Cacbohidrat được biết đến là hợp chất hữu cơ cấu tạo nên hầu hết các vật chất trên trái đất. Vậy cụ thể cacbohidrat là gì? Lý thuyết về cacbohidrat? Tính chất, ứng dụng và cách điều chế cacbohidrat như nào?… Nội dung bài viết dưới đây của DINHNGHIA.COM.VN sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích về chủ đề trên, cùng tìm hiểu nhé!
Tìm hiểu về Cacbohidrat
Định nghĩa Cacbohidrat là gì?
Cacbohidrat (còn gọi là gluxit hoặc saccarit) được biết đến là những hợp chất hữu cơ tạp chức, với công thức chung là Cn(H2O)m chứa nhiều nhóm OH và nhóm cacbonyl (andehit hoặc xeton) trong phân tử hóa học.
Phân loại Cacbohidrat
Gluxit được chia thành 3 loại thường gặp là:
- Monosaccarit: glucozơ, fructozơ có CTPT là C6H12O6
- Đisaccarit: saccarozơ và mantozơ có CTPT là C12H22O11
- Polisaccarit: xenlulozơ và tinh bột có CTPT là (C6H10O5)n
Lý thuyết về Glucozơ
Cấu trúc phân tử Glucozơ
Công thức phân tử C6H12O6
Công thức cấu tạo CH2OH-(CHOH)4-CHO
Glucozơ tồn tại ở cả hai dạng mạch hở và mạch vòng (dạng α là 36% dạng β là 64%).
Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên
- Là chất rắn, không màu, tan tốt trong nước, độ tan trong nước tăng khi nhiệt độ tăng.
- Có vị ngọt kém đường mía.
- Có nhiều trong các loại hoa quả: Quả nho, mật ong (30%), máu người (0,1%).
Tính chất hóa học của Glucozơ
Trong phân tử glucozơ có 5 nhóm OH nằm liền kề và 1 nhóm CHO nên glucozơ có các phản ứng của ancol đa chức và của anđehit.
Hòa tan Cu(OH)2 ở ngay nhiệt độ thường tạo thành dung dịch màu xanh lam
- 2C6H12O6+Cu(OH)2→(C6H11O6)2Cu+2H2O
- → Phản ứng này chứng minh glucozo có nhiều nhóm OH.
Tác dụng với anhiđrit axit tạo thành este 5 chức:
- CH2OH(CHOH)4CHO+5(CH3CO)2O→CH3COOCH2(CHOOCCH3)4CHO+5CH3COOH
- → Phản ứng này dùng để chứng minh trong phân tử glucozơ có 5 nhóm OH.
Tác dụng với H2 tạo thành ancol sobitol:
- CH2OH(CHOH)4CHO+H2→Ni,t∘CH2OH(CHOH)4CH2OH
Tác dụng với AgNO3/NH3 tạo thành Ag (phản ứng tráng gương):
- CH2OH(CHOH)4CHO+2AgNO3+3NH3+H2O→CH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag+2NH4NO3
Phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ cao:
- CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH→CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O+3H2O
Phản ứng làm mất màu dung dịch Brom:
- CH2OH(CHOH)4CHO+Br2+H2O→CH2OH(CHOH)4COOH+2HBr
- → Các phản ứng này chứng tỏ glucozơ có nhóm CHO.
Phản ứng lên men như sau:
- C6H12O6→2CO2+2C2H5OH
- Phản ứng với CH3OH/HCl tạo metylglicozit
- Chỉ có nhóm OH hemiaxetal tham gia phản ứng.
- → Phản ứng này chứng tỏ glucozo có dạng mạch vòng.
Sau phản ứng nhóm metylglicozit không chuyển trở lại nhóm CHO nên không tráng gương được.
Ngoài ra khi khử hoàn toàn glucozơ thu được n-hexan chứng tỏ glucozơ có mạch 6C thẳng.
Cách điều chế Glucozơ
Thủy phân saccarozơ, tinh bột, mantozơ, xenlulozơ
Mantozơ:
C12H22O11+H2O→2C6H12O6
Tinh bột và xenlulozơ:
C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6
Saccarozơ:
C12H22O11+H2O→C6H12O6(glucozo)+C6H12O6(fructozo)
Trùng hợp HCHO:
6HCHO→Ca(OH)2,t∘C6H12O6
Lý thuyết về Fructozơ
Cấu trúc phân tử Fructozơ
Công thức phân tử C6H12O6.
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
Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên
- Là chất rắn kết tính, dễ tan trong nước.
- Vị ngọt hơn đường mía.
- Có nhiều trong hoa quả và đặc biệt trong mật ong (40%):
Tính chất hóa học của Fructozơ
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. Nhưng fructozơ không có phản ứng làm mất màu dung dịch Brom.
Lý thuyết về Saccarozơ
Cấu trúc phân tử Saccarozơ
Công thức phân tử: C12H22O11
Công thức cấu tạo: Saccarozo hình thành từ một gốc alpha – glucozo và một gốc beta – fructozo bằng liên kết 1,2-glicozit.
Trong phân tử saccaozơ gốc alpha – glucozơ và gốc beta – fructozơ liên kết với nhau qua nguyên tử oxi giữa C1 của glucozơ và C2 của fructozơ (C1−O−C2)
Nhóm OH – hemiaxetal không còn nên saccarozơ không thể mở vòng tạo nhóm -CHO
Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên
- Saccarozơ là chất kết tinh, không màu, dễ tan trong nước, ngọt hơn glucozơ
- Nhiệt độ nóng chảy: 185 độ C
- Có nhiều trong cây mía (nên saccarozơ còn được gọi là đường mía), củ cải đường, thốt nốt…
- Có nhiều dạng sản phẩm: Đường phèn, đường kính, đường cát…
Tính chất hóa học của Saccarozơ
Vì không có nhóm chức andehit (−CH=O) nên saccarozo không có tính khử như glucozo (không có phản ứng tráng bạc). Saccarozơ chỉ có tính chất của ancol đa chức và có phản ứng của đisaccarit.
