Lý thuyết chung về xenlulozo và các tính chất hóa học đặc trưng

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 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

– 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

Xenlulozơ mononitrat

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

Xenlulozơ đinitrat

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

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) 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 + nCS_{2 →} [C₆H₇O₂(OH)₂OCS–SNa]_n

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