Glucozơ – Cấu tạo, tính chất vật lý hóa học, điều chế và ứng dụng

Glucozơ là một loại cacbohđrat có trong hầu hết các bộ phận của thực vật, động vật và con người. Thông thường khi nói đến glucozơ người ra nghĩ ngay đến đường ăn. Vậy glucozơ có trạng thái tự nhiên thế nào? Tính chất vật lý và tính chất hóa học của glucozơ ra sao? Cấu tạo phân tử, điều chế và ứng dụng của glucozơ. Bài viết dưới đây sẽ trình bày những kiến thức này để cho các bạn làm bài tập về glucozơ một cách dễ dàng.

LÝ THUYẾT VỀ GLUCOZƠ

I – Trạng thái tự nhiên và tính chất vật lý

Tính chất vât lý: glucozơ là chất rắn dễ tan trong nước, có vị ngọt những không ngọt bằng đường mía. Tinh thể glucozơ không màu.

Trạng thái tự nhiên:

• Hầu hết các bộ phận của thực vật đều chứa glucozơ, nhất là quả chín.
• Glucozơ có nhiều trong quả nho chín nên còn được gọi là đường nho.
• Glucozơ chiếm 30% trong thành phần của mật ong.
• Con người và động vật cũng có chứa glucozơ trong cơ thể.

II – Cấu tạo phân tử của glucozơ

Công thức phân tử của glucozơ là C₆H₁₂O₆ 

Cấu tạo phân tử của glucozơ được xác định dựa trên kết quả của các thí nghiệm sau:

• Glucozơ có tham gia phản ứng tráng bạc và bị oxi hóa bởi nước brom tạo thành axit gluconic => có nhóm CH=O tring phân tử.
• Glucozơ tác dụng với Cu(OH)₂ tạo ra dung dịch màu xanh lam, chứng tỏ phân tử glucozơ có nhiều nhóm OH ở vị trí kề nhau.
• Glucozơ tạo este chứ 5 gốc axit CH₃COO => có 5 nhóm OH.
• Khử hoàn toàn glucozơ, người ta thu được hexan => 6 C tạo thành mạch không phân nhánh.

Kết luận: Glucozơ là hợp chất tạp chức, ở dạng mạch hở phân tử có cấu tạo của một anđehit đơn chức và ancol 5 chức.

CH₂OH – CHOH – CHOH – CHOH – CHOH – CH = O

Viết gọn CH₂OH[CHOH]₄CHO

Trong đó người ta đánh số thức tự cacbon bắt đầu từ nhóm CH = O.

Trong thực tế, glucozơ tồn tại chủ yếu ở hai dạng mạch vòng: α – glucozơ và β – glucozơ.

III – Tính chất hóa học của glucozơ

Glucozơ có tính chất hóa học của anđehit đơn chức và ancol đa chức.

1. Tính chất của ancol đa chức

Glucozơ tác dụng với Cu(OH)₂ 

Ở nhiệt độ thường, glucozơ có thể làm tan kết tủa Cu(OH)₂ tạo thành dung dịch phức đồng glucozơ có màu xanh lam. Tính chất này tương tự như glixerol. PTHH như sau:

2C₆H₁₂O₆ + Cu(OH)₂ → (C₆H₁₁O₆)₂Cu + 2H₂O

Glucozơ phản ứng tạo este

Glucozơ có tạo este chứa 5 gốc axit axetic trong phân tử khi tham gia phản ứng với anhiđrit axetic (CH₃CO)₂O, có mặt piriđin.

