Cacbohidrat là gì? Định nghĩa, Tính chất, Ứng dụng và Cách điều chế

Cacbohidrat được biết đến là hợp chất hữu cơ cấu tạo nên hầu hết các vật chất trên trái đất. Vậy cụ thể cacbohidrat là gì? Lý thuyết về cacbohidrat? Tính chất, ứng dụng và cách điều chế cacbohidrat như nào?… Nội dung bài viết dưới đây của DINHNGHIA.COM.VN sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích về chủ đề trên, cùng tìm hiểu nhé!. 

Tìm hiểu về Cacbohidrat 

Định nghĩa Cacbohidrat là gì?

Cacbohidrat (còn gọi là gluxit hoặc saccarit) được biết đến là những hợp chất hữu cơ tạp chức, với công thức chung là (C_{n}(H_{2}O)_{m}) chứa nhiều nhóm OH và nhóm cacbonyl (andehit hoặc xeton) trong phân tử hóa học. 

Phân loại Cacbohidrat

Gluxit được chia thành 3 loại thường gặp là:

• Monosaccarit: glucozơ, fructozơ có CTPT là (C_{6}H_{12}O_{6})

• Đisaccarit: saccarozơ và mantozơ có CTPT là (C_{12}H_{22}O_{11})
• Polisaccarit: xenlulozơ và tinh bột có CTPT là ((C_{6}H_{10}O_{5})_{n})

Lý thuyết về Glucozơ 

Cấu trúc phân tử Glucozơ

• Công thức phân tử (C_{6}H_{12}O_{6})
• Công thức cấu tạo (CH_{2}OH – (CHOH)_{4} – CHO)
• Glucozơ tồn tại ở cả hai dạng mạch hở và mạch vòng (dạng (alpha) là 36% dạng (beta) là 64%).

Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

• Là chất rắn, không màu, tan tốt trong nước, độ tan trong nước tăng khi nhiệt độ tăng.
• Có vị ngọt kém đường mía.
• Có nhiều trong các loại hoa quả: quả nho, mật ong (30%), máu người (0,1%).

Tính chất hóa học của Glucozơ

Trong phân tử glucozơ có 5 nhóm OH nằm liền kề và 1 nhóm CHO nên glucozơ có các phản ứng của ancol đa chức và của anđehit.

Hòa tan (Cu(OH)_{2}) ở ngay nhiệt độ thường tạo thành dung dịch màu xanh lam

(2C_{6}H_{12}O_{6} + Cu(OH)_{2} rightarrow (C_{6}H_{11}O_{6})_{2}Cu + 2H_{2}O)

(rightarrow) Phản ứng này chứng minh glucozo có nhiều nhóm OH.

Tác dụng với anhiđrit axit tạo thành este 5 chức:

(CH_{2}OH(CHOH)_{4}CHO + 5(CH_{3}CO)_{2}O rightarrow CH_{3}COOCH_{2}(CHOOCCH_{3})4CHO + 5CH_{3}COOH)

(rightarrow) Phản ứng này dùng để chứng minh trong phân tử glucozơ có 5 nhóm OH.

Tác dụng với (H_{2}) tạo thành ancol sobitol:

(CH_{2}OH(CHOH)_{4}CHO + H_{2} overset{Ni,t^{circ}}{rightarrow}CH_{2}OH(CHOH)_{4}CH_{2}OH)

Tác dụng với (AgNO_{3}/NH_{3}) tạo thành Ag (phản ứng tráng gương):

(CH_{2}OH(CHOH)_{4}CHO + 2AgNO_{3} + 3NH_{3} + H_{2}O rightarrow CH_{2}OH(CHOH)_{4}COONH_{4} + 2Ag + 2NH_{4}NO_{3})

Phản ứng với (Cu(OH)_{2}) ở nhiệt độ cao:

(CH_{2}OH(CHOH)_{4}CHO + 2Cu(OH)_{2} + NaOH rightarrow CH_{2}OH(CHOH)_{4}COONa + Cu_{2}O + 3H_{2}O)

Phản ứng làm mất màu dung dịch Brom:

(CH_{2}OH(CHOH)_{4}CHO + Br_{2} + H_{2}O rightarrow CH_{2}OH(CHOH)_{4}COOH + 2HBr)

(rightarrow) Các phản ứng này chứng tỏ glucozơ có nhóm CHO.

Phản ứng lên men như sau:

(C_{6}H_{12}O_{6} rightarrow 2CO_{2} + 2C_{2}H_{5}OH)

Phản ứng với (CH_{3}OH/HCl) tạo metylglicozit”

• Chỉ có nhóm OH hemiaxetal tham gia phản ứng. 

(rightarrow) Phản ứng này chứng tỏ glucozo có dạng mạch vòng.

