Tinh bột và xenlulozơ là hai polisaccarit quan trọng, đóng vai trò thiết yếu trong đời sống và công nghiệp. Bài viết này sẽ đi sâu vào cấu trúc phân tử, tính chất vật lý, tính chất hóa học và ứng dụng của hai hợp chất này.
Mục Lục
Tinh Bột
Cấu trúc phân tử
Tinh bột tồn tại ở hai dạng cấu trúc chính: amilozơ và amilopectin.
-
Amilozơ: Là một polyme mạch thẳng của các đơn vị glucozơ liên kết với nhau qua liên kết α-1,4-glucozit.
-
Amilopectin: Cũng là một polyme của glucozơ, nhưng có cấu trúc phân nhánh. Các mạch glucozơ được liên kết với nhau qua liên kết α-1,4-glucozit, và các nhánh được tạo ra bởi liên kết α-1,6-glucozit.
Tính chất vật lý
Ở điều kiện thường, tinh bột là chất rắn màu trắng, không có hình dạng nhất định và không tan trong nước lạnh. Tuy nhiên, khi đun nóng trong nước, tinh bột tạo thành một dung dịch keo nhớt gọi là hồ tinh bột. Tinh bột được tìm thấy nhiều trong các loại hạt, củ và quả.
Tính chất hóa học
a. Phản ứng thủy phân:
Khi đun nóng tinh bột với axit vô cơ loãng, tinh bột bị thủy phân thành glucozơ qua nhiều giai đoạn.
(C6H10O5)n + n H2O → n C6H12O6
b. Phản ứng màu với iot:
Khi nhỏ một giọt dung dịch iot vào hồ tinh bột, dung dịch sẽ chuyển sang màu xanh đặc trưng. Màu xanh này biến mất khi đun nóng và xuất hiện trở lại khi để nguội. Đây là phản ứng đặc trưng để nhận biết tinh bột bằng iot hoặc ngược lại.
Phản ứng này được sử dụng rộng rãi trong các thí nghiệm hóa học để xác định sự có mặt của tinh bột.
Điều chế tinh bột
Trong tự nhiên, tinh bột được tổng hợp chủ yếu thông qua quá trình quang hợp của cây xanh.
6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n + 6nO2
Xenlulozơ
Cấu trúc phân tử
Xenlulozơ là một polyme mạch thẳng của các đơn vị glucozơ liên kết với nhau qua liên kết β-1,4-glucozit.
Tính chất vật lý
Xenlulozơ là chất rắn màu trắng, không vị, không tan trong nước (ngay cả khi đun nóng) và các dung môi hữu cơ thông thường như ancol, ete, benzene. Xenlulozơ có nhiều trong bông, đay và gai.
Tính chất hóa học
a. Phản ứng thủy phân:
Khi đun nóng xenlulozơ với dung dịch H2SO4 loãng trong thời gian dài, sản phẩm cuối cùng thu được là glucozơ.
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6
b. Phản ứng tạo este:
-
Tác dụng với HNO3: Đun nóng xenlulozơ với hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đặc tạo thành các este khác nhau như xenlulozơ mononitrat, xenlulozơ dinitrat và xenlulozơ trinitrat.
- [C6H7O2(OH)3]n + nHNO3 → [C6H7O2(OH)2ONO2]n + nH2O
- [C6H7O2(OH)3]n + 2nHNO3 → [C6H7O2(OH)(ONO2)2]n + 2nH2O
- [C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 → [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
Hỗn hợp xenlulozơ mononitrat và xenlulozơ dinitrat được sử dụng để tạo màng mỏng bảo vệ vết thương trong y học. Xenlulozơ trinitrat là chất dễ cháy nổ mạnh, được dùng làm thuốc súng và trong công nghiệp sản xuất vật liệu nổ. Xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat được sử dụng riêng hoặc hỗn hợp để sản xuất phim ảnh và tơ axetat.
- Tác dụng với (CH3-CO)2O:
c. Tác dụng với bazơ:
- Tác dụng với NaOH và CS2: Tạo thành tơ visco
Xenlulozơ kiềm tác dụng với CS2 tạo thành xenlulozơ xantogenat.
[C6H7O2(OH)2ONa]n + nCS2 → [C6H7O2(OCS2Na)3]nXenlulozơ xantogenat thủy phân trong môi trường axit tạo thành xenlulozơ hidrat:
2[C6H7O2(OCS2Na)3]n + nH2SO4 → 2[C6H7O2(OH)3]n + 2nCS2 + nNa2SO4
Xenlulozơ hidrat được sử dụng để sản xuất tơ visco.
- Tác dụng với Cu(OH)2/NH3: Xenlulozơ tan được trong dung dịch phức đồng amoni Cu(NH3)42 tạo thành dung dịch nhớt. Nếu bơm dung dịch này qua ống nhỏ vào nước, xenlulozơ sẽ kết tủa dưới dạng sợi gọi là tơ đồng-amoniac.
Kết luận
Tinh bột và xenlulozơ là hai polisaccarit quan trọng với nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp. Tinh bột là nguồn dự trữ năng lượng quan trọng trong thực vật và là nguồn lương thực chính của con người. Xenlulozơ là thành phần cấu tạo chính của thành tế bào thực vật và được sử dụng để sản xuất giấy, vải và nhiều vật liệu khác. Hiểu rõ cấu trúc và tính chất của hai hợp chất này giúp chúng ta ứng dụng chúng một cách hiệu quả hơn.