2. Tính chất của anđehit

Phản ứng tráng bạc của glucozơ

Glucozơ bị oxi hóa bởi dung dịch AgNO₃ trong môi trường NH₃ tạo thành muối amoni gluconat và bạc bám vào thành ống nghiệm. PTHH như sau:

CH₂OH[CHOH]₄CHO + 2AgNO₃ + 3NH₃ + H₂O (đk: t^o) → CH₂OH[CHOH]₄COONH₄ + 2Ag + 2NH₄NO₃

Glucozơ bị oxi hóa bởi Cu(OH)₂

Trong môi trường kiềm, Cu(OH)₂ oxi hóa glucozơ thành muối natri gluconat, đồng (I) oxit và H₂O. PTHH như sau:

CH₂OH[CHOH]₄CHO + 2Cu(OH)₂ + NaOH (đk: t^o)→ CH₂OH[CHOH]₄COONa + Cu₂O ↓(đỏ gạch) + 3H₂O

Glucozơ bị khử bằng hiđro

Khi dẫn khí hiđro vào dung dịch glucozơ đun nóng, xúc tác Ni, ta thu được một poliancol còn gọi là sobitol:

CH₂OH[CHOH]₄CHO + H₂ (đk: t^o, Ni) → CH₂OH[CHOH]₄CH₂OH

3. Phản ứng lên men Glucozơ

Glucozơ bị lên men khi có enzim xúc tác, cho ra ancol etylic và khí cacbonic. PTHH như sau:

C₆H₁₂O₆ (đk: enzim, 30-35^oC) → 2C₂H₅OH + 2CO₂ ↑

IV – Điều chế và Ứng dụng của Glucozơ

1. Điều chế glucozơ

Có hai phương pháp điều chế glucozơ trong công nghiệp:

• Thủy phân tinh bột xúc tác là axit clohiđric hoặc enzim
• Thủy phân xenlulozơ (mùn cưa, tro trấu…) xúc tác axitclohi đric thành glucozơ để sản xuất ancol etylic

2. Ứng dụng của glucozơ

Glucozơ được dùng làm thuốc tăng lực cho trẻ em, người già và người suy nhược cơ thể. Vì glucozơ là một chất dinh dưỡng cơ bản tạo ra năng lượng để cơ thể hoạt động.

Glucozơ được sử dụng để tráng gượng, tránh ruột phích.

Glucozơ là sản phẩm trung gian để sản xuất ancol etylic từ nguyên liệu tinh bột hoặc xenlulozơ.

V – Fructozơ, đồng phân của glucozơ

Fructozơ là một đồng phân của glucozơ có nhiều ứng dụng. Fructozơ có CTCT dạng mạch hở như sau:

CH₂OH – CHOH – CHOH -CHOH – CO – CH₂OH

Fructozơ có tinh thể không màu, dễ tan trong nước, có vị ngọt hơn đường mía. Fructozơ có nhiều trong quả ngọt, chiếm 40% trong thành phần mật ong.

Fructozơ có tính chất của một ancol đa chức và cacbohiđrat không no (có phản ứng cộng hiđro)

Fructozơ bị oxi hóa bởi dung dịch AgNO₃ trong môi trường NH₃ và Cu(OH)₂ trong môi trường kiềm. Bởi:

Fructozơ (đk: OH-) ⇔ Glucozơ

BÀI TẬP GLUCOZƠ VÀ FRUCTOZƠ

Bài 1. Glucozơ và fructozơ

A. đều tạo được dung dịch màu xanh lam khi tác dụng với Cu(OH)₂

B. đều có nhóm chức CHO trong phân tử

C. là hai dạng thù hình của cùng một chất

D. đều tồn tại chủ yếu ở dạng mạch hở

=> Chọn đáp án A

Bài 2. Cho các dung dịch: Glucozơ, glixerol, formanđehit, etanol. Có thể dùng thuốc thử nào sau đây để phân biệt được cả 4 dung dịch trên?

A. Cu(OH)₂

B. Dung dịch AgNO₃ trong NH₃

C. Na kim loại

D. Nước brom

Giải:

Chọn đáp án A

Ở nhiệt độ phòng: Cu(OH)₂ giúp ta phân loại 4 chất trên thành 2 nhóm.

