Lý thuyết chung về xenlulozo và các tính chất hóa học đặc trưng – Đọc sách hay

I/ Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên của xenlulozo

• Xenlulozo là hợp chất rắn có hình sợi, có màu trắng, không mùi và không vị
• Xenlulozo không tan trong nước ngay cả khi ta đun nóng và không tan trong các dung môi hữu cơ như ete, benzen…
• Xenlulozơ cấu tạo nên thành phần chính lớp màng tế bào của thực vật và là bộ khung của cây cối.
• Xenlulozơ có rất nhiều trong bông (chiếm khoảng 95 − 98%) hay đay, gai, tre, nứa (chiếm khoảng 50 − 80%), tron gỗ (chiếm khoảng 40 − 50%)

II/ Cấu trúc phân tử xenlulozo

• Xenlulozo có công thức phân tử là (C6H10O5)n, và nó có phân tử khối rất lớn (có khoảng 1.000.000 − 2.400.000)
• Xenlulozo là 1 polime được hợp thành từ các mắt xích là β− glucozơ kết nối với nhau bởi các liên kết là β−1,4 glicozit, nên nó không có 2 tính chất như: hòa tan Cu(OH)2 (dù nó có nhiều nhóm – OH liền kề nhau) và không có tính khử của anđehit (mặc dù tận cùng của phân tử vẫn có nhóm OH – hemiaxetal).

• Các mạch phân tử của xenlulozo không phân nhánh và không xoắn. Nó có độ bền hóa học, cơ học cao
• Mỗi 1 mắt xích C6H10O5 có ba nhóm OH tự do nên ta có thể viết công thức cấu tạo của hợp chất xenlulozo là [C6H7O2(OH)3]n

III/ Tính chất hóa học xenlulozo

– Tương tự tinh bột thì xenlulozo không tham gia phản ứng khử

– Khi ta thủy phân xenlulozo đến cùng thì ta thu được Glucozơ. Mỗi 1 mắt xích của C6H10O5 có ba nhóm OH tự do nên hợp chất xenlulozơ có tính chất của 1 ancol đa chức.

1/ Phản ứng của polisaccarit (phản ứng thủy phân)

Thí nghiệm: xảy ra khi ta đun nóng xenlulozo với dung dịch axit vô cơ

• Ta cho 1 nhúm bông vào trong cốc đựng dung dịch H2SO4 70% rồi đun nóng đồng thời khuấy đều dung dịch đến khi ta thu được dung dịch là đồng nhất.

• Sau khi phản ứng xảy ra trung hòa dung dịch ta thu được bằng dung dịch NaOH 10% sau đó ta đun nóng nó với dung dịch AgNO3/NH3.

Hiện tượng xảy ra: Ta thấy bạc kim loại bám vào thành của ống nghiệm.

Giải thích hiện tượng:

Xenlulozo khi bị thủy phân trong dd axit nóng sẽ tạo ra glucozo.

Phản ứng thủy phân này cũng xảy ra ở trong dạ dày của các động vật nhai lại (như trâu,bò,…) nhờ các enzim xenlulozo.

2/ Xenlulozo có phản ứng của ancol đa chức

a/ Phản ứng với HNO3/H2SO4 đặc (hay phản ứng este hóa):

– Xenlulozo tham gia phản ứng với HNO3 đặc và có H2SO4 đặc làm chất xúc tác.

Thí nghiệm:

Ta cho 4 ml dung dịch axit HNO3 vào trong cốc thủy tinh sau đó ta thêm tiếp 8 ml dung dịch H2SO4 đặc vào và lắc đều, làm lạnh hỗn hợp thu được bằng nước.

Thêm tiếp vào trong cốc 1 nhúm bông rồi đặt cốc có chứa hỗn hợp phản ứng vào trong 1 nồi nước nóng (khoảng 60−70%) rồi khuấy nhẹ trong vòng 5 phút sau đólọc lấy chất rắn rửa sạch bằng nước, ép khô chất rắn bằng giấy lọc sau đó đem sấy khô (tránh dùng lửa).

