Đang tải... (xem toàn văn)
1. Lý do chọn đề tài : 1.1 – Cơ sở lý luận của đề tài : Gluxit là một loại hợp chất hữu cơ có vai trò quan trọng với đời sống. Hiện nay, các nghiên cứu của các nhà khoa học về loại hợp chất này phát triển rất nhanh. Do đó, yêu cầu tiếp cận kiến thức về loại hợp chất này đối với học sinh phổ thông là hết sức cần thiết, đặc biệt với đối tượng học sinh tham dự kỳ thi chọn học sinh giỏi Quốc gia môn Hoá học
Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La XÂY DỰNG NỘI DUNG GIẢNG DẠY CHUYÊN ĐỀ GLUXIT CHO ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI A/ PHẦN MỞ ĐẦU : Lý chọn đề tài : 1.1 – Cơ sở lý luận đề tài : Gluxit loại hợp chất hữu có vai trị quan trọng với đời sống Hiện nay, nghiên cứu nhà khoa học loại hợp chất phát triển nhanh Do đó, yêu cầu tiếp cận kiến thức loại hợp chất học sinh phổ thông cần thiết, đặc biệt với đối tượng học sinh tham dự kỳ thi chọn học sinh giỏi Quốc gia mơn Hố học 1.2 - Cơ sở thực tiễn việc đề xuất đề tài : Qua thực tế giảng dạy cho đội tuyển học sinh giỏi tham dự kỳ thi chọn học sinh giỏi Quốc gia nội dung hố học hữu cơ, tơi nhận thấy : - Đây nội dung mà học sinh hay lúng túng việc vận dụng lí thuyết vào tập cụ thể - Nguồn tài liệu để em tiếp cận sớm vấn đề Sơn la hạn chế, số tài liệu viết cách phức tạp gây hoang mang cho học sinh nghiên cứu vấn đề - Lượng tập để em làm quen giúp rèn luyện kỹ phân tích, lập luận cịn Mục đích nghiên cứu : Nhằm cung cấp cho học sinh lý thuyết bản, tổng quát GLuxit, phương pháp lập luận, tư kỹ trình nghiên cứu loại hợp chất Từ đó, phần nâng cao chất lượng đội tuyển kỳ thi chọn học sinh giỏi Phương pháp nghiên cứu : - Phương pháp nghiên cứu : Tổng hợp kiến thức vấn đề, sở xây dựng tập cụ thể, lời giải cụ thể để từ học sinh thấy phương pháp chung khả tư gặp tập khác Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên Sơn La - Ti liu nghiờn cu : +) Giáo trình lý thuyết hố học hữu tác giả : Trần Quốc Sơn, Nguyễn Văn Tòng, Thái Dỗn Tĩnh, Đỗ Đình Rãng, Nguyễn Hồ +) Bài tập hố học hữu : Nguyễn Văn Tịng, Đặng Đình Bạch, Ngơ Thị Thuận, Trần Quốc Sơn Đối tượng nghiên cứu : Lý thuyết hệ thống tập liên quan đến Gluxit TrÇn Anh TuÊn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên Sơn La B/ PHN NỘI DUNG : Những nội dung : Đề tài gồm chương sau : - Tóm tắt lý thuyết Gluxit - Bài tập vận dung có lời giải - Bài tập tự giải Nội dung : Chương I – NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT CẦN NẮM VỮNG KHI NGHIÊN CỨU GLUXIT I/ Thuyết Hoá học lập thể : Hoá học lập thể nghiên cứu cấu trúc không gian, hiệu ứng không gian tiến trình khơng gian phản ứng Nghiên cứu cấu trúc khơng gian để giải thích tượng đồng phân khơng gian Các đồng phân khơng gian có cấu tạo khác phân bố không gian phân tử , tức khác cấu hình nên cịn gọi đồng phân cấu hình Đồng phân cấu