Lý Thuyết Saccarozơ Tinh Bột Và Xenlulozơ Đầy Đủ Nhất & Bài Tập

1. Saccarozơ 

1.1. Cấu trúc phân tử

Saccarozơ có công thức phân tử là: C₁₂H₂₂O₁₁

Được viết dưới dạng:

Trong phân tử saccarozơ có cấu trúc gồm gốc α – glucozơ và gốc β – fructozơ liên kết với nhau thông qua nguyên tử oxi ở giữa C₁ của glucozơ đi cùng với C₂ của fructozơ (C1 – O – C₂) (như hình vẽ trên).

Do nhóm OH – hemiaxetal không còn nên saccarozơ không thể mở vòng để tạo nhóm –CHO. Chính các đặc điểm này cấu thành nên một số tính chất vật lý đặc trưng của saccarozơ.

1.2. Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên của Saccarozơ

• Saccarozơ là một chất kết tinh, không màu, dễ tan ở trong nước, vị ngọt hơn glucozơ, nóng chảy ở nhiệt độ 185^oC.

• Trong tự nhiên, saccarozơ có nhiều nhất trong cây mía, ngoài ra còn có nhiều ở trong củ cải đường, thốt nốt,… Do đó, Saccarozo thường được gọi là đường mía chứ không phải đường nho hoặc đường thốt nốt.

• Trong cuộc sống, saccarozơ tồn tại chủ yếu dưới các sản phẩm điều chế như: đường phèn, đường kính, đường cát,…

1.3. Tính chất hóa học

Saccarozo mang tính chất của một ancol đa chức và đisaccarit.

1.3.1. Phản ứng với Cu(OH)₂

2C₁₂H₂₂O₁₁  +  Cu(OH)₂ → (C₁₂H₂₁O₁₁)₂Cu  + 2H₂O

⇒ Saccarozơ có tính chất tương đồng với poliancol liền kề, có thể hòa tan Cu(OH)₂ tạo ra được phức đồng có màu xanh lam.

1.3.2. Phản ứng thủy phân của Saccarozo

Saccarozo xảy ra phản ứng thủy phân khi ở trong môi trường axit → glucozơ + fructozơ

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂­O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ (xúc tác H⁺, nhiệt độ)

⇒ Sau xảy ra phản ứng thủy phân, saccarozo sẽ có những tính chất hóa học của glucozo và fructozo

1.4. Điều chế và ứng dụng

- Điều chế: Saccarozo được sản xuất từ một số thực vật như cây mía, củ cải đường hoặc hoa thốt nốt. Quy trình sản xuất saccarozơ từ mía theo sơ đồ như sau:

- Ứng dụng:

• Saccarozo được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp thực phẩm. Hầu hết loại đường này đều có mặt trong thành phần các loại bánh  kẹo, nước ngọt,…

• Ngoài ra trong công  nghiệp về dược phẩm, saccarozơ còn có thể ứng dụng để điều chế thuốc trong quá trình làm thuốc.

• Được dùng làm nguyên liệu thức ăn không thể thiếu cho người.

• Dùng để tráng gương, tráng ruột phích.

1.5. Đồng phân của saccarozo (Mantozo)

Trong tất cả các đồng phân của saccarozơ thì đồng phân đóng vai trò quan trọng nhất là đường mantozơ (hay còn gọi là đường mạch nha). Công thức phân tử của mantozơ:  C₁₂H₂₂O₁₁ 

a. Cấu tạo

 - Trong trạng thái tinh thể, phân tử mantozơ bao gồm hai gốc glucozơ liên kết với nhau ở C1 của gốc α-glucozơ này với C4 của gốc α-glucozơ kia thông qua một nguyên tử oxi. Liên kết  α− C1−O−C4 như vậy được gọi là liên kết α−1,4−glicozit.

 - Trong dung dịch thì gốc α−glucozơ của mantozơ có khả năng mở vòng để tạo ra nhóm CH=O:

b. Tính chất

Do cấu trúc như mô tả như trên thì mantozơ có 3 tính chất chính sau:

* Tính chất của một poliol giống saccarozơ:

 Tác dụng với Cu(OH)₂ cho sản phẩm phức đồng-mantozơ màu xanh.

