XÂY DỰNG NỘI DUNG GIẢNG DẠY CHUYÊN ĐỀ GLUXIT CHO ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI

Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La

XÂY DỰNG NỘI DUNG GIẢNG DẠY CHUYÊN ĐỀ GLUXIT
CHO ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI
A/ PHẦN MỞ ĐẦU :
1. Lý do chọn đề tài :
1.1 – Cơ sở lý luận của đề tài :
Gluxit là một loại hợp chất hữu cơ có vai trị quan trọng với đời sống. Hiện nay,
các nghiên cứu của các nhà khoa học về loại hợp chất này phát triển rất nhanh. Do đó, yêu cầu
tiếp cận kiến thức về loại hợp chất này đối với học sinh phổ thông là hết sức cần thiết, đặc biệt
với đối tượng học sinh tham dự kỳ thi chọn học sinh giỏi Quốc gia mơn Hố học.
1.2 - Cơ sở thực tiễn của việc đề xuất đề tài :
Qua thực tế giảng dạy cho đội tuyển học sinh giỏi tham dự kỳ thi chọn học sinh giỏi
Quốc gia nội dung hố học hữu cơ, tơi nhận thấy :
- Đây là một nội dung mà học sinh hay lúng túng trong việc vận dụng lí thuyết vào bài
tập cụ thể.
- Nguồn tài liệu để các em có thể tiếp cận sớm vấn đề này ở Sơn la còn rất hạn chế, một
số tài liệu viết một cách phức tạp gây hoang mang cho học sinh khi nghiên cứu vấn đề này.
- Lượng bài tập để các em làm quen cũng như giúp rèn luyện kỹ năng phân tích, lập luận
cịn rất ít.
2. Mục đích nghiên cứu :
Nhằm cung cấp cho học sinh những lý thuyết cơ bản, tổng quát nhất về GLuxit,
phương pháp lập luận, tư duy và các kỹ năng trong quá trình nghiên cứu loại hợp chất này. Từ
đó, một phần nâng cao chất lượng của đội tuyển trong các kỳ thi chọn học sinh giỏi.
3. Phương pháp nghiên cứu :
- Phương pháp nghiên cứu : Tổng hợp các kiến thức cơ bản về vấn đề, trên cơ sở đó xây
dựng các bài tập cụ thể, lời giải cụ thể để từ đó học sinh thấy được phương pháp chung cũng
như khả năng tư duy khi gặp các bài tập khác.
1

Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
- Tài liệu nghiên cứu : +) Giáo trình lý thuyết hoá học hữu cơ của các tác giả : Trần Quốc
Sơn, Nguyễn Văn Tịng, Thái Dỗn Tĩnh, Đỗ Đình Rãng, Nguyễn Hồ.
+) Bài tập hố học hữu cơ của : Nguyễn Văn Tịng, Đặng Đình Bạch, Ngơ Thị Thuận,
Trần Quốc Sơn.
4. Đối tượng nghiên cứu :
Lý thuyết và hệ thống bài tập liên quan đến Gluxit.

2


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
B/ PHẦN NỘI DUNG :
1. Những nội dung chính :
Đề tài gồm các chương sau :
- Tóm tắt lý thuyết cơ bản của Gluxit
- Bài tập vận dung có lời giải
- Bài tập tự giải
2. Nội dung :

Chương I – NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT

CẦN NẮM VỮNG KHI NGHIÊN CỨU

GLUXIT
I/ Thuyết Hoá học lập thể :
Hoá học lập thể nghiên cứu cấu trúc không gian, hiệu ứng không gian và tiến trình khơng
gian của phản ứng. Nghiên cứu cấu trúc khơng gian để giải thích các hiện tượng đồng phân
khơng gian. Các đồng phân khơng gian có cùng cấu tạo nhưng khác nhau về sự phân bố không
gian của các phân tử , tức là sự khác nhau về cấu hình nên cịn được gọi là đồng phân cấu hình.

