chuyên đề Cacbohidrat Lý thuyết và bài tập

LÝ THUYẾT VỀ CACBOHIDRAT
I. KHÁI NIỆM CHUNG
1. Định nghĩa
Cacbohiđrat (gluxit, saccarit) là những hợp chất hữu cơ tạp chức thường có công thức chung là Cn(H2O)m.
2. Cấu tạo
Cacbohiđrat là những hc polihiđroxicacbonyl (gồm nhiều nhóm –OH và có nhóm >C=O) và dẫn xuất của chúng.
3. Phân loại
Dựa vào số đơn vị mắt xích cấu tạo, cacbohiđrat được chia thành 3 nhóm chính:
- Monosaccarit: là nhóm cacbohiđrat đơn giản nhất, không thể thủy phân được (glucozơ, fructozơ, ...)
- Đisaccarit: là nhóm cacbohiđrat mà khi thủy phân sinh ra 2 phân tử monosaccarit (saccarozơ, mantozơ)
- Polisaccarit: là nhóm cacbohiđrat phức tạp mà khi thủy phân đến cùng sinh ra nhiều phân tử monosaccarit

(tinh bột, xenlulozơ).
II. GLUCOZƠ VÀ FRUCTOZƠ
1. Tính chất vật lý – Trạng thái tự nhiên
- Glucozơ và Fructozơ đều là những chất rắn kết tinh, không màu, dễ tan trong nước, có vị ngọt
(glucozơ < đường mía – saccarozơ < fructozơ).
- Ở trạng thái kết tinh (dạng tinh thể), glucozơ tồn tại ở 2 dạng mạch vòng, trong đó. Dạng mạch hở chỉ tồn
tại trong dung dịch với nồng độ rất thấp (0,003%).
- Ở trạng thái kết tinh (dạng tinh thể), fructozơ chủ yếu tồn tại ở dạng vòng β – 5 cạnh, ở dạng dung dịch cũng
chủ yếu là dạng vòng β – 5 cạnh hoặc 6 cạnh.
- Trong máu người, glucozơ có nồng độ nhỏ và gần như không đổi (khoảng 0,1%).
2. Cấu trúc phân tử
Glucozơ và Fructozơ là 2 đồng phân của nhau có cùng CTPT C 6H12O6.
a. Dạng mạch hở
- Glucozơ: mạch thẳng, không phân nhánh, 5 nhóm –OH kề nhau và có nhóm anđehit –CHO.
CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO hay

CH2OH(CHOH)4CHO
- Fructozơ: mạch thẳng, không phân nhánh, 5 nhóm –OH có nhóm xeton >C=O.
CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH hay CH2OH(CHOH)3COCH2OH

b. Dạng mạch vòng
- Mạch vòng của glucozơ được hình thành do phản ứng cộng nhóm –OH ở C 5 vào nhóm C=O, phản ứng tạo
ra 2 dạng mạch vòng α và β (tương ứng với vị trí tương đối của nhóm –OH ở C 1 với các nhóm – OH còn lại qua
mặt phẳng vòng), trong đó dạng β có nhiệt độ sôi cao hơn và chiếm tỷ lệ cao hơn (64%).

α – glucozơ
β – glucozơ
- Nhóm –OH ở C1 được gọi là OH hemiaxetal, khi nhóm OH này còn tự do thì glucozơ vẫn còn khả năng mở
vòng và còn tính khử.
- Mạch vòng của fructozơ cũng hình thành theo cách tương tự nhưng dạng bền chủ yếu ở cả trạng thái
dung dịch và tinh thể là vòng β – 5 cạnh.

β – fructozơ

1


3. Tính chất hóa học của glucozơ
Khái quát: Glucozơ có tính chất của ancol đa chức và andehit.
a. Tính chất của ancol đa chức
- Tác dụng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo ra dung dịch phức đồng-glucozơ có màu xanh lam đặc trưng:
2C6H12
+
(C6H11O6)2Cu + 2H2O
O6
Cu(OH)2
- Phản ứng tạo este: khi tác dụng với anhiđrit axetic, glucozơ có thể tạo este chưa 5 gốc axetat
+ 5 (CH3CO)2O →
+ 5 CH3COOH
C6H7O(OH)5

C6H7O(OCOCH3)5

b. Tính chất của anđehit
- Phản ứng oxh:
+ Phản ứng tráng gương:

