Thuốc thử để phân biệt Glucozơ và Fructozơ là gì?

1. Glucozơ là gì?

Glucozơ là một loại đường đơn, có công thức hóa học là C6H12O6, có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của các sinh vật, vì nó là nguồn năng lượng chính cho các tế bào.

– Tính chất vật lý: màu trắng, tan tốt trong nước, có vị ngọt.

– Tính chất hóa học: phản ứng oxi hóa thành axit gluconic, phản ứng khử thành sorbitol, phản ứng thủy phân thành fructozơ và glucozơ, phản ứng trùng ngưng thành saccarozơ, phản ứng với axit sunfuric đặc nóng thành than chì. Phương trình hóa học của một số phản ứng của glucozơ là:

– Phản ứng oxi hóa: C6H12O6 + O2 -> C6H12O7 + H2O

– Phản ứng khử: C6H12O6 + H2 -> C6H14O6

– Phản ứng thủy phân: C12H22O11 + H2O -> C6H12O6 + C6H12O6

– Phản ứng trùng ngưng: C6H12O6 + C6H12O6 -> C12H22O11 + H2O

– Phản ứng với axit sunfuric: C6H12O6 + H2SO4 -> 6C + 6H2O + SO2

Glucozơ có nhiều ứng dụng trong cuộc sống và công nghiệp, ví dụ:

– Là nguồn năng lượng cho các quá trình sinh lý của cơ thể.

– Là nguyên liệu để sản xuất ancol etylic bằng quá trình lên men.

– Là nguyên liệu để sản xuất các loại đường khác như fructozơ, saccarozơ, lactozơ…

– Là nguyên liệu để sản xuất các loại hóa chất khác như axit gluconic, axit ascorbic (vitamin C), sorbitol…

– Là thành phần của các sản phẩm thực phẩm, đồ uống, thuốc men…

2. Fructozơ là gì?

Fructozơ là một loại đường đơn giản có công thức phân tử C6H12O6 và công thức cấu tạo CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH, có nhóm chức xeton ở vị trí 2 của chuỗi cacbon nên thuộc dạng monosacarit ketonic. Fructozơ có vị ngọt hơn đường mía và được tìm thấy trong nhiều loại quả, hoa, mật ong và rau củ.

Tác dụng của fructozơ là cung cấp năng lượng cho cơ thể khi được hấp thụ trực tiếp vào máu trong quá trình tiêu hóa. Fructozơ cũng có vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp các chất béo, glycogen và các hợp chất khác trong gan. Tuy nhiên, nếu sử dụng quá nhiều fructozơ, có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe như béo phì, tiểu đường, bệnh gan nhiễm mỡ và các bệnh tim mạch.

Tính chất của fructozơ là có khả năng tan tốt trong nước, có màu trắng và không mùi. Fructozơ có tính chất hóa học của ancol đa chức và xeton. Fructozơ có thể tác dụng với H2 để tạo ra sobitol, với HCN để tạo ra cyanhydrin, với Cu(OH)2 để tạo ra phức xanh. Trong môi trường kiềm, fructozơ chuyển hóa thành glucozơ nên có phản ứng tráng gương và phản ứng với Cu(OH)2 trong môi trường kiềm khi đun nóng. Fructozơ không có phản ứng làm mất màu dung dịch brom.

Phương trình hóa học của fructozơ là:

– Tác dụng với H2: CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH + H2 -> CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CH2OH-CH2OH

– Tác dụng với HCN: CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH + HCN -> CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-C(OH)-CN-CH2OH

– Tác dụng với Cu(OH)2: 2C6H12O6 + Cu(OH)2 -> 2H2O + (C6H11O6)2Cu

– Chuyển hóa thành glucozơ: CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH -> CH2OH-(CHOH)4-CHO

3. Thuốc thử để phân biệt Glucozơ và Fructozơ là gì?

Để phân biệt Glucozơ và Fructozơ, ta có thể dùng thuốc thử là dung dịch brom. Glucozơ có nhóm chức anđehit (-CHO) nên có thể phản ứng với brom, làm mất màu dung dịch brom. Fructozơ không có nhóm chức anđehit mà có nhóm chức xeton (-CO-) nên không phản ứng được với brom, dung dịch brom vẫn giữ màu vàng nâu  .

