Celulozes fizikālās, ķīmiskās īpašības. Kas ir celuloze? Augu šķiedra-polisaharīds

Sarežģītu ogļhidrātu no polisaharīdu grupas, kas ir daļa no augu šūnu sienas, sauc par celulozi vai šķiedrvielām. Vielu 1838. gadā atklāja franču ķīmiķis Anselms Pajens. Celulozes formula - (C 6 H 10 O 5) n.

Struktūra

Neskatoties uz kopīgajām iezīmēm, celuloze atšķiras no cita augu polisaharīda - cietes. Celulozes molekula ir gara, ārkārtīgi nesazarota saharīdu ķēde. Atšķirībā no cietes, kas sastāv no α-glikozes atlikumiem, tajā ir daudz savstarpēji savienotu β-glikozes atlikumu.

Blīvās lineārās struktūras dēļ molekulas veido šķiedras.

Rīsi. 1. Celulozes molekulas uzbūve.

Celulozei ir lielāka pakāpe polimerizācija nekā ciete.

Kvīts

Celuloze rūpnieciskos apstākļos tiek vārīta no koksnes (šķeldas). Šim nolūkam tiek izmantoti skābi vai sārmaini reaģenti. Piemēram, nātrija hidrosulfīts, nātrija hidroksīds, sārms.

Vārīšanas rezultātā veidojas celuloze ar piejaukumu organiskie savienojumi. Lai to notīrītu, izmantojiet sārmu šķīdumu.

Fizikālās īpašības

Šķiedra ir bezgaršīga, šķiedraina viela. balta krāsa. Celuloze slikti šķīst ūdenī un organiskajos šķīdinātājos. Izšķīst Švicera reaģentā - amonjaka šķīdums vara (II) hidroksīds.

Galvenā fizikālās īpašības:

• sabrūk 200°C temperatūrā;
• deg 275°C temperatūrā;
• spontāni aizdegas 420°C temperatūrā;
• kūst 467°C temperatūrā.

Dabā celuloze ir atrodama augos. Tas veidojas fotosintēzes laikā un veic strukturālu funkciju augos. Ir pārtikas piedeva E460.

Rīsi. 2. Augu šūnu siena.

Ķīmiskās īpašības

Tā kā vienā saharīdā ir trīs hidroksilgrupas, šķiedrām piemīt daudzvērtīgo spirtu īpašības un tā spēj iesaistīties esterifikācijas reakcijās ar esteru veidošanos. Sadaloties bez skābekļa pieejamības, tas sadalās oglēs, ūdenī un gaistošos vielos. organiskās vielas.

Galvenā Ķīmiskās īpašībasšķiedras ir parādītas tabulā.

Rīsi. 3. Piroksilīns.

Celulozi galvenokārt izmanto papīra ražošanai, kā arī esteru, spirtu, glikozes ražošanai.

Ko mēs esam iemācījušies?

Celuloze jeb šķiedra ir polimērs no ogļhidrātu klases, kas sastāv no β-glikozes atlikumiem. Tā ir daļa no augu šūnu sieniņām. Tā ir balta, bezgaršīga viela, kas veido ūdenī un organiskajos šķīdinātājos slikti šķīstošas ​​šķiedras. Celulozi no koksnes izdala celulozes veidā. Savienojums nonāk esterifikācijas un hidrolīzes reakcijās un var sadalīties, ja nav gaisa. Pilnībā sadaloties, veidojas ūdens un oglekļa dioksīds.

Celuloze ir polisaharīds, kas veidots no bezūdens elementārvienībām D -glikoze un apzīmē poli-1, 4-β-D -glikopiranozils- D - glikopiranoze. Celulozes makromolekulā kopā ar anhidroglikozes vienībām var būt citu monosaharīdu (heksozes un pentozes), kā arī uronskābes atliekas (sk. att.). Šādu atlieku raksturu un daudzumu nosaka bioķīmiskās sintēzes apstākļi.

Celuloze ir augstāko augu šūnu sieniņu galvenā sastāvdaļa. Kopā ar to pavadošajām vielām tas spēlē karkasa lomu, kas nes galveno mehānisko slodzi. Celuloze galvenokārt atrodama dažu augu sēklu matiņos, piemēram, kokvilnas (97-98% celuloze), koksnē (40-50% no sausnas), lūksnes šķiedrās, augu mizas (linu un rāmijas) iekšējos slāņos. - 80-90%, džuta - 75% un citi), viengadīgo augu stublāji (30-40%), piemēram, niedres, kukurūza, graudaugi, saulespuķes.

