Bài giảng Chuyên đề hóa hữu cơ - Chuyên đề 5: Hợp chất thiên nhiên - Nguyễn Thị Hiển

BÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ HÓA HỮU CƠ Dành cho các lớp học hè Giảng viên : Nguyễn Thị Hiển Bộ môn : Hóa Học – Khoa Môi Trường Chuyên đề 5 : HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN Gluxit ( cacbohydrat ) - Khái niệm hợp chất gluxit . - Nguồn gốc của gluxit - Vai trò của gluxit Monosaccarit Ví dụ : Glucozơ là 1 andohexozơ HOCH 2 (CHOH) 4 CHO Phân tử có 6 nguyên tử Cacbon Có 1 nhóm chức CHO và 5 nhóm OH Có 4 nguyên tử Cacbon bất đối là C2, C3, C4, và C5 - Có 16 đồng phân quang học. * 16 đồng phân quang học của glucozơ 16 đồng phân quang học của glucozơ 1. Nghiên cứu cấu dạng của glucozơ Có 1 nhóm CHO Có 5 nhóm OH Dự đoán : Glucozơ có tính chất của andehit và poliancol Thực tế : + Glucozơ không phản ứng màu với thuốc thử Shiff , + không phản ứng với NaHSO 3 + Phản ứng với CH 3 I tạo hợp chất có 5 nhóm ete + Phản ứng với CH 3 OH/HCl thì được hợp chất có 1 nhóm ete + Glucozơ thể hiện một số tính chất của nhóm andehit, + thể hiện tính chất của poliancol Thực tế , trong dung dịch 99,5% glucozơ ở dạng vòng , 0,5 % là ở dạng mạch hở . - glucopiranozơ - glucopiranozơ Nhóm OH sơmiaxetal Nhóm OH sơmiaxetal Nhóm OH sơmiaxetal 0,5% dạng mạch hở 99,5% ở dạng vòng Các cấu dạng của Glucozo 2. Tính chất của monosaccarit a. Tính chất vật lí : monosaccarit là những chất rắn kết tinh , có vị ngọt và là chất quang hoạt b. Tính chất hóa học : + Các phản ứng của nhóm C=O: Các phản ứng của nhóm C=O: + Phản ứng của andozo với chất oxi hóa : + [Ag(NH 3 ) 2 ]OH + KMnO 4 + H 2 SO 4 Hoặc + HNO 3 Hoặc + TT Feling Hoặc + Br 2 + H 2 O + [Ag(NH 3 ) 2 ]OH Hoặc + TT Feling Hoặc + Br 2 + H 2 O Các phản ứng của nhóm C=O: + Phản ứng của xetozo với chất oxi hóa : + Fructozo ( và các xetozo ) phản ứng với TT Tolen , TT Feling giống glucozo vì các phản ứng đó có môi trường kiềm . + Fructozo ( và các xetozo ) không phản ứng với Br 2 vì nước brom là môi trường axit . Các phản ứng của nhóm C=O: + Phản ứng cộng hợp ái nhân giống của andehit-xeton : + Monosaccarit không phản ứng với NaHSO 3 vì trong môi trường dung dịch NaHSO 3 các đường chỉ tồn tại dạng mạch vòng không có nhóm chức C=O nữa . + Các phản ứng của các nhóm OH: - Nhóm OH sơmiaxetal phản ứng với ancol khi có mặt HCl tạo ete - Khi phản ứng với CH 3 I có mặt Ag 2 O tạo ra hợp chất pentaete - Phản ứng với axit cacboxylic tạo hợp chất pentaeste - Phản ứng tạo phức màu xanh đậm với Cu 2+ trong môi trường kiềm + Các phản ứng của các nhóm OH: - Các nhóm OH ngưng rụ với nhau tạo ra các hợp chất glucozit khác : Glucozơ Mantozơ + Các phản ứng của các nhóm OH: - Đây là phản ứng quan trọng của các quá trình hình thành các hợp chất disaccarit , oligosaccarit và polisaccarit II. Disaccarit II.1 Saccarozơ b. Tính chất vật lí : saccarozơ là chất rắn kết tinh , có vị ngọt và có nhiều trong cây mía , củ cải đường c. Tính chất hóa học : a. Cấu tạo của saccarozơ : C 12 H 22 O 11 Không có nhóm OH sơmiaxetal c. Tính chất hóa học của saccarozơ : + Không có tính khử : Không phản ứng thuốc thử Tolen , thuốc thử Feling . + Không phản ứng với phenylhidrazin . + Phản ứng với Cu(OH) 2 tương tự monosaccarit . + Phản ứng thủy phân . C 12 H 22 O 11 + H 2 O  C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 