– Phương trình phản ứng của Glucozơ với Brom:

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

Phương trình này cho thấy Glucozơ bị oxi hóa thành axit gluconic, còn Brom bị khử thành HBr.

– Fructozơ không có phản ứng với Brom:

CH2OH[CHOH]3COCH2OH + Br2 → không có phản ứng

4. Sự giống nhau và khác nhau giữa Fructozơ và Glucozơ và phương trình hóa học:

Fructozơ và Glucozơ là hai loại đường đơn giản có công thức phân tử là C6H12O6. Tuy nhiên, chúng khác nhau về công thức cấu tạo, tính chất hóa học và ứng dụng.

– Về công thức cấu tạo, Fructozơ có nhóm chức keton (-CO-) ở vị trí C2, còn Glucozơ có nhóm chức anđehit (-CHO) ở vị trí C1. Fructozơ có hai dạng mạch vòng là α-Fructozơ và β-Fructozơ, còn Glucozơ có hai dạng mạch vòng là α-Glucozơ và β-Glucozơ. Fructozơ có dạng mạch hở là CH2OH-CO-CH2OH-CHOH-CHOH-CH2OH, còn Glucozơ có dạng mạch hở là CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO.

– Về tính chất hóa học, Fructozơ và Glucozơ đều có tính chất của ancol đa chức, như tác dụng với Cu(OH)2, tạo este hay phản ứng tráng gương trong môi trường kiềm. Tuy nhiên, Fructozơ không có tính chất của anđehit như Glucozơ, như làm mất màu dung dịch Brom hay oxi hóa thành axit gluconic.

– Về ứng dụng, Fructozơ và Glucozơ đều được sử dụng trong ngành thực phẩm, y tế và công nghiệp. Fructozơ có vị ngọt cao hơn Glucozơ nên được dùng làm nguyên liệu sản xuất các loại đường ngọt như siro bắp hoặc đường hoa quả. Fructozơ cũng được sử dụng để điều trị bệnh tiểu đường do khả năng chuyển hóa thành Glucozơ trong gan. Glucozơ là nguồn năng lượng quan trọng cho các tế bào sống, đặc biệt là não bộ và được dùng để sản xuất các loại rượu, ethanol hay axit gluconic.

5. Cách điều chế Glucozơ và Fructozơ:

5.1. Glucozơ:

Có hai cách điều chế glucozơ trong công nghiệp, đó là:

– Thủy phân tinh bột với chất xúc tác là axit clohiđric hoặc enzim. Tinh bột được lấy từ các nguồn như khoai tây, lúa mì hoặc ngô. Tinh bột được nghiền nhỏ và trộn với axit clohiđric loãng hoặc enzym (thường là amylase) để thủy phân thành glucozơ và fructozơ. Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ và áp suất nhất định trong một buồng reaktor. Sau khi thủy phân hoàn tất, glucozơ được tách ra và sử dụng trong quá trình sản xuất.

– Thủy phân xenlulozơ (mùn cưa, tro trấu…) cùng với xúc tác là axit clohiđric tạo thành glucozơ được dùng trong sản xuất ancol etylic.

– Phương trình điều chế glucozơ từ tinh bột bằng axit clohiđric:

(C6H10O5)n + nH2O + 2nHCl → nC6H12O6 + 2nNaCl

– Phương trình điều chế glucozơ từ tinh bột bằng enzym:

(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

– Phương trình điều chế glucozơ từ xenlulozơ bằng axit clohiđric:

(C6H10O4)n + 2nH2O + 2nHCl → nC6H12O6 + 2nNaCl

5.2. Fructozơ:

Có hai cách điều chế fructozơ:

– Cách 1: Điều chế fructozơ từ saccarozơ (đường mía). Saccarozơ là một disacarit được tạo thành bởi glucozơ và fructozơ liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic. Để tách saccarozơ thành glucozơ và fructozơ, ta có thể dùng axit hoặc enzym invertaza để thủy phân saccarozơ. Phương trình phản ứng như sau:

