BÀI 3. GIỚI THIỆU VỀ CARBOHYDRATE

A. MỤC TIÊU CẦN ĐẠT CỦA BÀI HỌC

- Nêu được khái niệm, cách phân loại carbohydrate; trạng thái tự nhiên của glucose, fructose, saccharose, maltose, tinh bột và cellulose.

- Viết được công thức cấu tạo dạng mạch hở, dạng mạch vòng và gọi được tên của một số carbohydrate: glucose và fructose; saccharose, maltose; tinh bột và cellulose.

- Trình bày được sự chuyển hoá tinh bột trong cơ thể, sự tạo thành tinh bột trong cây xanh và ứng dụng của một số carbohydrate.

B. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐẠT CỦA BÀI HỌC

I. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 

- Khái niệm: Carbohydrate là những hợp chất hữu cơ tạp chức, thường có công thức chung là C_n(H₂O)_m.

- Phân loại: 3 nhóm chính:

+ Monosaccharide: carbohydrate không bị thủy phân.

+ Disaccharide: thủy phân hoàn toàn mỗi phân tử tạo thành hai phân tử monosaccharide.

+ Polysaccharide: thủy phân hoàn toàn mỗi phân tử tạo thành nhiều phân tử monosaccharide.

II. CẤU TẠO HOA HỌC

1. Glucose và fructose

- Glucose:

+ Công thức phân tử: C₆H₁₂O₆.

+ Ở dạng mạch hở có 5 nhóm hydroxy và một nhóm aldehyde.

+ Công thức cấu tạo: CH₂OH[CHOH]₄CH=O.

+ Dạng tồn tại: dạng mạch hở và dạng vòng (6 cạnh) chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

+ Nhóm -OH hemiacetal gắn với carbon số 1 trong dạng mạch vòng.

- Fructose:

+ Công thức phân tử: C₆H₁₂O₆. 

+ Ở dạng mạch hở chứa 5 nhóm hydroxy, một nhóm ketone.

+ Dạng tồn tại: tồn tại đồng thời ở dạng mạch hở và mạch vòng (5 cạnh).

+ Nhóm -OH hemiketal gắn với carbon số 2 trong dạng mạch vòng.

2. Saccharose và maltose

- Giống nhau: Saccharose và maltose cùng có công thức phân tử là C₁₂H₂₂O₁₁.

- Khác nhau:

• Saccharose: Tạo thành từ một đơn vị glucose liên kết với một đơn vị fructose qua liên kết -1,2-glycoside. Chỉ tồn tại ở dạng mạch vòng.
• Maltose: Tạo thành từ một hai vị glucose liên kết với nhau qua liên kết -1,4-glycoside. Tồn tại ở dạng mạch vòng và dạng mở vòng.

3. Tinh bột và cellulose

* Giống nhau:

• Là polymer tự nhiên.
• Công thức chung: (C₆H₁₀O₅)_n.

* Khác nhau:

- Tinh bột: gồm amylose và amylopectin

• Amylose: polymer mạch dài, không nhánh, xoắn lại, tạo thành từ -glucose liên kết với nhau bằng liên kết -1,4-glycoside.
• Amylopectin: mạch phân nhánh; ở mạch nhánh, glucose liên kết với nhau bằng liên kết -1,4-glycoside; mạch nhánh liên kết với mạch chính (chuỗi amylose) bằng liên kết -1,6-glycoside.

- Cellulose: -glucose liên kết với nhau tạo mạch dài, không nhánh (tương tự amylose).

III. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

1. Glucose và fructose 

- Giống nhau: Là chất rắn, dễ tan trong nước, có vị ngọt.

- Khác nhau:

• Glucose: Có trong hầu hết các bộ phận của cây, đặc biệt trong quả chín; có trong cơ thể người và động vật.
• Fructose: Có nhiều trong mật ong và các quả ngọt.

2. Saccharose và maltose

- Giống nhau: Là chất rắn, tan tốt trong nước, có vị ngọt.

- Khác nhau:

• Saccharose: Có trong hoa quả, rau, của, đặc biệt nhiều trong thân cây mía, củ cải đường, hoa thốt nốt.
• Maltose: Có nhiều trong mạch nha (sản phẩm thủy phân không hoàn toàn tinh bột).  

3. Tinh bột và cellulose

IV. ỨNG DỤNG

1. Glucose, fructose, saccharose và maltose

- Glucose, fructose, saccharose và maltose: chất dinh dưỡng, cung cấp năng lượng cho cơ thể; nguyên liệu, chất phụ gia trong sản xuất bánh, kẹo, thức uống dinh dưỡng, nước giải khát,…

- Glucose: pha dịch truyền; tráng bạc chế tạo gương; nguyên liệu sản xuất vitamin C; môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất bột ngọt, chất kháng sinh.

- Saccharose: sản xuất acetic acid, ethanol trong công nghiệp.

2. Tinh bột

- Nguồn lương thực quan trọng của con người.

- Nguyên liệu để sản xuất bánh, mì sợi, bị, rượu, mạch nha, glucose, ethanol.

- Phụ gia để hồ vải. 

3. Cellulose

- Làm vật liệu xây dựng, đồ dùng gia đình

- Làm sợi, tơ, giấy viết, giấy bao bì, màng mỏng,…

- Nguyên liệu sản xuất ethanol, chế tạo thuốc nổ, thuốc súng không khói.

V. SỰ HÌNH THÀNH VÀ CHUYỂN HÓA TINH BỘT

1. Sự hình thành tinh bột trong cây 

- Trong quá trình quang hợp, dưới tác dụng của chlorophyll (diệp lục), khí carbon dioxide kết hợp với nước tạo thành tinh bột.

- Phương trình tổng quát:

6nCO₂ + 5nH₂O  ánh sáng,   chlorophyll→  (C₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂

2. Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể người

- Khoang miệng: Khi nhai thức ăn, enzyme amylase (trong nước bọt) thủy phân một phần tinh bột tạo dextrin, sau đó thành maltose.

- Ruột non: Enzyme tiếp tục thủy phân tinh bột, chuyển hóa hoàn toàn tinh bột thành glucose.

- Glucose được hấp thụ từ ruột và máu, chuyển đến tế bào  oxi hóa bởi enzyme→  CO₂, H₂O và giải phóng năng lượng để cơ thể hoạt động; lượng glucose dư được chuyển hóa trở lại thành glycogen, được dự trữ trong gan và cơ. Khi cơ thể thiếu hụt dinh dưỡng  thủy phân glycogen→  cung cấp glucose cho cơ thể.