Giáo án Bài 5. Saccharose và maltose

Huy động kiến thức nền về glucose và nhóm chức; tạo tình huống có vấn đề về sự khác nhau giữa saccharose và maltose.

GV đưa ra hai chất có cùng công thức phân tử $\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11}}$ (saccharose và maltose) và đặt câu hỏi: “Hai chất này cùng công thức, vậy có thể khác nhau về tính chất không? Chất nào có thể tráng bạc? Vì sao?” HS dự đoán, sau đó nêu nhiệm vụ học tập của bài.

Vấn đề học tập được xác định: vì sao cùng công thức $\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11}}$ nhưng saccharose và maltose có tính chất khác nhau (tính khử, khả năng thuỷ phân) và liên quan đến cấu tạo phân tử ra sao. Dự đoán ban đầu của HS: maltose có khả năng tráng bạc; saccharose có thể không tráng bạc vì không có nhóm –CHO.

HS mô tả được cấu tạo phân tử saccharose và maltose; nêu được trạng thái tự nhiên, tính chất vật lí; giải thích được sự khác nhau về đầu hemiacetal.

HS làm việc nhóm 4 người. Nhóm quan sát mô hình 3D “Mô hình que–cầu saccharose (α-glucose + β-fructose) và maltose (hai glucose)” trên NeoEdu, sau đó hoàn thành Phiếu học tập số 1. Câu hỏi trọng tâm: (1) Saccharose gồm những gốc nào, liên kết giữa hai gốc qua carbon nào? (2) Trong saccharose còn nhóm –OH hemiacetal tự do không? (3) Maltose gồm những gốc nào, nối với nhau kiểu gì? (4) Đầu nào của maltose còn có khả năng mở vòng? (5) Trạng thái, vị, độ tan và nguồn tự nhiên của hai chất.

Kết quả trên Phiếu học tập số 1:

• Saccharose: một gốc α-glucose và một gốc β-fructose; liên kết glycoside C1–O–C2 (hai carbon anomer); không còn đầu hemiacetal tự do; không có tính khử trong phép thử thông thường.
• Maltose: hai gốc α-glucose nối α-1,4-glycoside; còn đầu hemiacetal tự do có thể mở vòng; có tính khử.
• Cả hai: chất rắn kết tinh, tan tốt trong nước, có vị ngọt (không dùng nếm để nhận biết hoá chất).
• Nguồn tự nhiên: saccharose có trong mía và củ cải đường; maltose có trong mạch nha.
• Kết luận HS rút ra: liên kết glycoside là cầu nối C–O–C giữa hai gốc monosaccharide; sự khác nhau về cầu nối quyết định sự khác nhau về tính khử.

HS trình bày được phản ứng của saccharose với $\mathrm{Cu(OH)_2}$, phân biệt tính khử của maltose và saccharose, viết được phương trình thuỷ phân saccharose.

Nhóm thảo luận Phiếu học tập số 2. GV trình diễn (hoặc chiếu video/mô phỏng) thí nghiệm: saccharose tác dụng với $\mathrm{Cu(OH)_2}$ ở nhiệt độ thường; đun nóng với NaOH và so sánh với maltose, glucose đối chứng; đun saccharose với acid loãng, trung hoà rồi thử. Câu hỏi: (1) Dung dịch saccharose và $\mathrm{Cu(OH)_2}$ tạo màu gì? Điều đó chứng tỏ điều gì? (2) Khi đun nóng trong kiềm, chất nào tạo kết tủa đỏ gạch? Vì sao? (3) Viết phương trình thuỷ phân saccharose. (4) Sản phẩm thuỷ phân có tính khử không? Vì sao phải trung hoà acid trước khi thử?

Kết quả trên Phiếu học tập số 2:

• Saccharose + $\mathrm{Cu(OH)_2}$ (nhiệt độ thường): tan, tạo dung dịch xanh lam. Giải thích: saccharose có nhiều nhóm –OH liền kề tạo phức với Cu(II); đây không phải phản ứng khử và không chứng minh có đầu khử.
• Đun nóng trong kiềm: maltose (và glucose đối chứng) tạo kết tủa đỏ gạch $\mathrm{Cu_2O}$; saccharose chưa thuỷ phân không tạo kết tủa đỏ gạch.
• Thuỷ phân: $\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{H^+, t^\circ} C_6H_{12}O_6 + C_6H_{12}O_6}$ (glucose và fructose).
• Sau thuỷ phân, dung dịch đã trung hoà và kiềm hoá phù hợp cho kết tủa đỏ gạch, chứng tỏ sản phẩm có tính khử.
• Kết luận: phản ứng với $\mathrm{Cu(OH)_2}$ liên quan đến nhiều nhóm –OH kề nhau; tính khử do đầu hemiacetal tự do quyết định; nếu còn acid, $\mathrm{Cu(OH)_2}$ tan do trung hoà chứ không do tạo phức.

HS mô tả được các công đoạn chính sản xuất đường từ mía và nêu được ứng dụng của saccharose, maltose.

Nhóm 2 người đọc sơ đồ quy trình sản xuất đường từ mía do GV phát và trả lời: (1) Các công đoạn chính theo thứ tự nào? (2) Công đoạn nào làm sạch, loại tạp chất? (3) Saccharose và maltose được ứng dụng ở đâu?

