Bài học

Glucose và saccharose

Em sẽ làm được gì?

Sau bài này em nêu được công thức và nguồn gốc tự nhiên của glucose, saccharose, viết được phương trình phản ứng tráng gương và lên men rượu của glucose, cùng phản ứng thủy phân saccharose.

Cần nhớ trước

Em cần nhớ lại khái niệm hợp chất hữu cơ và cách đọc công thức phân tử từ khóa Hợp chất hữu cơ và hydrocarbon. Không cần nhớ chi tiết cấu tạo, chỉ cần hiểu công thức phân tử cho biết số nguyên tử của mỗi nguyên tố.

Khởi động

Quả nho chín, mật ong, hay nước mía đều có vị ngọt đặc trưng — nhưng khi cho nước nho lên men lại tạo ra rượu vang có cồn. Đường trong quả nho và đường trong mía có phải là cùng một chất không? Vì sao có loại đường lên men được thành rượu?

Glucose — 'đường đơn' phổ biến nhất

Glucose có công thức phân tử C₆H₁₂O₆, là một monosaccharide (đường đơn — phân tử đường không thể thủy phân thành đường nhỏ hơn). Glucose có nhiều trong quả chín (nho, chuối...), mật ong, và cũng chính là loại đường lưu thông trong máu người (đường huyết). Glucose là chất rắn kết tinh, không màu, vị ngọt, tan tốt trong nước.

**Glucose** có công thức phân tử **C₆H₁₂O₆**, là một **monosaccharide** (đường đơn — phân tử đường không thể thủy phân thành đường nhỏ hơn). Glucose có nhiều trong quả chín (nho, chuối...), mật ong, và cũng chính là loại đường lưu thông trong máu người (đường huyết). Glucose là chất rắn kết tinh, không màu, vị ngọt, tan tốt trong nước.

Hai phản ứng đặc trưng của glucose

a) Phản ứng tráng gương (oxi hóa): Glucose có nhóm chức aldehyde (–CHO) trong phân tử, nên phản ứng được với dung dịch bạc nitrate trong ammonia (thuốc thử Tollens, thường viết gọn là Ag₂O/dd NH₃), tạo lớp bạc sáng bóng bám vào thành ống nghiệm:

C₆H₁₂O₆ + Ag₂O →(dd NH₃, to) C₆H₁₂O₇ + 2Ag↓

Đây gọi là phản ứng tráng gương, dùng để nhận biết glucose (và các đường có nhóm –CHO) trong phòng thí nghiệm, cũng là nguyên lí sản xuất gương và ruột phích trong công nghiệp.

b) Phản ứng lên men rượu: Dưới tác dụng của men rượu (enzyme từ nấm men) ở nhiệt độ 30–35 °C, glucose phân hủy thành ethanol và khí carbon dioxide:

C₆H₁₂O₆ →(men rượu, 30–35 °C) 2C₂H₅OH + 2CO₂↑

Đây chính là cơ sở của quá trình lên men rượu vang, bia và các loại rượu truyền thống.

**a) Phản ứng tráng gương (oxi hóa):** Glucose có nhóm chức aldehyde (–CHO) trong phân tử, nên phản ứng được với dung dịch bạc nitrate trong ammonia (thuốc thử Tollens, thường viết gọn là Ag₂O/dd NH₃), tạo lớp bạc sáng bóng bám vào thành ống nghiệm: **C₆H₁₂O₆ + Ag₂O →(dd NH₃, to) C₆H₁₂O₇ + 2Ag↓** Đây gọi là **phản ứng tráng gương**, dùng để nhận biết glucose (và các đường có nhóm –CHO) trong phòng thí nghiệm, cũng là nguyên lí sản xuất gương và ruột phích trong công nghiệp. **b) Phản ứng lên men rượu:** Dưới tác dụng của **men rượu** (enzyme từ nấm men) ở nhiệt độ 30–35 °C, glucose phân hủy thành ethanol và khí carbon dioxide: **C₆H₁₂O₆ →(men rượu, 30–35 °C) 2C₂H₅OH + 2CO₂↑** Đây chính là cơ sở của quá trình lên men rượu vang, bia và các loại rượu truyền thống.