Tính chất của ancol đa chức
Dung dịch saccarozơ hòa tan kết tủa Cu(OH)2 thành dung dịch phức đồng – saccarozơ màu xanh lam
2C12H22O11+Cu(OH)2→(C12H21O11)2Cu+2H2O
Phản ứng của đisaccarit (thủy phân)
Saccarozơ bị thủy phân thành glucozơ và fructozơ
C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6
Ứng dụng của Saccarozơ
- Saccarozơ được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, để sản xuất bánh kẹo, nước giải khát… Trong công nghiệp dược phẩm để pha chế thuốc.
- Sản xuất đường saccarozơ
- Saccarozo được sản xuất từ cây mía, củ cải đường hoặc hoa thốt nốt.
Lý thuyết về Mantozơ
Công thức phân tử Mantozơ
Công thức phân tử: C12H22O11
Công thức cấu tạo: Được tạo thành từ sự kết hợp của 2 gốc alpha – glucozơ bằng liên kết α−1,4−glicozit
Tính chất hóa học của mantozơ
Do khi kết hợp 2 gốc glucozơ, phân tử mantozơ vẫn còn 1 nhóm CHO và các nhóm OH liền kề nên mantozơ có tính chất hóa học của cả Ancol đa chức và anđehit.
Tác dụng với Cu(OH)2 cho phức đồng – mantozơ màu xanh lam
- 2C12H22O11+Cu(OH)2→(C12H21O11)2Cu+2H2O
- Khử [Ag(NH3)2]OH và Cu(OH)2 khi đun nóng
Mantozơ thuộc loại đisaccarit có tính khử
- C12H22O11+2AgNO3+2NH3+H2O→2Ag+NH4NO3+C12H22O12
Bị thủy phân khi có mặt axit xúc tác hoặc enzim sinh ra 2 phân tử glucozơ
- C12H22O11+H2O→2C6H12O6(glucozo)
Cách điều chế mantozơ
Mantozơ được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột nhờ anzim amilaza (có trong mầm lúa). Phản ứng thủy phân này cũng xảy ra trong cơ thể người và động vật.
Lý thuyết về Xenlulozơ
Xenlulozơ thường được gọi là mùn cưa hay vỏ bào với những đặc điểm như sau:
Công thức phân tử Xenlulozơ
Công thức phân tử (C6H10O5)n
Công thức cấu tạo: Do các gốc β−glucozo liên kết với nhau bằng liên kết β−1,4−glicozit tạo thành mạch thẳng, mỗi gốc chỉ còn lại 3 nhóm OH tự do nên có thể viết công thức cấu tạo ở dạng [C6H7O2(OH)3]n
Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên
- Là chất rắn, hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị.
- Không tan trong nước ngay cả khi đun nóng, không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như ete, benzen…
Tính chất hóa học của Xenlulozơ
Phản ứng thủy phân
- (C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6(glucozo)
Phản ứng este hóa với axit axetic và axit nitric
- [C6H7O2(OH)3]+3nCH3COOH→[C6H7O2(OOCCH3)3]n+3nH2O
- [C6H7O2(OH)3]+3nHNO3→[C6H7O2(ONO2)3]n+3nH2O
Ứng dụng của xenlulozơ
Từ xenlulozơ cho phản ứng với CS2 trong NaOH rồi phun qua dung dịch axit để sản xuất tơ visco.
Lý thuyết về Tinh bột
Công thức phân tử tinh bột
Công thức phân tử (C6H10O5)n
Công thức cấu tạo: Tinh bột do các gốc α−glucozo liên kết với nhau bằng liên kết α−1,4−glicozit tạo mạch thẳng (amilozơ) hoặc bằng liên kết α−1,4−glicozit và α−1,6−glicozit tạo thành mạch nhánh (amilopectin).
Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên
Chất rắn vô định hình, không tan trong nước lạnh, phồng lên và vỡ ra trong nước nóng thành dung dịch keo gọi là hồ tinh bột, màu trắng.
Có nhiều trong các loại hạt (gạo, mì, ngô…), củ (khoai, sắn…) và quả (táo, chuối…).
Tính chất hóa học của tinh bột
Phản ứng của hồ tinh bột với dung dịch I2 tạo thành dung dịch xanh tím. (nếu đun nóng dung dịch bị mất màu, để nguội màu xuất hiện trở lại).
→ Phản ứng này thường được dùng để nhận biết hồ tinh bột.
Phản ứng thủy phân:
- (C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6(glucozo)
Khi có men thì thủy phân
- Tinh bột → đextrin → mantozơ → glucozơ
Cách điều chế tinh bột
Trong tự nhiên, tinh bột được tổng hợp chủ yếu nhờ quá trình quang hợp của cây xanh.
- 6nCO2+5nH2O→(C6H10O5)n+6nO2 (clorofin, ánh sáng).
Xem thêm:
- Tổng hợp Lý thuyết hóa học 12 Hữu cơ và Vô cơ ôn thi Đại học
- Chu trình Canvin là gì? Sản phẩm của chu trình Canvin
- Monome là gì? Tổng hợp kiến thức về Monome từ A đến Z
DINHNGHIA.VN đã giúp bạn tổng hợp lý thuyết về cacbohidrat qua việc tìm hiểu các chất cụ thể. Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn có những kiến thức hữu ích về cacbohidrat. Chúc bạn luôn học tốt!
