3.5. Химические реакции лигнина

3.5.1. Общая характеристика химических реакций лигнина

Ароматическая природа лигнина, разнообразие типов связей между ФПЕ и функциональных групп делают лигнин очень реакционноспособным. Химические реакции лигнина имеют важное практическое значение в тех-нологии химической переработки древесины: реакции, протекающие при делиг-нификации древесины в процессах варки целлюлозы и техниче­ских целлюлоз в процессах их отбелки; реакции лигнина при гидролизе древесины, приводящие к образованию многотоннажного отхода гидро­лизных производств – технического гидролизного лигнина; реакции при переработке технических лигнинов, их химическом модифицировании; реакции лигнина при термическом разложении древесины в пиролизных производствах; реакции при термогидролитическом воздействии на дре­весину в процессах производства древесных плит и пластиков. Реакции лигнина сыграли также важную роль в изучении его химического строе­ния.

Реакции лигнина происходят в соответствии с закономерностями реакций органических соединений. У лигнина, как полимера, химические реакции подразделяют на две группы:

1). Реакциимономерных звеньев(ФПЕ), в которых участвуют функциональные группы лигнина и бензольное кольцо; при этих реакцияхизме­няется химический состав лигнина, но не изменяются его пространствен­ная структура (сетчатая в случае природного лигнина или разветвленная у растворимых препаратов) и число звеньев.

2). Макромолекулярные реакции, к которым относят реакциидеструкции(расщепления) исшивания (конденсации) цепей. Реакции деструкции и конденсации протекают у лигнина как конкурирующие. При этом к реакциямгидролитической деструкции(деструкции под действием воды, водных растворов кислот и щелочей) у лигнина способны только простые эфирные связи и не способны углерод-углеродные связи. А при термической деструкции возможен разрыв и простых эфирных связей.

ФПЕ лигнина различаются по реакционной способности. По реакционной способности ФПЕ лигнина подразделяют на группу А, которая включает в себя группыXи Z,и группуВ(рис.11). По реакционной способности ФПЕ лигнина можно расположить в следующий ряд: группаХ> группаZ> группаВ.

OR

OR

Группа Х Группа Z Группа В

Группа А

Рис.11. Структурные единицы лигнина, различающиеся по реакционной способности

Ниже будут рассмотрены реакции лигнина, наиболее важные для практики.

3.5.2. Реакции элементарных звеньев

Одной из характерных реакций лигнина является реакция замещения водорода в бензольном кольце. Например, при действии на лигнин хлора происходит реакция хлорирования(замещение атома водорода бензольного кольца на атом хлора) с образованием продуктов –хлорлигнинов, а при действии азотной кислоты –реакция нитрования(замещение атома водородабензольного кольца на нитрогруппу) с образованием продуктов –нитролигнинов(рис. 12).

а)

б)

Рис. 12. Реакции элементарных звеньев: а) реакция хлорирования лигнина, б)реакция нитрования лигнина

Эти реагенты используют для делигнификации (удаления лигнина).

При хлорировании и нитровании лигнина могут также происходить реакции окисления, сопровождающиеся отщеплением метильной группы (реакция деметилирования), пропановой цепочки, деструкцией бензольных колец (рис. 13).

–СН₃ОН

+НОН

Продукты более глубокогоокисления

Рис. 13. Реакции окисления на примере хлорлигнина

Хлор (в присутствии воды) применяют при отбелке технической целлюлозы для удаления из нее остаточного лигнина после варки. Также для отбелки технических целлюлоз можно применять такие окислители, как гипохлориты, кислород в присутствии щелочи, пероксиды и др.

Азотную кислоту используют для делигнификации древесины (удаления лигнина) при получении технической целлюлозы и в лабораторной практике для определения содержания в древесине холоцеллюлозы с использованием азотно-спиртовой смеси.