* Khả năng khử của Mantozơ giống với glucozơ:

 - Khử Ag(NH₃)₂OH tạo ra kết tủa bạc ứng dụng trong phản ứng tráng gương với dung dịch AgNO₃ trong NH₃.

 - Tác dụng với Cu(OH)₂ tạo ra sản phẩm kết tủa màu đỏ gạch Cu₂O khi đun nóng. 

* Phản ứng thủy phân

 - Khi có mặt của xúc tác là axit hoặc enzim thì sinh ra 2 phân tử glucozơ. 

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2C₆H₁₂O₆  

 - Mantozơ được điều chế bằng phản ứng thủy phân tinh bột nhờ enzim amilaza (có trong mầm lúa hoặc ở khoang miệng). Phản ứng thủy phân trên cũng có thể xảy ra trong cơ thể người và cơ thể động vật.

2. Tinh bột (C₆H₁₀O₅)_n

2.1. Cấu trúc phân tử của tinh bột

Tinh bột là hỗn hợp của hai loại polisaccarit : amilozơ và amylopectin, trong đó amilozơ chiếm 20 – 30 % khối lượng tinh bột.

a) Phân tử amilozơ

 - Các gốc α – glucozơ liên kết với nhau bằng α – 1,4 – glicozit tạo ra mạch không phân nhánh.

 - Phân tử amilozơ không ở dạng chuỗi thẳng mà xoắn lại tạo thành hình lò xo. Mỗi vòng xoắn bao gồm 6 gốc glucozơ.

b) Phân tử amilopectin

 - Các gốc α – glucozơ liên kết bằng 2 loại liên kết sau đây:

      + Liên kết α – 1,4 – glicozit: để tạo ra một chuỗi dài (có 20 – 30 mắt xích α – glucozơ).

      + Liên kết α – 1,6 – glicozit: để tạo thành mạch phân nhánh.

2.2. Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên

- Tinh bột tồn tại trong điều kiện thường là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước nguội.

 - Trong nước nóng có nhiệt độ từ 65^oC trở lên thì tinh bột chuyển thành dạng dung dịch keo (hồ tinh bột).

 - Tinh bột có một hàm lượng cao trong các loại ngũ cốc, củ (khoai, sắn), quả (táo, chuối),…

2.3. Tính chất hóa học

2.3.1. Phản ứng thủy phân

a) Thủy phân nhờ xúc tác axit vô cơ: dung dịch thu được sau phản ứng có khả năng tráng bạc:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

b) Thủy phân nhờ enzim:

 - Quá trình sản xuất bánh mì thực tế là quá trình đextrin hóa bằng nhiệt và men. Cơm cháy chính là hiện tượng đextrin hóa bằng nhiệt.

 - Ăn bánh mì, cơm cháy sẽ dễ tiêu hóa và có vị hơi ngọt vì phân tử tinh bột chuỗi lớn đã được phân cắt nhỏ thành các đisaccarit và monosaccarit.

2.3.2. Phản ứng màu với dung dịch iot

 - Hồ tinh bột + dung dịch I₂ tạo ra sản phẩm là hợp chất màu xanh tím.

- Đun nóng hỗn hợp lên thì thấy mất màu của hỗn hợp đó nếu để nguội thì màu xanh tím lại xuất hiện.

2.4. Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể

- Khi đưa tinh bột vào cơ thể: tinh bột bị các enzim (có trong nước bọt, dịch vị dạ dày, ruột non,...) phân giải thành disaccarit ở miệng, dạ dày (mantozo) - monosaccarit ở ruột non (glucozo). Glucozo được hấp thu qua thành ruột non, đi vào máu và nhờ hệ tuần hoàn phân phối đến các tế bào trong cơ thể.

- Tế bào khi có glucose là nguyên liệu của quá trình hô hấp, phân tử glucose bị phân giải, giải phóng ra CO₂, H₂O và ATP (là nguồn năng lượng rất quan trọng cung cấp cho mọi hoạt động sống của tế bào).

