Glucozo là gì? Công thức, cấu tạo, tính chất và vai trò của glucozo

Định nghĩa glucozo là gì?

Glucozo (còn gọi là dextrose) là một loại monosaccarit phổ biến nhất với công thức phân tử là C6H12O6. Glucozo chủ yếu được tạo ra bởi thực vật và hầu hết các loại tảo trong quá trình quang hợp từ nước và CO2, sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Ở đó, nó được sử dụng để tạo ra cellulose trong thành tế bào và tinh bột. 

Trong chuyển hóa năng lượng, glucozo là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất trong tất cả các sinh vật để tạo ra năng lượng trong quá trình hô hấp tế bào. Trong thực vật nó được lưu trữ chủ yếu dưới dạng cellulose và tinh bột, còn ở động vật nó được lưu trữ trong glycogen. (Nguồn: Wikipedia)

• Công thức phân tử của glucozơ là: C6H12O6 

• Phân tử khối: 180

• Đặc điểm cấu tạo: Cấu tạo phân tử của glucozơ được xác định dựa trên kết quả của các thí nghiệm sau:

• Glucozo có tham gia phản ứng tráng bạc và bị oxi hóa bởi nước brom tạo thành axit gluconic. Từ đó cho thấy, glucozo có nhóm CH=O trong phân tử.

• Glucozơ tác dụng với Cu(OH)2 tạo ra dung dịch màu xanh lam, điều này chứng tỏ phân tử glucozơ có nhiều nhóm OH ở vị trí kề nhau.

• Glucozơ tạo este chứa 5 gốc axit CH3COO. Như vậy, trong cấu tạo glucozơ có 5 nhóm OH.

• Khi khử hoàn toàn glucozơ, người ta thu được hexan => 6 C tạo thành mạch không phân nhánh.

Từ các thí nghiệm trên, ta có kết luận: Glucozo là hợp chất tạp chức, ở dạng mạch hở phân tử có cấu tạo của một anđehit đơn chức và ancol 5 chức với công thức: CH2OH – CHOH – CHOH – CHOH – CHOH – CH=O

Viết gọn là: CH2OH(CHOH)4CHO

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

Trên thực tế, glucozơ tồn tại chủ yếu ở hai dạng mạch vòng: α – glucozơ và β – glucozơ.

Trạng thái tự nhiên và tính chất vật lý glucozo

Trong tự nhiên, glucozo xuất hiện ở đâu? Ta cùng tìm hiểu trạng thái tự nhiên và tính chất vật lý của loại chất này.

Glucozo tồn tại nhiều trong các loại trái cây tự nhiên, đặc biệt là nho chín. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Trạng thái tự nhiên của glucozơ

• Glucozơ xuất hiện trong hầu hết các bộ phận của thực vật, đặc biệt là quả chín. Đặc biệt, glucozơ có nhiều trong quả nho chín nên nó còn có tên gọi khác là đường nho.

• Glucozơ chiếm 30% trong thành phần của mật ong.

• Con người và động vật cũng có chứa glucozơ trong cơ thể.

 Tính chất vật lý

Glucozơ là chất kết tinh không màu, dễ tan trong nước, có vị ngọt nhưng ngọt nhẹ hơn đường mía. 

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 glucozơ 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...

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-

Glucozơ 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 glucozơ

Khi dẫn khí hiđro vào dung dịch glucozơ 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

Phản ứng lên men rượu

Khi có enzim xúc tác, glucozơ 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 ↑

Xem thêm: 

• Rượu etylic (C2H6O): Tính chất, cấu tạo phân tử, ứng dụng và cách điều chế
• Axit axetic: Công thức, tính chất, ứng dụng và bài tập thực hành

Cách điều chế glucozo

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.

• Trong công nghiệp: Glucozơ 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 glucose để làm nguyên liệu sản xuất ethanol. 

