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 rút gọn:

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

- Thể hiện tính chất của các chất alcohol có nhiều nhóm -OH liền kề. 

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 rút gọn:

Chứa các 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 rút gọn:

- C₆H₁₂O₆: C₆(H₂O)₆.

- C₁₂H₂₂O₁₁: C₁₂(H₂O)₁₁.

- (C₆H₁₀O₅)_n: (C₆(H₂O)₅)_n.

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 rút gọn:

- Glucose chứa năm nhóm hydroxy và một nhóm aldehyde.

- Fructose chứa năm nhóm hydroxy và một nhóm ketone.

- Chứng minh có sự tồn tại của polyalcohol: cho glucose (fructose) vào dung dịch Cu(OH)₂ dung dịch bị tan trong môi trường kiềm.

- Chứng minh có sự tồn tại của ketone: fructose vào dung dịch bromine dung dịch không bị mất màu.

- Chứng minh có sự tồn tại của aldehyde: cho glucose vào thuốc thử Tollens, sau phản ứng thu được bạc.

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 rút gọn:

- Cho dung dịch NaOH vào dung dịch CuSO₄: xuất hiện kết tủa xanh.

PTHH: NaOH + CuSO₄ Na₂SO₄ + Cu(OH)₂

- Sau đó kết tủa bị hòa tan vì glucose tan trong dung dịch Cu(OH)₂.

PTHH: 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 rút gọn:

1. - Cho dung dịch NaOH vào dung dịch CuSO₄: xuất hiện kết tủa xanh.

PTHH: NaOH + CuSO₄ Na₂SO₄ + Cu(OH)₂

- Sau đó kết tủa bị hòa tan vì glucose tan trong dung dịch Cu(OH)₂.

PTHH: 2C₆H₁₂O₆ + Cu(OH)₂ (C₆H₁₂O₆)₂Cu + 2H₂O

- Đun nóng ống nghiệm thì sau phản ứng xuất hiện kết tủa màu đỏ gạch.

PTHH: 

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

2. - Khi cho dung dịch AgNO₃ vào dung dịch NH₃: xuất hiện kết tủa trắng.

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

Cho đến dư dung dịch NH₃ thì kết tủa tan thu được dung dịch là thuốc thử Tollens.

PTHH: Ag₂O + H₂O + 2NH₄NO₃ 2[Ag(NH₃)₂]OH

- Khi 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. Dung dịch nước bromine 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 rút gọn:

- Phản ứng của fructose với thuốc thử Tollens:

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

- Phản ứng của fructose 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 rút gọn:

- Glucose tham gia phản ứng tráng bạc:

PTHH:

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

- Phản ứng lên men của glucose sinh ra ethanol 

PTHH: C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂.

- Glucose có vị ngọt.

- Glucose có thể hấp thụ trực tiếp vào máu để đi đến các mô và tế bào của cơ thể.