Tinh bột và cellulose SVIP

I. CẤU TẠO PHÂN TỬ

Tinh bột và cellulose là các polysaccharide tự nhiên, có cùng công thức là (C₆H₁₀O₅)_n.

1. Tinh bột 

Amylose có cấu trúc xoắn, hình thành từ các α-glucose thông qua liên kết α-1,4-glycoside.

Amylopectin có cấu trúc mạch phân nhánh, hình thành từ các α-glucose thông qua liên kết α-1,4-glycoside và α-1,6-glycoside.

2. Cellulose 

Cellulose có cấu trúc mạch không nhánh và được tạo thành từ nhiều đơn vị β-glucose thông qua liên kết β-1,4-glycoside.

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Tính chất của tinh bột 

a. Phản ứng thủy phân 

Dưới tác dụng của enzyme hoặc acid, tinh bột bị thủy phân hoàn toàn tạo thành glucose.

\(\left(C_6H_{10}O_5\right)_n+nH_2O\overset{enzyme}{\rightarrow}nC_6H_{12}O_6\left(glucose\right)\)

⚡Thí nghiệm (Phản ứng thủy phân tinh bột)

- Bước 1: Cho khoảng 1 mL dung dịch HCl 1 M vào ống nghiệm chứa 5 mL dung dịch hồ tinh bột 1%.

- Bước 2: Đun cách thủy ống nghiệm trong 10 phút, rồi để nguội.

- Bước 3: Cho từ từ NaHCO₃ đến khi không còn bọt khí sinh ra.

- Bước 4: Thêm khoảng 2 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa Cu(OH)₂.

- Bước 5: Đun nóng nhẹ ống nghiệm.

b. Phản ứng màu với dung dịch iodine 

Trong tinh bột, amylose có dạng xoắn nên có thể tác dụng được với iodine tạo thành màu xanh tím đặc trưng.

Mô hình tương tác giữa tinh bột và iodine

⚡THÍ NGHIỆM (Phản ứng màu của hồ tinh bột với iodine)

Nhỏ vài giọt iodine vào ống nghiệm chứa 2 mL hồ tinh bột 1%, lắc đều.

2. Tính chất của cellulose 

a. Phản ứng thủy phân 

Cellulose bị thủy phân bởi enzyme hoặc acid tạo thành glucose.

\(\left(C_6H_{10}O_5\right)_n+nH_2O\overset{enzyme}{\rightarrow}nC_6H_{12}O_6\left(glucose\right)\)

⚡THÍ NGHIỆM (Phản ứng thủy phân cellulose trong môi trường acid)

- Bước 1: Cho một lượng nhỏ bông vào cốc chứa 10 mL dung dịch H₂SO₄ 70% và dùng đũa khuấy đều.

- Bước 2: Đặt cốc thủy tinh vào cốc nước nóng và khuấy đến khi tạo thành dung dịch đồng nhất.

- Bước 3: Thêm NaHCO₃ đến khi không còn bọt khí. Sau đó thêm tiếp 5 mL dung dịch NaOH 10%.

- Bước 4: Cho khoảng 5 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa Cu(OH)₂.

- Bước 5: Đun nóng ống nghiệm.

b. Phản ứng với nitric acid

Khi đun nóng với HNO₃ đặc/H₂SO₄ đặc, các nhóm -OH trong mỗi đơn vị của cellulose có thể bị chuyển thành nhóm nitrate, tạo ra cellulose nitrate.

\(\left[C_6H_7O_2\left(OH\right)_3\right]_n+3nHONO_2\overset{H_2SO_4,t^o}{\rightarrow}\left[C_6H_7O_2\left(ONO_2\right)_3\right]_n+3nH_2O\)

⚡THÍ NGHIỆM (Phản ứng của cellulose với nitric acid)

- Bước 1: Rót khoảng 5 mL HNO₃ đặc vào cốc thủy tinh đặt trong chậu nước đá, sau đó thêm 10 mL H₂SO₄ đặc và khuấy đều.

- Bước 2: Lấy cốc thủy tinh ra và cho một nhúm bông vào dung dịch.

- Bước 3: Ngâm trong cốc nước nóng khoảng 10 phút.

- Bước 4: Lấy sản phẩm ra khỏi cốc, rửa sạch với nước lạnh và NaHCO₃ loãng. Làm khô sản phẩm và để sản phẩm lên đĩa sứ rồi đốt cháy.

c. Cellulose phản ứng với nước Schweizer 

Nước Schweizer (Cu(OH)₂ trong NH₃) có thể hòa tan cellulose.

⚡THÍ NGHIỆM (Tính tan của cellulose trong nước Schweizer)

- Bước 1: Thêm khoảng 20 mL dung dịch NaOH 20% vào cốc chứa 50 mL dung dịch CuSO₄ 1 M, khuấy đều.

- Bước 2: Lọc lấy kết tủa rồi thêm khoảng 50 mL dung dịch NH₃ đặc, khuấy đều đến khi tan hết.

- Bước 3: Thả một ít bông vào dung dịch Schweizer rồi khuấy đều.

III. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG

Tinh bột và cellulose được hình thành từ quá trình quang hợp và phân bố nhiều ở hạt, củ, quả hoặc trong thành tế bào. Tinh bột và cellulose có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp.

1. Tinh bột 

- Trạng thái tự nhiên: Tinh bột là chất rắn màu trắng, không tan trong nước lạnh, tan một phần trong nước nóng. Tinh bột có nhiều trong hạt, củ và quả.

Gạo

- Sự tạo thành tinh bột trong cây xanh: Tinh bột được hình thành qua hai quá trình là quang hợp tạo glucose và liên kết các glucose thành tinh bột.

- Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể: Khi ăn tinh bột, enzyme α-amylase trong nước bọt bắt đầu thủy phân tinh bột thành maltose và dextrin. Ở ruột non, tinh bột tiếp tục bị thủy phân thành glucose hấp thụ vào máu để tạo năng lượng hoặc dự trữ dưới dạng glycogen.

- Ứng dụng: Tinh bột là nguồn lương thực và nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp thực phẩm, giấy và dệt may.

2. Cellulose 

- Trạng thái tự nhiên: Cellulose là chất rắn dạng sợi, màu trắng, không tan trong nước và nhiều dung môi. Cellulose có nhiều trong gỗ và sợi bông.

Quả bông

- Ứng dụng: Cellulose được ứng dụng trong sản xuất giấy, vật liệu xây dựng, sợi tự nhiên, sợi nhân tạo và điều chế ethanol, cellulose trinitrate.