glucozơ fructozơ Đường không khử II.2 Mantozơ b. Tính chất vật lí : mantozơ còn gọi là đường mạch nha . Vị ngọt , tan nhiều trong nước . c. Tính chất hóa học : a. Cấu tạo của Mantozơ : C 12 H 22 O 11 Nhóm OH sơmiaxetal c. Tính chất hóa học của mantozơ : Tương tự monosaccarit , Mantozơ có các tính chất : + Phản ứng thuốc thử Tolen , thuốc thử Feling . + Phản ứng với phenylhidrazin . + Phản ứng với Cu(OH) 2 + Phản ứng thủy phân . C 12 H 22 O 11 + H 2 O  C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 glucozơ glucozơ Đường khử II.3 Lactozơ b. Tính chất vật lí : lactozơ còn gọi là đường sữa . Vị ngọt , tan nhiều trong nước . c. Tính chất hóa học : a. Cấu tạo của Lactozơ : C 12 H 22 O 11 Nhóm OH sơmiaxetal c. Tính chất hóa học của Lactozơ : Tương tự monosaccarit , Lactozơ có các tính chất : + Phản ứng thuốc thử Tolen , thuốc thử Feling . + Phản ứng với phenylhidrazin . + Phản ứng với Cu(OH) 2 + Phản ứng thủy phân . C 12 H 22 O 11 + H 2 O  C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 galactozơ glucozơ Đường khử III. Polisaccarit III.1 Tinh bột Cấu tạo của tinh bột : gồm 2 thành phần : + Aminozơ mạch không nhánh + Aminopectin mạch phân nhánh : b. Tính chất của tinh bột + Là chất rắn , dạng bột , màu trắng . + Hồ tinh bột tạo hợp chất màu xanh đen với iốt . + Thủy phân hoàn toàn tinh bột thu được glucozơ . III. Polisaccarit Cấu tạo của xenlulozơ : có cấu trúc mạch không phân nhánh . III.2 Xenlulozơ b. Tính chất của xenlulozơ + Là chất rắn , dạng sợi , có tính thấm nước , không tan trong nước . + Thủy phân hoàn toàn xenlulozơ thu được glucozơ . ( thủy phân xenlulozơ khó hơn so với tinh bột ) + Ứng dụng của phản ứng thủy phân xenlulozơ là sản xuất etanol trong công nghiệp từ các phế thải của ngành nông nghiệp và chế biến gỗ như : mùn cưa , cỏ khô , rơm rạ Xenlulozơ  glucozơ  etanol + Phản ứng với HNO 3 tạo ra trinitro xenlulozơ dùng làm thuốc súng . (C 6 H 10 O 5 ) n + 3nHNO 3  [C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3 ] n + 3nH 2 O b. Tính chất của xenlulozơ B. Chất béo ( Lipit ) + Lipit đơn giản là este của các axit béo cao với glixerol . Thường gặp là triglixerit tuy nhiên 3 gốc axit thường không giống nhau Ngoài ra còn một số lipit phức tạp ( đọc giáo trình ) Tính chất của chất béo : + Ít tan trong nước + Nhẹ hơn nước + Dầu thực vật ( este của các axit béo không no) + Mỡ động vật ( este của các axit béo no) + Phản ứng thủy phân tạo ra grixerol và muối của các axit béo cao . C. Aminoaxit (axit amin) + Aminoaxit là các hợp chất tạp chức mà trong phân tử vừa có nhóm chức amino vừa có nhóm chức cacboxyl . + Nguồn gốc: thực vật, động vật (sản phẩm thủy phân protein) + Vai trò: Là nguyên liệu để tổng hợp protein. cung cấp năng lượng thông qua chu trình Crep. Một số axit amin: Glyxin Alanin Serin Lyxin Glutamin Cystein Viết công thức công tạo, gọi tên theo qui tắc IUPAC các axit amin? + Điều chế aminoaxit + Aminoaxit được điều chế bằng nhiều phương pháp . - Phản ứng của NH 3 đậm đặc . - Phản ứng của kaliphtalimit với các  - halogen este + Tính chất của aminoaxit + Aminoaxit là các chất rắn , có vị ngọt , tan tốt trong nước. + Trong nước, aminoaxit tan và có thể điện li theo kiểu axit hoặc bazơ + Vì vậy , aminoaxit thường tồn tại dạng ion lưỡng cực . Thông