Phân loại carbohydrate theo số đơn vị đường trong phân tử: đường đơn không thủy phân được thêm, đường đôi thủy phân ra hai đường đơn.

Saccharose — 'đường đôi' trong mía, củ cải đường

Saccharose (đường ăn hằng ngày, đường mía) có công thức phân tử C₁₂H₂₂O₁₁, là một disaccharide (đường đôi) — được tạo thành từ một phân tử glucose liên kết với một phân tử fructose. Vì không có nhóm –CHO tự do trong phân tử, saccharose không tham gia trực tiếp phản ứng tráng gương như glucose.

Khi thủy phân (với xúc tác acid hoặc enzyme invertase, đun nóng), saccharose bị bẻ gãy thành hai đường đơn:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O →(H⁺, to) C₆H₁₂O₆ (glucose) + C₆H₁₂O₆ (fructose)

**Saccharose** (đường ăn hằng ngày, đường mía) có công thức phân tử **C₁₂H₂₂O₁₁**, là một **disaccharide** (đường đôi) — được tạo thành từ một phân tử glucose liên kết với một phân tử fructose. Vì không có nhóm –CHO tự do trong phân tử, saccharose **không** tham gia trực tiếp phản ứng tráng gương như glucose. Khi thủy phân (với xúc tác acid hoặc enzyme invertase, đun nóng), saccharose bị bẻ gãy thành hai đường đơn: **C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O →(H⁺, to) C₆H₁₂O₆ (glucose) + C₆H₁₂O₆ (fructose)**

Ví dụ

Ví dụ 1 — Nhận biết glucose và saccharose bằng phản ứng tráng gương

1
Có hai dung dịch không màu: dung dịch glucose và dung dịch saccharose. Hãy đề xuất một cách đơn giản để phân biệt hai dung dịch này.
2
Glucose có nhóm –CHO nên phản ứng được với dung dịch AgNO₃ trong NH₃ tạo lớp bạc sáng bóng (tráng gương). Saccharose không có nhóm –CHO tự do nên không cho phản ứng tráng gương ở điều kiện thường.
3
Nhỏ mỗi dung dịch vào ống nghiệm chứa dung dịch AgNO₃/NH₃, đun nhẹ. Ống nào xuất hiện lớp bạc sáng bóng là dung dịch glucose; ống còn lại không có hiện tượng là saccharose.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Bài toán về lên men rượu (exam-style)

1
Một cơ sở sản xuất rượu vang lên men hoàn toàn dung dịch chứa glucose (từ nước nho ép) để thu được ethanol. Cứ 180 kg glucose (1 kmol) lên men hoàn toàn theo phương trình C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ thì thu được bao nhiêu kg ethanol (biết khối lượng mol của C₂H₅OH là 46 g/mol)?
2
Theo phương trình, 1 phân tử (1 mol) glucose sinh ra 2 phân tử (2 mol) ethanol. 180 kg glucose ứng với 1 kmol (= 1000 mol) glucose, vậy số mol ethanol sinh ra là 2 × 1000 = 2000 mol. Khối lượng ethanol = số mol × khối lượng mol.
3
Khối lượng ethanol = 2000 mol × 46 g/mol = 92 000 g = 92 kg. Đây là dạng toán tính theo phương trình hóa học kết hợp kiến thức lên men, thường gặp trong đề kiểm tra Hóa 9.

Ứng dụng của glucose và saccharose trong đời sống

Glucose được dùng làm dịch truyền tĩnh mạch cho bệnh nhân cần bổ sung năng lượng nhanh (vì glucose đi thẳng vào máu, không cần tiêu hóa thêm), và là cơ sở để bác sĩ theo dõi chỉ số đường huyết — lượng glucose trong máu. Người mắc bệnh tiểu đường cần kiểm soát chặt lượng đường (glucose) nạp vào vì cơ thể họ gặp khó khăn trong việc đưa glucose từ máu vào tế bào. Saccharose (đường mía, đường ăn) được dùng phổ biến trong nấu ăn, làm bánh kẹo, và công nghiệp thực phẩm nhờ vị ngọt đậm và dễ bảo quản; khi cơ thể tiêu hóa saccharose, enzyme trong ruột non thủy phân nó thành glucose và fructose để hấp thụ, cùng cơ chế thủy phân mà em vừa học.