CH2OH(CHOH)4CHO
Ag2O

NH

+

CH2OH(CHOH)4COOH + 2Ag

3

glucozơ
+ Phản ứng với dung dịch Brom:

a. gluconic

CH2OH(CHOH)4CHO + +
H2O
Br2

Ni,
to

CH2OH(CHOH)4COOH + 2HBr

glucozơ
+ Phản ứng với Cu(OH)2 khi đun nóng trong môi trường kiềm:

CH2OH(CHOH)4CHO +
2Cu(OH)2

OH
-

C6H12O6

Ni,
to

CH2OH(CHOH)4CH2OH
ancol sorbitol

2C2H5OH + 2CO2

35 C

men lactic

→

+

a. gluconic

CH2OH(CHOH)4CHO
+ H2

O6

a. gluconic

CH2OH(CHOH)4COOH + Cu2O
2H2O

glucozơ
+ Phản ứng khử với H2/Ni đun nóng:

glucozơ
c. Phản ứng lên men rượu
enzyme, 30C6H12
o

+ H 2O

2 CH3CH(OH)COOH

d. Tính chất riêng của dạng mạch vòng

Nhóm –OH hemiaxetal trong gulcozơ dạng vòng linh động hơn các nhóm –OH khác nên có thể tạo ete với
các phân tử khác tạo thành glucozit.

Trong glucozit, nhóm –OH hemiaxetal đã bị ankyl hóa nên không còn khả năng mở vòng và phân tử không
còn tính khử.

4. Tính chất hóa học của fructozơ
- Tương tự glucozơ, fructozơ có tính chất của ancol đa chức (tạo phức màu xanh lam đặc trưng với Cu(OH) 2 ở
nhiệt độ thưường), tác dụng với H2/Ni, to tạo ra ancol sorbitol.
- Fructozơ không có nhóm chức –CHO nhưng vẫn có phản ứng tráng bạc và khử Cu(OH) 2/OH , to do
2


khi đun nóng trong môi trường kiềm, nó chuyển thành glucozơ theo cân bằng:
HO −


→ Glucozơ
Fructozơ ¬


Chú ý: Môi trường của phản ứng oxh bởi dung dịch Br 2 không phải là kiềm nên chỉ có glucozơ phản ứng,
fructozơ không có phản ứng này → nhận biết, giải toán.
5. Điều chế và ứng dụng của glucozơ
a, Điều chế: Thủy phân tinh bột hoặc xenlulozơ trong axit HCl hoặc enzyme:
+
H ,
(C6H10O5) +
nC6H12O6
o
t
n
nH2O
b, Ứng dụng - Trong y học: có giá trị dinh dưỡng, sử dụng làm thuốc tăng lực.
- Trong công nghiệp: tráng gương, ruột phích; sản xuất etanol.

III. SACCAROZƠ và MANTOZƠ
1. Tính chất vật lý – Trạng thái tự nhiên
- Saccarozơ và mantozơ đều là chất rắn kết tinh, không màu, vị ngọt, dễ tan trong nước.
- Saccarozơ còn gọi là đường mía ( củ cải, thốt nốt), mantozơ là đường mạch nha.
2. Cấu trúc phân tử
- Saccarozơ và mantozơ là 2 đồng phân của nhau có cùng CTPT C12H22O11.
- Saccarozơ được tạo thành từ 1 phân tử α – glucozơ và 1 phân tử β – fructozơ bởi liên kết α – 1,2 – glicozit
(liên kết kiểu ete: αC1 – O – βC2). Do là liên kết 1,2 – glicozit nên saccarozơ không còn nhóm – OH hemiaxetal và
không còn khả năng mở vòng, không có tính khử.
- Mantozơ được tạo thành từ 2 phân tử α – glucozơ và α – 1,2 – glicozit (liên kết kiểu ete: αC 1 – O– αC4). Do là
liên kết 1,4 – glicozit nên phân tử α – glucozơ thứ 2 vẫn còn 1 nhóm –OH hemiaxetal tự do (ở C1) và mantozơ
còn khả năng mở vòng, vẫn còn tính khử của nhóm chức –CHO.
3. Tính chất hóa học
a. Tính chất của ancol đa chức
Cả saccarozơ và mantozơ đều tác dụng với Cu(OH) 2 ở nhiệt độ thường tạo ra dung dịch phức đồngglucozơ có màu xanh lam đặc trưng:
2C12H22O +
(C12H21O11)2Cu + 2H2O
Cu(OH)2
11
b. Tính khử của mantozơ
- Saccarozơ không còn nhóm –OH hemiaxetal nên không còn khả năng mở vòng và không còn tính các tính chất
này. Ngược lại, Mantozo vẫn có nhóm –OH hemiaxetal nên:
- Phản ứng tráng gương.
- Phản ứng với dung dịch brom.
- Phản ứng với Cu(OH)2 khi đun nóng trong môi trường kiềm.
c. Phản ứng thủy phân