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP

2.5. Sự tạo thành tinh bột trong cây xanh

Tinh bột được hình thành trong cây xanh từ khí cacbonic và nước nhờ ánh sáng mặt trời (quá trình này gọi là quá trình tự dưỡng). Khí cacbonic được lá cây hấp thu từ không khí ngoài môi trường, nước được rễ cây hút từ đất. Chất diệp lục (clorophin) có chức năng hấp thụ năng lượng của ánh sáng mặt trời là điều kiện qua trọng trong quá trình này. Quá trình tạo thành tinh bột như trên được gọi là quá trình quang hợp. Quang hợp trải qua nhiều giai đoạn phức tạp, trong đó có giai đoạn tạo thành glucozơ có phương trình hoá học như sau:

6nCO₂ + 5nH₂O → (C₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂

3. Xenlulozơ

3.1. Cấu trúc phân tử của xenlulozơ

Xenlulozo có cấu trúc phân tử rất lớn, là polyme hợp thành từ các mắt xích b - glucozơ nối với nhau bởi các liên kết b -1,4 - glicozit, phân tử không phân nhánh và không xoắn.

3.2. Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên

- Là chất rắn màu trắng, hình sợi, không mùi và không vị, không tan trong dung môi hữu cơ thông thường và không tan trong nước khi đun nóng.

- Là thành phần chính cấu tạo thành lớp màng của tế bào thực vật, có nhiều trong bông, đay, gai, tre nứa.

3.3. Tính chất hóa học của Xenlulozơ

3.3.1. Phản ứng thủy phân

    (C₆H₁₀O₅)_n + nH_2­O → nC₆H₁₂O₆ (môi trường H₂SO₄, nhiệt độ)

3.3.2. Phản ứng  của ancol đa chức

a) Tác dụng với HNO₃/H₂SO_{4 đ}

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHN­O₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n+ 3nH₂O (môi trường H₂SO₄, nhiệt độ)

⇒ Xenlulozơ trinitrat là chất dễ cháy và nổ mạnh được dùng làm thuốc súng không khói.

b) Xenlulozơ tác dụng với chất anhiđrit axetic sẽ hình thành xenlulozơ triaxetat [C₆H₇O₂(OCOCH₃)₃]_n (tơ axetat)

c) Xenlulozơ tác dụng với NaOH và CS₂ (hay còn gọi là dung dịch Visco) tạo thành tơ visco

Lưu ý: Xenlulozơ không thể phản ứng với Cu(OH)₂ nhưng lại có thể tan được trong dung dịch [Cu(NH₃)₄](OH)₂ (hay còn gọi là dung dịch Svayde).

3.4. Ứng dụng

- Các vật liệu có chứa nhiều xenlulozơ như gỗ, nứa, tre,... thường được ứng dụng trong việc làm vật liệu xây dựng, đồ dùng gia đình,...

- Xenlulozơ bán nguyên chất và nguyên chất được sử dụng để chế thành tơ, sợi , giấy viết, giấy làm bao bì, còn xenlulozơ trinitrat được dùng làm thuốc súng.

- Thủy phân xenlulozơ sẽ được glucozơ làm nguyên liệu để sản xuất ethanol.

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập kiến thức xây dựng lộ trình ôn thi THPT sớm đạt 9+ phù hợp nhất với bản thân

4. Một số bài tập về saccarozơ tinh bột và xenlulozơ (có lời giải)

Câu hỏi 1: Thủy phân 324g tinh bột với điều kiện hiệu suất 75% của phản ứng. Ta thu được khối lượng glucozơ là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Để đơn giản hóa bài toán ta coi tinh bột chỉ gồm 1 mắt xích C₆H₁₀O₅.

Lời giải chi tiết:

Để đơn giản hóa bài toán ta coi tinh bột chỉ gồm 1 mắt xích C₆H₁₀O₅.

C₆H₁₀O₅ → C₆H₁₂O₆

162 (g)          180 (g)

324 (g)   →    360 (g)

Do hiệu suất là 75% nên lượng glucozo thực tế thu được là: 360.75/100 = 270 (g)

Câu hỏi 2: Thực hiện phản ứng thủy phân 1kg khoai (chứa 20% là tinh bột) trong môi trường axit. Nếu hiệu suất phản ứng 75% thì lượng glucozo thu được là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Bài tập hiệu suất: Với chất sản phẩm: m_{thực tế} = m_{lý thuyết} . H%

Lời giải chi tiết:

