Giải chi tiết Hóa học 12 KNTT bài 4 Giới thiệu về carbohydrate. Glucose và fructose

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: 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?

Bài làm chi tiết:

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

- Glucose và fructose thể hiện tính chất của các chất alcohol có nhiều nhóm -OH liền kề. Glucose còn thể hiện tính chất của nhóm -OH hemiacetal và của nhóm chức aldehyde.

I. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CARBOHYDRATE

Hoạt động 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?

Bài làm chi tiết:

Hai carbohydrate trên chứa những loại nhóm chức:

- Nhóm chức alcohol: -OH.

- Nhóm chức ketone: C=O.

- Nhóm chức aldehyde: -CH=O.

Hoạt động 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.

Bài làm chi tiết:

Các công thức này dưới dạng C_n(H₂O)_m:

- C₆H₁₂O₆: C₆(H₂O)₆.

- C₁₂H₂₂O₁₁: C₁₂(H₂O)₁₁.

- (C₆H₁₀O₅)_n: (C₆(H₂O)₅)_n.

II. GLUCOSE – FRUCTOSE

Hoạt động: 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.

Bài làm chi tiết:

- Glucose ở dạng mạch hở có năm nhóm hydroxy và một nhóm aldehyde.

- Fructose ở dạng mạch hở và mạch vòng có năm nhóm hydroxy và một nhóm ketone.

- Để chứng minh có sự tồn tại của polyalcohol thì ta cho glucose hay fructose vào dung dịch Cu(OH)₂ nếu dung dịch bị tan trong môi trường kiềm thì chứng tỏ trong glucose và fructose có nhiều nhóm hydroxy liền kề.

- Để chứng minh có sự tồn tại của nhóm ketone thì ta cho fructose vào dung dịch bromine nếu dung dịch không bị mất thì chứng tỏ trong fructose có nhóm chức ketone.

- Để chứng minh có sự tồn tại của aldehyde thì ta cho glucose vào thuốc thử Tollens nếu sau phản ứng thu được bạc thì chứng tỏ trong glucose nhóm chức aldehyde.

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.

Bài làm chi tiết:

- Khi cho dung dịch NaOH vào dung dịch CuSO₄ thì thấy xuất hiện kết tủa xanh.

PTHH: NaOH + CuSO₄  Na₂SO₄ + Cu(OH)₂

Kết tủa màu xanh chính là Cu(OH)₂.

- Khi cho glucose vào ống nghiệm chứa kết tủa thì kết tủa sẽ bị hòa tan tạo thành dung dịch có màu xanh lam vì glucose tan trong dung dịch Cu(OH)₂.

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

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.

Bài làm chi tiết:

1. - Khi cho dung dịch NaOH vào dung dịch CuSO₄ thì thấy xuất hiện kết tủa xanh.

PTHH: NaOH + CuSO₄  Na₂SO₄ + Cu(OH)₂

Kết tủa màu xanh chính là Cu(OH)₂.

- Kho cho glucose vào ống nghiệm chứa kết tủa thì kết tủa sẽ bị hòa tan tạo thành dung dịch có màu xanh lam vì glucose tan trong dung dịch Cu(OH)₂.

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

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

PTHH: 

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

2. - Khi cho dung dịch AgNO₃ vào dung dịch NH₃ thì thấy 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 glucsse vào thuốc thử Tollens thì sau phản ứng thấy xuất hiện kết tủa trắng.

PTHH: 

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

3. Khi cho dung dịch glucose vào nước bromie thì 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).

Bài làm chi tiết:

- Phản ứng của fructose với thuốc thử Tollens (trong môi trường kiềm, đun nóng):

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

- Phản ứng của fructose với Cu(OH)₂ (trong môi trường kiềm, đun nóng):

CH₂OH[CHOH]₄CH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH   t°→  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.

Bài làm chi tiết:

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

PTHH:

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

- Phản ứng lên men của glucose sinh ra ethanol nên được dùng làm nguyên liệu để sản xuất ethanol.

PTHH: C₆H₁₂O₆   enzyme→   2C₂H₅OH + 2CO₂.

- Glucose có vị ngọt, đóng vai trò cung cấp năng lượng cho tế bào nên được 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 được dùng làm dung dịch truyền tĩnh mạch glucose 5%.