hình có hai loại : Đồng phân quang học đồng phân hình học Sau ta xét đồng phân cấu dạng Đồng phân quang học : 1.1 Thuyết tứ diện cacbon : Nguyên tử C lai hoá sp3 liên kết với bốn nguyên tử hay nhóm nguyên tử hướng bốn đỉnh tứ diện 1.2 Phân tử có cacbon bất đối C* Khi bốn nguyên tử hay nhóm nguyên tử liên kết với nguyên tử C khác nguyên tử C gọi C bất đối (C*) phân tử hợp chất có tính quang hoạt CHO * OH H C VD : CH2OH Công thức chiếu Fise (Mạch nằm theo chiều dọc, nhóm có bậc oxh cao phía trên) TrÇn Anh Tn - Tr-êng trung học phổ thông chuyên Sơn La * nh qua gương gọi đồng phân quang học VD : CHO * OH H C CHO HO C* H CH2OH CH2OH D - Glixerandehit L - Glixerandehit Trong Gluxit nhóm chuẩn nhóm OH nguyên tử C * xa nhóm có bậc oxh cao Nếu nhóm chuẩn nằm bên phải đồng phân D, cịn nhóm chuẩn nằm bên trái đồng phân L Trong phạm vi chương trình, ta xét đồng phân D 1.3 Cấu dạng đồng phân cấu dạng : Về khái niệm cách viết cấu dạng, học sinh làm quen Ở muốn nhấn mạnh cấu dạng vòng xiclohexan Cấu dạng bền cấu dạng ghế H(e) H(a) Trong cấu dạng ghế cấu dạng bền cấu dạng có nhiều nhóm lớn vị trí hướng biên VD : OH(e) H(a) II/ Lý thuyết tóm tắt Gluxit : * Tên khác : Đường, Saccarit, Cacbon hiđrat * Công thức chung : Cn(H2O)m 2.1 Phân loại : 2.1.1 Monosaccarit (đường đơn) : Là gluxit thuỷ phân Gồm hai loại : Pentozơ Hecxozơ ( Đường 5C 6C) TrÇn Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên Sơn La 2.1.2 Polisaccarit : Khi thuỷ phân cho monosaccarit 2.1.3 Heteropolisaccarit : Khi thuỷ phân cho monosaccarit chất Gluxit 2.2 Cấu tạo monosaccarit : * Andozơ : HO CH2(CHOH)nCHO * Xetozơ : HOCH2(CHOH)n CO CH2OH Trong phân tử có chứa nhiều trung tâm bất đối Các Gluxit khác cấu hình nguyên tử Cacbon bất đối gọi epime VD : CHO CHO HO H OH H H OH H OH OH H H CH2OH D - Arabinoz¬ OH CH2OH D - Riboz¬ Hai đồng phân epime cacbon số * Dạng vòng monosaccarit : Gồm vòng cạnh chứa dị tố oxi (piranozơ) vòng cạnh chứa dị tố oxi (furanozơ) Cấu dạng bền Glucozơ HO O CH2OH HO HO OH O CH2OH OH HO OH OH - D – Glucopiranozơ - D – Glucopiranozơ Cơng thức Havooc vịng cạnh Glucozơ, vòng cạnh Fructozơ Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La 6 CH2OH HO CH2OH O O HO OH OH OH OH OH OH - D – Glucofuranozơ - D – Glucofuranozơ OH O CH2OH OH OH OH - D – Fructopiranozơ * Kết luận : Có thể coi dạng cấu tạo mạch vòng Gluxit dạng semiaxetal tạo thành tương tác nhóm C=O với nhóm OH cấu tạo khơng vịng, tương tự hình thành semiaxetal cho andehit xeton tương tác với ancol: OR - C = O + R- OH H - C - OH H H-C=O H - C - OH H - C - OH H - C - OH HO - C - H O HO - C - H H - C - OH H - C - OH H - C - OH H-C-O CH2OH Dạng andehit CH2OH Dạng vòng Trong dung dịch, đồng phân ln có chuyển hố cho Trong cấu tạo vịng, vịng Gluxit có nhóm OH semiaxetal ngun tử C 1, vịng Fructozơ có nhóm OH semiaxetal nguyên tử C2 