Trả lời nhanh
Xenlulozơ là chất rắn dạng sợi, màu trắng, không mùi, không vị. Nó không tan trong nước (kể cả khi đun nóng) và không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như ete, benzen. Nó chỉ tan trong nước Svayde [Cu(NH3)4](OH)2. Về hoá học, xenlulozơ bị thuỷ phân tạo glucozơ và tham gia phản ứng este hoá với HNO3 đặc.
1. Công thức và cấu tạo của xenlulozơ
Xenlulozơ là polisaccarit có công thức (C6H10O5)n, hay viết [C6H7O2(OH)3]n. Phân tử khối rất lớn, cỡ vài triệu đvC.
- Các mắt xích là β-glucozơ, nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glicozit.
- Mạch kéo dài, không phân nhánh, không xoắn. Các mạch xếp song song, bám vào nhau bằng liên kết hiđro nên tạo thành sợi bền chắc.
- Mỗi mắt xích có 3 nhóm –OH tự do. Đây là cơ sở của phản ứng este hoá.
Mẹo nhớ: tinh bột gồm các mắt xích α-glucozơ, còn xenlulozơ gồm các mắt xích β-glucozơ. Chữ “β” đi với “bền sợi”.
2. Tính chất vật lý của xenlulozơ
| Đặc điểm | Nội dung |
|---|---|
| Trạng thái, màu sắc | Chất rắn hình sợi, màu trắng |
| Mùi, vị | Không mùi, không vị |
| Trong nước | Không tan, kể cả khi đun nóng |
| Trong dung môi hữu cơ | Không tan trong ete, benzen… |
| Dung môi hoà tan | Nước Svayde [Cu(NH3)4](OH)2 |
| Trong tự nhiên | Bông (gần 98% xenlulozơ), đay, gai, gỗ (khoảng 40–50%), tre, nứa |
Vì sao xenlulozơ không tan trong nước? Phân tử rất lớn, các mạch liên kết với nhau bằng nhiều liên kết hiđro. Nước không đủ khả năng phá vỡ mạng lưới này, nên xenlulozơ chỉ trương nhẹ chứ không tan.
3. Tính chất hoá học của xenlulozơ
3.1. Phản ứng thuỷ phân
Khi đun nóng với axit vô cơ loãng, xenlulozơ thuỷ phân hoàn toàn thành glucozơ:
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 (xúc tác H+, t°)
Phản ứng này khó hơn thuỷ phân tinh bột, cần axit và nhiệt độ cao hơn. Trong dạ dày trâu, bò có enzim xenlulaza nên chúng tiêu hoá được cỏ. Người không có enzim này nên không tiêu hoá được xenlulozơ.
3.2. Phản ứng este hoá với axit nitric
Xenlulozơ phản ứng với hỗn hợp HNO3 đặc và H2SO4 đặc, đun nóng nhẹ:
[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 → [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O (H2SO4 đặc, t°)
Sản phẩm là xenlulozơ trinitrat, một chất dễ cháy nổ, dùng làm thuốc súng không khói. Tuỳ lượng HNO3, có thể tạo xenlulozơ mononitrat hoặc đinitrat.
3.3. Các phản ứng khác nhờ nhóm –OH
- Với anhiđrit axetic: tạo xenlulozơ triaxetat, dùng sản xuất tơ axetat, phim ảnh.
- Với CS2 và NaOH: tạo dung dịch nhớt, từ đó kéo thành tơ visco.
- Hoà tan trong nước Svayde, tạo dung dịch dùng để sản xuất tơ đồng–amoniac.
- Phản ứng cháy: (C6H10O5)n + 6nO2 → 6nCO2 + 5nH2O (t°).
3.4. Những phản ứng xenlulozơ không có
Xenlulozơ không có nhóm –CHO tự do nên không tráng bạc và không khử Cu(OH)2. Nó cũng không làm mất màu dung dịch brom và không hoà tan Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường như glucozơ. Khác với tinh bột, xenlulozơ không tạo màu xanh tím với iot.
4. Ứng dụng
- Nguyên liệu sản xuất giấy, bìa từ gỗ, tre, nứa.
- Vật liệu dệt: sợi bông, vải đay, gai.
- Vật liệu xây dựng, đồ dùng từ gỗ.
