Tinh bột và cellulose SVIP

1. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN VÀ CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA TINH BỘT, CELLULOSE

➤ Trạng thái tự nhiên của tinh bột và cellulose

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

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

➤ Công thức cấu tạo của tinh bột và cellulose

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.

2. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA TINH BỘT VÀ CELLULOSE

➤ Tính chất hóa học cơ bản của tinh bột và cellulose

1. Phản ứng thủy phân 

Dưới tác dụng của enzyme hoặc acid, tinh bột và cellulose 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)

- Cho khoảng 1 mL dung dịch H₂SO₄ 1 M vào ống nghiệm chứa 2 mL dung dịch hồ tinh bột.

- Đặt ống nghiệm vào cốc nước nóng và đun cách thủy trong 10 phút. Sau đó để nguội.

- Thêm từ từ NaOH đến khi dung dịch chuyển sang môi trường kiềm (thử bằng quỳ tím).

- Cho khoảng 2 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa 0,5 mL dung dịch NaOH và 1 mL dung dịch CuSO₄.

- Đun nóng nhẹ ống nghiệm đến khi thay đổi màu sắc kết tủa.

⚡THÍ NGHIỆM (Phản ứng thủy phân cellulose)

- Cho một lượng nhỏ bông vào cốc chứa 5 mL dung dịch H₂SO₄ và dùng đũa khuấy đều.

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

- Thêm NaHCO₃ đến khi dừng bọt khí.

- Cho 1 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa Cu(OH)₂ (tạo thành từ 2 mL dung dịch NaOH 10% và 1 mL dung dịch CuSO₄ ) và lắc đều.

- Đun nóng ống nghiệm.

2. Phản ứng của hồ tinh bột với 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 của tinh bột với iodine)

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

3. Phản ứng của cellulose 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)

- Thêm 8 mL dung dịch H₂SO₄ đặc vào cốc thủy tinh chứa khoảng 4 mL dung dịch HNO₃ đặc đang ngâm trong chậu nước đá.

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

- Ngâm hỗn hợp vào cốc nước nóng khoảng 60 - 70 ^oC trong 7 phút.

- Lấy sản phẩm ra khỏi cốc, rửa sạch với nước lạnh và NaHCO₃ loãng. Ép khô sản phẩm bằng giấy lọc.

4. Cellulose phản ứng với nước Schweizer 

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

⚡THÍ NGHIỆM (Phản ứng của cellulose với nước Schweizer)

- Thêm khoảng 5 mL dung dịch NaOH 10% vào cốc chứa 10 mL dung dịch CuSO₄ 5%, khuấy đều.

- Thêm từ từ dung dịch NH₃ đặc, khuấy đều đến khi kết tủa tan hết.

- Thêm một lượng nhỏ bông vào nước Schweizer và khuấy đều.

➤ Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể, sự tạo thành tinh bột trong cây xanh, ứng dụng của tinh bột và cellulose

Tinh bột và cellulose được hình thành từ quá trình quang hợp và đóng vai trò quan trọng đối với thực vật và con người.

Tinh bột và cellulose có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp.

- 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.

- 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.

- Ứng dụng:

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

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