Glucozo là gì? Fructozo là gì? Thuốc thử để phân biệt chúng?

Glucozo và Fructozo cùng tồn tại trong hầu hết các bộ phận của con người, thực vật và động vật. Vậy glucozo là gì? Fructozo là gì? Cùng tìm hiểu công thức, cấu tạo, tính chất, vai trò và thuốc thử để phân biệt hai loại chất quan trọng này.

1.Glucozo là gì?

Glucozo còn được gọi là đường nho là chất rắn, tinh thể không màu, dễ tan trong nước, có vị ngọt nhưng không ngọt bằng đường mía.

Glucozo có trong hầu hết các bộ phận của cây như lá, hoa, rễ…và nhất là trong quả chín. Đặc biệt, glucozo có nhiều trong quả nho chín nên còn gọi là đường nho. Trong mật ong có nhiều glucozo (khoảng 30%). Glucozo cũng có trong cơ thể người và động vật. Trong máu người có một lượng với nồng độ hầu như không đổi khoảng 0,1%.

2.Tính chất lý hóa của Glucozo:

2.1. Trạng thái tự nhiên của Glucozo là gì?

Hẳn là mọi người đều thắc mắc về trạng thái tự nhiên của Glucozo. Glucozo là chất rắn rất dễ tan trong nước, tinh thể glucozơ là chất không màu và ó vị ngọt; Tuy nhiên Glucozo không ngọt bằng đường mía. 

Trạng thái tự nhiên của Glucozo như sau:

– Chúng tồn tại trong hầu hết các bộ phận của thực vật, tồn tại nhiều nhất là nằm ở các loại quả chín. Đặc biệt là trong quả nho chính vì đêì này mà Glucozu còn được gọi là đường nho.

– Glucozơ chiếm khoảng 30% trong thành phần của mật ong.

– Trong cơ thể của con người và động vật đều có một lượng glucozơ nhất định trong cơ thể.

2.2. Cấu tạo phân tử của glucozo:

Công thức phân tử của glucozo là C6H12O6. Chúng được xác định dựa trên kết quả của các thí nghiệm đó là:

– Glucozo tham gia vào phản ứng tráng bạc và chúng bị oxi hóa bởi nước brom. Sản phẩm tạo thành là axit gluconic => có nhóm CH=O trong phân tử.

– Glucozo khi tác dụng với Cu(OH)2 sẽ tạo ra dung dịch có màu xanh lam. Điều này chứng tỏ phân tử glucozo có chứa nhiều nhóm OH ở vị trí kề nhau.

– Glucozo cũng sẽ tạo este chứa 5 gốc axit CH3COO => có 5 nhóm OH.

– Khi tiến hành khử hoàn toàn glucozo, chúng ta sẽ thu được hexan => 6 C tạo thành mạch không phân nhánh.

Như vậy có thể thấy rằng Glucozo là hợp chất tạp chức. Chúng tồn tại ở dạng mạch hở phân tử và có cấu tạo của một anđehit đơn chức cùng với ancol 5 chức. Công thức là:

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

Viết gọn sẽ là: CH2OH[CHOH]4CHO

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

Trong thực tế thì Glucozo sẽ tồn tại chủ yếu ở hai dạng mạch vòng là: α – glucozơ và β – glucozo.

2.3.Tính chất hóa học của glucozo:

Người ta chứng minh được rằng, Glucozo mang tính chất hóa học đặc trưng của ancol đa chức và andehit thông qua những thí nghiệm dưới đây. 

Tính chất của ancol đa chức:

• Tác dụng với Cu(OH)2

– Trong dung dịch, ở nhiệt độ thường glucozo hòa tan Cu(OH)2 cho dung dịch phức đồng- glucozo màu xanh lam:

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

• Phản ứng tạo este

C6H7O(OH)5 + 5(CH3CO)2O → C6H7O(OOCCH3)5 + 5CH3COOH

=> Phản ứng chứng tỏ glucozo có chứa 5 gốc -OH

Tính chất của anđehit:

Glucozo tham gia phản ứng tráng bạc, phản ứng khử, lên men rượu…

Thứ nhất, Phản ứng oxi hóa Glucozo:

• Phản ứng tráng bạc

– Dung dịch AgNO3 có khả năng oxy hóa Glucozo trong môi trường NH3. Sản phẩm tạo thành là muối amoni gluconat và bạc. Ta quan sát được chúng sẽ bám vào thành ống nghiệm. 