• Sau phản ứng nhóm metylglicozit không chuyển trở lại nhóm CHO nên không tráng gương được.

Ngoài ra khi khử hoàn toàn glucozơ thu được n-hexan chứng tỏ glucozơ có mạch 6C thẳng.

Cách điều chế Glucozơ

Thủy phân saccarozơ, tinh bột, mantozơ, xenlulozơ

• Mantozơ:                                      

(C_{12}H_{22}O_{11} + H_{2}O rightarrow 2C_{6}H_{12}O_{6})

• Tinh bột và xenlulozơ:                    

((C_{6}H_{10}O_{5})_{n} + nH_{2}O rightarrow nC_{6}H_{12}O_{6})

(C_{12}H_{22}O_{11} + H_{2}O rightarrow C_{6}H_{12}O_{6}, (glucozo) + C_{6}H_{12}O_{6}, (fructozo))

Trùng hợp HCHO:                                      

(6HCHO overset{Ca(OH)_{2}, t^{circ}}{rightarrow}C_{6}H_{12}O_{6})

Lý thuyết về Fructozơ

Cấu trúc phân tử Fructozơ

• Công thức phân tử C6H12O6.
• 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

Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

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

Tính chất hóa học của Fructozơ

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. Nhưng fructozơ không có phản ứng làm mất màu dung dịch Brom.

Xem chi tiết >>> Fructozơ là gì? Công thức cấu tạo, Tính chất và Ứng dụng của Fructozơ

Lý thuyết về Saccarozơ

Cấu trúc phân tử Saccarozơ

• Công thức phân tử: (C_{12}H_{22}O_{11})
• Công thức cấu tạo: Saccarozo hình thành từ một gốc alpha – glucozo và một gốc beta – fructozo bằng liên kết 1,2-glicozit.

• Trong phân tử saccaozơ gốc alpha – glucozơ và gốc beta – fructozơ liên kết với nhau qua nguyên tử oxi giữa (C_{1}) của glucozơ và (C_{2}) của fructozơ ((C_{1}-O-C_{2}))
• Nhóm OH – hemiaxetal không còn nên saccarozơ không thể mở vòng tạo nhóm -CHO

Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên

• Saccarozơ là chất kết tinh, không màu, dễ tan trong nước, ngọt hơn glucozơ 
• Nhiệt độ nóng chảy: 185 độ C
• Có nhiều trong cây mía (nên saccarozơ còn được gọi là đường mía), củ cải đường, thốt nốt…
• Có nhiều dạng sản phẩm: đường phèn, đường kính, đường cát…

Tính chất hóa học của Saccarozơ

Vì không có nhóm chức andehit ((-CH=O)) nên saccarozo không có tính khử như glucozo (không có phản ứng tráng bạc). Saccarozơ chỉ có tính chất của ancol đa chức và có phản ứng của đisaccarit.

Tính chất của ancol đa chức

Dung dịch saccarozơ hòa tan kết tủa (Cu(OH)_{2}) thành dung dịch phức đồng – saccarozơ màu xanh lam

(2C_{12}H_{22}O_{11} + Cu(OH)_{2} rightarrow (C_{12}H_{21}O_{11})_{2}Cu + 2H_{2}O)

Phản ứng của đisaccarit (thủy phân)

Saccarozơ bị thủy phân thành glucozơ và fructozơ

(C_{12}H_{22}O_{11} + H_{2}O rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + C_{6}H_{12}O_{6})

Ứng dụng của Saccarozơ

Saccarozơ được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, để sản xuất bánh kẹo, nước giải khát… Trong công nghiệp dược phẩm để pha chế thuốc.

Sản xuất đường saccarozơ

Saccarozo được sản xuất từ cây mía, củ cải đường hoặc hoa thốt nốt.

Xem chi tiết >>> Saccarozo là gì? Công thức cấu tạo, Tính chất hóa học và Ứng dụng

Lý thuyết về Mantozơ

Công thức phân tử Mantozơ

• Công thức phân tử: (C_{12}H_{22}O_{11})
• Công thức cấu tạo: được tạo thành từ sự kết hợp của 2 gốc alpha – glucozơ bằng liên kết (alpha -1,4-glicozit)

Tính chất hóa học của mantozơ

Do khi kết hợp 2 gốc glucozơ, phân tử mantozơ vẫn còn 1 nhóm CHO và các nhóm OH liền kề nên mantozơ có tính chất hóa học của cả Ancol đa chức và anđehit.

