Cellulose: cấu tạo, tính chất, thủy phân, phản ứng với HNO3, acetic anhydride và bài tập có đáp án Hóa 12

Cellulose là polysaccharide (C6H10O5)n gồm các gốc beta-glucose nối bằng liên kết beta-1,4-glycoside, mạch không phân nhánh. Tính chất vật lí, thủy phân, phản ứng với HNO3 tạo cellulose trinitrate, với acetic anhydride, ứng dụng làm giấy, tơ nhân tạo và bài tập có đáp án Hóa 12.

Cellulose là gì?

Cellulose là polysaccharide có công thức $\ce{(C6H10O5)_n}$ (hay $\ce{[C6H7O2(OH)3]_n}$), tạo bởi nhiều gốc $\beta$-glucose nối với nhau bằng liên kết $\beta$-$1{,}4$-glycoside thành mạch dài không phân nhánh. Cellulose là thành phần chính của thành tế bào thực vật; bông gần như là cellulose nguyên chất ($98\%$).

Tính chất vật lí và cấu tạo

Chất rắn dạng sợi, màu trắng, không mùi, không tan trong nước và nhiều dung môi hữu cơ; tan trong dung dịch Schweizer $\ce{[Cu(NH3)4](OH)2}$.
Mỗi mắt xích $\ce{C6H10O5}$ có $3$ nhóm $-\ce{OH}$ tự do, viết gọn $\ce{[C6H7O2(OH)3]_n}$.
Khác tinh bột ở kiểu liên kết ($\beta$ so với $\alpha$) và mạch không phân nhánh; con người không tiêu hóa được cellulose nhưng chất xơ hỗ trợ tiêu hóa.

Tính chất hóa học

Phản ứng	Phương trình
Thủy phân (acid, đun nóng)	$\ce{(C6H10O5)_n + nH2O ->[H+, t] nC6H12O6}$
Với $\ce{HNO3}$ đặc/$\ce{H2SO4}$ đặc	$\ce{[C6H7O2(OH)3]_n + 3nHNO3 ->[H2SO4 dac] [C6H7O2(ONO2)3]_n + 3nH2O}$ (cellulose trinitrate, thuốc súng không khói)
Với acetic anhydride	Tạo cellulose triacetate, nguyên liệu sản xuất tơ acetate

Cellulose không có phản ứng tráng bạc và không cho màu với iodine.

Ví dụ 1

Thủy phân $162$ kg cellulose (hiệu suất $100\%$). Tính khối lượng glucose.

$n = 1$ kmol mắt xích nên thu $1$ kmol glucose, $m = 180$ kg.

Ví dụ 2

Để sản xuất $29{,}7$ kg cellulose trinitrate ($M_{\text{mắt xích}} = 297$) cần bao nhiêu kg cellulose, hiệu suất $90\%$?

$n = 0{,}1$ kmol; cellulose lí thuyết $0{,}1 \cdot 162 = 16{,}2$ kg; thực tế $16{,}2 : 0{,}9 = 18$ kg.

Xem bài: Tinh bột

Ứng dụng

Làm giấy, vải sợi (bông, lanh, đay, gai), vật liệu xây dựng và đồ gỗ.
Sản xuất tơ nhân tạo (tơ visco, tơ acetate), thuốc súng không khói, màng bọc, nhựa celluloid.
Nguyên liệu sản xuất ethanol thế hệ hai từ phế phẩm nông nghiệp.

Những lỗi thường gặp

Bài tập thực hành

Viết công thức cellulose dưới dạng có $3$ nhóm OH.
Thủy phân $81$ g cellulose thành glucose (hiệu suất $100\%$). Tính khối lượng glucose.
Viết phương trình cellulose phản ứng với $\ce{HNO3}$ tạo trinitrate.
Nêu hai khác biệt giữa tinh bột và cellulose.
Nêu hai ứng dụng của cellulose.

Đáp án

$\ce{[C6H7O2(OH)3]_n}$.
$n = 0{,}5$ mol mắt xích nên $m = 0{,}5 \cdot 180 = 90$ g.
$\ce{[C6H7O2(OH)3]_n + 3nHNO3 ->[H2SO4 dac] [C6H7O2(ONO2)3]_n + 3nH2O}$.
Liên kết $\alpha$ và $\beta$; mạch có nhánh (amylopectin) và không nhánh; tinh bột cho màu với iodine, cellulose thì không.
Sản xuất giấy và vải sợi; sản xuất tơ nhân tạo và thuốc súng không khói.

Tổng kết

Bài học liên quan

Bài trước: Tinh bột

Xem tất cả bài học chủ điểm Carbohydrate

Câu hỏi thường gặp

Cellulose là gì?

Là polysaccharide gồm các gốc $\beta$-glucose, thành phần chính của thành tế bào thực vật.

Cellulose có tan trong nước không?

Không, chỉ tan trong dung dịch Schweizer.

Cellulose có tráng bạc không?

Không.

Cellulose trinitrate dùng làm gì?

Chế tạo thuốc súng không khói.