SACCAROZƠ, TINH BỘT VÀ XENLULOZƠ
A. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
I. SACCAROZƠ
Saccarozơ có công thức phân tử là C12H22O11.
Trong phân tử saccarozơ gốc a-glucozơ và gốc b-fructozơ liên kết với nhau qua nguyên tử oxi giữa C1 của glucozơ và C2 của fructozơ (C1 – O – C2). Vậy, cấu trúc phân tử saccarozơ được biểu diễn như sau :
1. Phản ứng với Cu(OH)2
2C12H22O11 + Cu(OH)2 ® (C12H21O11)2Cu + 2H2O
2. Phản ứng thuỷ phân
Dung dịch saccarozơ không có tính khử nhưng khi đun nóng với axit thì tạo thành dung dịch có tính khử là do nó bị thuỷ phân thành glucozơ và fructozơ :
C12H22O11 + H2O \[\xrightarrow{{{t}^{o}},{{H}^{+}}}\] C6H12O6 + C6H12O6
Saccarozơ Glucozơ Fructozơ
Trong cơ thể người, phản ứng này xảy ra nhờ enzim.
II. TINH BỘT
Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước nguội. Trong nước nóng từ 65OC trở lên, tinh bột chuyển thành dung dịch keo nhớt, gọi là hồ tinh bột.
Tinh bột là hỗn hợp của hai polisaccarit : amilozơ và amilopectin. Cả hai đều có công thức phân tử là \[{{({{C}_{6}}{{H}_{10}}{{O}_{5}})}_{n}}\] trong đó\[{{C}_{6}}{{H}_{10}}{{O}_{5}}\] là gốc \[\alpha -\]glucozơ.
Amilozơ chiếm từ 20-30% khối lượng tinh bột. Trong phân tử amilozơ các gốc glucozơ nối với nhau bởi liên kết \[\alpha -1,4-glucozit\] (như ở mantozơ) tạo thành một chuỗi dài không phân nhánh (hình 2.6a). Phân tử khối của amilozơ vào khoảng 150 000 - 600 000 (ứng với n khoảng 1000 – 4000). Phân tử amilozơ không duỗi thẳng mà xoắn lại thành hình lò xo. Mỗi vòng xoắn gồm 8 mắt xích \[\alpha -\]glucozơ (hình 2.6b).
Amilopectin chiếm khoảng 70 – 80% khối lượng tinh bột. Amilopectin có cấu tạo phân nhánh. Cứ khoảng 20 – 30 mắt xích glucozơ nối với nhau bởi liên kết \[\alpha -1,4-glucozit\]thì tạo thành một chuỗi. Do có thêm liên kết từ C1 của chuỗi này với C6 của chuỗi kia qua nguyên tử O (gọi là liên kết \[\alpha -1,6-glucozit\]nên chuỗi bị phân nhánh như mô tả ở hình 2.7. Phân tử khối của amilopectin vào khoảng từ 300 000 – 3 000 000 (ứng với n từ 2000 đến 200 000).
1. Phản ứng thuỷ phân
a) Thuỷ phân nhờ xúc tác axit
Dung dịch tinh bột không có phản ứng tráng bạc nhưng sau khi đun nóng với axit vô cơ loãng ta được dung dịch có phản ứng tráng bạc. Nguyên nhân là do tinh bột bị thuỷ phân hoàn toàn cho glucozơ :
(C6H10O5)n + nH2O \[\xrightarrow{{{t}^{o}},{{H}^{+}}}\] nC6H12O6
b) Thuỷ phân nhờ enzim
Phản ứng thuỷ phân tinh bột cũng xảy ra nhờ một số enzim. Nhờ enzim a- và b-amilaza (có trong nước bọt và trong mầm lúa) tinh bột bị thuỷ phân thành đextrin (C6H10O5)x (x < n) rồi thành mantozơ, mantozơ bị thuỷ phân thành glucozơ nhờ enzim mantaza.
2. Phản ứng màu với dung dịch iot
Thí nghiệm : Nhỏ dung dịch iot vào ống nghiệm đựng dung dịch hồ tinh bột hoặc vào mặt cắt của củ khoai lang.