- Khi đun nóng trong môi trường axit, các đisaccarit bị thủy phân thành các monosaccarit tương ứng:
C12
H22O11

saccarozơ

+ H2O

H ,
toC

C6H 12
+ C6H 12
O6
O6
-glucozơ
-fructozơ

-glucozơ
-glucozơ
mantozơ
Chú ý: Dung dịch sau thủy phân có tính khử tăng lên so với đisaccarit ban đầu.
4. Điều chế và ứng dụng
a. Điều chế:
- Quy trình sản xuất đường saccarozơ (SGK)
- Mantozơ được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột nhờ enzyme amilaza (trong mầm lúa, dịch tiêu hóa, ...)
b. Ứng dụng
Trong công nghiệp thực phẩm (bánh kẹo, nước giải khát, ...) và dược phẩm, dinh dưỡng.

3


IV. TINH BỘT VÀ XENLULOZƠ

1. Tính chất vật lý – Trạng thái tự nhiên
- Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước nguội, tan trong nước nóng (65 o trở lên)
tạo thành dung dịch keo nhớt gọi là hồ tinh bột.
- Xenlulozơ là chất rắn hình sợi, màu trắng, không tan trong nước và các dung môi hữu cơ thông thường
nhưng tan trong một số dung môi đặc biệt như nước Svayde (Cu(OH)2/NH3).
- Tinh bột có nhiều trong các thành phần dự trữ của thực vật như hạt, củ, quả còn xenlulozơ là thành phần cấu
tạo cơ bản của thành tế bào thực vật, có nhiều trong thân gỗ, bông, đay, gai, tre, nứa, ...
2. Cấu trúc phân tử
- Tinh bột là hỗn hợp của 2 loại polisacarit là: amilozơ và amilopectin.
+ Amilozơ là polime không phân nhánh, gồm khoảng 1000 - 4000 mắt xích α – glucozơ liên kết với nhau bằng
liên kết α –1,4– glicozit, chiếm khoảng 20 – 30% khối lượng tinh bột.
+ Amilopectin là polime mạch phân nhánh, gồm khoảng 2000 – 200.000 mắt xích α – glucozơ liên kết với nhau
bằng liên kết α – 1,4 – glicozit xen kẽ với liên kết α – 1,6 – glicozit chiếm khoảng 70 – 80% khối lượng tinh bột.
- Xenlulozơ là một polime không phân nhánh gồm khoảng 100.000 – 200.000 mắt xích β – glucozơ liên kết với
nhau bằng liên kết β – 1,4 – glicozit. Mỗi mắt xích C 6H10O5 vẫn còn 3 nhóm –OH tự do (1 nhóm ancol bậc 1, 2
nhóm ancol bậc 2) nên có thể viết CTCT của xenlulozơ là [C6H7O2(OH)3]n.

3. Tính chất hóa học
a. Phản ứng thủy phân của polisaccrit
Khi đun nóng trong môi trường axit, các polisaccarit bị thủy phân thành các monosaccarit tương ứng:

(C6
H10O5 )n

+
nH2O

tinh bột

+

H ,
o
t

nC6 H12O6
-glucozơ

xenlulozơ
-glucozơ
b. Phản ứng màu với dung dịch iot của tinh bột
- Phân tử tinh bột (thực chất là amilozơ trong tinh bột) hấp phụ iot tạo ra phức màu xanh tím, khi đun nóng,
màu xanh tím biến mất, để nguội lại có màu.
- Phản ứng này dùng để nhận biết tinh bột bằng I2 và ngược lại.
c. Phản ứng kiểu ancol đa chức của xenlulozơ
- Phản ứng nitrat hóa với HNO3 và H2SO4 đặc:
[C6H7O2(OH)3]n + 3n HNO3

o

t

→
H 2 SO4

[C6H7O2(ONO2)3]n + 3n H2O

xenlulozơ trinitrat
Xenlulozơ trinitrat là chất dễ cháy và nổ mạnh, được dùng làm thuốc súng
- Phản ứng tạo este với anhiđrit axetic:

to

→
[C6H7O2(OH)3]n + 3n (CH3CO)2O 
H SO
2

4

[C6H7O2(OCOCH3)3]n + 3n CH3COOH

xenlulozơ triaxetat
Hỗn hợp sản phẩm gồm xenlulozơ điaxetat và triaxetat là chất dẻo dễ kéo thành tơ sợi,
dùng làm nguyên liệu chính để sản xuất tơ axetat.
- Chế hóa với NaOH và CS2 để sản xuất tơ visco.
- Chế hóa với dd nước Svayde (Cu(OH)2/NH3 để sản xuất tơ đồng amoniac.