Cặp đồng phân , gọi đồng phân anome Khi biểu diễn công thức Havooc từ cơng thức Fise, nhóm nằm bên phải nằm phía mặt phẳng vịng TrÇn Anh Tn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên Sơn La 2.3 Tính chất hố học : 2.3.1 Tính chất hố học mono saccarit : a, Phản ứng oxi hoá : Nhóm – CHO thành axit – COOH CHO COOH CHOH Ag(NH3)2+OH- CHOH b, Khử hố nhóm – CHO : thành ancol – CH2OH CHO CH2OH H CHOH CHOH H - CH2- OH H - CH2- OH c, Cộng Xianua : CN CHOH CHO CHOH HCN CHOH d, Phản ứng tạo ête este: Nhóm OH semiaxetal có khả phản ứng cao hơn, bị Metyl hố CH 3OH axit cịn nhóm OH khác bị Metyl hoá CH3I/AgOH, (CH3)2SO4/NaOH, (CH3CO)2O/CH3COONa CH2OH O OCH3 (CH3OH, H+ CH2OH O OH OH OH OH OH OH OH (CH3CO)2O CH3COONa H3CCOO CH2OOCCH3 O OCOCH3 OCOCH3 OCOCH3 1,2,3,4,6 - Penta- O – Metyl – Glucopiranozơ e, Phản ứng tạo oxazon : TrÇn Anh Tn - Tr-êng trung häc phỉ thông chuyên Sơn La CHO CH = NNHC6H5 CH = NNHC6H5 = NNHOH OH OH C6H5NHNH2 OH OH OH C6H5NHNH2 ONH3 OH OH CH2OH CH2OH CH2OH f, Oxi hoá HIO4 (NaIO4): Natripeiodat có tác dụng oxi hố độc đáo vào giũa liên kết C – C poliol Nếu chất bị oxi hố diol sản phẩm cho nhóm CHO, chất bị oxi hố triol ngồi nhóm CHO cịn có axit fomic VD : CH2OH NaIO4 O HO - CH CHO O OH OCH3 OH CH2OH CHO CH2OH O NaIO4 OH OCH3 OH CHO O OCH3 CHO OH Phản ứng dùng để xác vòng lactol vòng hay cạnh Khi HIO4 dư, oxh cacbon hidrat axit fomic : CHO HO OH HIO4 HCOOH OH CH2OH D – Arabinozơ g, Phản ứng với Cu(OH)2 : OCH3 + HCHO CHO + HCHO + HCOOH TrÇn Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên Sơn La H Cu(OH)2 O O O O Cu O O O H h, Các phản ứng chuyển hoá mạch : HO - CH - CH - OH H C C CHO HO H2C CH - CH H2SO4 đặc CH CH HO - CH2 O H OH CHO i, Phản ứng kéo dài mạch Cacbon : Andozơ cộng với HCN thành xianidrin, sau thuỷ phân axit, axit Andonic tạo thành Lactol hoá khử lactol hỗn hống Na ta thu Andozơ tăng lên nguyên tử C HO CN CHO OH OH HCN HO OH CH2OH D - Arabinoz¬ CO COOH OH H+ OH H2O HO O HO OH OH OH OH OH CH2OH CH2OH CH2OH D - Gluconic Lactol Na / Hg CN CHO HO HO CHO OH HO HO OH OH CH2OH HO OH OH OH OH CH2OH CH2OH D - Glucozơ D - Manozơ Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên Sơn La j, Phn ng rút ngắn mạch Cacbon : Một phương pháp rút ngắn mạch Cacbon phương pháp Rup Ở người ta oxi hoá anđozơ dung dịch nước brom thành axit anđonic, sau oxi hố muối Canxi axit H2O2 có mặt Fe(CH3COO)3, axit anđonic biến thành - xetoaxit, hợp chất dễ decacboxyl biến thành anđozơ thấp nguyên tử C VD : CHO OH Br2, H2O HO HO OH OH OH OH CH2OH D - Glucoz¬ OH OH CH2OH Xetoaxit HO CaCO3 H2O2 OH Fe(CH3COO)3 OH CH2OH CH2OH D - Gluconat Canxi Axit D - Gluconic COOH = O HO (COO)2Ca OH COOH OH CHO - CO2 HO OH OH CHO D- Arabinoz¬ 2.3.2 Tính chất hố học poli saccarit : Trong poli saccarit, liên kết Glicozit dễ thuỷ phân Nếu có OH semiaxetal có khả tác dụng