Hiện tượng : Ống nghiệm đựng dung dịch hồ tinh bột cũng như mặt cắt củ khoai lang đều nhuốm màu xanh tím. Khi đun nóng, màu xanh tím biến mất, khi để nguội màu xanh tím lại xuất hiện.
Giải thích : Do có cấu trúc hình lò xo, tinh bột hấp phụ iot tạo ra màu xanh tím. Khi đun nóng, iot bị giải phóng ra khỏi phân tử tinh bột làm mất màu xanh tím đó. Khi để nguội, iot bị hấp phụ trở lại làm dung dịch có màu xanh tím. Phản ứng này được dùng để nhận ra tinh bột bằng iot và ngược lại.
III. XENLULOZƠ
Xenlulozơ có công thức (C6H10O5)n có phân tử khối rất lớn (khoảng 1.000.000 – 2.400.000).
Xenlulozơ là một polime hợp thành từ các mắt xích b - glucozơ nối với nhau bởi các liên kết b-1,4-glicozit, phân tử xenlulozơ không phân nhánh, không xoắn.
Các mắt xích b-glucozơ trong phân tử xenlulozơ
Mỗi mắt xích C6H10O5 có 3 nhóm OH tự do, nên có thể viết công thức cấu tạo của xenlulozơ là [C6H7O2(OH)3]n.
Tương tự tinh bột, xenlulozơ không có tính khử ; khi thuỷ phân xenlulozơ đến cùng thì thu được glucozơ. Mỗi mắt xích C6H10O5 có 3 nhóm OH tự do nên xenlulozơ có tính chất của ancol đa chức.
1. Phản ứng của polisaccarit
(C6H10O5)n + nH2O \[\xrightarrow{{{t}^{o}},{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}\] nC6H12O6
Phản ứng thuỷ phân cũng xảy ra ở trong dạ dày động vật nhai lại (trâu, bò,...) nhờ enzim xenlulaza.
2. Phản ứng của ancol đa chức
[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 \[\xrightarrow{{{t}^{o}},{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}\] [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
Xenlulozơ trinitrat là chất dễ cháy và nổ mạnh.
· Xenlulozơ tác dụng với anhiđrit axetic (CH3CO)2O sinh ra xenlulozơ triaxetat [C6H7O2(OCOCH3)3]n, là một loại chất dẻo có thể kéo thành sợi.
- Sản phẩm của phản ứng giữa xenlulozơ với CS2 (cacbon đisunfua) và NaOH là một dung dịch rất nhớt gọi là visco. Khi bơm dung dịch nhớt này qua những lỗ rất nhỏ (đường kính 0,1 mm) ngâm trong dung dịch H2SO4, loãng xenlulozơ được giải phóng ra dưới dạng những sợi dài và mảnh óng mượt như tơ gọi là tơ visco.
B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
DẠNG 1. THỦY PHÂN SACCAROZƠ
PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Saccarozơ \[\xrightarrow{{{H}^{+}}}\] Glucozơ + Fructozơ
Ví dụ 1 : Thủy phân hoàn toàn 6,48g Saccarozơ rồi chia làm 2 phần bằng nhau:
Phần 1: Cho tác dụng với AgNO3/NH3 thu được a g kết tủa
Phần 2: Cho tác dụng với nước brom thấy b mol brom phản ứng.