4. Điều chế và ứng dụng
a. Điều chế:
Tinh bột được tổng hợp trong cây xanh nhờ phản ứng quang hợp:
as
→
nCO2 + n-1 H2O 
clorophin

4

(C6H10O5)n + nO2

b. Ứng
dụng
- Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể.
- Các vật liệu chứa nhiều xenlulozơ (tre, gỗ, nứa, ...) thường dùng làm vật liệu xây dựng, đồ dùng gia đình, ...
Xenlulozơ nguyên chất và gần nguyên chất dùng để chế biến thành sợi, tơ, giấy viết, bao bì, thuốc súng, ...

- Các sản phẩm thủy phân của tinh bột và xenlulozơ có thể dùng để sản xuất etanol, cao su, ...

5


1. Bài toán đốt cháy este
* Dãy đồng đẳng:
Cn(H2O)m → C và H2O + O2 → CO2 và H2O
2. Bài toán về tính khử
- Glu/Fru/Man + AgNO3/NH3 → 2 Ag
- Glu/Fru/Man + Cu(OH)2 → Cu2O
- C6H12O6 + H2 → C6H14O6
- Riêng Glu + Br2 + H2O →
Bt1: Cho 50ml dd glucozo x mol/lít t/d với AgNO3/NH3 → 2.16 gam Ag. CM của glucozo là:
A. 0,2
B. 0,1
C. 0,02
D. 0,01
Bt2: Cho m gam hh X (Glu và Fru) t/d vđ với 0,8 gam Br 2 . Mặt khác, m gam hh X t/d với AgNO3/NH3 dư → 4,32
gam Ag. %m của Fru trong X là:
A. 75%
B. 66,67%
C. 80%
D. 60%

Bt3: Lượng Glu cần dùng để tạo ra 1,82 gam sorbitol với H= 80% là:
A. 2,25 g
B. 1,80 g
C. 1,82 g
D. 1,44 g
3. Bài toán về phản ứng thủy phân
H ,
C12H22O11 + H2O
C6H 12
+ C6H 12
toC
O6
O6
Sac
-glucozơ
-fructozơ
Man
-glucozơ
-glucozơ
Bt4: Thủy phân 3,42 gam Sacca(H+) → dd X
Cho dd X td với AgNO3/NH3 dư → m gam Ag. Giá trị của m là:
A. 43,2
B. 4,32
C. 2,16
D. 21,6
+
Bt5: Thủy phân hh 0,02 mol Sacca và 0,01 mol Mant trong môi trường H → dd X (H=75%).
Cho dd X td với AgNO3/NH3 dư → a mol Ag. Giá trị của a là:
A. 0,09
B. 0,12

C. 0,095
D. 0,06
4. Bài toán về phản ứng lên men rượu
Bt6: Khối lượng tinh bột cần dùng để lên men 5 lít ancol etylic 46 o (H=72% và dC2H5OH = 0,8 g/ml) là :
A. 5,4 kg
B. 5,0 kg
C. 6,0 kg
D. 4,5 kg
Bt7: Lên men m gam Glu(H=90% ) → CO2 . Hấp thụ hoàn toàn CO2 vào dd Ca(OH)2 → 10 gam kết tủa và mdd giảm
3,4 gam. Giá trị của m là :

A. 20

B. 30

C. 13,5

D. 15

5. Bài toán về phản ứng điều chế sản phẩm ứng dụng của Cacbohidrat
Bt8: Viết chuỗi phản ứng từ: Glu → Cao su Buna.
Bt9: Xenlulozo trinitat được đ/c từ xenlulozo với axit nitric và axit sunfuric đặc. Khối lượng Xenlulo cần dùng để
điều chế 29,7 kg Xenlulozo trinitat (H=90%) là:

A. 15

B. 30

C. 21

D. 42

Bt10: Xenlulo + anhidrit axetic → 9,84 gam este và 4,8 gam axit axetic. Este thu được thuộc loại gì?

A. điaxetat
2015

6

B. triaxetat

C. không xác định

D. hh điaxetat và triaxetat


2016

7


BÀI TẬP LÝ THUYẾT CACBOHIDRAT

8


9


10

11


12


13


14


15


16


BÀI TẬP TOÁN HÓA CACBOHYDRAT

17


18


19

20


21


22