- •О.А. Носкова, м.С. Федосеев
- •Оглавление
- •Введение
- •Химия целлюлозы
- •1.1. Химическое строение целлюлозы
- •Химические реакции целлюлозы
- •Действие растворов щелочей на целлюлозу
- •1.3.1. Щелочная целлюлоза
- •1.3.2. Набухание и растворимость технической целлюлозы в растворах щелочей
- •Окисление целлюлозы
- •1.4.1. Общие сведения об окислении целлюлозы. Оксицеллюлоза
- •1.4.2. Основные направления окислительных реакций
- •1.4.3. Свойства оксицеллюлозы
- •1.5. Сложные эфиры целлюлозы
- •1.5.1. Общие сведения о получении сложных эфиров целлюлозы
- •1.5.2. Нитраты целлюлозы
- •1.5.3. Ксантогенаты целлюлозы
- •1.5.4. Ацетаты целлюлозы
- •1.6. Простые эфиры целлюлозы
- •2. Химия гемицеллюлоз
- •2.1. Общие понятия о гемицеллюлозах и их свойствах
- •2.2. Пентозаны
- •2.3. Гексозаны
- •2.4. Уроновые кислоты
- •2.5. Пектиновые вещества
- •2.6. Гидролиз полисахаридов
- •2.6.1. Общие понятия о гидролизе полисахаридов
- •2.6.2. Гидролиз полисахаридов древесины разбавленными минеральными кислотами
- •2.6.3. Гидролиз полисахаридов древесины концентрированными минеральными кислотами
- •3. Химия Лигнина
- •3.1. Структурные единицы лигнина
- •3.2. Методы выделения лигнина
- •3.3. Химическое строение лигнина
- •3.3.1. Функциональные группы лигнина
- •3.3.2. Основные типы связей между структурными единицами лигнина
- •3.4. Химические связи лигнина с полисахаридами
- •3.5. Химические реакции лигнина
- •3.5.1. Общая характеристика химических реакций лигнина
- •3.5.2. Реакции элементарных звеньев
- •3.5.3. Макромолекулярные реакции
- •4. Экстрактивные вещества
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Классификация экстрактивных веществ
- •4.3. Гидрофобные экстрактивные вещества
- •4.4. Гидрофильные экстрактивные вещества
- •5. Общие понятия о варочных процессах
- •Библиографический список
- •Часть 2
Введение
Химия древесины – это раздел технической химии, изучающий химический состав древесины; химизм образования, строения и химические свойства веществ, составляющих мертвую древесную ткань; методы выделения и анализа этих веществ, а также химическую сущность природных и технологических процессов переработки древесины и ее отдельных компонентов.
В первой части конспекта лекций «Химия древесины и синтетических полимеров», изданной в 2002 г., рассмотрены вопросы, касающиеся анатомии древесины, строения клеточной оболочки, химического состава древесины, физических и физико-химических свойств древесины.
Во второй части конспекта лекций «Химия древесины и синтетических полимеров» рассмотрены вопросы, касающиеся химического строения и свойств основных компонентов древесины (целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина).
В конспекте лекций приведены общие сведения о варочных процессах, т.е. о получении технической целлюлозы, которая используется в производстве бумаги и картона. В результате химических превращений технической целлюлозы получают ее производные – простые и сложные эфиры, из которых производят искусственные волокна (вискозные, ацетатные), пленки (кино-, фото-, упаковочные пленки), пластмассы, лаки, клеи. В этой части конспекта также кратко рассмотрены получение и свойства эфиров целлюлозы, которые нашли широкое применение в промышленности.
Химия целлюлозы
1.1. Химическое строение целлюлозы
Целлюлоза – один из важнейших природных полимеров. Это основной компонент растительных тканей. Природная целлюлоза содержится в больших количествах в хлопке, льне и других волокнистых растениях, из которых получают природные текстильные целлюлозные волокна. Хлопковые волокна представляют собой почти чистую целлюлозу (95–99 %). Более важным источ-ником промышленного получения целлюлозы (технической целлюлозы) служат древесные растения. В древесине различных пород деревьев массовая доля целлюлозы составляет в среднем 40–50 %.
Целлюлоза – полисахарид, макромолекулы которого построены из остатков D-глюкозы (звеньев β-D-ангидроглюкопиранозы), соединенных β-гликозидными связями 1–4:
нередуцирующее
звено редуцирующее
звено
Целлюлоза представляет собой линейный гомополимер (гомополи-сахарид), относящийся к гетероцепным полимерам (полиацеталям). Это стереорегулярный полимер, в цепи которого стереоповторяющимся звеном служит остаток целлобиозы. Суммарную формулу целлюлозы можно представить (С6Н10О5)п или [С6Н7О2 (ОН)3]п. В каждом мономерном звене содержатся три спиртовых гидроксильных группы, из которых одна первичная –СН2ОН и две (у С2 и С3) вторичные –СНОН–.
Концевые звенья отличаются от остальных звеньев цепи. Одно концевое звено (условно правое – нередуцирующее) имеет дополнительный свободный вторичный спиртовый гидроксил (у С4). Другое концевое звено (условно левое – редуцирующее) содержит свободный гликозидный (полуацетальный) гидрок-сил (у С1) и, следовательно, может существовать в двух таутомерных формах – циклической (цолуацетальной) и открытой (альдегидной) :
редуцирующее
звено в циклической форме редуцирующее
звено в открытой альдегидной
форме
Концевая альдегидная группа придает целлюлозе редуцирующую (восстанавливающую) способность. Например, целлюлоза может восстанавливать медь из Сu2+ в Сu+:
Количество восстановленной меди (медное число) служит качественной характеристикой длины цепей целлюлозы и показывает ее степень окислительной и гидролитической деструкции.
Природная целлюлоза имеет высокую степень полимеризации (СП): древесная – 5000–10000 и выше, хлопковая – 14000–20000. При выделении из растительных тканей целлюлоза несколько разрушается. Техническая древесная целлюлоза имеет СП около 1000–2000. СП целлюлозы определяют главным образом вискозиметрическим методом, используя в качестве растворителей некоторые комплексные основания: медноаммиачный реактив[Cu(NH3)4](ОН)2, куприэтилендиамин [Cu(NH2CH2CH2NH2)2](ОН)2, кадмийэтилендиамин (кадоксен) [Cd(NH2CH2CH2NH2)3] (ОН)2 и др.
Выделенная из растений целлюлоза всегда полидисперсна, т.е. содержит макромолекулы различной длины. Степень полидисперсности целлюлозы (молекулярную неоднородность) определяют методами фракционирования, т.е. разделения образца целлюлозы на фракции с определенной молекулярной массой. Свойства образца целлюлозы (механическая прочность, растворимость) зависят от средней СП и степени полидисперсности.