Celulozes izolēšana no dabīgiem materiāliem ir balstīta uz reaģentu darbību, kas iznīcina vai izšķīdina necelulozes komponentus. Apstrādes veids ir atkarīgs no augu materiāla sastāva un struktūras. Kokvilnas šķiedrai (necelulozes piemaisījumi - 2,0-2,5% slāpekli saturošas vielas; apmēram 1% pentozānu un pektīnu; 0,3-1,0% tauku un vasku; 0,1-0,2% minerālsāļi) tiek izmantoti relatīvi mīkstās metodes atlase.

Kokvilnas pūkas pakļauj parkam (3-6 stundas, 3-10 atmosfēras) ar 1,5-3% nātrija hidroksīda šķīdumu, kam seko mazgāšana un balināšana ar dažādiem oksidētājiem - hlora dioksīdu, nātrija hipohlorītu, ūdeņraža peroksīdu. Šķīdumā nonāk daži polisaharīdi ar mazu molāru (pentozānu, daļēji heksozānu), uronskābes, daži tauki un vaski. Satursα -celuloze (17,5% šķīdumā nešķīstoša frakcija N aOH 20° temperatūrā 1 stundu) var palielināt līdz 99,8-99,9%. Šķiedras morfoloģiskās struktūras daļējas iznīcināšanas rezultātā vārīšanas laikā palielinās celulozes reaktivitāte (īpašība, kas nosaka celulozes ķīmiskās apstrādes laikā iegūto ēteru šķīdību un šo ēteru vērpšanas šķīdumu filtrējamību) .

Lai izolētu celulozi no koksnes, kas satur 40-55% celulozes, 5-10% citu heksozānu, 10-20% pentozānu, 20-30% lignīnu, 2-5% sveķus un virkni citu piemaisījumu un kam ir sarežģīta morfoloģiskā struktūra, vairāk stingri apstrādes apstākļi; visbiežāk tiek izmantota koksnes šķeldas sulfīts vai sulfāts.

Sulfīta celulozes apstrādes laikā koksni apstrādā ar šķīdumu, kas satur 3-6% brīvo vielu SO 2 un aptuveni 2% SO 2 saistīti kā kalcija, magnija, nātrija vai amonija bisulfīts. Ēdienu gatavošana tiek veikta zem spiediena 135-150 ° temperatūrā 4-12 stundas; Gatavošanas šķīdumiem skābā bisulfīta celulozes veidošanās laikā ir pH no 1,5 līdz 2,5. Sulfītu pulēšanas laikā notiek lignīna sulfonēšana, kam seko tā pāreja šķīdumā. Tajā pašā laikā daļa hemiceluložu tiek hidrolizēta, iegūtie oligo- un monosaharīdi, kā arī daļa sveķaino vielu tiek izšķīdinātas vārīšanas šķidrumā. Izmantojot ar šo metodi izdalīto celulozi (sulfītcelulozi) ķīmiskai apstrādei (galvenokārt viskozes šķiedras ražošanā), celuloze tiek pakļauta rafinēšanai, kuras galvenais uzdevums ir paaugstināt celulozes ķīmisko tīrību un viendabīgumu (izņemšana). lignīns, hemiceluloze, pelnu satura un sveķu satura samazināšanās, koloidālo ķīmisko un fizikālo īpašību maiņa). Visizplatītākās rafinēšanas metodes ir balinātās celulozes apstrāde ar 4-10% šķīdumu N aOH 20° temperatūrā (aukstā attīrīšana) vai 1% šķīdums NaOH pie 95-100° (karstā rafinēšana). Uzlabotai sulfīta masai ķīmiskai apstrādei ir šādi rādītāji: 95-98%α - celuloze; 0,15-0,25% lignīna; 1,8-4,0% pentozānu; 0,07-0,14% sveķu; 0,06-0,13% pelnu. Sulfītcelulozi izmanto arī augstas kvalitātes papīra un kartona ražošanai.

Šķeldas var vārīt arī ar 4- 6% N šķīdums aOH (sodas mīkstums) vai tā maisījums ar nātrija sulfīdu (sulfāta mīkstums) 170-175° temperatūrā zem spiediena 5-6 stundas. Šajā gadījumā notiek lignīna izšķīšana, daļas hemicelulozes (galvenokārt heksozānu) pāreja šķīdumā un hidrolīze un iegūto cukuru turpmāka pārvēršana organiskās hidroksi skābēs (pienskābe, saharskābe un citās) un skābēs (skudrskābe). Sveķi un augstāki taukskābju pakāpeniski nonāk gatavošanas šķidrumā nātrija sāļu veidā (tā saukto"sulfāta ziepes"). Sārma celulozes iegūšana ir piemērojama gan egles, gan priedes un cietkoksnes apstrādei. Izmantojot ar šo metodi izdalīto celulozi (sulfātcelulozi) ķīmiskai apstrādei, koksne pirms vārīšanas tiek pakļauta prehidrolīzei (apstrāde ar atšķaidītu sērskābi plkst. paaugstināta temperatūra). Pirmshidrolīzes sulfāta masai, ko izmanto ķīmiskajā apstrādē, pēc rafinēšanas un balināšanas ir šāds vidējais sastāvs (%):α -celuloze - 94,5-96,9; pentozāns 2-2, 5; sveķi un tauki - 0,01-0,06; pelni - 0,02-0,06.Sulfēto celulozi izmanto arī maisiņu un ietinamo papīru, papīra virvju, tehnisko papīru (spoļu, smirģeļu, kondensatora), rakstāmpapīru, drukas un balināto izturīgo papīru (rasējumu, kartogrāfisko, dokumentiem) ražošanai.