với dung dịch AgNO3/NH3 có phản ứng metyl hố giống mono saccarit Khi nghiên cứu Saccarit cần lưu ý : - Nó cấu tạo từ mono saccarit ? - Mono saccarit có dạng vịng ? - Liên kết mono saccarit vị trí ? - Cấu hình C anome ( , ) Dùng enzim để xác định + Enzim Emuxin thuỷ phân liên kết - Glicozit, enzimMantaza thuỷ phân liên kết Glicozit, … - Có đơn vị mono saccarit cấu tạo nên - Cách gọi tên Saccarit (mắt xích đầu đổi thành yl, mắt xích sau thành it) 10 TrÇn Anh TuÊn - Tr-êng trung học phổ thông chuyên Sơn La Chng II BI TẬP VẬN DỤNG Bài : D – Arabinozơ (đồng phân cấu hình C2 D – Ribozơ) chuyển hố theo sơ đồ sau : CH3OH D - Arabinoz¬ HCl A HIO4 H3O+ B C Br2, H2O HH D Xác định cơng thức cấu tạo dạng vịng D – Arabinozơ, Viết ptpư Hoàn thành ptpư theo sơ đồ sau : HIO4 Saccaroz¬ X Br2, H2O H3O+ Y hh Z Bài làm : 1, D - Arabinoz¬ CHO HO OH CH2OH H (OH) O HO HO OH (H) OH HO OH O CH3OH HCl OH (H) OH OH O (A) O H+ Br2 OH CHO CHO (C) (B) CHO 2, CH2OH O O O OH (H) HIO4 OCH3 HO OH CHO OH H (OH) OH H (OH) OCH3 HO OH CH2OH O O HIO4 CH2OH 11 COOH COOH + CH2OH COOH TrÇn Anh TuÊn - Tr-êng trung học phổ thông chuyên Sơn La CH2OH O O HOH2C CHO Br2, H2O CH2OH CHO O CHO CHO (X) CH2OH O COOH HOH2C H+ CH2OH COOH COOH O COOH (Y) CH2OH O O + COOH OH2 COOH (hỗn hợp Z) O HOH2C CH2OH OH COOH COOH Bài : Khi thuỷ phân Xenlulozơ thu Xenlobiozơ thuỷ phân tinh bột thu Mantozơ iso Mantozơ có cơng thức C12H22O11 Hãy viết CTCT CTCT không gian sản phẩm Bài làm : Xenlobiozơ : CH2OH O O OH O CH2OH OH CH2OH HO O HO O HO HO Mantozơ : CH2OH O CH2OH O O OH 12 CH2OH O TrÇn Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên Sơn La O OH O OH O OH Iso Mantozơ : CH2OH O O OH O CH2 OH O O OH O OH CH2 OH Bài : Trong mật ong có chất đường khơng có tính khử Melexitozơ có cơng thức C18H32O16, thuỷ phân axit cho D – Fructzơ phân tử D – glucozơ Mặt khác, thuỷ phân không hồn tồn cho D – Glucozơ disaccarit Turanozơ Còn thuỷ phân men Mantaza tạo thành D – Gluczơ D – Fructozơ Khi thuỷ phân men khác cho Saccarozơ Metyl hố Melexitozơ, sau thuỷ phân 1,4,6 – Tri-O-Metyl –D- Fructozơ phân tử 2,3,4,6 – tetra- O – Metyl- D- Glucozơ Hãy suy CTCT Melexitozơ Bài làm : Melexitozơ tri sacarit tạo phân tử D – Glucozơ phân tử D-Fructozơ Melexitoz¬ H2O D- Glucoz¬ + Turanoz¬ Melexitoz¬ H2O Saccaroz¬ Mắt xích D – Fructozơ nằm phân tử D- Glucozơ Melexitoz¬ 1, CH3I 2, H2O 1,4,6 - tri -O-Metyl- D- Fructoz¬ + 2,3,4,6 - tetra-O-metyl-D- Glucoz¬ CTCT Melexitozơ : 13 Trần Anh Tuấn - Tr-ờng trung học phổ thông chuyên S¬n La CH2OH CH2OH O O O HOCH2 OH OH HO CH2OH OH O OH OH OH O Bài : Viết công thức Fise công thức Havooc : A : (2R, 3S, 4S) – 2,3,4,5- tetra hiđroxi pentanal chất đối quang B A B có đồng phân cấu hình C số D Trong dung dịch nước, D tồn dạng cấu trúc ln chuyển hố lẫn theo cân với tỉ lệ : D : 56%, D2 : 20%, D3 : 18%, D4 : 6%, D5