BÀI 6. TINH BỘT VÀ CELLULOSE

MỞ ĐẦU

Tinh bột và cellulose đều là polysaccharide, nhưng chúng đóng vai trò quan trọng khác nhau trong thực vật và có một số ứng dụng khác nhau trong cuộc sống. Vậy, về cấu tạo và tính chất của tinh bột và cellulose khác nhau như thế nào?

Đáp án chuẩn:

* Cấu tạo:

- Tinh bột: amylose và amylopectin.

+ Amylose: nhiều đơn vị -glucose liên kết qua -1,4-glycoside, chuỗi xoắn.

+ Amylopectin: phân nhánh, nhiều đơn vị -glucose liên kết qua -1,4-glycoside; -1,6-glycoside.

- Cellulose: c nhiều đơn vị -glucose qua -1,4-glycoside, chuỗi không nhánh.

* Tính chất:

- Giống nhau: thủy phân bởi enzyme hoặc acid.

- Khác nhau: 

+ Tinh bột: phản ứng màu với dung dịch iodine.

+ Cellulose: phản ứng với HNO₃, tan trong nước Schweizer.

I. CẤU TẠO PHÂN TỬ

Câu hỏi 1: Cấu tạo của tinh bột và cellulose có những đặc điểm nào khác nhau?

Đáp án chuẩn:

- Tinh bột: amylose và amylopectin.

+ Amylose: nhiều -glucose liên kết qua -1,4-glycoside và hình thành chuỗi xoắn.

+ Amylopectin: phân nhánh, nhiều -glucose liên kết qua -1,4-glycoside và -1,6-glycoside.

- Cellulose: nhiều -glucose qua -1,4-glycoside và hình thành chuỗi không nhánh.

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Hoạt động thí nghiệm: Phản ứng thủy phân tinh bột

Chuẩn bị:

Hóa chất: dung dịch hồ tinh bột 1%, dung dịch CuSO₄ 5%, dung dịch NaOH 10%, dung dịch HCl 1 M, NaHCO₃ rắn, nước nóng.

Dụng cụ: ống nghiệm, cốc thủy tinh, bếp điện.

Tiến hành:

- Cho khoảng 5 mL dung dịch hồ tinh bột 1% vào ống nghiệm. Sau đó thêm khoảng 1 mL dung dịch HCl 1 M vào, lắc đều.

- Đặt ống nghiệm trong một cốc thủy tinh chứa nước nóng, đun cách thủy trong 10 phút. Sau đó để nguội.

- Thêm từ từ NaHCO₃ vào đến khí ngừng sủi bọt khí.

- Cho khoảng 2 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa Cu(OH)2 (được điều chế bằng cách cho 0,5 mL dung dịch CuSO4 5% vào 2 mL dung dịch NaOH 10%, lắc nhẹ). Sau đó đặt ống nghiệm trong cốc thủy tinh chứa nước nóng khoảng 5 phút.

Quan sát hiện tượng xảy ra và rút ra nhận xét.

Đáp án chuẩn:

- Hồ tinh bột + HCl đun nóng 

 (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O nC₆H₁₂O₆ (glucose).

- NaHCO₃ + HCl dư sinh ra khí CO₂. Khí ngừng sủi bọt thì HCl đã phản ứng hết.

 NaHCO₃ + HCl NaCl + CO₂ + H₂O

- Cu(OH)₂ vào ống nghiệm: phức xanh lam.

 2C₆H₁₂O₆ + Cu(OH)₂ (C₆H₁₂O₆)₂Cu + 2H₂O

- Nhận xét: Thủy phân tinh bột có mặt enzyme hoặc acid thì thu được glucose.

Hoạt động thí nghiệm: Phản ứng màu của hồ tinh bột với iodine

Chuẩn bị:

Hóa chất: dung dịch iodine trong KI, dung dịch hồ tinh bột 1%.

Dụng cụ: ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Lấy 2 mL dung dịch hồ tinh bột 1% vào ống nghiệm. Nhỏ tiếp vài giọt dung dịch iodine vào ống nghiệm, lắc đều.

Quan sát hiện tượng xảy ra và rút ra nhận xét.

Đáp án chuẩn:

- Hiện tượng: trắng đục sang xanh tím.

- Nhận xét: Tinh bột tác dụng với iodine 

Hoạt động thí nghiệm: Phản ứng thủy phân cellulose trong môi trường acid

Chuẩn bị:

Hóa chất: cellulose (bông), dung dịch H₂SO₄ 70%, dung dịch NaOH 10%, dung dịch CuSO₄ 5%, NaHCO₃ rắn, nước nóng.

Dụng cụ: ống nghiệm, cốc thủy tinh 250 mL, đũa thủy tinh, đèn cồn, giá đựng ống nghiệm.

Tiến hành:

- Cho 10 mL dung dịch H₂SO₄ 70% vào cốc thủy tinh, thêm một lượng nhỏ cellulose (bông) vào cốc và dùng đũa thủy tinh khuấy đều. Sau đó, đặt cốc thủy tinh vào cốc nước nóng và khuấy trong khoảng 3 phút để cellulose tan hết tạo dung dịch đồng nhất.