Sulfātceluloze tiek izmantota, lai iegūtu augstas ražības celulozi, ko izmanto gofrētā kartona un maisu papīra ražošanai (celulozes iznākums no koksnes šajā gadījumā ir 50-60% pret.~ 35% pirmshidrolīzes sulfāta celulozes ķīmiskai apstrādei). Augstas ražības mīkstums satur ievērojamu daudzumu lignīna (12-18%) un saglabā šķeldas formu. Tāpēc pēc vārīšanas tas tiek pakļauts mehāniskai slīpēšanai. Sodu un sulfātu var izmantot arī celulozes atdalīšanai no salmiem, kas satur lielu daudzumu SiO2 noņemts ar sārmu iedarbību.

No lapu koku un viengadīgajiem augiem celulozi izdala arī ar hidrotropo celulozi - izejvielu apstrādi ar koncentrētiem (40-50%) sāls šķīdumiem sārmu metāli un aromātiskās karbonskābes un sulfonskābes (piemēram, benzoskābes, cimola un ksilolsulfoskābes) 150-180° temperatūrā 5-10 stundas. Citas celulozes (slāpekļskābes, hlora sārmu un citu) izolēšanas metodes netiek plaši izmantotas.

Celulozes molārās masas noteikšanai parasti izmanto viskozimetri [pēc celulozes šķīdumu viskozitātes vara-amonjaka šķīdumā, ceturkšņa amonija bāzu šķīdumos, kadmija etilēndiamīna hidroksīda (tā sauktā kadoksēna) sārmainā šķīdumā. nātrija dzelzs-vīnskābes komplekss un citi, vai pēc celulozes ēteru viskozitātes - galvenokārt acetātu un nitrātu, kas iegūti apstākļos, kas nepieļauj iznīcināšanu] un osmotiskā (celulozes ēteriem) metodēm. Ar šīm metodēm noteiktā polimerizācijas pakāpe dažādiem celulozes preparātiem ir atšķirīga: 10-12 tūkst. kokvilnas celulozei un lūksnes šķiedru celulozei; Koksnes masai 2,5-3 tūkstoši (pēc noteikšanas ultracentrifūgā) un viskozes zīda celulozei 0,3-0,5 tūkstoši.

Celulozei ir raksturīga ievērojama polidispersitāte pēc molārās masas. Celulozi frakcionē, ​​frakcionējot vai izgulsnējot no vara-amonjaka šķīduma, no šķīduma vara-amonjaka, kadmiumetilēndiamīna vai nātrija dzelzs-vīnskābes kompleksa sārmainā šķīdumā, kā arī ar frakcionētu izgulsnēšanu no celulozes nitrātu šķīdumiem acetonā vai etilā. acetāts. Kokvilnas celulozei, lūksnes šķiedrām un skujkoku sugu koksnes masai raksturīgas sadalījuma līknes pēc molārās masas ar diviem maksimumiem; cietkoksnes celulozes līknēm ir viens maksimums.

Celulozei ir sarežģīta supramolekulāra struktūra. Pamatojoties uz rentgenstaru, elektronu difrakcijas un spektroskopisko pētījumu datiem, parasti tiek pieņemts, ka celuloze pieder pie kristāliskajiem polimēriem. Celulozei ir vairākas strukturālas modifikācijas, no kurām galvenās ir dabiskā celuloze un hidratētā celuloze. Dabiskā celuloze tiek pārveidota par hidratētu celulozi pēc izšķīdināšanas un sekojošas nogulsnēšanas no šķīduma, koncentrētu sārmu šķīdumu iedarbībā un pēc tam sadaloties sārmu celulozei un citiem. Apgriezto pāreju var veikt, karsējot hidratētu celulozi šķīdinātājā, kas izraisa tās intensīvu pietūkumu (glicerīns, ūdens). Abām strukturālajām modifikācijām ir dažādi rentgenstaru modeļi, un tās ļoti atšķiras pēc reaktivitātes, šķīdības (ne tikai pašas celulozes, bet arī tās esteru), adsorbcijas spējas un citām. Hidrētās celulozes preparātiem ir paaugstināta higroskopiskums un krāsojamība, kā arī lielāks hidrolīzes ātrums.

