CẤU TẠO, TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT VÀ XENLULOZO

A. TINH BỘT

 I – TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

 - Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước nguội

 - Trong nước nóng từ 65^oC trở lên, tinh bột chuyển thành dung dịch keo (hồ tinh bột)

 - Tinh bột có nhiều trong các loại ngũ cốc, củ (khoai, sắn), quả (táo, chuối)…

II – CẤU TRÚC PHÂN TỬ

1. Cấu trúc

Tinh bột là hỗn hợp của hai loại polisaccarit : amilozơ và amilopectin, trong đó amilozơ chiếm 20 – 30 % khối lượng tinh bột

a) Phân tử amilozơ

 - Các gốc α – glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết α – 1,4 – glicozit tạo thành mạch không phân nhánh

 - Phân tử amilozơ không duỗi thẳng mà xoắn lại thành hình lò xo. Mỗi vòng xoắn gồm 6 gốc glucozơ

b) Phân tử amilopectin

 - Các gốc α – glucozơ liên kết với nhau bằng 2 loại liên kết:

      + Liên kết α – 1,4 – glicozit để tạo thành một chuỗi dài (20 – 30 mắt xích α – glucozơ)

      + Liên kết α – 1,6 – glicozit để tạo nhánh

2. Đặc điểm

a) Phân tử khối của tinh bột không xác định do n biến thiên trong khoảng rộng

b) Tinh bột thuộc loại polime nên không có hai tính chất sau: hòa tan Cu(OH)₂ (dù có nhiều nhóm –OH liền kề) và tính khử của anđehit (dù tận cùng phân tử vẫn có nhóm OH –hemiaxetal). Các nhóm – OH trong tinh bột có khả năng tạo este như glucozơ.

III – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Phản ứng của polisaccarit (thủy phân)

a) Thủy phân nhờ xúc tác axit vô cơ: dung dịch thu được sau phản ứng có khả năng tráng bạc

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

b) Thủy phân nhờ enzim:

 - Quá trình làm bánh mì là quá trình đextrin hóa bằng men và bằng nhiệt. Cơm cháy là hiện tượng đextrin hóa bằng nhiệt

 - Ăn bánh mì, cơm cháy dễ tiêu và có vị hơi ngọt vì phân tử tinh bột đã được phân cắt nhỏ thành các đisaccarit và monosaccarit

2. Phản ứng màu với dung dịch iot (đặc trưng)

  - Hồ tinh bột + dung dịch I₂  hợp chất màu xanh tím

  - Đun nóng thì thấy mất màu, để nguội thì màu xanh tím lại xuất hiện

Giải thích: Mạch phân tử của amilozơ không phân nhánh và xoắn thành dạng hình trụ. Các phân tử iot đã len vào, nằm phía trong ống trụ và tạo thành hợp chất bọc có màu xanh tím. Liên kết giữa iot và amilozơ trong hợp chất bọc là liên kết yếu. Ngoài ra, amilopectin còn có khả năng hấp thụ iot trên bề mặt các mạch nhánh. Hợp chất bọc không bền ở nhiệt độ cao, khi đun nóng màu xanh tím bị mất và khi để nguội màu xanh tím xuất hiện trở lại.

IV – SỰ CHUYỂN HÓA TINH BỘT TRONG CƠ THỂ

V – SỰ TẠO THÀNH TINH BỘT TRONG CÂY XANH (PHẢN ỨNG QUANG HỢP)

Tinh bột được tạo thành trong cây xanh từ khí cacbonic và nước nhờ ánh sáng mặt trời. Khí cacbonic được lá cây hấp thụ từ không khí, nước được rẽ cây hút từ đất. Chất diệp lục (clorophin) hấp thụ năng lượng của ánh sáng mặt trời. Quá trình tạo thành tinh bột như vậy gọi là quá trình quang hợp. Quá trình xảy ra phức tạp qua nhiều giai đoạn, trong đó có giai đoạn tạo thành glucozơ, có thể được viết bằng phương trình hóa học đơn giản sau:

