Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 130
Chương 7: HỢP CHẤT HỮU CƠ TẠP CHỨC
7.1. Hiđroxiaxit
Hợp chất tạp chức: Trong phân tử có nhiều nhóm chức khác nhau.
Ví dụ: các aminoaxit
H
2
N - R - COOH, HO - CH
2
- CH
2
- CHO,…
Các hiđroxiaxit được chia làm hai nhóm lớn: các hợp chất có chứa nhóm hiđroxi nối với
mạch không vòng hay với mạch nhánh của vòng thơm và các hợp chất có chứa nhóm hiđroxi nối
trực tiếp với vòng thơm (hay axit phenolcacboxylic)
7.1.1. Hiđroxiaxit dãy béo
Nhiều hiđroxiaxit có trong thiên nhiên và được gọi theo tên thông thường. Axit glicolic có
trong thành phần nước ép cây mía.
Axit lactic lần đầu tiên được phân lập từ sữa chua. Nhiều hiđroxiaxit quan trọng là axit
đicacboxylic, như axit malic có trong nước ép trái cây, axit tactric có trong cặn rượu vang.

CH
2
COOH
OH
CH
3
CH COOH
OH
axit glicolic

HO
CO O
CH
3
CH CH CH
3
O CO
+ 2H
2
O

Lactit là chất rắn kết tinh, đun sôi với nước và có mặt của axit hay kiềm nó bị xà phòng hóa
và tạo thành hiđroxiaxit ban đầu.
b) Phương pháp điều chế
Các α-hiđroxiaxit thường được điều ché bằng cách thuỷ phân α-halogenaxit hoặc thuỷ
phân hợp chất xianhiđrin. Thí dụ:

OH
Cl
CH
3
CH
2
COOH CH
3
CH COOH CH
3
CH COOH
+ Cl
2

Điều chế: từ natri phenolat và CO
2
ở nhiệt độ 120 – 140
0
C theo phản ứng:

ONa
OH
COONa
+ CO
2
+HCl
OH
COOH
axit salixylic

Axit salixilic có nhiều ứng dụng, dùng làm điều chế chất thơm, làm chất khử trùng trong y
học, dưới dạng natri salixylat làm chất bảo quản thực phẩm.
Dẫn xuất axetyl của axit salixylic được gọi là aspirin, là một loại thuốc giảm sốt và giảm đau
thần kinh tốt:

CH
3
COCl
O
O
+ HCl
OH
COOH
axit salixylic

6
H
12
O
6
), ribozơ (C
5
H
10
O
5
)
- Oligosaccarit là những sản phẩm ngưng tụ từ 2 đến 10 phân tử monosaccarit với sự tách bớt
nước. Quan trọng nhất là các đisaccarit hay điozơ có công thức chung C
12
H
22
O
11
. Các đisaccarit
này bị thuỷ phân tạo thành 2 phân tử monosaccarit. Ví dụ thuỷ phân saccarozơ.
Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 132
C
12
H
22
O
11
+ H

⎯→⎯
+
H
nC
6
H
12
O
6

Ví dụ: Tinh bột, xenlulozơ, glicogen đều có công thức chung là (C
6
H
10
O
5
)
n
.
7.2.1. Monosaccarit
a) Khái niệm, phân loại và cấu trúc
Monosaccarit là những gluxit không thể thuỷ phân được.
Tuỳ thuộc vào nhóm C=O nằm ở dưới dạng andehit hay xeton, các monosaccarit được
phân chia thành andozơ (có nhóm andehit) và xetozơ (có nhóm xeton)
Công thức phân tử: C
6
H
12
O
6

6
H
7
O(OCOCH
3
)
5
, chứng tỏ trong
phân tử có 5 nhóm -OH; các nhóm -OH đó có thể tạo phức chất màu xanh lam khi tác dụng với
Cu(OH)
2
(tương tự như glixerin).
- Từ các kết quả thực nghiệm, người ta thấy rằng glucozơ là một pentahiđroxi anđehit có
mạch thẳng không phân nhánh.