Gíá trị của a, b lần lượt là:
A. 4,32 và 0,02 B. 2,16 và 0,04 C. 2,16 và 0,02 D. 4,32 và 0,04
Hướng dẫn giải :
nSaccarozơ = 0,02 mol
⇒ Mỗi phần có 0,01mol Glucozơ và 0,01 mol Fructozơ
Phần 1: nAg = 2(nGlucozơ + nFructozơ) = 0,04 mol ⇒ a = 0,04.108 = 4,32g
Phần 2: Cho tác dụng với Br2 chỉ có Glucozơ tham gia phản ứng
nGlucozơ = nBr2 = 0,02 mol = b mol
→ Đáp án A
DẠNG 2. THỦY PHÂN TINH BỘT, XENLULOZƠ
Phương trình phản ứng:
\[{{({{C}_{6}}{{H}_{10}}{{O}_{5}})}_{n}}+{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}}}n{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
Ví dụ: Đem thủy phân 1kg khoai chứa 20% tinh bột trong môi trường axit. Nếu hiệu suất phản ứng là 75% thì lượng glucozơ thu được là:
A. 166,67g
B. 145,70g
C. 210,00g
D. 123,45g
Hướng dẫn giải:
Ta có:
m(tinh bột) = 0,2 kg
\[{{({{C}_{6}}{{H}_{10}}{{O}_{5}})}_{n}}+{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}}}n{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
162 180 kg
\[0,2kg\xrightarrow{H=75%}0,2.\frac{180}{162}.75%.1000=166,67kg\]
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Bài 1 (trang 33 SGK Hoá học 12):
Phát biểu nào dưới đây là đúng?
A. Fructozơ có phản ứng tráng bạc, chứng tỏ phân tử fructozơ có nhóm chức CHO.
B. Thủy phân xenlulozơ thu được glucozơ.
C. Thủy phân tinh bột thu được fructozơ và glucozơ.
D. Cả xenlulozơ và tinh bột đều có phản ứng tráng bạc.
Hướng dẫn giải:
A. S. Fructozo có nhóm chức C=O
B. Đ
C. S. Thủy phân tinh bột thu được glucozo
D. S. Xenlulozo và tinh bột đều không có phản ứng tráng bạc
Đáp án B
Bài 2 (trang 33 SGK Hoá học 12):
Trong những nhận xét sau đây, nhận xét nào đúng (Đ), nhận xét nào sai (S) ?
a) Saccarozơ được coi là một đoạn mạch của tinh bột.
b) Tinh bột và xenlulozơ đều là polisaccarit, chỉ khác nhau về cấu tạo của gốc glucozơ.
c) Khi thủy phân đến cùng saccarozơ, tinh bột và xenlulozơ đều cho một loại monosaccarit.
d) Khi thủy phân đến cùng, tinh bột và xenlulozơ đều cho glucozơ.
Hướng dẫn giải:
a) S. Saccarozo được cấu tạo từ gốc glucozo liên kết với fructozo còn tinh bột cấu tạo từ các gốc glucozo
b) Đ
C) S. Thủy phân saccarozo thu được glucozo và fructozo, còn thủy phân tinh bột và xenlulozo thu được glucozo
D) Đ
Bài 3 (trang 34 SGK Hoá học 12):
a) So sánh tính chất vật lý của glucozơ, saccarozơ, tinh bột và xenlulozơ.
b) Tìm mối liên quan cấu tạo glucozơ, saccarozơ, tinh bột và xenlulozơ.
Hướng dẫn giải:
a) So sánh tính chất vật lý:
b) Saccarozơ là một đisaccarit được cấu tạo từ một gốc glucozơ và một gốc fructozơ liên kết với nhau qua nguyên tử oxi.
Tinh bột thuộc loại polisaccarit, phân tử gồm nhiều mắt xíchC6H10O5 liên kết với nhau, các mắt xích liên kết với nhau tạo thành hai dạng: dạng lò xo không phân nhánh gọi là amilozơ, dạng lò xo phân nhánh gọi là amilopectin. Amilozơ được tạo thành từ các gốc α-glucozơ liên kết với nhau thành mạch dài, xoắn lại với nhau và có phân tử khối lớn. Còn amilopectin có cấu tạo mạng không gian gồm cấc mắt xích α-glucozơ tạo nên.
Xenlulozơ là một polisaccarit, phân tử gồm nhiều gốc β-glucozơ liên kết với nhau tạo thành mạch kéo dài, có phân tử khối rất lớn.
Bài 4 (trang 34 SGK Hoá học 12):
Hãy nêu những tính chất hóa học giống nhau của saccarozơ, tinh bột và xenlulozơ. Viết phương trình hóa học (nếu có).