Acetāla (glikozīdu) saišu klātbūtne starp elementārvienībām celulozes makromolekulā izraisa tās zemo izturību pret skābju iedarbību, kuru klātbūtnē notiek celulozes hidrolīze (sk. att.). Procesa ātrums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, no kuriem izšķirošais faktors, īpaši veicot reakciju neviendabīgā vidē, ir preparātu struktūra, kas nosaka starpmolekulārās mijiedarbības intensitāti. AT sākuma stadija hidrolīzes ātrums var būt lielāks, kas ir saistīts ar makromolekulas eksistences iespējamību liels skaits saites, kas ir mazāk izturīgas pret hidrolizējošu reaģentu iedarbību nekā parastās glikozīdu saites. Celulozes daļējas hidrolīzes produktus sauc par hidrocelulozi.

Hidrolīzes rezultātā būtiski mainās celulozes materiāla īpašības - samazinās šķiedru mehāniskā izturība (polimerizācijas pakāpes samazināšanās dēļ), palielinās aldehīdu grupu saturs un šķīdība sārmos. Daļēja hidrolīze nemaina celulozes preparāta izturību pret sārmu apstrādi. Celulozes pilnīgas hidrolīzes produkts ir glikoze. Rūpnieciskās metodes celulozi saturošu augu materiālu hidrolīzei ir apstrāde ar atšķaidītiem šķīdumiem HCl un H2SO4 (0,2-0,3%) 150-180° temperatūrā; cukuru iznākums pakāpeniskas hidrolīzes laikā ir līdz 50%.

Autors ķīmiskā daba celuloze ir daudzvērtīgs spirts. Sakarā ar hidroksilgrupu klātbūtni makromolekulas elementārvienībā, celuloze reaģē ar sārmu metāliem un bāzēm. Kad žāvētu celulozi 24 stundas apstrādā ar metāliskā nātrija šķīdumu šķidrā amonjakā mīnus 25-50 ° temperatūrā, veidojas celulozes trinātrija alkoholāts:

n + 3 nNa → n + 1,5 nH 2.

Koncentrētiem sārmu šķīdumiem iedarbojoties uz celulozi, līdz ar ķīmisko reakciju notiek arī fizikāli ķīmiski procesi - celulozes uzbriest un daļēja tās zemas molekulmasas frakciju izšķīšana, strukturālas pārvērtības. Sārmu metālu hidroksīda mijiedarbība ar celulozi var notikt saskaņā ar divām shēmām:

n + n NaOH ↔ n + nH 2 O

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3] n + n NaOH ↔ n.

Celulozes primāro un sekundāro hidroksilgrupu reaktivitāte sārmainā vidē ir atšķirīga. Visizteiktākā skābes īpašības pie hidroksilgrupām, kas atrodas pie celulozes elementārās vienības otrā oglekļa atoma, kas ir daļa no glikola grupas un atrodasα -pozīcija pret acetāla saiti. Acīmredzot celulozes alkoholāta veidošanās notiek tieši šo hidroksilgrupu dēļ, savukārt mijiedarbība ar atlikušajām OH grupām veido molekulāru savienojumu.

Sārmainās celulozes sastāvs ir atkarīgs no tās ražošanas apstākļiem - sārmu koncentrācijas; temperatūra, celulozes materiāla īpašības un citi. Sārmainās celulozes veidošanās reakcijas atgriezeniskuma dēļ sārmu koncentrācijas palielināšanās šķīdumā izraisaγ (aizvietoto hidroksilgrupu skaits uz 100 celulozes makromolekulas elementārvienībām) sārmainās celulozes, un merserizācijas temperatūras pazemināšanās izraisa paaugstināšanos.γ sārmaina celuloze, ko iegūst, iedarbojoties līdzvērtīgi koncentrētiem sārmu šķīdumiem, kas izskaidrojams ar tiešās un apgrieztās reakcijas temperatūras koeficientu atšķirību. Atšķirīgā mijiedarbības intensitāte ar dažādu celulozes materiālu sārmiem acīmredzot ir saistīta ar šo materiālu fizikālās struktūras īpatnībām.

