Bài 5: Glucozơ và Fructozơ

I. KHÁI NIỆM CACBONHIDRAT

Cacbohiđrat (hay gluxit hoặc saccarit) là những hợp chất hữu cơ tạp chức thường có công thức chung là C_n(H₂O)_m, có chứa nhiều nhóm OH và nhóm cacbonyl (anđehit hoặc xeton) trong phân tử.

Cacbonhiđrat được chia thành 3 nhóm chủ yếu:

• Monosacarit là nhóm cacbonhiđrat đơn giản nhất, không thể phân hủy được. Ví dụ: glucozơ, fructozơ.
• Đisaccarit là nhóm cacbonhiđrat mà khi thủy phân mỗi phân tử sinh ra hai phân tử monosaccarit. Ví dụ: saccarozơ, mantozơ.
• Polisaccarit là nhóm cacbonhiđrat phức tạp , khi thủy phân đến cùng mỗi phân tử sinh ra nhiều phân tử monosaccarit. Ví dụ: tinh bột, xenlulozơ.

II. GLUCOZƠ

1. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

• Là chất rắn, tinh thể không màu, dễ tan trong nước, có vị ngọt, nhưng không ngọt bằng đường mía.
• Có trong hầu hết các bộ phận của cây, nhiều nhất là trong quả chín, đặc biệt là trong quả nho chín nên glucozơ còn được gọi là đường nho. 
• Trong mật ong có khoảng 30% glucozơ.
• Trong máu người có một lượng nhỏ glucozơ nồng độ 0,1%.

2. Cấu tạo phân tử

• Công thức phân tử: C₆H₁₂O₆.
• Công thức cấu tạo: CH₂OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH=O hoặc CH₂OH[CHOH]₄CHO.

Vậy, glucozơ là hợp chất tạp chức, ở dạng mạch hở phân tử có cấu tạo của anđehit đơn chức và ancol 5 chức. Trong thực tế, glucozơ tồn tại chủ yếu ở hai dạng mạch vòng α-glucozơ và β-glucozơ.

3. Tính chất hóa học

Glucozơ có tính chất của andehit đơn chức và ancol đa chức.

a. Tác dụng với Cu(OH)₂ 

Ở nhiệt độ thường, glucozơ phản ứng với Cu(OH)₂ cho phức đồng Cu(C₆H₁₁O₆)₂ tương tự glixerol.

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

b. Phản ứng tạo este

Glucozơ phản ứng với anhidrit axetic (CH₃CO)₂O có mặt piriđin tạo este chứa 5 gốc axit axetic.

c. Oxi hóa glucozơ bằng dung dịch AgNO₃ trong amoniac (phản ứng tráng bạc)

Thí nghiệm: Cho lần lượt vào cùng một ống nghiệm sạch 1ml dung dịch AgNO₃ 1%, sau đó nhỏ từng giọt dung dịch NH₃ cho đến khi kết tủa vừa xuất hiện lại tan hết. Thêm tiếp vào 1ml dung dịch glucozơ 1%. Đun nóng nhẹ.

Hiện tượng: Thành ống nghiệm có một lớp sáng bóng như gương.

Giải thích: Dung dịch AgNO₃ trong NH₃ đã oxi hóa glucozơ tạo thành muối amoni gluconat và bạc kim loại bám vào thành ống nghiệm.

HOCH₂[CHOH]₄CHO  +  2AgNO₃  +  3NH₃  +  H₂O   \(\underrightarrow{t^o}\)    HOCH₂[CHOH]₄COONH₄   +   2Ag   +   2NH₄NO₃

d. Oxi hóa glucozơ bằng Cu(OH)₂

Trong môi trường kiềm, glucozơ bị oxi hóa bởi Cu(OH)₂ khi đun nóng tạo thành muối natri gluconat, đồng (I) oxit màu đỏ gạch và H₂O.

HOCH₂[CHOH]₄CHO +  2Cu(OH)₂  + NaOH   \(\underrightarrow{t^o}\)  HOCH₂[CHOH]₄COONa  + Cu₂O↓ _{đỏ gạch} +  3H₂O

e. Khử glucozơ bằng hidro

Dẫn khí hidro vào dung dịch glucozơ đun nóng, có Ni làm xúc tác, thu được sobitol.

HOCH₂[CHOH]₄CHO   +   H₂   \(\underrightarrow{t^o,Ni}\)   HOCH₂[CHOH]₄CH₂OH _(sobitol)

f. Phản ứng lên men

Khi có enzim làm xúc tác, glucozơ trong dung dịch lên men tạo thành ancol etylic và khí cacbonic:

C₆H₁₂O₆   \(\xrightarrow[enzim]{30-35^0}\)   2C₂H₅OH    +   2CO₂

4. Điều chế và ứng dụng

a. Điều chế

Glucozơ được điều chế trong công nghiệp bằng cách thủy phân tinh bột với xúc tác là HCl loãng hoặc enzim. Người ta cũng thủy phân xenlulozơ trong vỏ bào, mùn cưa với xúc tác là HCl thành glucozơ để làm nguyên liệu sản xuất ancol etylic.

b. Ứng dụng

• Là chất dinh dưỡng, dùng làm thuốc tăng lực cho người già, trẻ em và người lớn.
• Dùng để tráng gương, tráng ruột phích trong công nghiệp.
• Là sản phẩm trung gian trong quá trình sản xuất ancol etylic.

III. FRUCTOZƠ

1. Cấu tạo phân tử

Công thức phân tử C₆H₁₂O₆ là đồng phân của glucozơ.

• 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.

2. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

• Là chất rắn kết tinh, dễ tan trong nước.
• Vị ngọt hơn đường mía.
• Có nhiều trong hoa quả và đặc biệt trong mật ong (40%).

3. Tính chất hóa học

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 khi đun nóng.

Fructozơ       Glucozơ

Chú ý: Dung dịch fructozơ không làm mất màu dung dịch brom nên để phân biệt 2 dung dịch glucozơ và frutozơ người ta sử dụng thuốc thử là dung dịch brom.