Lý thuyết Hóa học 12 Bài 6: Tinh bột và cellulose

1. Tinh bột

- Tinh bột là polymer thiên nhiên, gồm amylose và amylopectin. Tinh bột có công thức phân tử là (C₆H₁₀O₅)_n.

+ Phân tử amylose cấu tạo từ nhiều đơn vị α-glucose liên kết với nhau qua các liên kết α-1,4-glycoside và hình thành chuỗi xoắn.

+ Phân tử amylopectin có cấu tạo phân nhánh, gồm các chuỗi chứa nhiều đơn vị α-glucose liên kết với nhau qua các liên kết α-1,4-glycoside. Các chuỗi này liên kết với nhau tạo cấu tạo mạch nhánh qua liên kết α-1,6-glycoside.

2. Cellulose

Cellulose là polymer thiên nhiên, có công thức phân tử là (C₆H₁₀O₅)_n. Phân tử cellulose cấu tạo từ nhiều đơn vị β-glucose qua liên kết β-1,4-glycoside và hình thành chuỗi không nhánh. 

1. Tính chất của tinh bột

a) Phản ứng thuỷ phân

Tinh bột bị thuỷ phân dưới tác dụng của enzyme hoặc acid. Khi tinh bột bị thuỷ phân không hoàn toàn tạo thành dextrin, maltose và glucose. Tinh bột bị thuỷ phân hoàn toàn tạo thành glucose.

$( C_{6}H_{10}O_{5} )_{n} + nH_{2}O\overset{enzyme \text{\,} / H^{+}}{\to}nC_{6}H_{12}O_{6} \text{\,\,} ( glucose )$

(Dextrin là các hợp chất carbohydrate có phân từ khối thấp hơn tinh bột)

b) Phản ứng màu với dung dịch lodine

Trong tinh bột, các phân tử amylose có dạng xoắn, khi tương tác với iodine tạo ra màu xanh tím. Phản ứng này được dùng để nhận biết tinh bột.

2. Tính chất của cellulose

a) Phản ứng thủy phân

Tương tự tinh bột, cellulose bị thủy phân bởi enzyme hoặc acid (HCl hoặc H₂SO₄).

Phản ứng thủy phân hoàn toàn tạo thành glucose.

$( C_{6}H_{10}O_{5} )_{n} + nH_{2}O\overset{enzyme \text{\,\,} / \text{\,} H^{+}}{\to}nC_{6}H_{12}O_{6} \text{\,\,} ( glucose )$

b) Phản ứng với nitric acid

Trong mỗi đơn vị glucose cấu thành phân tử cellulose có ba nhóm hydroxy. Khi đun nóng cellulose với hỗn hợp HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc, tuỳ theo điều kiện phản ứng mà một, hai hay cả ba nhóm hydroxy này có thể phản ứng với nitric acid tạo thành cellulose nitrate.

Ví dụ:

$\text{[} ( C_{6}H_{7}O_{2}( OH )_{3} \text{] n} + 3nHO \text{\,} NO_{2}\overset{H_{2}SO_{4} \text{\,} \tilde{n} , \text{\,\,} t^{o}}{\to} \text{\,\,} \underset{celulose \text{\,\,} trinitrate}{\underset{}{\text{[} ( C_{6}H_{7}O_{2}( ONO_{2} )_{3} \text{] n} \text{\,}}} \text{\,} + \text{\,\,} 3nH_{2}O$

c) Cellulose phản ứng với nước Schweizer

 Cellulose tan được trong nước Schweizer (dung dịch thu được khi hòa tan Cu(OH)₂ trong ammonia).

1. Tinh bột

- Tinh bột là chất rắn màu trắng, hầu như không tan trong nước lạnh. Trong nước nóng, tinh bột tan tạo dịch keo nhớt, gọi là hồ tinh bột.

- Sự tạo thành tinh bột trong cây xanh: Trong thực vật, tinh bột có chủ yếu trong củ, quả hay hạt. Sự hình thành tinh bột trong thực vật diễn ra qua nhiều giai đoạn, bao gồm hai quá trình chính là quá trình quang hợp thành thành glucose và quá trình kết hợp của các đơn vị glucose tạo thành tinh bột.

                    6nCO₂  +  5nH₂O  $\to chat \text{\,} diep \text{\,} lucanh \text{\,} sang$  (C₆H₁₀O₅)_n  +  6nO₂

- Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể: Khi con người sử dụng thức ăn chứa tinh bột, enzyme α-amylase có trong nước bọt thúc đẩy quá trình thủy phân tinh bột thành các phân tử nhỏ hơn bao gồm maltose và dextrin. Quá trình này tiếp tục ở ruột non, nơi phần lớn tinh bột bị thủy phân thành glucose. Glucose được hấp thụ vào máu và di chuyển đến các tế bào trong  khắp cơ thể. Glucose có thể được sử dụng cho nhu cầu năng lượng hoặc có thể chuyển đổi thành glycogen lưu trữ trong gan và cơ.

- Tinh bột là nguồn lương thực chính của con người và một số động vật, đồng thời cũng được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm (chất làm đặc, chất kết dính, sản xuất ethanol,...). Ngoài ra, tinh bột cũng được sử dụng làm chất kết dính trong công nghiệp giấy và công nghiệp dệt may.

2. Cellulose

- Cellulose là chất rắn, dạng sợi, màu trắng, không tan trong nước ngay cả khi đun nóng, không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như ether, benzene,....

- Cellulose được tổng hợp bởi thực vật, chiếm khoảng 50% khối lượng của gỗ khô và khoảng 90% khối lượng sợi bông.

- Cellulose được sử dụng để làm vật liệu xây dựng (các loại đồ gỗ), sản xuất giấy, sợi tự nhiên và sợi nhân tạo. Cellulose cũng được sử dụng làm nguyên liệu để điều chế ethanol và cellulose trinitrate (dùng chế tạo thuốc súng không khói).