– Phương trình:

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

• Phản ứng Cu(OH)2/OH-

– Glucozo bị oxi hóa bởi Cu(OH)2 trong môi trường kiềm. Kết quả phản ứng sẽ tạo thành muối natri gluconat, đồng (I) oxit và H2O. 

– Phương trình: 

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

• Phản ứng với dung dịch Brom

– Phương trình:

CH2OH[CHOH]4CHO  + Br2 + 2H2O → CH2OH[CHOH]4COOH + 2HBr

• Phản ứng khử glucozo

– Khi dẫn khí hiđro vào dung dịch glucozo đun nóng có thêm chất xúc tác Ni, ta sẽ thu được một poliancol còn gọi là sobitol.

– Phương trình:

CH2OH[CHOH]4CHO + H2 (đk: to, Ni) → CH2OH[CHOH]4CH2OH

Thứ hai, Phản ứng lên men rượu:

– Khi có enzim xúc tác, glucozo sẽ bị lên men, tạo ra sản phẩm tạo là ancol etylic và khí cacbonic. 

– Phương trình:

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

2.4. Điều chế glucozo:

Điều chế:

Trong công nghiệp: Glucozo được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột nhờ xúc tác enzim hoặc acid chlohydric (HCl) loãng. Bên cạnh đó, người ta cũng thủy phân cellulose (có trong vỏ bào, mùn cưa) nhờ xúc tác acid chlohidric đặc thành glucozo để làm nguyên liệu sản xuất ethanol.

Phương trình điều chế glucozo:

(C6H10O5)n + nH2O  (nhiệt độ, H+)→ nC6H12O6

• Trong tự nhiên: Glucozo được tổng hợp trong cây xanh nhờ quá trình quang hợp phức tạp, có thể viết đơn giản bằng phương trình hóa học sau:

6CO2 + 12H20 (ánh sáng mặt trời)→ C6H12O6  + 6O2  + 6H20

Trong công nghiệp và trong tự nhiên, phương pháp điều chế glucozo khác nhau. Do đó, chất lượng và giá thành là hai yếu tố mà chúng ta cần cân nhắc trong quá trình sử dụng.

2.5. Ứng dụng của glucozo:

Glucozo có ứng dụng trong 2 lĩnh vực chủ yếu:

-Trong y học: Glucozo làm thuốc tăng lực cho người bệnh, dễ hấp thu và cung cấp khá nhiều năng lượng.

-Trong công nghiệp: Tráng gương, tráng ruột phích thay cho anđehit mặc dù 2 hợp chất này có cùng phản ứng này, nhưng andehit khá độc.

 3. Fructozo là gì?

Được biết đến là một hợp chất hóa học có vị ngọt hơn đường mía, fructozo được sử dụng rộng rãi trong đời sống hiện nay. Vậy chính xác thì fructose là gì? Cấu tạo phân tử, công thức cấu tạo và tính chất hóa học của fructozơ là gì? Cách điều chế và ứng dụng Fructose?…

– Fructozo được biết đến là một monosaccharide ketonic đơn giản và được tìm thấy ở nhiều loài thực vật, nơi nó thường được liên kết với glucozo để tạo thành các disaccharide sucrose.

– Fructozo là một trong ba monosacarit dùng cho ăn kiêng: Cùng với glucozơ và galactose, fructozo được hấp thụ trực tiếp vào máu trong quá trình tiêu hóa.

4. Tính chất lý hoá của fructozo:

4.1.Cấu trúc phân tử của Fructozo:

– Công thức phân tử: C6H12O6

– Công thức cấu tạo: CH2OH−CHOH−CHOH−CHOH−CO−CH2OH

– Trong dung dịch, fructozơ tồn tại chủ yếu ở dạng β, vòng 5 hoặc 6 cạnh.

4.2.Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên:

– Fructozo tinh khiết và khô là một chất rắn kết tinh rất ngọt, màu trắng và không mùi. Đây là loại đường hòa tan trong nước tốt nhất.

– Fructozo cũng được tìm thấy trong mật ong, cây và trái nho, hoa, quả mọng và hầu hết một số loại rau.

4.3.Tính chất hóa học của fructozo:

Vì phân tử fructozo chứa 5 nhóm OH, mà trong đó có 4 nhóm liền kề và 1 nhóm chức C=O. Do đó nó có các tính chất hóa học của ancol đa chức và xeton.

