}) 2C2H5OH + 2CO2
4. Điều chế và ứng dụng
a. Điều chế
Glucozơ được điều chế trong công nghiệp bằng cách thủy phân tinh bột với xúc tác là HCl loãng hoặc enzim. Người ta cũng thủy phân xenlulozơ trong vỏ bào, mùn cưa với xúc tác là HCl thành glucozơ để làm nguyên liệu sản xuất ancol etylic.
b. Ứng dụng
- Là chất dinh dưỡng, dùng làm thuốc tăng lực cho người già, trẻ em và người lớn.
- Dùng để tráng gương, tráng ruột phích trong công nghiệp.
- Là sản phẩm trung gian trong quá trình sản xuất ancol etylic.
III. FRUCTOZƠ
1. Cấu tạo phân tử
Công thức phân tử C6H12O6 là đồng phân của glucozơ.
- Công thức cấu tạo CH2OH – CHOH – CHOH – CHOH – CO – CH2OH.
- Trong dung dịch, frutozơ tồn tại chủ yếu ở dạng β, vòng 5 hoặc 6 cạnh.
2. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên
- Là chất rắn kết tinh, dễ tan trong nước.
- Vị ngọt hơn đường mía.
- Có nhiều trong hoa quả và đặc biệt trong mật ong (40%).
3. Tính chất hóa học
Vì phân tử fructozơ chứa 5 nhóm OH trong đó có 4 nhóm liền kề và 1 nhóm chức C=O nên có các tính chất hóa học của ancol đa chức và xeton.
- Hòa tan Cu(OH)2 ở ngay nhiệt độ thường.
- Tác dụng với anhiđrit axit tạo este 5 chức.
- Tác dụng với H2 tạo sobitol.
- Trong môi trường kiềm fructozơ chuyển hóa thành glucozơ nên fructozơ có phản ứng tráng gương, phản ứng với Cu(OH)2 trong môi trường kiềm khi đun nóng.
Fructozơ Glucozơ
Chú ý: Dung dịch fructozơ không làm mất màu dung dịch brom nên để phân biệt 2 dung dịch glucozơ và frutozơ người ta sử dụng thuốc thử là dung dịch brom.