Bài 6. Tinh bột và cellulose
Tìm hiểu về cấu tạo, tính chất và ứng dụng của tinh bột và cellulose.
Lý thuyết Tinh bột và Cellulose
1. Tinh bột (C₆H₁₀O₅)ₙ
a) Cấu tạo
Công thức: (C₆H₁₀O₅)ₙ với n = 1000-6000
Cấu trúc: Polymer của α-glucose
Thành phần:
- Amylose (20-30%): Mạch thẳng, n = 200-1000
- Amylopectin (70-80%): Mạch phân nhánh, n = 2000-6000
b) Tính chất vật lý
- Chất rắn vô định hình, màu trắng
- Không tan trong nước lạnh
- Tan trong nước nóng tạo hồ tinh bột
- Không có vị ngọt
c) Tính chất hóa học
1. Phản ứng với iod:
Tinh bột + I₂ → Phức màu xanh tím
Nhận biết tinh bột (đặc trưng)
2. Phản ứng thủy phân:
(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (H⁺, t°)
Tinh bột → Glucose
Các giai đoạn:
Tinh bột → Dextrin → Maltose → Glucose
d) Ứng dụng
- Thực phẩm: Gạo, ngô, khoai, sắn
- Công nghiệp: Sản xuất glucose, ethanol
- Dược phẩm: Chất độn viên thuốc
- Keo dán: Keo tinh bột
2. Cellulose (C₆H₁₀O₅)ₙ
a) Cấu tạo
Công thức: (C₆H₁₀O₅)ₙ với n = 10,000-14,000
Cấu trúc: Polymer của β-glucose, mạch thẳng
Phân tử lớn hơn tinh bột nhiều
b) Tính chất vật lý
- Chất rắn dạng sợi, màu trắng
- Không tan trong nước và dung môi thông thường
- Tan trong thuốc thử Schweizer: [Cu(NH₃)₄](OH)₂
- Bền với nhiệt, hóa chất
c) Tính chất hóa học
1. Phản ứng thủy phân:
(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (H₂SO₄ đặc, t°, p)
Khó thủy phân hơn tinh bột
2. Phản ứng este hóa:
a) Với HNO₃:
[C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]ₙ + 3nH₂O
Tạo cellulose trinitrate (thuốc súng không khói)
b) Với CH₃COOH:
[C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ + 3nCH₃COOH → [C₆H₇O₂(OCOCH₃)₃]ₙ + 3nH₂O
Tạo cellulose triacetate (tơ axetat)
d) So sánh Tinh bột và Cellulose
| Đặc điểm | Tinh bột | Cellulose |
|---|---|---|
| Công thức | (C₆H₁₀O₅)ₙ | (C₆H₁₀O₅)ₙ |
| Monomer | α-glucose | β-glucose |
| Giá trị n | 1000-6000 | 10,000-14,000 |
| Cấu trúc | Phân nhánh | Mạch thẳng |
| Độ tan | Tan nước nóng | Không tan |
| Với I₂ | Màu xanh tím | Không màu |
| Thủy phân | Dễ | Khó |
| Nguồn | Gạo, ngô, khoai | Gỗ, bông, cây cỏ |
| Vai trò | Dự trữ năng lượng | Cấu trúc tế bào |
e) Ứng dụng Cellulose
- Sản xuất giấy: Từ gỗ
- Sản xuất tơ: Tơ nhân tạo (rayon, axetat)
- Thuốc súng: Cellulose trinitrate
- Phim ảnh: Cellulose acetate
- Xây dựng: Gỗ, tre, nứa
Các dạng bài tập
Dạng 1: Dạng 1: Bài toán thủy phân tinh bột/cellulose
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Viết PTHH thủy phân
- Tính mol glucose
- Tính khối lượng hoặc tráng gương
Ví dụ:
a) Thủy phân:
(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆
162n → 180n
162g → x
x = 162×180/162 = 180g (lý thuyết)
m(glucose) = 180×75% = 135g
b) Tráng gương:
n(glucose) = 135/180 = 0.75 mol
n(Ag) = 1.5 mol
m(Ag) = 1.5×108 = 162g
Dạng 2: Dạng 2: Bài toán este hóa cellulose
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Xác định số nhóm -OH
- Tính mol HNO₃ hoặc CH₃COOH
- Tính khối lượng sản phẩm
Ví dụ:
a) Tính HNO₃:
[C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]ₙ + 3nH₂O
n(cellulose) = 16.2/162 = 0.1 mol đơn vị
n(HNO₃) = 0.3 mol
m(HNO₃) = 0.3×63 = 18.9g
b) Tính sản phẩm:
M(sản phẩm) = 297 g/mol đơn vị
m = 0.1×297 = 29.7g
Dạng 3: Dạng 3: Bài toán thực tế - Sản xuất giấy từ gỗ
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Tính cellulose từ gỗ
- Tính khối lượng giấy
- Đánh giá môi trường
Ví dụ:
a) Tính giấy:
m(cellulose) = 10,000×50% = 5,000 kg
m(giấy) = 5,000×80% = 4,000 kg
b) Tác động môi trường:
- Phá rừng: Mất 10 tấn gỗ
- Hóa chất: NaOH, Cl₂ (tẩy trắng)
- Nước thải: Ô nhiễm sông, hồ
- Năng lượng: Tiêu tốn nhiều
c) Giải pháp:
- Tái chế giấy: Giảm 60% gỗ
- Trồng rừng: Bù đắp gỗ khai thác
- Công nghệ sạch: Giảm hóa chất
- Giấy từ tre, nứa: Thay thế gỗ