Đồng phân cấu hình có hai loại : Đồng phân quang học và đồng phân hình học. Sau cùng ta còn
xét đồng phân cấu dạng.
1. Đồng phân quang học :
1.1 Thuyết tứ diện của cacbon :
Nguyên tử C lai hoá sp3 liên kết với bốn nguyên tử hay nhóm nguyên tử hướng ra
bốn đỉnh của tứ diện.
1.2 Phân tử có cacbon bất đối C*
Khi bốn nguyên tử hay nhóm nguyên tử liên kết với nguyên tử C khác nhau thì
nguyên tử C gọi là C bất đối (C*) và phân tử hợp chất đó có tính quang hoạt.
CHO
* OH
H C

VD :

CH2OH

Cơng thức chiếu Fise (Mạch chính nằm theo chiều dọc, nhóm có bậc oxh cao ở phía
trên).
3


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
* Ảnh qua gương gọi là đồng phân quang học
VD :
CHO
* OH
H C

CHO

HO C* H

CH2OH

CH2OH

D - Glixerandehit

L - Glixerandehit

Trong Gluxit nhóm chuẩn là nhóm OH ở nguyên tử C * ở xa nhóm có bậc oxh cao nhất. Nếu
nhóm chuẩn nằm bên phải là đồng phân D, cịn nhóm chuẩn nằm bên trái là đồng phân L.
Trong phạm vi chương trình, ta chỉ xét đồng phân D.
1.3. Cấu dạng và đồng phân cấu dạng :
Về khái niệm cũng như cách viết cấu dạng, học sinh đã được làm quen. Ở đây chỉ muốn
nhấn mạnh về cấu dạng của vòng xiclohexan.
Cấu dạng bền nhất là cấu dạng ghế.

H(e)
H(a)

Trong cấu dạng ghế cấu dạng bền nhất là cấu dạng có nhiều nhóm lớn ở vị trí hướng biên.
VD :

OH(e)
H(a)

II/ Lý thuyết tóm tắt về Gluxit :
* Tên khác : Đường, Saccarit, Cacbon hiđrat
* Công thức chung : Cn(H2O)m

2.1. Phân loại :
2.1.1. Monosaccarit (đường đơn) : Là các gluxit không thể thuỷ phân được. Gồm hai loại
: Pentozơ và Hecxozơ ( Đường 5C và 6C)
4


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
2.1.2. Polisaccarit : Khi thuỷ phân cho monosaccarit.
2.1.3. Heteropolisaccarit : Khi thuỷ phân cho monosaccarit và những chất không phải
Gluxit.
2.2. Cấu tạo của monosaccarit :
* Andozơ : HO CH2(CHOH)nCHO
* Xetozơ : HOCH2(CHOH)n CO CH2OH
Trong phân tử có chứa nhiều trung tâm bất đối.
Các Gluxit chỉ khác nhau ở cấu hình của một nguyên tử Cacbon bất đối được gọi là epime.
VD :
CHO

CHO
HO

H
OH

H
H

OH

H

OH
OH

H
H

CH2OH
D - Arabinoz¬

OH

CH2OH
D - Riboz¬

Hai đồng phân trên là epime ở cacbon số 2.
* Dạng vòng của monosaccarit : Gồm vòng 6 cạnh chứa dị tố oxi (piranozơ) và vòng 5 cạnh
chứa dị tố oxi (furanozơ)
Cấu dạng bền của Glucozơ

HO

O

6

CH2OH

4

5

HO

4

5
1

HO

OH

O

6

CH2OH

2

OH
3

HO

OH

2

OH

1

3

 - D – Glucopiranozơ

 - D – Glucopiranozơ

Công thức Havooc vòng 5 cạnh của Glucozơ, vòng 6 cạnh của Fructozơ.

5


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
6

6

CH2OH
HO

CH2OH

O

O

HO

OH

1

OH

2

1

OH

OH

2

OH

OH

 - D – Glucofuranozơ

 - D – Glucofuranozơ
1

OH

O CH2OH
OH 2

OH
OH

 - D – Fructopiranozơ

* Kết luận : Có thể coi dạng cấu tạo mạch vòng của Gluxit là dạng semiaxetal được tạo
thành do tương tác của nhóm C=O với nhóm OH của cấu tạo khơng vịng, tương tự như sự hình
thành semiaxetal khi cho andehit hoặc xeton tương tác với ancol:
OR
- C = O + R- OH
H

- C - OH
H

H-C=O

H - C - OH

H - C - OH

H - C - OH
HO - C - H O

HO - C - H
H - C - OH

H - C - OH

H - C - OH

H-C-O

CH2OH

Dạng andehit

CH2OH

Dạng vòng

Trong dung dịch, các đồng phân ln có sự chuyển hố cho nhau.
Trong cấu tạo vịng, vịng Gluxit có nhóm OH semiaxetal ở ngun tử C 1, vịng Fructozơ
có nhóm OH semiaxetal ở ngun tử C2.
Cặp đồng phân  ,  gọi là đồng phân anome
Khi biểu diễn công thức Havooc từ công thức Fise, nhóm nằm bên phải sẽ nằm phía dưới
mặt phẳng vòng.
6