CH
2
- CH - CH - CH - CH - C - H
OH OH OH OH OH O
1234
5
6

Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 133
Do sự phân bố khác nhau của các nhóm -OH trong không gian, glucozơ có nhiều đồng
phân không gian. Glucozơ thiên nhiên, được gọi là D-glucozơ (có nhóm -OH tại C
5
ở bên phải) để
phân biệt với một đồng phân điều chế trong phòng thí nghiệm là L-glucozơ (nhóm -O đó ở bên trái).

OH
H
H
HO
H
OH
OH
H
Glucopiranozo
O
OH
H
OH
H
H
OH
HO H
CH
2
OH
H
Glucofuranozo

Glucopiranozơ bền hơn rất nhiều so với glucofuranzơ.
♦ Cấu trúc phân tử fructozơ
Fructozơ trong thiên nhiên được gọi là D-fructozơ, có công thức cấu trúc.

CH
2
CH CH CH C CH

2
- CH - COOH + 2Ag
OH
4
OH
AgNO
3
NH
3
t
o

+ Phản ứng với Cu(OH)
2
(trong môi trường kiềm)

CH
2
- CH - CHO + Cu(OH)
2
OH
4
OH
CH
2
- CH - COOH + 2H
2
O + Cu
2
O

OH
CH
2
- CH - CH
2
OH
4
OH
t
o
OH
Ni

♦ Phản ứng của các nhóm -OH
- Phản ứng với Cu(OH)
2
cho dung dịch màu xanh lam.

CH
2
- OH
CH - OH
CH - OH
CH - OH
CH - OH
CHO
+ Cu(OH)
2
CH
2

CH - OH
CH - OH
CH - OH
CH - OH
CHO
+ 5CH
3
COOH
CH
2
- OCOCH
3
CH - OCOCH
3
CH - OCOCH
3
CH - OCOCH
3
CH - OCOCH
3
CHO
+ 5H
2
O
H
+
t
o

♦ Phản ứng của glucozơ dạng vòng:

OH
OH
H
+ H
2
O
HCl

♦ Phản ứng lên men
Dưới tác dụng của các chất xúc tác men do vi sinh vật tiết ra, chất đường bị phân tích
thành các sản phẩm khác. Các chất men khác nhau gây ra những quá trình lên men khác nhau.
Ví dụ:
-
Lên men etylic tạo thành rượu etylic.

C
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
LM röôïu

-

LM lactic
OH
axit lactic
glucozô

d) Điều chế
Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 136
- Quá trình quang hợp của cây xanh dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, tạo thành glucozơ và
các monosaccarit khác:
6CO
2
+ 6H
2
O
⎯→⎯
qh
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2

- Thuỷ phân đi, polisaccarit có trong thiên nhiên (như saccarozơ, tinh bột, xenlulozơ…) dưới tác
dụng của axit vô cơ hay men.
C
12

n
+ nH
2
O nC
6
H
12
O
6

Glucozô
Axit, t
o
C

- Trùng hợp anđehit fomic
6HCHO
⎯⎯⎯→⎯
2
)OH(Ca
C
6
H
12
O
6

7.2.2. Đisaccarit
Đisaccarit là loại gluxit phức tạp hơn, khi thuỷ phân cho hai phân tử monosaccarit.
Những monosaccarit tiêu biểu và quan trọng là saccarozơ, mantozơ, lactozơ đều có công

12
O
6
Glucozô fructozô
Axit, t
o
CC
12
H
22
O
11
+ H
2
O 2C
6
H
12
O
6

Glucozô
Axit, t
o
Mantozô

♦

+ H
2
O C
12
H
22
O
11
.CaO.2H
2
O
Canxi saccarat

CO
2
+ C
12
H
22
O
11
.CaO.2H
2
O C
12
H
22
O
11
+ CaCO

)
n
, khác nhau về số n và cấu trúc của chuỗi
polime. Tinh bột có trong củ và hạt nhiều loại cây.
Các phân tử tinh bột gồm 2 loại:
-
Loại amilozơ cấu tạo từ chuỗi polime không phân nhánh gồm các mắt xích a- glucozơ
mạch vòng với n vào khoảng 200¸ 400 và có khi tới 1000.
Giữa 2 mắt xích là một cầu oxi nối nguyên tử C
1
của gốc thứ 1 với nguyên tử C
4
của gốc
thứ 2. Cầu oxi này được gọi là liên kết a-1, 4 glicozit.