– Hòa tan Cu(OH)2 ở ngay nhiệt độ thường

– 2C6H12O6+Cu(OH)2→2H2O+(C6H11O6)2Cu

Tính chất của xeton

– Tác dụng với H2 tạo sobitol: CH2OH−[CHOH]3−CO−CH2OH+H2→CH2OH[CHOH]4CH2OH

– Cộng HCN: CH2OH−[CHOH]3−CO−CH2OH+HCN→CH2OH(CHOH)3C(OH)CNCH2OH

Chú ý:

– Trong môi trường kiềm fructozo chuyển hóa thành glucozơ nên fructozơ có phản ứng tráng gương, phản ứng với Cu(OH)2 trong môi trường kiềm.

– Fructozo không có phản ứng làm mất màu dung dịch Brom.

– Không phân biệt glucozơ và fructozo bằng phản ứng tráng bạc hay phản ứng với Cu(OH)2 trong môi trường kiềm khi đun nóng. Để phân biệt glucozo với fructozo dùng dung dịch nước brom.

5. Thuốc thử để phân biệt glucozo và fructozo:

Chúng ta có thể phân biệt dung dịch glucozo với dung dịch fructozo bằng thuốc thử là nước Br2.

Trong môi trường kiềm thì fructozo chuyển hóa thành glucozo theo cân bằng. VÌ vậy không thể phân biệt glucozo và fructozo bằng các thuốc thử có môi trường kiềm.

Dùng dung dịch nước Br2 có thể phân biệt được glucozo và fructozo do phản ứng của glucozo xảy ra phản ứng làm mất màu brom nếu dùng dư. Phương trình phản ứng diễn ra như sau:

CH2OH(CHOH ) 4 CHO + Br2 + H2O → CH2OH (CHOH )4 COOH + 2 HBr

Glucozo có nhóm chức andehit nên có thể tham gia phản ứng, fructozo do không có nhóm này thay thế vào đó là nhóm xeton nên không xảy ra hiện tượng gì.

6. Các dạng bài tập về glucozo, fructozo:

Dạng 1: Phản ứng tráng bạc của glucozo, fructozo

Phương pháp :

⇒ Cả glucozo và fructozo đều tham gia phản ứng tráng bạc

1 mol glucozo ( fructozơ) → 2mol Ag

Chú ý :

Với phản ứng tráng bạc và phản ứng khử Cu(OH)2 tạo Cu2O đều xảy ra trong môi trường kiềm, do đó fructozo tham gia 2 phản ứng này giống glucozo

Để phân biệt glucozo và fructozo sử dụng tính khử của nhóm –CHO chỉ có glucozo có ( mất màu dung dịch Br2, mất màu dung dịch KMnO4

Ví dụ: Đun nóng dung dịch chứa 18 gam glucozo với AgNO3 đủ phản ứng trong dung dịch NH3 thấy Ag tách ra. Tính lượng Ag thu được và khối lượng AgNO3 cần dùng, biết rắng các phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Hướng dẫn:

C5H11O5CHO + 2[Ag(NH3)2]OH → C5H11O5COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O

nAg = 2nglucozo = 2.18/180 = 0,2 (mol)

⇒ mAg 0,2.108 = 21,6 (gam)

Dạng 2: Lên men glucozo

Phương pháp :

Bài toán thường gắn với dạng dẫn khí CO2 vào bình đựng Ca(OH)2 để tính được CO2 từ đó tính ngược lại glucozo

Ví dụ: Lên men dung dịch chứa 300 gam glucozơ thu được 92 gam ancol etylic. Hiệu suất quá trình lên men tạo thành ancol etylic là :

A. 60%. B. 40%. C. 80%. D. 54%.

Hướng dẫn giải:

netylic = 92/46 = 2 mol

C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2

1 2 mol

Hiệu suất quá trình lên men tạo thành ancol etylic là : H = (1.180)/300 = 60% => Đáp án A.

Dạng 3: Khử glucozo bằng H2

Phương pháp :

C6H12O6 + H2 → C6H14O6

(glucozo)      (sobitol)

Ví dụ 1 : Lượng glucozo cần dùng để tạo ra 1,82g sobitol với hiệu suất 80% là:

A.2,25g B. 1,80g C. 1,82g D. 1,44g

Hướng dẫn giải :

C6H12O6 + H2 → C6H14O6

180 ← 182 (gam)

1,82. 180/182 : 80% = 2,25g ← 1,82 (gam)

→ Đáp án A