Hướng dẫn giải:
Do saccarozo, tinh bột và xenlulozo đều thuộc nhóm disaccarit và polisaccarit nên chúng đều có phản ứng thủy phân.
Thủy phân saccarozo :
\[{{C}_{12}}{{H}_{22}}{{O}_{11}}+{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}},{{t}^{o}}}{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}+{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
Glucozo Fructozo
Thủy phân tinh bột :
\[{{({{C}_{6}}{{H}_{10}}{{O}_{5}})}_{n}}+n{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}},{{t}^{o}}}n{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
Tinh bột glucozo
Thủy phân xenlulozo :
\[{{({{C}_{6}}{{H}_{10}}{{O}_{5}})}_{n}}+n{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}},{{t}^{o}}}n{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
Xenlulozo glucozo
Bài 5 (trang 34 SGK Hoá học 12):
Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra (nếu có) trong các trường hợp sau:
a) Thủy phân saccarozơ, tinh bột và xenlulozơ.
b) Thủy phân tinh bột (có xúc tác axit), sau đó cho sản phẩm tác dụng với dung dịch AgNO3 trong NH3.
c) Đun nóng xenlulozơ với hỗn hợp HNO3/H2SO4 đặc.
Hướng dẫn giải:
a) Thủy phân saccarozo :
\[{{C}_{12}}{{H}_{22}}{{O}_{11}}+{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}},{{t}^{o}}}{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}+{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
Glucozo Fructozo
Thủy phân tinh bột :
\[{{({{C}_{6}}{{H}_{10}}{{O}_{5}})}_{n}}+n{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}},{{t}^{o}}}n{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
Tinh bột glucozo
Thủy phân xenlulozo :
\[{{({{C}_{6}}{{H}_{10}}{{O}_{5}})}_{n}}+n{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}},{{t}^{o}}}n{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
Xenlulozo glucozo
b) (C6H10O5)n + nH2O \[\xrightarrow{{{H}^{+}},{{t}^{o}}}\] nC6H12O6.
C5H11O5CH=O + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O → C5H11O5COONH4 + 2Ag ↓ + 2NH4NO3.
c) [(C6H7O2(OH)3]n + 3nHONO2(đặc) \[\xrightarrow{{{H}_{2}}S{{O}_{4}},{{t}^{o}}}\] [(C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O.
Bài 6 (trang 34 SGK Hoá học 12):
Để tráng bạc một số ruột phích, người ta phải thủy phân 100 gam saccarozơ, sau đó tiến hành phản ứng tráng bạc. Hãy viết các phương trình hóa học của phản ứng xảy ra, tính khối lượng AgNO3 cần dùng và khối lượng Ag tạo ra. Giả thiết rằng các phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Hướng dẫn giải:
Số mol saccarozo \[{{n}_{{{C}_{12}}{{H}_{22}}{{O}_{11}}}}=\frac{100}{342}(mol)\]
\[{{C}_{12}}{{H}_{22}}{{O}_{11}}+{{H}_{2}}O\xrightarrow{{{H}^{+}},{{t}^{o}}}{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}+{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\]
C5H11O5CHO+2AgNO3+3NH3+H2O→C5H11O5COONH4+2Ag+2NH4NO3
\[{{n}_{glucozo}}={{n}_{fructozo}}={{n}_{saccarozo}}=\frac{100}{342}(mol)\]
- \[\sum{{{n}_{{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{0}_{6}}}}}=2.\frac{100}{342}=\frac{100}{171}(mol)\]
Cả glucozo và fructozo cùng tham gia phản ứng tráng gương
⇒ nAgNO3=nAg=2nC6H12O6=\[\frac{200}{171}\]mol
Khối lượng Ag sinh ra và khối lượng AgNO3 cần dùng là
mAg=200171.108=126,3g
mAgNO3=200171.170=198,8g.
Hy vọng rằng, bài học về Saccarozo, tinh bột và xenlulozo sẽ giúp ích cho các em trong quá trình học môn Hóa học 12.