Phương trình điều chế glucozo:

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

• Trong tự nhiên: Glucose 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

Vai trò và ứng dụng của glucozơ trong đời sống và sản xuất

Glucozo lần đầu tiên được phân lập từ nho khô vào năm 1747 bởi nhà hóa học người Đức Andreas Marggraf. Glucozo được phát hiện trong nho bởi Johann Tobias Lowitz vào năm 1792 và được công nhận là khác với đường mía (saccarozo) (theo Wikipedia). Từ đó tới nay, glucozơ có ứng dụng đặc biệt quan trọng trong công nghiệp và trong y học.

Vai trò của glucozơ trong công nghiệp

• Glucozơ được dùng để sản xuất ancol etylic từ nguyên liệu tinh bột hoặc xenlulozơ.

• Trong công nghiệp thực phẩm, glucozo được sử dụng làm chất bảo quản.

• Glucozo giúp các hỗn hợp có pha đường không bị “lại đường” - hiện tượng nổi lên những hạt đường nhỏ khi để lâu. Đồng thời, glu cũng giúp bánh kẹo lâu bị khô và giữ được độ mềm. 

• Glucozo cũng được sử dụng trong quá trình làm kem để giữ hỗn hợp nước và đường mịn.

• Glucozo được dùng để tráng gương và tráng ruột phích.

Vai trò của glucozơ trong y học

• Glucozơ có chứa chất dinh dưỡng cơ bản giúp tạo ra năng lượng để cơ thể hoạt động tốt hơn nên được sử dụng để làm thuốc tăng lực dành cho trẻ em, người già và cả người suy nhược cơ thể.

• Glucozơ được sử dụng để pha huyết thanh (ứng dụng trong tiêm truyền y tế).

• Glucozơ được dùng để sản xuất vitamin C.

Vai trò glucozơ với con người

• Glucozo là nguồn năng lượng chủ yếu và trực tiếp của cơ thể, được dự trữ ở gan dưới dạng glycogen.

• Là thành phần tham gia vào cấu trúc của tế bào (RNA và DNA) và một số chất đặc biệt khác (như Mucopolysaccharid, heparin, acid hyaluronic,chondroitin …).

• Tạo năng lượng cần thiết cho sự sống - quá trình diễn ra trong tế bào. Việc sử dụng glucozo của tế bào phụ thuộc vào hoạt động của màng tế bào dưới tác dụng của insuline (trừ các tế bào não, tổ chức thần kinh, tế bào máu, tủy thận và thủy tinh thể).

Đồng phân của glucozơ – Fructozơ

Sau khi tìm hiểu về glucozơ, hãy cùng tìm hiểu về Fructozơ - đồng phân của Glucozo. Trong công thức tổng quát Cx(H2O)y thì cả 2 hợp chất này đều có x = 6, y = 6 và đều là các monosaccarit, nhưng chúng khác nhau ở điểm nào?

Công thức phân tử: C6H12O6.

Fructozơ sẽ có công thức cấu tạo dạng mạch hở như sau:

CH2OH – CHOH – CHOH – CHOH – CO – CH2OH

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

Khác với glucozo, tính chất vật lý đặc trưng của fructozo là:

• Fructozo là tinh thể không màu, dễ tan trong nước, có vị ngọt hơn đường mía. 

• Chúng tồn tại nhiều trong quả ngọt và chiếm tới 40% thành phần của mật ong. 

• Fructozo có vị ngọt gấp rưỡi đường mía và gấp 2,5 lần glucozo.

Tính chất hóa học của Fructozơ:

Phân tử fructozơ bao gồm 5 nhóm OH. Có 4 nhóm liền kề và 1 nhóm chức C = O nên có các tính chất hóa học của ancol đa chức và xeton. Fructozơ có tính chất tương tự glucozơ. 

• Fructozơ hòa tan Cu(OH)2 ở ngay nhiệt độ thường.

• Tác dụng với anhiđrit axit tạo este 5 chức.

• Tính chất của xeton: Tác dụng với H2 tạo sobitol và tham gia phản ứng cộng HCN

• Trong môi trường trung tính hoặc axit, fructozơ không thể hiện tính khử của anđehit, nhưng trong môi trường kiềm, fructozơ lại có tính chất này do có sự chuyển hóa giữa glucozơ và fructozơ qua trung gian là một enđiol.

