Nội dung chính Hóa học 12 cánh diều Bài 3: Giới thiệu về carbohydrate

BÀI 3. GIỚI THIỆU VỀ CARBOHYDRATE

I. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 

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

- Phân loại: 3 nhóm chính:

+ Monosaccharide: carbohydrate không bị thủy phân.

+ Disaccharide: thủy phân hoàn toàn mỗi phân tử tạo thành hai phân tử monosaccharide.

+ Polysaccharide: thủy phân hoàn toàn mỗi phân tử tạo thành nhiều phân tử monosaccharide.

II. CẤU TẠO HOA HỌC

1. Glucose và fructose

- Glucose:

+ Công thức phân tử: C₆H₁₂O₆.

+ Ở dạng mạch hở có 5 nhóm hydroxy và một nhóm aldehyde.

+ Công thức cấu tạo: CH₂OH[CHOH]₄CH=O.

+ Dạng tồn tại: dạng mạch hở và dạng vòng (6 cạnh) chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

+ Nhóm -OH hemiacetal gắn với carbon số 1 trong dạng mạch vòng.

- Fructose:

+ Công thức phân tử: C₆H₁₂O₆.

+ Ở dạng mạch hở chứa 5 nhóm hydroxy, một nhóm ketone.

+ Dạng tồn tại: tồn tại đồng thời ở dạng mạch hở và mạch vòng (5 cạnh).

+ Nhóm -OH hemiketal gắn với carbon số 2 trong dạng mạch vòng.

2. Saccharose và maltose

- Giống nhau: Saccharose và maltose cùng có công thức phân tử là C₁₂H₂₂O₁₁.

- Khác nhau:

• Saccharose: Tạo thành từ một đơn vị glucose liên kết với một đơn vị fructose qua liên kết -1,2-glycoside. Chỉ tồn tại ở dạng mạch vòng.

• Maltose: Tạo thành từ một hai vị glucose liên kết với nhau qua liên kết -1,4-glycoside. Tồn tại ở dạng mạch vòng và dạng mở vòng.

3. Tinh bột và cellulose

* Giống nhau:

• Là polymer tự nhiên.

• Công thức chung: (C₆H₁₀O₅)_n.

* Khác nhau:

- Tinh bột: gồm amylose và amylopectin

• Amylose: polymer mạch dài, không nhánh, xoắn lại, tạo thành từ -glucose liên kết với nhau bằng liên kết -1,4-glycoside.

• Amylopectin: mạch phân nhánh; ở mạch nhánh, glucose liên kết với nhau bằng liên kết -1,4-glycoside; mạch nhánh liên kết với mạch chính (chuỗi amylose) bằng liên kết -1,6-glycoside.

- Cellulose: -glucose liên kết với nhau tạo mạch dài, không nhánh (tương tự amylose).

III. TRẠNG THAI TỰ NHIEN

1. Glucose và fructose 

- Giống nhau: Là chất rắn, dễ tan trong nước, có vị ngọt.

- Khác nhau:

• Glucose: Có trong hầu hết các bộ phận của cây, đặc biệt trong quả chín; có trong cơ thể người và động vật.

• Fructose: Có nhiều trong mật ong và các quả ngọt.

2. Saccharose và maltose

- Giống nhau: Là chất rắn, tan tốt trong nước, có vị ngọt.

- Khác nhau:

• Saccharose: Có trong hoa quả, rau, của, đặc biệt nhiều trong thân cây mía, củ cải đường, hoa thốt nốt.
• Maltose: Có nhiều trong mạch nha (sản phẩm thủy phân không hoàn toàn tinh bột). 

3. Tinh bột và cellulose

IV. ỨNG DỤNG

1. Glucose, fructose, saccharose và maltose

- Glucose, fructose, saccharose và maltose: chất dinh dưỡng, cung cấp năng lượng cho cơ thể; nguyên liệu, chất phụ gia trong sản xuất bánh, kẹo, thức uống dinh dưỡng, nước giải khát,…

- Glucose: pha dịch truyền; tráng bạc chế tạo gương; nguyên liệu sản xuất vitamin C; môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất bột ngọt, chất kháng sinh.

- Saccharose: sản xuất acetic acid, ethanol trong công nghiệp.

2. Tinh bột

- Nguồn lương thực quan trọng của con người.

- Nguyên liệu để sản xuất bánh, mì sợi, bị, rượu, mạch nha, glucose, ethanol.

- Phụ gia để hồ vải. 

3. Cellulose

- Làm vật liệu xây dựng, đồ dùng gia đình

- Làm sợi, tơ, giấy viết, giấy bao bì, màng mỏng,…

- Nguyên liệu sản xuất ethanol, chế tạo thuốc nổ, thuốc súng không khói.

V. SỰ HINH THANH VA CHUYỂN HOA TINH BỘT

1. Sự hình thành tinh bột trong cây 

- Trong quá trình quang hợp, dưới tác dụng của chlorophyll (diệp lục), khí carbon dioxide kết hợp với nước tạo thành tinh bột.

- Phương trình tổng quát:

6nCO₂ + 5nH₂O (C₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂

2. Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể người

- Khoang miệng: Khi nhai thức ăn, enzyme amylase (trong nước bọt) thủy phân một phần tinh bột tạo dextrin, sau đó thành maltose.

- Ruột non: Enzyme tiếp tục thủy phân tinh bột, chuyển hóa hoàn toàn tinh bột thành glucose.

- Glucose được hấp thụ từ ruột và máu, chuyển đến tế bào CO₂, H₂O và giải phóng năng lượng để cơ thể hoạt động; lượng glucose dư được chuyển hóa trở lại thành glycogen, được dự trữ trong gan và cơ. Khi cơ thể thiếu hụt dinh dưỡng cung cấp glucose cho cơ thể.