- Trung hòa dung dịch bằng cách thêm từ từ NaHCO₃ đến khi ngừng sủi bọt khí, sau đó thêm tiếp 5 mL dung dịch NaOH 10%.

- Cho 5 mL dung dịch thu được ở trên vào ống nghiệm chứa Cu(OH)2 (được điều chế bằng cách cho 0,5 mL dung dịch CuSO4 5% vào 2 mL dung dịch NaOH 10%, lắc nhẹ). Đun nóng đều ống nghiệm khoảng 2 phút, sau đó để ống nghiệm trên giá khoảng 3 phút.

Chú ý: Cần thận trọng khi làm việc với dung dịch H₂SO₄ đặc.

Quan sát hiện tượng xảy ra, giải thích và viết phương trình hóa học.

Đáp án chuẩn:

- Bông (cellulose) + H₂SO₄ đun nóng 

 (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O nC₆H₁₂O₆ (glucose).

- Cho NaHCO₃ + H₂SO₄ dư sinh ra khí CO₂. Khí ngừng sủi bọt thì H₂SO₄ đã phản ứng hết.

2NaHCO₃ + H₂SO₄ Na₂SO₄ + 2CO₂ + 2H₂O

- Cu(OH)₂ vào ống nghiệm: phức xanh lam.

 2C₆H₁₂O₆ + Cu(OH)₂ (C₆H₁₂O₆)₂Cu + 2H₂O 

- Đun nóng ống nghiệm: đỏ gạch.

CH₂OH[CHOH]₄CH=O + NaOH + 2Cu(OH)₂ CH₂OH[CHOH]4COONa + 3H₂O + Cu₂O.

Câu hỏi 2: Tại sao tinh bột và cellulose đều có thể dùng để sản xuất ethanol?

Đáp án chuẩn:

Vì  tinh bột và cellulose đều bị thủy phân tạo glucose. Glucose sản xuất ethanol.

 (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O nC₆H₁₂O₆ (glucose).

C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂.

Hoạt động thí nghiệm: Phản ứng của cellulose với nitric acid

Chuẩn bị:

Hóa chất: cellulose (bông), dung dịch HNO₃ đặc, dung dịch H₂SO₄ đặc, dung dịch NaHCO₃ loãng, quỳ tím.

Dụng cụ: cốc thủy tinh 100 mL, chậu nước nóng, chậu nước đá, đũa thủy tinh, giấy lọc, đĩa sứ, đèn cồn.

Tiến hành:

- Cho 5 mL dung dịch HNO₃ vào cốc thủy tinh (loại 100 mL) ngâm trong chậu nước đá. Thêm từ từ khoảng 10 mL dung dịch H₂SO₄ đặc vào cốc và khuấy đều. Sau đó, lấy cốc thủy tinh ra khỏi chậu nước đá, thêm tiếp một nhúm bông vào cốc và dùng đũa thủy tinh ấn bông ngập trong dung dịch.

- Ngâm cốc trong chậu nóng khoảng 10 phút. Để nguội, lấy sản phẩm thu được ra khỏi cốc, rửa nhiều lần với nước lạnh (đến khi nước rửa không làm đổi màu quỳ tím), sau đó rửa lại nhiều lần bằng dung dịch NaHCO₃ loãng.

- Ép sản phẩm giữa hai miếng giấy lọc để hút nước và làm khô tự nhiên. Sau đó, để sản phẩm trên đĩa sứ rồi đốt cháy sản phẩm.

Chú ý: Cần thận trọng khi làm việc với dung dịch HNO₃ đặc và dung dịch H₂SO₄ đặc.

Quan sát hiện tượng xảy ra, giải thích và viết phương trình hóa học.

Đáp án chuẩn:

- Đun nóng cellulose + HNO₃ , H₂SO₄ đặc: màu vàng

[(C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHONO₂ [(C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n + 3nH₂O

- Cellulose nitrate là chất dễ cháy nên khi đốt không để lại khói.

Hoạt động thí nghiệm: Tính tan của cellulose trong nước Schweizer

Chuẩn bị:

Hóa chất: cellulose (bông), dung dịch CuSO₄ 1 M, dung dịch NaOH 20%, dung dịch NH₃ đặc.

Dụng cụ: giấy lọc, cốc thủy tinh 250 mL, đũa thủy tinh, ống hút.

Tiến hành:

- Cho khoảng 50 mL dung dịch CuSO₄ 1 M vào cốc 250 mL. Thêm 20 mL dung dịch NaOH 20% vào, khuấy đều.

- Lọc tách kết tủa, cho vào cốc thủy tinh 250 mL. Thêm khoảng 50 mL dung dịch NH₃ đặc, khuấy đều đến khi kết tủa tan hết thu được nước Schweizer.

- Thêm một lượng nhỏ bông vào khoảng 30 mL nước Schweizer và khuấy đều trong khoảng 3 phút.

Quan sát hiện tượng xảy ra, giải thích và viết phương trình hóa học.

Đáp án chuẩn:

- NaOH + CuSO₄ : tủa xanh.

NaOH + CuSO₄ Na₂SO₄ + Cu(OH)₂

- Cu(OH)₂ + NH₃ đặc: phức xanh lam.

Cu(OH)₂ + 4NH₃ [Cu(NH₃)₄](OH)₂

- Bông + Schweizer: bông tan.

III. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG