BÀI 4. GIỚI THIỆU VỀ CARBOHYDRATE GLUCOSE VÀ FRUCTOSE

MỞ ĐẦU

Carbohydrate gồm nhiều hợp chất thiên nhiên có vai trò quan trọng đối với sinh vật như: tinh bột và glucose là nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng quan trọng cho các quá trình sinh hóa tế bào; cellulose giúp xây dựng cấu trúc cho màng tế bào thực vật và thân cây. Vậy, carbohydrate là gì? Các carbohydrate đơn giản như glucose và fructose có tính chất hóa học cơ bản nào?

Giải nhanh:

- Là hợp chất hữu cơ tạp chức, có công thức chung là C_n(H₂O)_m.

- Tính chất của alcohol, glucose còn có tính chất của -OH hemiacetal và aldehyde.

I. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CARBOHYDRATE

Hoạt động nghiên cứu 1: Xét công thức cấu tạo mạch hở của hai carbohydrate sau:

CH₂OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH=O;

CH₂OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH₂OH.

Hai carbohydrate trên chứa những loại nhóm chức nào?

Giải nhanh:

Các loại nhóm chức: alcohol, ketone, aldehyde.

Hoạt động nghiên cứu 2: Công thức phân tử của một số carbohydrate là C₆H₁₂O₆, C₁₂H₂₂O₁₁ và (C₆H₁₀O₅)_n. Viết lại các công thức này dưới dạng C_n(H₂O)_m.

Giải nhanh:

II. GLUCOSE – FRUCTOSE

Hoạt động nghiên cứu: Từ cấu tạo phân tử của glucose và fructose (dạng mạch hở và mạch vòng), cho biết mỗi chất chứa các nhóm chức nào và đề xuất một số phản ứng chứng minh sự tồn tại của các nhóm chức đó.

Giải nhanh:

- Glucose: 5 hydroxy và 1 aldehyde.

- Fructose: 5 nhóm hydroxy và 1 nhóm ketone.

- Chứng minh polyalcohol: cho cả hai vào Cu(OH)₂ nếu thấy tan thì chứng tỏ trong cả hai có nhiều nhóm hydroxy liền kề.

- Chứng minh ketone: cho fructose vào bromine nếu dung dịch không mất màu thì chứng tỏ trong fructose có nhóm ketone.

- Chứng minh aldehyde: cho glucose vào Tollens sau phản ứng thu được bạc thì chứng tỏ trong glucose có nhóm aldehyde.

Hoạt động thí nghiệm: Phản ứng của glucose với Cu(OH)₂

Chuẩn bị:

Hóa chất: dung dịch CuSO₄ 5%, dung dịch NaOH 10%, dung dịch glucose 2%.

Dụng cụ: ống nghiệm.

Tiến hành:

- Cho khoảng 2 mL dung dịch NaOH 10% vào ống nghiệm. Sau đó, thêm khoảng 0,5 mL dung dịch CuSO₄ 5% vào, lắc nhẹ.

- Cho tiếp khoảng 3 mL dung dịch glucose 2% vào ống nghiệm và lắc đều.

Quan sát hiện tượng xảy ra, giải thích và viết phương trình hóa học.

Giải nhanh:

Ban đầu xuất hiện kết tủa màu xanh sau khi thêm glucose thì thấy kết tủa tan dần.

PTHH: NaOH + CuSO₄ Na₂SO₄ + Cu(OH)₂.

2C₆H₁₂O₆ + Cu(OH)₂ (C₆H₁₂O₆)₂Cu + 2H₂O.

Hoạt động thí nghiệm: Tính chất aldehyde của glucose

Chuẩn bị:

Hóa chất: dung dịch CuSO₄ 5%, dung dịch NaOH 10%, dung dịch AgNO₃ 1%, dung dịch ammonia 5%, nước bromine loãng, dung dịch glucose 2%, nước nóng.

Dụng cụ: ống nghiệm, cốc thủy tinh, đèn cồn.