M_{tinh bột}  = 1000.20% = 200g

PT: (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → C₆H₁₂O₆

(g)       162n                          180n

(g)       200      ⟶                  222,2

Vì hiệu suất phản ứng là 75% thực = 222,2 . 75% = 166,6 g

Câu hỏi 3: Khi thủy phân hoàn toàn saccarozơ khối lượng a gam trong môi trường axit, ta thu được 1 lượng 81g hỗn hợp glucozơ lẫn fructozo. Tính khối lượng của a là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Viết PTHH → tính

Lời giải chi tiết:

Ta có C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ (glucozo) + C₆H₁₂O₆ (fructozo)

Ta có n_glucozo = n_fructozo = 81 : 2 : 180 = 0,225 mol

→ n_saccarozo = 0,225 mol → a = 0,225. 342 = 76,95 g

Câu hỏi 4: Tiến hành thủy phân một lượng m gam bột gạo chứa 80% tinh bột, rồi ta lấy tất cả dung dịch sau phản ứng đem đi thực hiện phản ứng tráng gương thì thu được 5,4 gam kim loại. Biết rằng hiệu suất của toàn bộ quá trình phản ứng là 50%. Giá trị của m là bao nhiêu?

Lời giải chi tiết:

n_Ag = 5,4/108 = 0,05 mol

Để dễ hiểu hơn, ta coi tinh bột là C₆H₁₀O₅.

C₆H₁₀O₅ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + AgNO₃/NH₃ → 2Ag

⇒  = n_Ag/2 = 0,025 mol

⇒  = 0,025.162 = 4,05 gam

Hiệu suất cả quá trình là 50% nên ta có:

⇒  _{cần dùng} = 4,05.(100/50) = 8,1 gam

⇒ m_{bột gạo} (khối lượng bột gạo) = 8,1.(100/80) = 10,125 gam

Câu hỏi 5: Cho phản ứng thủy phân hoàn toàn 34,2 gam saccarozo. Lấy tất cả sản phẩm X sau phản ứng thủy phân cho tác dụng với một lượng AgNO₃/NH₃ dư thì thu được a gam kết tủa. Còn nếu cho toàn bộ sản phẩm X tác dụng với dung dịch nước brom dư thì có b gam brom phản ứng. Giá trị của a, b lần lượt bằng bao nhiêu? 

Phương pháp giải: 

- Thủy phân Saccarozơ rồi cho toàn bộ sản phẩm thu được thực hiện phản ứng tráng gương: 

1 Sac → 1 Glu + 1 Fruc 

Glu → 2Ag 

Fruc → 2Ag 

⇒ n_Ag ⇒ a 

- Cho sản phẩm phản ứng với Br₂ thì chỉ có Glucozo phản ứng với Br₂: 

R-CHO + Br₂ + H₂O RCOOH + 2HBr 

⇒ nBr₂  = nGlu ⇒ b 

Lời giải chi tiết: 

 = 34,2/342 = 0,1 mol 

- Thủy phân Saccarozơ sau đó cho toàn bộ sản phẩm thực hiện phản ứng tráng gương: 

1 Sac → 1 Glu + 1 Fruc 

0,1     →   0,1   → 0,1 

Glu → 2Ag 

0,1  → 0,2 

Fruc → 2Ag 

0,1   →   0,2 

⇒ n_Ag = 0,4 mol ⇒ a = m_Ag = 0,4.108 = 43,2 gam 

- Cho sản phẩm phản ứng với Br₂ thì chỉ có Glucozo phản ứng với Br₂: R-CHO + Br₂ + H₂O → RCOOH + 2HBr 

⇒  = n_Glu = 0,1 mol ⇒ b = = 0,1.160 = 16 gam 

Trên đây là tổng hợp của VUIHOC về bài 6 saccarozơ tinh bột và xenlulozơ. Các bạn học sinh có thể hiểu một cách rõ ràng nhất về các tính chất, đặc điểm, vai trò của saccarozơ tinh bột và xenlulozơ thuộc chương trình Hóa học 12 thông qua bài viết này. Để có thể hiểu thật rõ về kiến thức Hoá học cấp THPT phục vụ cho quá trình ôn thi Hóa THPT Quốc gia, học sinh có thể truy cập vào Vuihoc.vn để đăng ký tài khoản hoặc liên hệ tới trung tâm hỗ trợ và bắt đầu quá trình ôn tập kiến thức trong kỳ thi sắp tới nhé!