- Sản xuất thuốc súng không khói (xenlulozơ trinitrat).
- Sản xuất tơ nhân tạo (tơ visco, tơ axetat), phim ảnh, sơn, chất dẻo.
- Là chất xơ trong thức ăn, hỗ trợ tiêu hoá cho người và thức ăn cho gia súc nhai lại.
5. Điều chế
Xenlulozơ không điều chế bằng tổng hợp hoá học. Người ta khai thác trực tiếp từ thiên nhiên:
- Bông, đay, gai chứa nhiều xenlulozơ, gần như dùng trực tiếp sau khi làm sạch.
- Gỗ, tre, nứa được nghiền nhỏ, xử lý hoá chất (kiềm hoặc sunfit) để loại lignin và tạp chất, thu được bột xenlulozơ làm giấy hoặc tơ nhân tạo.
Trong tự nhiên, cây xanh tạo xenlulozơ qua quang hợp: tạo glucozơ rồi trùng ngưng các mắt xích.
6. So sánh nhanh xenlulozơ và tinh bột
| Tiêu chí | Tinh bột | Xenlulozơ |
|---|---|---|
| Mắt xích | α-glucozơ | β-glucozơ |
| Mạch | Xoắn; amilopectin phân nhánh | Thẳng, không nhánh, không xoắn |
| Tan trong nước nóng | Tạo hồ tinh bột | Không tan |
| Với iot | Màu xanh tím | Không đổi màu |
| Phản ứng với HNO3 đặc | Không đặc trưng | Tạo xenlulozơ trinitrat |
7. Lỗi sai thường gặp
- Nhầm xenlulozơ tan trong nước nóng như tinh bột. Thực tế xenlulozơ không tan.
- Cho rằng xenlulozơ tráng bạc được. Nó không có nhóm –CHO tự do.
- Viết sai hệ số phản ứng este hoá: mỗi mắt xích cần 3 HNO3 để tạo trinitrat.
- Quên rằng khối lượng mol một mắt xích C6H10O5 là 162, còn mắt xích trinitrat C6H7O2(ONO2)3 là 297.
8. Bài tập luyện tập
Bài 1. Thuỷ phân hoàn toàn 81 gam xenlulozơ (H = 100%). Tính khối lượng glucozơ thu được.
Đáp án: n mắt xích = 81 : 162 = 0,5 mol, nên n glucozơ = 0,5 mol. Khối lượng glucozơ = 0,5 × 180 = 90 gam.
Bài 2. Từ 162 kg xenlulozơ và lượng dư HNO3 đặc, thu được bao nhiêu kg xenlulozơ trinitrat nếu hiệu suất 90%?
Đáp án: n mắt xích = 162 : 162 = 1 kmol. Lý thuyết thu 1 kmol trinitrat = 297 kg. Thực tế: 297 × 0,9 = 267,3 kg.
Bài 3. Chất nào sau đây tan được trong nước Svayde: glucozơ, tinh bột, xenlulozơ, saccarozơ?
Đáp án: Xenlulozơ. Đây là tính chất đặc trưng dùng để nhận biết và để sản xuất tơ đồng–amoniac.
Câu hỏi thường gặp
Xenlulozơ có tan trong nước không?
Không. Xenlulozơ không tan trong nước lạnh lẫn nước nóng, cũng không tan trong ete, benzen. Nó chỉ tan trong nước Svayde [Cu(NH3)4](OH)2.
Xenlulozơ có tham gia phản ứng tráng bạc không?
Không. Phân tử xenlulozơ không có nhóm anđehit (–CHO) tự do nên không tráng bạc, không khử Cu(OH)2. Chỉ khi thuỷ phân ra glucozơ thì sản phẩm mới tráng bạc được.
Vì sao người không tiêu hoá được xenlulozơ?
Cơ thể người không có enzim xenlulaza để cắt liên kết β-1,4-glicozit. Xenlulozơ vẫn có ích vì là chất xơ, hỗ trợ nhu động ruột.
Xenlulozơ và tinh bột khác nhau ở điểm nào?
Tinh bột gồm các mắt xích α-glucozơ, tạo hồ khi đun nóng và hoá xanh tím với iot. Xenlulozơ gồm các mắt xích β-glucozơ, mạch thẳng, không tan trong nước nóng và không đổi màu với iot.