Hiện tượng xảy ra: Sản phẩm ta thu được có màu vàng. Và khi đốt thì sản phẩm cháy nhanh không có khói và không tàn.

Giải thích hiện tượng: Xenlulozo tham gia phản ứng với (HNO3+H2SO4) khi ta đun nóng cho ra sản phẩm xenlulozo trinitrat:

[C6H7O2(OH)3]n + nHNO3 (đặc) → [C6H7O2(OH)2(ONO)2]n + nH2O

[C(OH)+ nHNO(đặc) → [C(OH)(ONO)+ nH

Xenlulozơ mononitrat

[C6H7O2(OH)3]n + 2nHNO3 (đặc) → [C6H7O2(OH)(ONO2)2]n + 2nH2O

[C(OH)+ 2nHNO(đặc) → [C(OH)(ONO+ 2nH

Xenlulozơ đinitrat

[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 (đặc) → [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O

[C(OH)+ 3nHNO(đặc) → [C(ONO+ 3nH

Xenlulozơ trinitrat

– Hỗn hợp xenlulozo mononitrat và xenlulozo đinitrat còn được gọi là coloxilin. Coloxilin được dùng để chế tạo các chất dẻo xenlulozo như dùng làm bóng bàn, đồ chơi…

– Xenlulozo trinitrat là hợp chất dễ cháy và có tính nổ mạnh được dùng để làm thuốc súng.

2[C6H7O2(ONO2)3]n → 6nCO2 + 6nCO + 4nH2O + 3nN2 + 3nH2

b) Phản ứng với anhiđrit axetic (có xúc tác H2SO4 đặc)

– Xenlulozo khi tác dụng với anhiđrit axetic (CH3CO)2O sẽ sinh ra hợp chất xenlulozo triaxeta [C6H7O2(OOCCH3)3]n, nó là 1 chất dẻo có thể kéo thành tơ sợi.

[C6H7O2(OH)3]n + 3n(CH3CO)2O → [C6H7O2(OCOCH3)3]n + 3nCH3COOH

[C(OH)+ 3n(CHCO)O → [C(OCOCH+ 3nCHCOOH

c) Phản ứng với CS2 và dung dịch NaOH

– Sản phẩm tạo thành từ phản ứng giữa xenlulozo với CS2 (cacbon đisunfua) và dung dịch NaOH là 1 dung dịch rất nhớt được gọi là visco. Khi ta bơm dung dịch nhớt này vào những lỗ rất nhỏ (có đường kính là 0,1 mm) được ngâm trong dd H2SO4 loãng thì xenlulozo được giải phóng dưới dạng của những sợi dài và mảnh, những sợi này óng mượt như tơ còn gọi là tơ visco.

[C6H7O2(OH)3]n + nNaOH → [C6H7O2(OH)2ONa]n + nH2O
[C6H7O2(OH)2ONa]n + nCS2 → [C6H7O2(OH)2OCS–SNa]n

[C(OH)+ nNaOH → [C(OH)ONa]+ nHO [C(OH)ONa]n + nCS[C(OH)OCS–SNa]

Xenlulozơ xantogenat

d/ Xenlulozokhông tham gia phản ứng với Cu(OH)2,

Nhưng xenlulozo tan được trong dung dịch [Cu(NH3)4](OH)2 (hay còn gọi là nước Svayde) tạo ra chất lỏng nhớt dùng để tạo ra tơ đồng – amoniac.

IV/ Ứng dụng của xenlulozo

– Trong các vật liệu có chứa nhiều xenlulozơ như tre, gỗ, nứa… thì thường được dùng để làm vật liệu xây dựng hay đồ dùng gia đình…

– Xenlulozo nguyên chất, gần nguyên chất còn được dùng để sản xuất thành sợi, tơ, giấy viết hay giấy làm bao bì.

– Xenlulozo trixetat được dùng làm thuốc súng.

– Khi thủy phân xenlulozo sẽ thu được glucozơ và làm nguyên liệu sản xuất etanol