Sơ đồ quy trình: Mía → ép lấy nước mía → làm sạch (gia nhiệt, bổ sung vôi, lọc loại tạp chất) → cô đặc → kết tinh → li tâm tách tinh thể (mật rỉ được tách ra) → sấy khô → đường thành phẩm.
Ứng dụng: saccharose làm nguyên liệu cho thực phẩm, đồ uống, dược phẩm; maltose (mạch nha) dùng làm kẹo và thức ăn cho trẻ.

HS vận dụng cấu tạo, tính khử và phương trình thuỷ phân để trả lời câu hỏi trắc nghiệm và giải bài toán tính khối lượng sản phẩm, khối lượng Ag.

HS làm việc cặp đôi, giải các bài tập sau rồi kiểm tra chéo đáp án:

1. Saccharose thuỷ phân hoàn toàn tạo gì? A. Glucose và fructose; B. Hai fructose; C. Ethanol trực tiếp; D. Hai glucose.
2. Maltose có tính khử vì sao? A. Có nhóm COOH tự do như acid béo; B. Không có liên kết glycoside; C. Còn đầu hemiacetal mở vòng; D. Cả hai carbon anomer đã tạo liên kết như saccharose.
3. 0,10 mol maltose thuỷ phân hoàn toàn tạo bao nhiêu mol glucose?
4. Xét hai disaccharide. a) Có cùng công thức phân tử; b) Saccharose tráng bạc trước thuỷ phân theo thử thường; c) Cả hai có thể hoà tan $\mathrm{Cu(OH)_2}$ ở nhiệt độ thường; d) Thuỷ phân có tiêu thụ nước. Đánh dấu Đúng (Đ) hoặc Sai (S).
5. 34,2 g saccharose (M = 342) thuỷ phân hoàn toàn. Tổng khối lượng glucose và fructose thu được là bao nhiêu gam? (M mỗi monosaccharide = 180)
6. 17,1 g saccharose (M = 342) thuỷ phân hoàn toàn, sản phẩm phản ứng với Tollens dư. Tính khối lượng Ag (M = 108).

Đáp án:

1. A. Glucose và fructose được giải phóng.
2. C. Đầu hemiacetal mở vòng cho nhóm carbonyl có thể bị oxi hoá.
3. 0,20 mol glucose (một maltose cho hai glucose).
4. a) Đ; b) S; c) Đ; d) Đ. (Nhiều nhóm –OH tạo phức với Cu(II); saccharose không có đầu khử; $\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \rightarrow 2C_6H_{12}O_6}$.)
5. 36 g: $n = 34{,}2/342 = 0{,}10$ mol saccharose tạo 0,10 mol glucose và 0,10 mol fructose; khối lượng $= 0{,}20 \times 180 = 36{,}0$ g (đã tiêu thụ 1,8 g nước).
6. 21,6 g Ag: $n_{\text{saccharose}} = 17{,}1/342 = 0{,}050$ mol; tạo 0,050 mol glucose và 0,050 mol fructose (tổng 0,100 mol monosaccharide); mỗi mol monosaccharide cho 2 mol Ag, nên $n_{\mathrm{Ag}} = 0{,}200$ mol; $m_{\mathrm{Ag}} = 0{,}200 \times 108 = 21{,}6$ g.
   Thang điểm câu 6 (tối đa 3 điểm): số mol saccharose và monosaccharide (1 điểm); số mol Ag = 0,200 mol (1 điểm); khối lượng 21,6 g có đơn vị (1 điểm).

HS vận dụng kiến thức về thuỷ phân và tính khử để giải thích một tình huống thực tế và tính khối lượng bạc theo mô hình phản ứng hoàn toàn.

Tình huống: Một xưởng chế biến đường đun nóng nước đường mía với acid loãng để chuyển hoá đường rồi đưa mẫu đi kiểm tra. Nhiệm vụ cá nhân: (1) Vì sao mẫu chưa đun với acid không tráng bạc, còn mẫu sau thuỷ phân và được xử lí phù hợp thì có khả năng tráng bạc? (2) Giả sử 1,71 kg saccharose thuỷ phân hoàn toàn và sản phẩm phản ứng hết với Tollens dư, tính khối lượng Ag thu được theo mô hình (M saccharose = 342, Ag = 108). (3) Nêu một lí do vì sao cần trung hoà acid trước khi thử. HS có thể hoàn thành ở nhà nếu chưa kịp.

Đáp án dự kiến:
(1) Saccharose không có đầu khử nên không tráng bạc; sau thuỷ phân tạo glucose và fructose có nhóm carbonyl (mở vòng), có khả năng khử Ag⁺ trong môi trường kiềm phù hợp.
(2) $n_{\text{saccharose}} = 1710/342 = 5{,}0$ mol; tạo 10 mol monosaccharide; $n_{\mathrm{Ag}} = 20$ mol; $m_{\mathrm{Ag}} = 20 \times 108 = 2160$ g = 2,16 kg (theo mô hình phản ứng hoàn toàn).
(3) Acid còn dư sẽ trung hoà kiềm hoặc làm $\mathrm{Cu(OH)_2}$ tan do phản ứng trung hoà, khiến kết luận về tính khử bị sai.