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
2.3 Tính chất hố học :
2.3.1. Tính chất hố học của mono saccarit :
a, Phản ứng oxi hoá : Nhóm – CHO thành axit – COOH
CHO

COOH
CHOH

Ag(NH3)2+OH-

CHOH

b, Khử hố nhóm – CHO : thành ancol – CH2OH.
CHO

CH2OH

H

CHOH

CHOH

H - CH2- OH

H - CH2- OH

c, Cộng Xianua :

CN
CHOH

CHO
CHOH

HCN

CHOH

d, Phản ứng tạo ête và este:
Nhóm OH semiaxetal có khả năng phản ứng cao hơn, có thể bị Metyl hố bởi CH 3OH trong
axit cịn các nhóm OH khác bị Metyl hố bởi CH3I/AgOH, (CH3)2SO4/NaOH,
(CH3CO)2O/CH3COONa.
CH2OH
O OCH3

(CH3OH, H+
CH2OH
O
OH

OH
OH

OH

OH

OH
OH

(CH3CO)2O
CH3COONa
H3CCOO

CH2OOCCH3
O OCOCH3
OCOCH3
OCOCH3

1,2,3,4,6 - Penta- O – Metyl – Glucopiranozơ
e, Phản ứng tạo oxazon :
7


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
CHO

CH = NNHC6H5

CH = NNHC6H5

= NNHOH

OH

OH
C6H5NHNH2

OH

OH

OH

C6H5NHNH2

ONH3
OH

OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

f, Oxi hố bằng HIO4 (NaIO4): Natripeiodat có tác dụng oxi hố độc đáo vào giũa liên
kết C – C của poliol. Nếu chất bị oxi hố là diol thì sản phẩm cho 2 nhóm CHO, nếu chất bị oxi
hố là triol thì ngồi 2 nhóm CHO cịn có axit fomic.
VD :
CH2OH
2 NaIO4

O

HO - CH

CHO O

OH
OCH3
OH
CH2OH

CHO
CH2OH

O
NaIO4

OH

OCH3

OH

CHO

O
OCH3
CHO

OH

Phản ứng này dùng để xác vòng lactol là vịng 5 hay 6 cạnh.
Khi HIO4 dư, có thể oxh cacbon hidrat về axit fomic :
CHO
HO
OH

HIO4

4 HCOOH

OH
CH2OH

D – Arabinozơ
g, Phản ứng với Cu(OH)2 :

8

OCH3 + HCHO
CHO

+ HCHO

+ HCOOH


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
H
Cu(OH)2

O

2

O

O

O

Cu

O

O

O
H

h, Các phản ứng chuyển hố mạch :
HO - CH - CH - OH
H
C C
CHO
HO H2C

CH - CH

H2SO4 đặc

CH CH
HO - CH2 O

H OH

CHO

i, Phản ứng kéo dài mạch Cacbon :
Andozơ có thể cộng với HCN thành xianidrin, sau khi thuỷ phân trong axit, axit Andonic tạo
thành được Lactol hoá rồi khử lactol bằng hỗn hống Na ta thu được Andozơ đã tăng lên 1
nguyên tử C.

HO

CN

CHO

OH

OH HCN HO
OH
CH2OH
D - Arabinoz¬

CO

COOH
OH
H+

OH
H2O

HO

O

HO

OH
OH

OH
OH

OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

D - Gluconic

Lactol

Na / Hg

CN

CHO
HO
HO

CHO
OH

HO
HO
OH
OH

CH2OH

HO
OH
OH

OH
OH

CH2OH

CH2OH
D - Glucoz¬

D - Manoz¬

9


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
j, Phản ứng rút ngắn mạch Cacbon :
Một trong các phương pháp rút ngắn mạch Cacbon là phương pháp Rup. Ở đây người ta đã oxi
hoá anđozơ bằng dung dịch nước brom thành axit anđonic, sau đó oxi hố muối Canxi của axit
này bằng H2O2 có mặt Fe(CH3COO)3, axit anđonic biến thành  - xetoaxit, hợp chất này dễ
decacboxyl biến thành anđozơ thấp hơn 1 nguyên tử C.
VD :
CHO
OH
Br2, H2O HO