Tiến hành:

1. Oxi hóa glucose bằng Cu(OH)₂

- Cho khoảng 2 mL dung dịch NaOH 10% vào ống nghiệm. Sau đó, thêm khoảng 0,5 mL dung dịch CuSO₄ 5% vào, lắc nhẹ.

- Cho tiếp khoảng 3 mL dung dịch glucose 2% vào ống nghiệm và lắc đều.

- Đun nóng ống nghiệm bằng ngọn lửa đèn cồn trong vài phút.

2. Phản ứng của glucose với thuốc thử Tollens:

-  Cho khoảng 2 mL dung dịch AgNO₃ 1%  vào ống nghiệm, thêm từ từ dung dịch ammonia 5%, lắc đều đến khi kết tủa tan hết. Dung dịch thu được là thuốc thử Tollens.

- Thêm vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch glucose 2%, lắc đều. Sau đó, ngâm ống nghiệm vào cốc thủy tinh chứa nước nóng trong vài phút.

3. Phản ứng của glucose với nước bromine

- Cho khoảng 1 mL nước bromine loãng vào ống nghiệm.

- Thêm tiếp từ từ 2 mL dung dịch glucose 2%, lắc đều.

Quan sát hiện tượng xảy ra trong mỗi ống nghiệm, giải thích và viết phương trình hóa học.

Giải nhanh:

1. - Ban đầu xuất hiện kết tủa màu xanh sau khi thêm glucose thì thấy kết tủa tan dần.

PTHH: NaOH + CuSO₄ Na₂SO₄ + Cu(OH)₂.

2C₆H₁₂O₆ + Cu(OH)₂ (C₆H₁₂O₆)₂Cu + 2H₂O.

- Đun nóng ống nghiệm thấy xuất hiện kết tủa màu đỏ gạch.

PTHH:

CH₂OH[CHOH]₄CH=O + NaOH + 2Cu(OH)₂ CH₂OH[CHOH]4COONa + 3H₂O + Cu₂O.

2. - Ban đầu xuất hiện kết tủa trắng, tiếp đó cho đến dư NH₃ thì thấy kết tủa tan dần tạo ra thuốc thử Tollens.

PTHH: 2AgNO₃ + 2NH₃ + H₂O Ag₂O + 2NH₄NO₃

Ag₂O + H₂O + 2NH₄NO₃ 2[Ag(NH₃)₂]OH

- Cho glucose vào thuốc thử Tollens thấy xuất hiện kết tủa trắng.

PTHH:

CH₂OH[CHOH]₄CH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH CH₂OH[CHOH]₄COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O.

3. Hiện tượng: dung dịch bromine màu nâu đỏ bị mất màu.

PTHH:

CH₂OH[CHOH]₄CH=O + Br₂ + H₂O CH₂OH[CHOH]₄COOH + 2HBr.

Câu hỏi 1: Viết phương trình hóa học minh họa phản ứng fructose với thuốc thử Tollens và Cu(OH)₂ (trong môi trường kiềm, đun nóng).

Giải nhanh:

- Phản ứng với thuốc thử Tollens:

CH₂OH[CHOH]₄CH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH CH₂OH[CHOH]₄COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O.

- Phản ứng với Cu(OH)₂:

CH₂OH[CHOH]₄CH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH CH₂OH[CHOH]₄COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O.

Câu hỏi 2: Cho biết các ứng dụng của glucose trong sơ đồ trên dựa trên tính chất nào của chất này.

Giải nhanh:

- Glucose tham gia phản ứng tráng bạc nên dùng để tráng gương, tráng ruột phích.

PTHH:

CH₂OH[CHOH]₄CH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH CH₂OH[CHOH]₄COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O.

- Glucose lên men sinh ra ethanol nên dùng làm nguyên liệu để sản xuất ethanol.

PTHH: C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂.

- Glucose có vị ngọt, giúp cung cấp năng lượng cho tế bào nên dùng làm thực phẩm và đồ uống.

- Glucose có thể hấp thụ trực tiếp vào máu để đi đến các mô và tế bào của cơ thể nên dùng làm dung dịch truyền tĩnh mạch glucose 5%.