• Nhóm (1): glucozơ, glixerol tạo phức với Cu(OH)₂ tạo ra dung dịch có màu xanh lam
• Nhóm (2): formanđehit, etanol không tác dụng với Cu(OH)₂ ở nhiệt độ thường

Ở nhiệt độ cao trong môi trường NaOH:

• Nhóm (1): glucozơ tác dụng với Cu(OH)₂ tạo kết tủa đỏ gạch là Cu₂O, glixerol không tạo ra kết tủa này.
• Nhóm (2): formanđehit tác dụng với Cu(OH)₂ tạo kết tủa đỏ gạch nhờ nhóm chức anđehit. còn etanol không tạo kết tủa này.

Vậy là chúng ta đã có thể nhận biết được 4 hợp chất hữu cơ này chỉ cần 1 chất vô cơ như Cu(OH)₂

Bài 3. Cacbohiđrat là gì? Có mấy loại cacbohiđrat quan trọng? Nêu định nghĩa từng loại và lấy thí dụ minh họa.

Giải:

Để trả lời cho câu hỏi trên, mời các bạn xem bài viết liên quan dưới đây.

• Xem bài viết:Cacbohiđrat là gì? Có mấy loại cacbohiđrat quan trọng?

Bài 4. Những thí nghiệm nào chứng minh được cấu tạo phân tử của glucozơ?

Giải:

Xem phần II – Cấu tạo phân tử của glucozơ để trả lời câu hỏi này.

Bài 5. Trình bày cách nhận biết các hợp chất trong dung dịch của mỗi dãy sau đây bằng phương pháp hóa học:

a) Glucozơ, glixerol, etanol, axit axetic;

b) Fructozơ, glixerol, etanol;

c) Glucozơ, formanđehit, etanol, axit axetic;

Giải:

a) Cách nhận biết 4 chất glucozơ, glixerol, etanol, axit axetic được trình bày ở bảng sau:

PTHH:

2C₆H₁₂O₆ + Cu(OH)₂ → (C₆H₁₁O₆)₂Cu _{(xanh lam)} + 2H₂O

2C₃H₅(OH)₃ + Cu(OH)₂ → [C₃H₅(OH)₂O]₂Cu _{(xanh lam)} + 2H₂O

C₅H₁₁O₅CHO + 2Cu(OH)₂ + NaOH (t^o) → C₅H₁₁O₅COONa + Cu₂O↓ _{(đỏ gạch)} + 3H₂O

b) Fructozơ, glixerol, etanol được nhận biết bằng cách:

PTHH: Có 3 phản ứng giống như phần a)

c) Glucozơ, formanđehit, etanol, axit axetic được nhận biết bằng cách:

PTHH:

2C₆H₁₂O₆ + Cu(OH)₂ → (C₆H₁₁O₆)₂Cu _{(xanh lam)} + 2H₂O

HCHO + 4Cu(OH)₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + 2Cu₂O↓ _{(đỏ gạch)} + 6H₂O

Bài 6. Để tráng một chiếc gương soi, người ta phải đun nóng dung dịch chứa 36g glucozơ với lượng vừa đủ dung dịch bạc nitrat trong amoniac. Tính khối lượng bạc đã sinh ra bám vào mặt kính của gương và khối lượng bạc nitra cần dùng. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Giải:

Số mol glucozơ là: n_C6H12O6 = 36/180 = 0,2 mol

C₅H₁₁O₅CHO + 2AgNO₃+ 3NH₃ + H₂O (t^o) → C₅H₁₁O₅COONH₄ + 2Ag ↓ + 2 NH₄NO₃

Khối lượng bạc sinh ra:

n_Ag = 2n_C6H12O6 = 2.0,2 = 0,4 mol

=> m_Ag = 0,4.108 = 43,2 g

Khối lượng bạc nitrat cần dùng:

n_AgNO3 = 2n_C6H12O6 = 2.0,2 = 0,4 mol

=> m_AgNO3 = 0,4.170 = 68 g