Lưu ý: 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. Đây là dấu hiệu để nhận biết fructozo và glucozo.

Bài tập về glucozo SGK Hóa học 9 kèm lời giải

Từ những kiến thức về glucozo ở trên, các bạn cùng vận dụng những kiến thức đó để giải một số bài tập cơ bản trong SGK hóa học 9 sau.

Giải Bài 1 trang 152 SGK Hóa 9

Hãy kể tên một số loại quả chín có chứa glucozơ.

Gợi ý đáp án: 

Glucozơ có trong một số quả chín như: Nho chín, chuối chín, ổi chín, mít chín, na chín (mãng cầu), dứa chín (thơm).

Giải bài 2 Hoá 9 SGK trang 152

Chọn một thuốc thử để phân biệt các dung dịch sau bằng phương pháp hóa học. (Nêu rõ cách tiến hành).

a) Dung dịch glucozơ và dung dịch rượu etylic.

b) Dung dịch glucozơ và dung dịch axit axetic.

Gợi ý đáp án: 

a) Trích mẫu thử và đánh số thứ tự:

Chọn thuốc thử là AgNO3 trong dung dịch NH3 (đun nóng): Nhỏ vài giọt AgNO3 trong dung dịch NH3 lần lượt vào 2 ống nghiệm và đặt ống nghiệm vào cốc nước nóng:

Chất nào tham gia phản ứng tạo sản phẩm có chất màu sáng bạc bám lên thành ống nghiệm là glucozo

PTHH: C6H12O6 + Ag2O —> C6H12O7 + 2Ag (xúc tác: NH3)

Chất còn lại không tác dụng là rượu etylic.

b) Trích mẫu thử và đánh số thứ tự:

Chọn thuốc thử là Na2CO3: Lần lượt nhỏ vài giọt dung dịch Na2CO3 vào 2 ống nghiệm 

Ống nghiệm nào có phản ứng cho khí bay ra là CH3COOH

PTHH: 2CH3COOH + Na2CO3 → 2CH3COONa + H2O + CO2

Chất còn lại không phản ứng là glucozơ

(Có thể dùng thuốc thử là quỳ tím, dung dịch chuyển màu làm quỳ tím thành đỏ là CH3COOH, chất còn lại không làm chuyển màu quỳ tím là glucozơ).

Giải bài 3 SGK Hóa 9 trang 152

Tính khối lượng glucozơ cần lấy để pha được 500ml dung dịch glucozơ 5% có D = 1,0 g/cm3.

Gợi ý đáp án: 

mdd glucozơ = 500. 1 = 500 (g)

mglucozơ = (500.5) / 100 = 25 (g)

Giải Bài 4 trang 152 SGK Hóa 9

Khi lên men glucozơ, người ta thấy thoát ra 11,2 lít khí CO2 ở điều kiện tiêu chuẩn.

a) Tính khối lượng rượu etylic tạo ra sau khi lên men.

b) Tính khối lượng glucozơ đã lấy lúc ban đầu, biết hiệu suất quá trình lên men là 90%.

Gợi ý đáp án: 

a) Khối lượng rượu etylic:

n(CO2) = 11.2 / 22.4 = 0.5 mol

Phương trình lên men glucozơ:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.

Theo phương trình: n(rượu etylic) = nCO2 = 0,5 mol.

m(rượu etylic) = 0,5 × 46 = 23g.

b) Khối lượng glucozơ.

Theo phương trình glucozo = 1/2 . nCO2 = 1/2. 0,5 = 0,25 mol

Do hiệu suất đạt 90% nên khối lượng glucozo cần dùng là: 

0.25 x 180 x 100/90 = 50g 

Bài viết trên đây đã cung cấp đầy đủ thông tin về công thức, cấu tạo, tính chất, và vai trò của glucozo - một chất được ứng dụng vô cùng phổ biến xung quanh chúng ta. Chia sẻ bài viết và truy cập vào website Monkey để có thêm những kiến thức bổ ích về các môn học khác như toán, lý, hóa của các lớp nhé!