Tác dụng với (Cu(OH)_{2}) cho phức đồng – mantozơ màu xanh lam

(2C_{12}H_{22}O_{11} + Cu(OH)_{2} rightarrow (C_{12}H_{21}O_{11})_{2}Cu + 2H_{2}O)

Khử ([Ag(NH_{3})_{2}]OH) và (Cu(OH)_{2}) khi đun nóng 

Mantozơ thuộc loại đisaccarit có tính khử

(C_{12}H_{22}O_{11} + 2AgNO_{3} + 2NH_{3} + H_{2}O rightarrow 2Ag + NH_{4}NO_{3} + C_{12}H_{22}O_{12})

Bị thủy phân khi có mặt axit xúc tác hoặc enzim sinh ra 2 phân tử glucozơ

(C_{12}H_{22}O_{11} + H_{2}O rightarrow 2C_{6}H_{12}O_{6}, (glucozo))

Cách điều chế mantozơ

Mantozơ được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột nhờ anzim amilaza (có trong mầm lúa). Phản ứng thủy phân này cũng xảy ra trong cơ thể người và động vật.

Lý thuyết về Xenlulozơ

Xenlulozơ thường được gọi là mùn cưa hay vỏ bào với những đặc điểm như sau: 

Công thức phân tử Xenlulozơ

• Công thức phân tử ((C_{6}H_{10}O_{5})_{n})
• Công thức cấu tạo: do các gốc (beta -glucozo) liên kết với nhau bằng liên kết (beta -1,4-glicozit) tạo thành mạch thẳng, mỗi gốc chỉ còn lại 3 nhóm OH tự do nên có thể viết công thức cấu tạo ở dạng ([C_{6}H_{7}O_{2}(OH)_{3}]_{n})

Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

• Là chất rắn, hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị.
• Không tan trong nước ngay cả khi đun nóng, không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như ete, benzen…

Tính chất hóa học của Xenlulozơ

Phản ứng thủy phân

((C_{6}H_{10}O_{5})_{n} + nH_{2}O rightarrow nC_{6}H_{12}O_{6}, , (glucozo))

Phản ứng este hóa với axit axetic và axit nitric

([C_{6}H_{7}O_{2}(OH)_{3}] + 3nCH_{3}COOH rightarrow [C_{6}H_{7}O_{2}(OOCCH_{3})_{3}]_{n} + 3nH_{2}O)

([C_{6}H_{7}O_{2}(OH)_{3}] + 3nHNO_{3} rightarrow [C_{6}H_{7}O_{2}(ONO_{2})_{3}]_{n} + 3nH_{2}O)

Ứng dụng của xenlulozơ

Từ xenlulozơ cho phản ứng với (CS_{2}) trong NaOH rồi phun qua dung dịch axit để sản xuất tơ visco.

Lý thuyết về Tinh bột

Công thức phân tử tinh bột 

• Công thức phân tử ((C_{6}H_{10}O_{5})_{n})
• Công thức cấu tạo: tinh bột do các gốc (alpha -glucozo) liên kết với nhau bằng liên kết (alpha -1,4-glicozit) tạo mạch thẳng (amilozơ) hoặc bằng liên kết (alpha -1,4-glicozit) và (alpha -1,6-glicozit) tạo thành mạch nhánh (amilopectin).

Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

• Chất rắn vô định hình, không tan trong nước lạnh, phồng lên và vỡ ra trong nước nóng thành dung dịch keo gọi là hồ tinh bột.
• Màu trắng.
• Có nhiều trong các loại hạt (gạo, mì, ngô…), củ (khoai, sắn…) và quả (táo, chuối…). 

Tính chất hóa học của tinh bột

Phản ứng của hồ tinh bột với dung dịch (I_{2}) tạo thành dung dịch xanh tím. (nếu đun nóng dung dịch bị mất màu, để nguội màu xuất hiện trở lại).

(rightarrow) Phản ứng này thường được dùng để nhận biết hồ tinh bột.

Phản ứng thủy phân:

((C_{6}H_{10}O_{5})_{n} + nH_{2}O rightarrow nC_{6}H_{12}O_{6}, , (glucozo))

Khi có men thì thủy phân  

Tinh bột (rightarrow) đextrin (rightarrow) mantozơ (rightarrow) glucozơ

Cách điều chế tinh bột

Trong tự nhiên, tinh bột được tổng hợp chủ yếu nhờ quá trình quang hợp của cây xanh.

(6nCO_{2} + 5nH_{2}O rightarrow (C_{6}H_{10}O_{5})_{n} + 6nO_{2}) (clorofin, ánh sáng).

DINHNGHIA.COM.VN đã giúp bạn tổng hợp lý thuyết về cacbohidrat qua việc tìm hiểu các chất cụ thể. Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn có những kiến thức hữu ích về cacbohidrat. Chúc bạn luôn học tốt!. 

Xem chi tiết qua bài giảng của thầy Hồ Sỹ Thạnh dưới đây:

(Nguồn: www.youtube.com)