Bài 3. Glucose và fructose

- Carbohydrate là những hợp chất hữu cơ tạp chức, thường có công thức chung là C_n(H₂O)_m.

- Cấu tạo:

+ Trong phân tử carbohydrate có nhiều loại nhóm chức (tạp chức).

+ Cấu trúc phân tử dạng mạch hở hoặc mạch vòng.

- Tính chất hóa học: phụ thuộc vào các loại nhóm chức trong phân tử carbohydrate, ví dụ:

+ Tính chất của polyalcohol.

+ Tính chất của aldehyde.

+ Phản ứng thủy phân của disaccharide, polysaccharide.

- Ứng dụng:

+ Glucose, fructose được sử dụng nhiều trong lĩnh vực y tế, công nghiệp thực phẩm.

+ Saccharose được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm như chế biến nước giải khát, siro, bánh mứt, kẹo,... và trong sản xuất dược phẩm.

+ Maltose cũng được sử dụng phổ biến trong sản xuất bánh kẹo và sản xuất bia.

+ Tinh bột dùng làm lương thực,... Cellulose dùng để sản xuất sơn mài, thuốc súng không khói, tơ visco, giấy bóng kính,...

Dựa vào phản ứng thủy phân carbohydrate để phân loại carbohydrate thành:

+ Monosaccharide: Là nhóm carbohydrate đơn giản nhất, không bị thuỷ phân. Ví dụ: glucose, fructose.

+ Disaccharide:  Là nhóm carbohydrate phức tạp hơn, khi bị thuỷ phân hoàn toàn, mỗi phân tử tạo thành hai phân tử monosaccharide. Ví dụ: saccharose, maltose.

+ Polysaccharide: Là nhóm carbohydrate phức tạp nhất, khi bị thuỷ phân hoàn toàn, mỗi phân tử tạo thành nhiều phân tử monosaccharide. Ví dụ: tinh bột, cellulose.

Trái cây chín chứa nhiều glucose, mật ong chứa nhiều fructose mà fructose có vị ngọt hơn glucose nên mật ong ngọt hơn nhiều các loại trái cây chín.

- Giống: Phân tử glucose và fructose đều là các polyalcohol (có nhiều nhóm –OH).

- Khác:

+ Phân tử glucose có một nhóm aldehyde (-CHO).

+ Phân tử fructose có một nhóm ketone (-C=O)

- Hiện tượng:

+ Khi nhỏ dung dịch CuSO₄ vào dung dịch NaOH, xuất hiện kết tủa màu xanh lam là Cu(OH)₂. \({\rm{CuS}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} + 2{\rm{NaOH}} \to {\rm{Cu(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}} + {\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}\)

+ Nhỏ dung dịch glucose vào ống nghiệm chứa kết tủa, lắc đều, kết tủa tan. Phản ứng xảy ra như sau:

\(2{{\rm{C}}_{\rm{6}}}{{\rm{H}}_{{\rm{12}}}}{{\rm{O}}_{\rm{6}}} + {\rm{Cu(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}} \to {{\rm{(}}{{\rm{C}}_{\rm{6}}}{{\rm{H}}_{{\rm{11}}}}{{\rm{O}}_{\rm{6}}}{\rm{)}}_{\rm{2}}}{\rm{Cu}} + 2{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\)

- Nhận xét: Glucose có khả năng hòa tan Cu(OH)₂ trong môi trường base ở nhiệt độ thường.

- Kết luận: Trong phân tử glucose có các nhóm –OH kề nhau, do đó glucose có tính chất của polyalcohol (hòa tan Cu(OH)₂ ở nhiệt độ thường).

- Hiện tượng: có sự tạo thành kết tủa trắng bạc bám trên thành ống nghiệm.

- Nhận xét: Glucose phản ứng với thuốc thử Tollens tạo thành kết tủa trắng bạc.

- Giải thích hiện tượng: Glucose phản ứng với dung dịch AgNO₃/NH₃ tạo thành kết tủa Ag.

- Nhận xét:

+ Glucose hòa tan Cu(OH)₂ ở nhiệt độ thường:

\(2{{\rm{C}}_{\rm{6}}}{{\rm{H}}_{{\rm{12}}}}{{\rm{O}}_{\rm{6}}} + {\rm{Cu(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}} \to {{\rm{(}}{{\rm{C}}_{\rm{6}}}{{\rm{H}}_{{\rm{11}}}}{{\rm{O}}_{\rm{6}}}{\rm{)}}_{\rm{2}}}{\rm{Cu}} + 2{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\)

+ Glucose phản ứng với Cu(OH)₂ trong môi trường base khi đun nóng tạo kết tủa màu đỏ gạch.

- Tuy fructose không có nhóm –CHO nhưng trong môi trường kiềm, frutose chuyển hóa thành glucose nên fructose vẫn tham gia phản ứng với Cu(OH)₂ trong môi trường base khi đun nóng.

- Hiện tượng: nước bromine bị mất màu.

- Giải thích: Glucose có nhóm chức –CHO, bromine oxi hóa glucose, phản ứng xảy ra làm nước bromine mất màu.

\({\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{OH(CHOH}}{{\rm{)}}_{\rm{4}}}{\rm{CHO  +  B}}{{\rm{r}}_{\rm{2}}}{\rm{ +  }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \to {\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{OH(CHOH}}{{\rm{)}}_{\rm{4}}}{\rm{COOH  +  2HBr}}\)

Trong các phản ứng lên men, enzyme đóng vai trò là chất xúc tác. Cũng như nhiều phản ứng hóa học, tốc độ phản ứng có enzyme tăng khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao tốc độ phản ứng lại giảm do enzyme bị biến tính, thay đổi cấu trúc nên hoạt tính enzyme giảm mạnh. Vậy nên các các phản ứng lên men cần nhiệt độ không quá cao.

Trong chuyển hóa năng lượng, glucose là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất để tạo ra năng lượng trong quá trình hô hấp tế bào. Khi thiếu glucose, các cơ quan không được cung cấp đủ năng lượng sẽ dẫn đến hoa mắt, chóng mặt, ớn lạnh, thậm chí là ngất, hiện tượng này gọi là hạ đường huyết. Do đó, trong y học, người ta thường dùng glucose để trị chứng hạ đường huyết.