6nCO₂ + 5nH₂O  → (C₆H₁₀O₅)n + 6nO₂

B. XENLULOZƠ

I – TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

 - Xenlulozơ là chất rắn hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị, không tan trong nước và trong dung môi hữu cơ thông thường như benzen, ete

- Xenlulozơ là thành phần chính tạo ra lớp màng tế bào thực vật, bộ khung của cây cối

- Xenlulozơ có nhiều trong trong cây bông (95 – 98 %), đay, gai, tre, nứa (50 – 80 %), gỗ (40 – 50 %)

II – CẤU TRÚC PHÂN TỬ

1. Cấu trúc

 - Công thức phân tử: (C₆H₁₀O₅)_n

 - Xenlulozơ là một polime hợp thành từ các mắt xích β – glucozơ bởi các liên kết β – 1,4 – glicozit

2. Đặc điểm

 - Mạch phân tử không nhánh, không xoắn, có độ bền hóa học và cơ học cao

 - Có khối lượng phân tử rất lớn (khoảng 1.000.000 – 2.400.000)

 - Xenlulozơ thuộc loại polime nên không có hai tính chất sau: hòa tan Cu(OH)₂ (dù có nhiều nhóm –OH liền kề) và tính khử của anđehit (dù tận cùng phân tử vẫn có nhóm OH –hemiaxetal).

 - Trong mỗi mắt xích C₆H₁₀O₅ có 3 nhóm – OH tự do, công thức của xenlulozơ có thể được viết là [C₆H₇O₂(OH)₃]_n

III – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Phản ứng của polisaccarit (thủy phân)

 - Xảy ra khi đun nóng xenlulozơ với dung dịch axit vô cơ

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O nC₆H₁₂O₆

 - Phản ứng cũng xảy ra nhờ enzim xenlulaza (trong dạ dày trâu, bò…). Cơ thể con người không đồng hóa được xenlulozơ

2. Phản ứng của ancol đa chức

a) Với HNO₃/H₂SO₄ đặc (phản ứng este hóa):

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + nHNO₃ (đặc) → [C₆H₇O₂(OH)₂ONO₂]n + nH₂O 

                                                                  Xenlulozơ mononitrat

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 2nHNO₃ (đặc) → [C₆H₇O₂(OH)(ONO₂)₂]n + 2nH₂O 

                                                                  Xenlulozơ đinitrat

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ (đặc) → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n + 3nH₂O

                                                                  Xenlulozơ trinitrat

 - Hỗn hợp xenlulozơ mononitrat, xenlulozơ đinitrat được gọi là coloxilin. Coloxilin dùng để chế tạo chất dẻo xenluloit dùng để làm bóng bàn, đồ chơi…

 - Hỗn hợp chứa chủ yếu xenlulozơ trinitrat được gọi là piroxilin (làm chất nổ), dùng để chế tạo thuốc súng không khói. Phản ứng nổ xảy ra như sau:

2[C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n → 6nCO₂ + 6nCO + 4nH₂O + 3nN₂ + 3nH₂

b) Với anhiđrit axetic (có H₂SO₄ đặc)

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3n(CH₃CO)₂O → [C₆H₇O₂(OCOCH₃)₃]_n + 3nCH₃COOH

Xenlulozơ triaxetat là một loại chất dẻo, dễ kéo thành tơ sợi

c) Với CS₂ và NaOH

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + nNaOH → [C₆H₇O₂(OH)₂ONa]_n + nH₂O

[C₆H₇O₂(OH)₂ONa]_n + nCS₂ → [C₆H₇O₂(OH)₂OCS–SNa]_n

                                                            Xenlulozơ xantogenat

Xenlulozơ xantogenat dùng để điều chế tơ visco

d) Xenlulozơ không phản ứng với Cu(OH)₂, nhưng tan được trong dung dịch [Cu(NH₃)₄](OH)₂ (nước Svayde) tạo chất lỏng nhớt dùng để tạo tơ đồng - amoniac.

IV - ỨNG DỤNG

Xenlulozơ có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản xuất và đời sống như sản xuất giấy, tơ, sợi, ancol etylic…