Svarīga celulozes un sārmu mijiedarbības procesa sastāvdaļa ir celulozes pietūkums un tās zemas molekulmasas frakciju šķīdināšana. Šie procesi atvieglo zemas molekulmasas frakciju (hemicelulozes) atdalīšanu no celulozes un esterificējošo reaģentu difūziju šķiedrās turpmāko esterifikācijas procesu (piemēram, ksantogenizācijas) laikā. Pazeminoties temperatūrai, pietūkuma pakāpe ievērojami palielinās. Piemēram, pie 18° kokvilnas šķiedras diametra palielināšanās par 12% NaOH ir 10%, un pie -10° sasniedz 66%. Palielinoties sārmu koncentrācijai, vispirms palielinās pietūkuma pakāpe un pēc tam (vairāk nekā 12%) samazinās. Maksimālā pietūkuma pakāpe tiek novērota tajās sārmu koncentrācijās, kurās parādās sārmainas celulozes rentgena attēls. Šīs koncentrācijas ir atšķirīgas dažādiem celulozes materiāliem: kokvilnai 18% (pie 25°C), rāmijai 14-15%, sulfīta masai 9,5-10%. Celulozes mijiedarbība ar koncentrētiem šķīdumiem N AOH plaši izmanto tekstilrūpniecībā, mākslīgo šķiedru un celulozes ēteru ražošanā.

Celulozes mijiedarbība ar citiem sārmu metālu hidroksīdiem notiek līdzīgi kā reakcija ar kaustisko sodu. Sārmainās celulozes rentgenogramma parādās, ja dabiskos celulozes preparātus pakļauj aptuveni ekvimolāriem (3,5-4,0 mol/l) sārmu metālu hidroksīdu šķīdumiem. Spēcīgas organiskās bāzes - daži tetraalkil(aril)amonija hidroksīdi, acīmredzot veido molekulārus savienojumus ar celulozi.

Īpašu vietu celulozes reakciju virknē ar bāzēm ieņem tās mijiedarbība ar varaamīna hidrātu [ Cu (NH 3) 4] (OH) 2 , kā arī ar vairākiem citiem kompleksiem vara, niķeļa, kadmija, cinka savienojumiem - kuprietilēndiamīna [ Cu (en) 2] (OH) 2 (en - etilēndiamīna molekula), nioksāns [ Ni (NH 3 ) 6 ] (OH) 2 , nioksēns [ Ni (en ) 3 ] (OH) 2 , kadoksēns [ Cd (en ) 3 ] (OH ) 2 un citi. Celuloze šajos produktos izšķīst. Celulozes izgulsnēšana no vara-amonjaka šķīduma tiek veikta ūdens, sārmu vai skābes šķīdumu iedarbībā.

Oksidētāju iedarbībā notiek daļēja celulozes oksidēšana - tehnoloģijā veiksmīgi izmantots process (celulozes un kokvilnas audumu balināšana, sārmainās celulozes priekšnogatavināšana). Celulozes oksidēšana ir blakus process celulozes attīrīšanā, vara-amonjaka vērpšanas šķīduma pagatavošanā un no celulozes materiāliem izgatavotu izstrādājumu darbībā. Celulozes daļējas oksidācijas produktus sauc par hidroksicelulozēm. Atkarībā no oksidētāja veida celulozes oksidēšana var būt selektīva vai neselektīva. Pie selektīvākajiem oksidētājiem pieder jodskābe un tās sāļi, kas oksidē celulozes elementārās vienības glikolu grupu ar pirāna gredzena pārrāvumu (veidojas celulozes dialdehīds) (sk. att.). Jodskābes un perjodātu iedarbībā tiek oksidēts arī neliels skaits primāro hidroksilgrupu (par karboksilgrupu vai aldehīdu). Celuloze tiek oksidēta līdzīgā veidā svina tetraacetāta iedarbībā organiskos šķīdinātājos (etiķskābē, hloroformā).

Noturības pret skābēm ziņā dialdehīda celuloze maz atšķiras no sākotnējās celulozes, taču ir daudz mazāk izturīga pret sārmiem un pat ūdeni, kas rodas pusacetālas saites hidrolīzes rezultātā sārmainā vidē. Aldehīdu grupu oksidēšana karboksilgrupās, iedarbojoties nātrija hlorītam (veidojas dikarboksiceluloze), kā arī to reducēšana par hidroksilgrupām (veidojas t.s."disspirt" - celuloze) stabilizē oksidēto celulozi, iedarbojoties uz sārmainiem reaģentiem. Celulozes dialdehīda nitrātu un acetātu šķīdība pat ar zemu oksidācijas pakāpi (γ = 6-10) ir ievērojami zemāka par attiecīgo celulozes ēteru šķīdību, acīmredzot tāpēc, ka esterifikācijas laikā veidojas starpmolekulārās pusacetālas saites. Slāpekļa dioksīda iedarbībā uz celulozi primārās hidroksilgrupas pārsvarā tiek oksidētas par karboksilgrupām (veidojas monokarboksiceluloze) (sk. att.). Reakcija notiek pēc radikālas mehānisma ar starpproduktu celulozes nitrīta esteru veidošanos un sekojošām šo esteru oksidatīvām transformācijām. Līdz 15% no kopējā karboksilgrupu satura ir nonuroniskas (COOH grupas veidojas pie otrā un trešā oglekļa atoma). Tajā pašā laikā šo atomu hidroksilgrupas tiek oksidētas līdz keto grupām (līdz 15-20% no kopējā oksidēto hidroksilgrupu skaita). Acīmredzot keto grupu veidošanās ir iemesls ārkārtīgi zemajai monokarboksicelulozes izturībai pret sārmu un pat ūdens iedarbību paaugstinātā temperatūrā.