Glucose được dùng làm **dịch truyền tĩnh mạch** cho bệnh nhân cần bổ sung năng lượng nhanh (vì glucose đi thẳng vào máu, không cần tiêu hóa thêm), và là cơ sở để bác sĩ theo dõi **chỉ số đường huyết** — lượng glucose trong máu. Người mắc bệnh tiểu đường cần kiểm soát chặt lượng đường (glucose) nạp vào vì cơ thể họ gặp khó khăn trong việc đưa glucose từ máu vào tế bào. Saccharose (đường mía, đường ăn) được dùng phổ biến trong nấu ăn, làm bánh kẹo, và công nghiệp thực phẩm nhờ vị ngọt đậm và dễ bảo quản; khi cơ thể tiêu hóa saccharose, enzyme trong ruột non thủy phân nó thành glucose và fructose để hấp thụ, cùng cơ chế thủy phân mà em vừa học.

Ví dụ

Ví dụ 3 — Vận dụng: vì sao ăn đường mía không làm tăng đường huyết ngay lập tức

1
Một bạn học sinh ăn một viên kẹo làm từ đường mía (saccharose) và một bạn khác uống trực tiếp dung dịch glucose. Bạn nào có đường huyết tăng nhanh hơn ngay sau khi ăn/uống? Giải thích dựa trên kiến thức về thủy phân.
2
Glucose có thể được hấp thụ thẳng vào máu qua thành ruột mà không cần biến đổi thêm. Saccharose thì phải trải qua bước thủy phân (nhờ enzyme trong ruột non) thành glucose và fructose trước khi được hấp thụ — quá trình này cần thêm thời gian.
3
Bạn uống dung dịch glucose sẽ có đường huyết tăng nhanh hơn, vì glucose được hấp thụ trực tiếp; còn saccharose từ viên kẹo cần thời gian thủy phân trước khi tạo ra glucose để hấp thụ vào máu.

Sai lầm thường gặp

Nhiều bạn nghĩ mọi loại 'đường' đều phản ứng tráng gương như nhau. Chỉ đường có nhóm –CHO tự do (như glucose) mới tráng gương trực tiếp thôi; saccharose phải bị thủy phân thành glucose trước, và chính phần glucose sinh ra đó mới tráng gương được — bản thân saccharose ban đầu thì không.

Điểm cần nhớ: glucose (C₆H₁₂O₆) là đường đơn có nhóm –CHO, tham gia phản ứng tráng gương và lên men rượu. Saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁) là đường đôi, khi thủy phân cho glucose và fructose, nhưng bản thân không tráng gương trực tiếp.

Việc phân biệt được đường đơn (glucose) và đường đôi (saccharose) cũng giúp em hiểu vì sao trên nhãn thực phẩm, nhà sản xuất thường liệt kê riêng 'đường' (thường chỉ saccharose/đường bổ sung) tách biệt với tổng 'carbohydrate' — vì tốc độ hấp thụ và ảnh hưởng đến đường huyết của mỗi loại đường là khác nhau, như em vừa thấy ở Ví dụ 3.

Điểm cần nhớ: glucose (C₆H₁₂O₆) là đường đơn có nhóm –CHO, tham gia phản ứng **tráng gương** và **lên men rượu**. Saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁) là đường đôi, khi **thủy phân** cho glucose và fructose, nhưng bản thân không tráng gương trực tiếp. Việc phân biệt được đường đơn (glucose) và đường đôi (saccharose) cũng giúp em hiểu vì sao trên nhãn thực phẩm, nhà sản xuất thường liệt kê riêng 'đường' (thường chỉ saccharose/đường bổ sung) tách biệt với tổng 'carbohydrate' — vì tốc độ hấp thụ và ảnh hưởng đến đường huyết của mỗi loại đường là khác nhau, như em vừa thấy ở Ví dụ 3.

Bài tiếp theo

Ngoài glucose và saccharose, cơ thể và tự nhiên còn có những carbohydrate mạch dài hơn rất nhiều — tinh bột trong cơm, cellulose trong giấy. Bài tiếp theo sẽ tìm hiểu hai chất polysaccharide quan trọng này.