thường n=m=1 + Điểm đẳng điện : - Là pH của dung dịch mà tại đó aminoaxit tồn tại ở dạng ion lưỡng cực và có tổng số điện tích âm bằng tổng số điện tích dương , tức phân tử trung hòa về điện . - Kí hiệu là pI . + Ứng dụng của pI : Mỗi Axit amin có 1 giá trị pI khác nhau . - Ứng dụng để tách các aminoaxit ra khỏi hỗn hợp . + Tính chất của aminoaxit + Tính chất của aminoaxit + Tính lưỡng tính : tính axit của nhóm COOH và tính bazo của nhóm NH 2 Hoàn thành sơ đồ sau bằng các phản ứng : * Tính chất hóa học + Phản ứng ngưng tụ tạo poliamit . + Phản ứng đề cacboxyl hóa : + Phản ứng oxihoa : + Phản ứng tạo phức với một số kim loại : + Tính chất của aminoaxit * Tính chất hóa học + Phản ứng với axit HNO 2 + Phản ứng màu của axit amin với ninhidrin Hợp chất có màu tím D. Protein + Protein là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn , thành phần cấu tạo chủ yếu là các axit amin . + Nguồn gốc + Vai trò + Liên kết peptit : là nhóm liên kết –NH-CO- + Protein có 3 bậc cấu trúc - Cấu trúc bậc 1: dạng mạch thẳng , các liên kết chủ yếu là liên kết peptit . - Cấu trúc bậc 2 của protein: - Cấu dạng xoắn  và dạng gấp β Liên kết tạo nên cấu trúc bậc 2 của protein là liên kết hidro giữa nguyên tử H của nhóm NH trong liên kết peptit với nhóm nguyên tử O trong nhóm C=O. - Nếu liên kết hidro trong cùng 1 mạch peptit có cấu dạng xoắn . - Nếu liên kết hidro tạo thành giữa 2 chuỗi polipeptit có cấu dạng gấp β . Cấu trúc bậc 3 của protein Cấu trúc bậc 3 của protein, cấu dạng mạch không gian . Liên kết tạo nên cấu trúc bậc 3 của protein là liên kết cầu sunfua -S-S- giữa các nguyên tử S trong nhóm SH của axit amin cystein này với nguyên tử S trong nhóm SH của mắt xích cystein khác . Phản ứng màu của protein + Phản ứng màu Xantoprotein Kết tủa vàng + Phản ứng màu biure : Các hợp chất polipeptit tạo hợp chất phức màu xanh tím với ion Cu 2+ trong môi trường kiềm . BÀI TẬP CHƯƠNG 3 1. Phân biệt Glucozơ và fructozơ . 2. Disaccarit A không có tính khử , khi thủy phân A thu được 2 monosaccarit khác nhau . A là gì và có công thức cấu tạo như thế nào ? 3. Phân biệt các chất rắn : tinh bột , glucozơ và saccarozơ . 4. Nêu phương pháp hóa học nhận biết các dung dịch mất nhãn sau : protein, alanin , glucozơ và chất béo . BÀI TẬP CHƯƠNG 1 1. Viết tất cả các công thức cấu tạo các đồng phân của hợp chất có công thức phân tử là : a. C 5 H 10 (11dp) b. C 4 H 8 O (7dp) c. C 8 H 8 O 2 (34 dp ) Gọi tên các hợp chất bằng tên quốc tế . 2. Các hợp chất dưới đây , hợp chất nào có đồng phân hình học . Gọi tên cấu hình của các hợp chất có đồng phân hình học . A B C D E F G H BÀI TẬP CHƯƠNG 2 1. Hoàn thành các phản ứng sau : a. 2-metylbutan + Br 2  b. 2,2,3-trimetylbutan + Cl 2  c. 2-metylbut-2-en + H 2 O → d. pent-2-en + HCl → e. C 6 H 5 CH 3 + Br 2 f. C 6 H 5 CH 3 + Br 2 2. Disaccarit A không có tính khử , khi thủy phân A thu được 2 monosaccarit khác nhau . A là gì và có công thức cấu tạo như thế nào ? 3. Phân biệt các chất rắn : tinh bột , glucozơ và saccarozơ . 4. Nêu phương pháp hóa học nhận biết các dung dịch mất nhãn sau : protein, alanin , glucozơ và chất béo . KIỂM TRA CHUYÊN ĐỀ 5 1. Hãy chỉ ra công thức cấu tạo của đường Mantozo và Lactozo KIỂM TRA CHUYÊN ĐỀ 5 2. Phân biệt aminozơ , glucozo , alanin và protein bằng phương pháp hóa học .