Ja COOH grupu saturs ir 10-13%, monokarboksilceluloze izšķīst atšķaidītā šķīdumā NaOH amonjaka, piridīna šķīdumi ar atbilstošu sāļu veidošanos. Tā acetilēšana notiek lēnāk nekā celuloze; acetāti pilnībā nešķīst metilēnhlorīdā. Monokarboksicelulozes nitrāti nešķīst acetonā pat pie slāpekļa satura līdz 13,5%. Šīs monokarboksicelulozes esteru īpašību pazīmes ir saistītas ar starpmolekulāro ētera saišu veidošanos karboksilgrupu un hidroksilgrupu mijiedarbības laikā. Monokarboksiceluloze tiek izmantota kā hemostatisks līdzeklis, kā katjonu apmaiņas līdzeklis bioloģiskai aktīvās vielas(hormoni). Kombinējot celulozes oksidēšanu ar perjodātu un pēc tam ar hlorītu un slāpekļa dioksīdu, tika sintezēti tā sauktās trikarboksilcelulozes preparāti, kas satur līdz 50,8% COOH grupu.

Celulozes oksidēšanās virziens neselektīvu oksidētāju (hlora dioksīda, hipohlorskābes sāļu, ūdeņraža peroksīda, skābekļa sārmainā vidē) iedarbībā lielā mērā ir atkarīgs no vides rakstura. Skābā un neitrālā vidē hipohlorīta un ūdeņraža peroksīda iedarbībā veidojas reducējoša tipa produkti, acīmredzot primāro hidroksilgrupu oksidēšanās rezultātā par aldehīdu un vienu no sekundārajām OH grupām par keto grupu (ūdeņraža peroksīdu). oksidē arī glikola grupas ar pārtraukumu pirāna gredzenā ). Oksidējot ar hipohlorītu sārmainā vidē, aldehīdu grupas pakāpeniski pārvēršas karboksilgrupās, kā rezultātā oksidācijas produktam ir skābs raksturs. Hipohlorīta apstrāde ir viena no visbiežāk izmantotajām celulozes balināšanas metodēm. Lai iegūtu augstas kvalitātes mīkstumu ar augstu baltuma pakāpi, skābā vai sārmainā vidē to balina ar hlora dioksīdu vai hlorītu. Šajā gadījumā lignīns tiek oksidēts, krāsvielas tiek iznīcinātas, un aldehīdu grupas celulozes makromolekulā tiek oksidētas par karboksilgrupām; hidroksilgrupas nav oksidētas. Oksidēšana ar atmosfēras skābekli sārmainā vidē, kas notiek pēc radikāla mehānisma un kopā ar ievērojamu celulozes iznīcināšanu, izraisa karbonilgrupu un karboksilgrupu uzkrāšanos makromolekulā (sārmainās celulozes priekšlaicīga).

Hidroksilgrupu klātbūtne celulozes makromolekulas elementārvienībā ļauj pāriet uz tādām svarīgas nodarbības celulozes atvasinājumi kā ēteri un esteri. Šos savienojumus savu vērtīgo īpašību dēļ izmanto dažādās tehnoloģiju nozarēs - šķiedru un plēvju (acetāti, celulozes nitrāti), plastmasu (acetāti, nitrāti, etil, benzilēteri), laku un elektroizolācijas pārklājumu ražošanā, kā suspensiju. stabilizatori un biezinātāji naftas un tekstilrūpniecībā.rūpniecība (mazaizvietotā karboksimetilceluloze).

Celulozes šķiedras (dabīgās un mākslīgās) ir pilnvērtīgs tekstilmateriāls ar vērtīgu īpašību kompleksu (augsta izturība un higroskopiskums, laba krāsojamība. Celulozes šķiedru trūkumi ir uzliesmojamība, nepietiekami augsta elastība, viegla iznīcināšana mikroorganismu iedarbībā uc Tendence uz celulozes materiālu virzītām izmaiņām (modifikācijas) ir izraisījusi virkni jaunu celulozes atvasinājumu un dažos gadījumos jaunu celulozes atvasinājumu klašu rašanos.