O
CH
2
OH
H
OH
H
OH
OH
H
O
O
CH
2
OH

CH
2
H
OH
H
H
OH
OH
H
O
. . .
O
. . .
O
. . .

Tỷ lệ amilozơ và amilopectin thay đổi tuỳ theo từng loại tinh bột, amilozơ thường chiếm
20% và amilopectin chiếm khoảng 80%.
b) Tính chất vật lý
Tinh bột cấu tạo từ những hạt nhỏ có hình dạng và kích thước khác nhau, phần ngoài của
hạt tinh bột cấu tạo từ amilopectin, phần bên trong cấu tạo từ amilozơ.
Các hạt tinh bột không tan trong nước lạnh. Trong nước nóng hạt bị phồng lên rồi vỡ thành
dung dịch keo gọi là hồ tinh bột.
c) Tính chất hoá học
- Hồ tinh bột + dung dịch iot ® dung dịch màu xanh.
- Tinh bột không tham gia các phản ứng khử (phản ứng tráng gương và với Cu
2+
) vì trong
phân tử không có chức anđehit.
- Phản ứng thuỷ phân tinh bột thành glucozơ xảy ra khi đun nóng với xúc tác axit vô cơ

e) Ứng dụng của tinh bột
- Làm lương thực cho người và động vật.
- Điều chế glucozơ.
- Điều chế mạch nha.
- Điều chế rượu etylic
Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 139
- Hồ vải.
7.2.3.2. Xenlulozơ (C
6
H
10
O
5
)
n

a) Cấu tạo phân tử
Khác với tinh bột, cấu tạo phân tử của xenlulozơ có những đặc điểm sau:
- n rất lớn ( từ 6000 ® 12000 ).
- Chuỗi polime của xenlulozơ là mạch thẳng không phân nhán, vì vậy nó tạo thành sợi (sợi
bông, sợi gai, sợi đay…) trong đó các chuỗi polime được xếp theo cùng một phương và xuất hiện
lực tương tác giữa các chuỗi đó.
- Mỗi mắt xích (1 mắt xích glucozơ) có 3 nhóm OH, trong đó 1 nhóm chức rượu bậc 1 và 2
nhóm ch
ức rượu bậc 2. Để nhấn mạnh đặc điểm này, người ta thường viết công thức phân tử của
xenlulozơ như sau:

C
6

6
O
2
(OH)
3
n

+ 3nHNO
3
C
6
H
7
O
2
(NO
2
)
3
n

+ 3nH
2
O
H
2
SO
4
, ñ
t

(C
6
H
10
O
5
)
n
+ nH
2
O nC
6
H
12
O
6

Glucozô
Axit, t
o
C

d) Xenlulozơ trong tự nhiên - Ứng dụng
- Xenlulozơ có nhiều trong sợi bông (98%), sợi đay, gai…Trong gỗ cớ khoảng 50%
xenlulozơ.
- Xenlulozơ được dùng để làm giấy, làm vải, sợi, tơ nhân tạo (ví dụ tơ visco), thuốc súng
không khói, chất dẻo (xenluloit), sơn, sản xuất rượu etylic.
7.3. Aminoaxit
7.3.1. Khái niệm về aminoaxit


Các aminoaxit đều là những chất tinh thể, nóng chảy ở nhiệt độ tương đối cao đồng thời bị
phân huỷ. Phần lớn đều tan trong nước, ít tan trong dung môi hữu cơ.
7.3.3. Tính chất hoá học
a) Vừa có tính axit, vừa có tính bazơ
- Trong dung dịch tự ion hoá thành lưỡng cực:
Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 141

H
2
N R COOH H
3
N R COO
(-)
(+)

- Tạo muối với cả axit và kiềm:
NH
2
- CH
2
- COOH + NaOH NH
2
- CH
2
- COONa + H
2
O
H
+

b) Phản ứng trùng ngưng tạo polipeptit
- Trùng ngưng giữa 2 phân tử tạo đipeptit.

