Bài 6. Tinh bột và cellulose

I. Cấu tạo phân tử

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 quá 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.

II. Tính chất hóa học

1. Tính chất của tinh bột

a) Phản ứng thủy phân

- Tinh bột bị thủy phân dưới tác dụng của enzyme hoặc acid.

- Tinh bột bị thủy phân không hoàn toàn tạo ra dextrin (các hợp chất carbohydrate có phân tử khối thấp hơn tinh bột), maltose và glucose.

- Tinh bột bị thủy phân hoàn toàn tạo ra glucose.

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O ^{\(\underrightarrow{enzyme/H^+}\)} nC₆H₁₂O₆ (glucose)

b) Phản ứng màu với dung dịch iodine

Trong tinh bột, các phân tử amylose có dạng xoắn, khi tương tác với iodine tạo ra màu xanh tím.

⇒ Nhận biết tinh bột.

2. Tính chất của cellulose

a) Phản ứng thủy phân

Cellulose bị thủy phân bởi enzyme hoặc acid (HCl hoặc H₂SO₄) tạo thành glucose.

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O ^{\(\underrightarrow{enzyme/H^+}\)} nC₆H₁₂O₆ (glucose)

b) Phản ứng với nitric acid

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + xnHONO₂ ^{\(\underrightarrow{H_2SO_4đ,t^o}\)} [C₆H₇O₂(ONO₂)_x(OH)_3-x]_n + xnH₂O (1 ≤ x ≤ 3)

Ví dụ:

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHONO₂ ^{\(\underrightarrow{H_2SO_4đ,t^o}\)} [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n + 3nH₂O

c) Phản ứng với nước Schweizer

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

III. Trạng thái tự nhiên và ứng dụng

1. Tinh bột

- Chất rắn màu trắng, có nhiều trong thực vật (củ, quả, hạt), hầu như không tan trong nước lạnh, tan trong nước nóng tạo thành dung dịch keo nhớt gọi là hồ tinh bột.

- Sự tạo thành tinh bột trong cây xanh:

6nCO₂ + 5nH₂O \(\xrightarrow[\text{ánh sáng}]{\text{chất diệp lục}}\) (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 gồm maltose và dextrin. Quá trình này tiếp tục ở ruột non, 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, sử dụng cho nhu cầu năng lượng hoặc chuyển 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, sử dụng làm chất kết dính trong công nghiệp giấy và công nghiệp dệt may.

2. Cellulose

- 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,...

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

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