Jaunu celulozes atvasinājumu īpašību modificēšana un sintēze tiek veikta, izmantojot divas metožu grupas:

1) elementārās vienības hidroksilgrupu esterifikācija, O-alkilēšana vai pārvēršana citās funkcionālās grupās (oksidēšana, nukleofīlā aizvietošana, izmantojot noteiktus celulozes ēterus - nitrātus, ēterus ar n -toluolskābe un metānsulfonskābe);

2) potzaru kopolimerizācija jeb celulozes mijiedarbība ar polifunkcionāliem savienojumiem (celulozes pārvēršana attiecīgi sazarotā vai šķērssaistītā polimērā).

Viens no visvairāk izplatītas metodes dažādu celulozes atvasinājumu sintēze ir nukleofīlā aizstāšana. Šajā gadījumā izejmateriāli ir celulozes ēteri ar dažiem stipras skābes(toluol- un metānsulfonskābes, slāpekļskābes un fenilfosforskābes), kā arī celulozes halogenodeoksi atvasinājumi. Celulozes atvasinājumi, kuros hidroksilgrupas aizstātas ar halogēniem (hlors, fluors, jods), rodāna, nitrila un citām grupām, ir sintezēti, izmantojot nukleofilās aizvietošanas reakciju; Ir sintezēti deoksicelulozes preparāti, kas satur heterociklus (piridīnu un piperidīnu), celulozes ēteri ar fenoliem un naftoliem, virkni celulozes esteru (ar augstākām karbonskābēm,α - aminoskābes , nepiesātinātās skābes). Nukleofīlās aizvietošanas intramolekulārā reakcija (celulozes tozilesteru pārziepjošana) noved pie jauktu polisaharīdu veidošanās, kas satur 2, 3- un 3, 6-anhidrociklus.

Celulozes potzaru kopolimēru sintēzei ir vislielākā praktiskā nozīme celulozes materiālu ar jaunām tehniski vērtīgām īpašībām radīšanā. Visizplatītākās celulozes potzaru kopolimēru sintēzes metodes ietver ķēdes pārneses reakciju uz celulozi, starojuma ķīmisko kopolimerizāciju un redokssistēmu izmantošanu, kurās celuloze spēlē reducētāja lomu. Pēdējā gadījumā makroradikāla veidošanās var notikt gan celulozes hidroksilgrupu (oksidēšana ar cērija sāļiem), gan makromolekulā īpaši ievadīto funkcionālo grupu - aldehīda, aminogrupu (oksidēšana ar vanādija sāļiem) oksidēšanās dēļ. , mangāns), vai diazo savienojuma sadalīšanās, kas veidojas celulozes aromātiskajās aminogrupās ievadīto diazotizācijas laikā. Celulozes potzaru kopolimēru sintēzi dažos gadījumos var veikt, neveidojot homopolimēru, kas samazina monomēra patēriņu. gadā ražoti celulozes potzaru kopolimēri normāli apstākļi kopolimerizācija, sastāv no sākotnējās celulozes (vai tās estera, uz kuras tiek veikta potēšana) un potētā kopolimēra (40-60%) maisījuma. Potētu ķēžu polimerizācijas pakāpe mainās atkarībā no iniciācijas metodes un potētā komponenta rakstura no 300 līdz 28 000.

Īpašību izmaiņas potēšanas kopolimerizācijas rezultātā nosaka potētā monomēra raksturs. Stirola, akrilamīda, akrilnitrila potēšana palielina kokvilnas šķiedras sausuma izturību. Polistirola, polimetilmetakrilāta un polibutilakrilāta potēšana ļauj iegūt hidrofobus materiālus. Celulozes potētie kopolimēri ar elastīgas ķēdes polimēriem (polimetilakrilāts) ar pietiekami augstu potētās sastāvdaļas saturu ir termoplastiski. Celulozes potēšanas kopolimērus ar polielektrolītiem (poliakrilskābi, polimetilvinilpiridīnu) var izmantot kā jonu apmaiņas audumus, šķiedras, plēves.

Viens no celulozes šķiedru trūkumiem ir zemā elastība un līdz ar to slikta izstrādājumu formas saglabāšana un pastiprināta krokošanās. Šī trūkuma novēršana tiek panākta, veidojot starpmolekulāras saites, audus apstrādājot ar polifunkcionāliem savienojumiem (dimetilola urīnviela, dimetilola cikloetilēna urīnviela, trimetilola melamīns, dimetilola triazons, dažādi diepoksīdi, acetāli), kas reaģē ar celulozes OH grupām. Līdz ar ķīmisko saišu veidošanos starp celulozes makromolekulām notiek šķērssaistīšanas aģenta polimerizācija, veidojot lineārus un telpiskus polimērus. Audumus no celulozes šķiedrām piesūcina ar šķīdumu, kas satur šķērssaistīšanas līdzekli un katalizatoru, izspiež, žāvē zemā temperatūrā un pakļauj termiskai apstrādei 120-160° 3-5 minūtes. Apstrādājot celulozi ar polifunkcionāliem šķērssaistīšanas reaģentiem, process notiek galvenokārt šķiedras amorfajos apgabalos. Lai panāktu tādu pašu krocīšanās noturības efektu, viskozes šķiedru apstrādē šķērssaistītāja patēriņam jābūt ievērojami lielākam nekā kokvilnas šķiedras apstrādē, kas acīmredzot ir saistīts ar augstāku pēdējās kristāliskuma pakāpi.