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

Saccarozơ + Nước → Glucozơ + Fructozơ

– Cách 2: Điều chế fructozơ từ tinh bột. Tinh bột là một polysacarit được tạo thành bởi nhiều phân tử glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic. Để tách tinh bột thành glucozơ, ta có thể dùng axit hoặc enzym amylaza để thủy phân tinh bột. Sau đó, để biến đổi glucozơ thành fructozơ, ta có thể dùng enzym izomeraza để chuyển nhóm chức aldehit của glucozơ thành nhóm chức xeton của fructozơ. Phương trình phản ứng như sau:

(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

Tinh bột + Nước → Glucozơ

C6H12O6 → C6H12O6

Glucozơ → Fructozơ

6. Các bài tập về fructozơ và glucozơ và lời giải chi tiết:

Bài 1: Cho biết công thức cấu tạo của fructozơ và glucozơ. Giải thích sự khác nhau giữa hai loại đường này.

Lời giải:

– Fructozơ có công thức cấu tạo là C6H12O6, nhưng có dạng hình chuông với một nhóm cacbonyl ở vị trí 2 và năm nhóm hydroxyl ở các vị trí còn lại.

– Glucozơ cũng có công thức cấu tạo là C6H12O6, nhưng có dạng hình vòng sáu cạnh với một nhóm hydroxyl ở vị trí 1 và năm nhóm hydroxyl ở các vị trí còn lại.

– Sự khác nhau giữa fructozơ và glucozơ là vị trí của nhóm cacbonyl và hướng của các nhóm hydroxyl trong phân tử.

Bài 2: Cho biết phản ứng thủy phân của fructozơ và glucozơ trong dung dịch axit. Viết phương trình phản ứng và cho biết sản phẩm thu được.

Lời giải:

– Phản ứng thủy phân của fructozơ trong dung dịch axit là:

C6H12O6 + H2O -> C6H14O

Sản phẩm thu được là fructitol, một loại rượu đa chức.

– Phản ứng thủy phân của glucozơ trong dung dịch axit là:

C6H12O6 + H2O -> C6H14O7

Sản phẩm thu được là glucitol, một loại rượu đa chức khác.

Bài 3: Cho biết phản ứng oxi hóa của fructozơ và glucozơ trong dung dịch brom. Viết phương trình phản ứng và cho biết sản phẩm thu được.

Lời giải:

– Phản ứng oxi hóa của fructozơ trong dung dịch brom là:

C6H12O6 + Br2 -> C6H10O6 + 2 HBr

Sản phẩm thu được là hexonic acid, một loại axit cacboxylic.

– Phản ứng oxi hóa của glucozơ trong dung dịch brom là:

C6H12O6 + Br2 -> C6H10O5Br + HBr + H2O

Sản phẩm thu được là gluconic acid bromide, một loại este.

Bài 4: Cho biết phản ứng khử của fructozơ và glucozơ trong dung dịch natri hiđroxit. Viết phương trình phản ứng và cho biết sản phẩm thu được.Lời giải:

– Phản ứng khử của fructozơ trong dung dịch natri hiđroxit là:

C6H12O6 + NaOH -> C5H10O5 + NaCHO + H2O

Sản phẩm thu được là ribozơ, một loại đường năm cạnh, và natri formiat, một loại muối.

– Phản ứng khử của glucozơ trong dung dịch natri hiđroxit là:

C6H12O6 + NaOH -> C5H10O4 + NaCH2OH + H2O

Sản phẩm thu được là arabinôz, một loại đường năm cạnh khác, và natri metanolat, một loại muối khác.

Bài 5: Cho biết phản ứng tổng hợp của fructozơ và glucozơ trong dung dịch axit sunfuric đặc. Viết phương trình phản ứng và cho biết sản phẩm thu được.

Lời giải:

– Phản ứng tổng hợp của fructozơ và glucozơ trong dung dịch axit sunfuric đặc là:

C6H12O6 + C6H12O6 -> C12H22O11 + H2O

Sản phẩm thu được là sucrozơ, một loại đường phức hợp.