HO
OH
OH

OH
OH

CH2OH
D - Glucoz¬

OH
OH
CH2OH
Xetoaxit

HO

CaCO3

H2O2
OH
Fe(CH3COO)3
OH
CH2OH

CH2OH

D - Gluconat Canxi

Axit D - Gluconic

COOH
= O
HO

(COO)2Ca
OH

COOH
OH

CHO
- CO2

HO
OH
OH
CHO
D- Arabinoz¬

2.3.2. Tính chất hố học của poli saccarit :
Trong poli saccarit, các liên kết Glicozit dễ thuỷ phân.
Nếu có OH semiaxetal có khả năng tác dụng với dung dịch AgNO3/NH3
có phản ứng metyl hố giống mono saccarit.
Khi nghiên cứu về Saccarit cần lưu ý :
- Nó được cấu tạo từ các mono saccarit nào ?
- Mono saccarit có dạng vịng gì ?
- Liên kết giữa các mono saccarit ở vị trí nào ?
- Cấu hình của C anome (  ,  ). Dùng enzim để xác định.
+ Enzim Emuxin thuỷ phân liên kết  - Glicozit, enzimMantaza thuỷ phân liên kết  Glicozit, …

- Có bao nhiêu đơn vị mono saccarit cấu tạo nên.
- Cách gọi tên Saccarit (mắt xích đầu đổi thành yl, mắt xích sau thành it)
10


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La

Chương II – BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1 :
D – Arabinozơ (đồng phân cấu hình ở C2 của D – Ribozơ) chuyển hoá theo sơ đồ sau :
CH3OH

D - Arabinoz¬

HCl

A

HIO4

H3O+

B

C

Br2, H2O

HH D

1. Xác định cơng thức cấu tạo dạng vịng của D – Arabinozơ, Viết ptpư.
2. Hồn thành ptpư theo sơ đồ sau :
HIO4

Saccaroz¬

X

Br2, H2O

H3O+

Y

hh Z

Bài làm : 1,
D - Arabinoz¬ CHO
HO
OH

CH2OH
H (OH)
O
HO
HO
OH (H)

OH

HO
OH

O

CH3OH
HCl
OH (H)

OH
OH

O

(A)

O
H+

Br2
OH

CHO

CHO

(C)

(B)

CHO

2,

CH2OH
O

O
O

OH (H)

HIO4

OCH3

HO

OH

CHO

OH

H (OH)

OH

H (OH)

OCH3

HO

OH

CH2OH

O

O

HIO4
CH2OH

11

COOH
COOH

+

CH2OH
COOH


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên Sơn La
CH2OH
O

O

HOH2C

CHO

Br2, H2O
CH2OH
CHO

O
CHO

CHO
(X)
CH2OH
O
COOH

HOH2C

H+

CH2OH
COOH
COOH

O
COOH
(Y)

CH2OH
O

O

+

COOH

OH2
COOH

(hỗn hợp Z)

O

HOH2C

CH2OH
OH COOH COOH

Bi 2 :
Khi thu phân Xenlulozơ thu được Xenlobiozơ còn thuỷ phân tinh bột thu được Mantozơ và iso
Mantozơ đều có cơng thức C12H22O11. Hãy viết CTCT và CTCT không gian của các sản phẩm
trên.
Bài làm :
Xenlobiozơ :

CH2OH

O

O

1

OH

4
O

CH2OH
OH
CH2OH

HO

O

HO
O

HO

HO

Mantozơ :
CH2OH
O

CH2OH
O
1

O

4

1 OH

12

CH2OH O


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
O
OH
O

OH
O

OH

Iso Mantozơ :
CH2OH
O
1

O
OH

O
CH2

OH

O

4

O

1 OH

O

OH

CH2
OH

Bài 3 :
Trong mật ong có một chất đường khơng có tính khử là Melexitozơ có cơng thức
C18H32O16, khi thuỷ phân nó bằng axit cho D – Fructzơ và 2 phân tử D – glucozơ. Mặt khác, khi
thuỷ phân khơng hồn tồn nó cho D – Glucozơ và disaccarit Turanozơ. Còn thuỷ phân bằng
men Mantaza tạo thành D – Gluczơ và D – Fructozơ. Khi thuỷ phân bằng men khác cho
Saccarozơ. Metyl hố Melexitozơ, sau đó thuỷ phân được 1,4,6 – Tri-O-Metyl –D- Fructozơ và
2 phân tử 2,3,4,6 – tetra- O – Metyl- D- Glucozơ. Hãy suy ra CTCT của Melexitozơ.

Bài làm :
Melexitozơ là tri sacarit được tạo bởi 2 phân tử D – Glucozơ và 1 phân tử D-Fructozơ.