H
O
2H
2
N R COOH H
2
O + H
2
N CH
2
C N CH
2
COOH
LK peptit

- Trùng ngưng tạo ra polipeptit

nNH
2
- CH
2
- COOH
- NH - CH
2

4
Br

- Tổng hợp nhờ vi sinh vật.
7.4. Protein
7.4.1. Thành phần - cấu tạo
- Thành phần nguyên tố của protein gồm có: C, H, O, N, S và cả P, Fe, I, Cu.
- Protein là những polime thiên nhiên cấu tạo từ các phân tử aminoaxit trùng ngưng với
nhau.
- Sự tạo thành protein từ các aminoaxit xảy ra theo 3 giai đoạn.
Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 142
+ Giai đoạn 1: Tạo thành chuỗi polipeptit nhờ sự hình thành các liên kết peptit.
+
Giai đoạn 2: Hình thành cấu trúc không gian dạng xoắn (như lò xo) của chuỗi
polipeptit nhờ các liên kết hiđro giữa nhóm C=O của vòng này với nhóm - NH - của vòng tiếp theo.

C O H N
. . .

ở dạng xoắn, gốc R hướng ra phía ngoài.
+
Giai đoạn 3 các chuỗi polipeptit ở dạng xoắn cuộn lại thành cuộn nhờ sự hình
thành liên kết hoá học giữa các nhóm chức còn lại trong gốc aminoaxit của chuỗi polipeptit.
Với cách cấu tạo như vậy từ hơn 20 aminoaxit đã tạo thành hàng ngàn chất protein khác
nhau về thành phần, cấu tạo trong mỗi cơ thể sinh vật. Mỗi phân tử protein với cấu hình không gian
xác định, với nhóm chức bên ngoài hình xoắn mang những hoạt tính sinh học khác nhau và thực
hiệ
n những chức năng khác nhau trong hoạt động sống của cơ thể.
7.4.2. Tính chất

Khi tổng số điện tích dương và điện tích âm của ion lưỡng cực bằng không thì protein
được gọi là ở trạng thái đẳng điện.
e) Thuỷ phân protein
Protein
⎯⎯⎯→⎯
+
+ H,OH
2
các poli peptit
⎯⎯⎯→⎯
+
+ H,OH
2
các peptit ⎯⎯→⎯
+ OH
2
các aminoaxit
f) Phản ứng có màu của protein
Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 143
Tương tự peptit và aminoaxit, protein tham gia phản ứng cho màu.
-
Phản ứng biure: Cho protein tác dụng với muối đồng (CuSO
4
) trong môi trường kiềm cho
màu tím do sự tạo thành phức chất của đồng (II) với hai nhóm peptit.
-
Phản ứng xantoproteinic: Cho HNO
3
đậm đặc vào protein sẽ xuất hiện màu vàng. Nguyên

-
Photphoprotein: có chứa axit photphoric.
-
Nucleoprotein: trong thành phần có axit nucleic. Có trong nhân tế bào động, thực vật.
-
Chromoprotein: có trong thành phần của máu.
-
Glucoprotein: trong thành phần có hiđratcacbon.
-
Lipoprotein: trong thành phần có chất béo.
7.7.4. Sự chuyển hoá protein trong cơ thể
Protein là một thành phần quan trọng nhất trong thức ăn của người và động vật để tái tạo
các tế bào, các chất men, các kích thích tố, xây dựng tế bào mới và cung cấp năng lượng.
Khi tiêu hoá, đầu tiên protein bị thuỷ phân (do tác dụng của men) thành các polipeptit (trong
dạ dày) rồi thành aminoaxit (trong mật) và được hấp thụ vào máu rồi chuyển đến các mô tế bào
của cơ thể. Phần chủ yếu của aminoaxit này lại được tổng hợp thành protein của c
ơ thể. Một phần
khác để tổng hợp các hợp chất khác chứa nitơ như axit nucleic, kích thích tố…Một phần bị phân
huỷ và bị oxi hoá để cung cấp năng lượng cho cơ thể.
Chương 7: Hợp chất hữu cơ tạp chức
Trang 144
Đồng thời với quá trình tổng hợp, trong cơ thể luôn xảy ra quá trình phân huỷ protein qua
các giai đoạn tạo thành polipeptit, aminoaxit rồi các sản phẩm xa hơn, như NH
3
, ure O = C(NH
2
)
2

tạo thành CO