Melexitoz¬

H2O

D- Glucoz¬ + Turanoz¬

Melexitoz¬

H2O

Saccaroz¬

 Mắt xích D – Fructozơ nằm giữa 2 phân tử D- Glucozơ.

Melexitoz¬ 1, CH3I
2, H2O

1,4,6 - tri -O-Metyl- D- Fructoz¬
+ 2,3,4,6 - tetra-O-metyl-D- Glucoz¬

 CTCT của Melexitozơ là :

13


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
CH2OH

CH2OH
O
O
O
HOCH2
OH
OH
HO CH2OH
OH
O
OH
OH

OH
O

Bài 4 :
1. Viết cơng thức Fise và công thức Havooc của :
A : (2R, 3S, 4S) – 2,3,4,5- tetra hiđroxi pentanal và chất đối quang B của A.
2. B có đồng phân cấu hình ở C số 2 là D. Trong dung dịch nước, D tồn tại ở 5 dạng cấu
trúc ln chuyển hố lẫn nhau theo những cân bằng với tỉ lệ là : D 1 : 56%, D2 : 20%, D3 : 18%,
D4 : 6%, D5 <0,1%. Dùng công thức cấu trúc mô tả cân bằng đó.
3. Cho A tác dụng riêng rẽ với NaBH4, nước Br2, HNO3, C6H5NHNH2 dư
Viết công thức Fise của các sản phẩm.
Nếu cho B và D cũng tác dụng như A thì các sản phẩm tương ứng có đồng nhất với các sản
phẩm sinh ra từ A hay không?
4. Từ A tổng hợp K theo sơ đồ sau :
E
A

H3O+

G

[H]
pH = 7

J

C2H5OH
HCl

F

14

K


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La

Chương III – BÀI TẬP TỰ GIẢI
1. Khi đun nóng Lactozơ với nước trong axit thu được Glucozơ và Galactoz.
Lactozơ Br2, H2O A CH3I/ OH Hợp chất có 8 nhãm CH3 (B)

Đun B với dung dịch HCl thu được 2,3,5,6 – tetra O – Metyl Gluconic (C) và 2,3,4,6 – tetra OMetyl Galactozơ (D).
Oxi hoá nhẹ C thu được axit E có 48%C, 7,2% H.
a, Xác định CTCT A, B, C, D, E.
b, Viết các ptpư
c, Xác định CTCT vịng của Lactozơ.

2, Salixin (C13H18O7) là chất có mặt trong cây liễu, khi bị thuỷ phân dưới tác dụng của men
Emuxin tạo thành D- Glucozơ và Saligenin (C7H8O2). Salixin không khử được dung dịch
AgNO3/NH3. Oxi hoá Salixin bằng HNO3 cho sản phẩm mà khi thuỷ phân tạo thành D –
Glucozơ và andehit salixilic.
Metyl hoá Salixilin cho penta metyl salixilin và khi thuỷ phân sản phẩm này cho 2,3,4,6
– tetra -O-Metyl -D-Glucozơ.
Hãy suy ra CTCT của Salixin.
3. Rafinozơ là một đường khơng có tính khử, có cơng thức phân tử C 18H32O16 . Khi thuỷ phân
bằng axit cho các sản phẩm là D-Fructozơ, D- Galactozơ và D- Glucozơ. Khi thuỷ phân bằng
men

 - Galactozidaza cho  - Galactozơ và Saccarozơ. Khi thuỷ phân bằng men invecta

15


Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La
(men thuỷ phân saccarozơ) thu được D- Fructozơ và di saccarit Melibiozơ. Khi metyl hoá
Rafinozơ rồi thuỷ phân cho các sản phẩm là : 1,3,4,6 – tetra- O – Metyl- D- Fructozơ, 2,3,4,6tetra – O – metyl – D – Galactozơ, 2,3,4- tri- O- metyl – D- Glucozơ.
Hãy xác định CTCT của Rafinozơ và Melibiozơ.
4. Micarozơ là một Gluxit có trong thành phần 1 số chất kháng sinh. Người ta có thể tổng hợp,
chuyển hố Micarozơ theo 2 sơ sau :
a,
Lactol của 3-Metyl-5- hidroxi-3-Hexenoic
Syn- dihidroxi hoá
A(C7H12O4)

b, Metyl Micarozit

HIO4

B

NaBH4
KMnO4

Micarozơ
C

CTCT của các chất.
- Viết cơng thức vịng phẳng, ghế của Micarozơ.
( Còn nữa )

16

H+/ H2O

Axit L- lactic - Hãy viết