Celulozes ķīmiskās īpašības.

1. No Ikdiena Ir zināms, ka celuloze labi sadedzina.

2. Sildot koksni bez gaisa piekļuves, notiek celulozes termiskā sadalīšanās. Tas rada gaistošas ​​organiskas vielas, ūdeni un kokogles.

3. Starp koksnes organiskajiem sadalīšanās produktiem ir metilspirts, etiķskābe, acetons.

4. Celulozes makromolekulas sastāv no vienībām, kas ir līdzīgas tām, kas veido cieti, tā tiek hidrolizēta, un tās hidrolīzes produkts, tāpat kā ciete, būs glikoze.

5. Ja sasmalcina gabalus porcelāna javā filtrpapīrs(celuloze), kas samitrināta ar koncentrētu sērskābi, un iegūto vircu atšķaida ar ūdeni, kā arī neitralizē skābi ar sārmu un, tāpat kā cietes gadījumā, pārbauda šķīduma reakciju ar vara (II) hidroksīdu, pēc tam parādās būs redzams vara (I) oksīds. Tas ir, eksperimentā notika celulozes hidrolīze. Hidrolīzes process, tāpat kā cietes process, notiek pakāpeniski, līdz veidojas glikoze.

6. Celulozes kopējo hidrolīzi var izteikt ar tādu pašu vienādojumu kā cietes hidrolīzi: (C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O \u003d nC 6 H 12 O 6.

7. Celulozes (C 6 H 10 O 5) n struktūras vienības satur hidroksilgrupas.

8. Pateicoties šīm grupām, celuloze var dot ēterus un esterus.

9. Liela nozīme ir celulozes slāpekļskābes esteriem.

Celulozes slāpekļskābes esteru īpašības.

1. Tos iegūst, apstrādājot celulozi ar slāpekļskābi sērskābes klātbūtnē.

2. Atkarībā no slāpekļskābes koncentrācijas un citiem apstākļiem esterifikācijas reakcijā nonāk viena, divas vai visas trīs katras celulozes molekulas vienības hidroksilgrupas, piemēram: n + 3nHNO 3 → n + 3n H 2 O.

Celulozes nitrātu kopīga īpašība ir to ārkārtējā uzliesmojamība.

Celulozes trinitrāts, ko sauc par piroksilīnu, ir ļoti sprādzienbīstama viela. To izmanto bezdūmu pulvera ražošanai.

Ļoti svarīgi ir arī celulozes acetāts un celulozes triacetāts. Celulozes diacetāts un triacetāts izskats līdzīgi kā celuloze.

Celulozes izmantošana.

1. Pateicoties tā mehāniskajai izturībai koksnes sastāvā, to izmanto celtniecībā.

2. No tā tiek izgatavoti dažādi galdniecības izstrādājumi.

3. Šķiedrmateriālu veidā (kokvilna, lins) to izmanto diegu, audumu, virvju ražošanai.

4. Papīra ražošanai izmanto no koksnes izolētu celulozi (attīrītu no radniecīgām vielām).

70.Acetāta šķiedras iegūšana

Acetāta šķiedras raksturīgās iezīmes.

1. Kopš seniem laikiem cilvēki ir plaši izmantojuši dabiskos šķiedru materiālus apģērbu un dažādu sadzīves preču ražošanai.

2. Daži no šiem materiāliem ir augu izcelsmes un sastāv no celulozes, piemēram, lina, kokvilnas, citi ir dzīvnieku izcelsmes, sastāv no olbaltumvielām - vilnas, zīda.

3. Pieaugot iedzīvotāju vajadzībām un attīstoties tehnoloģijām audos, sāka rasties šķiedru materiālu trūkums. Bija nepieciešams mākslīgi iegūt šķiedras.

Tā kā tiem ir raksturīgs sakārtots ķēdes makromolekulu izvietojums, kas orientēts pa šķiedras asi, radās ideja pārveidot nesakārtotas struktūras dabisko polimēru ar vienu vai otru apstrādi materiālā ar sakārtotu molekulu izvietojumu.

4. Kā sākotnējo dabisko polimēru mākslīgo šķiedru ražošanai ņem no koka izolētu celulozi vai kokvilnas pūkas, kas paliek uz kokvilnas sēklām pēc šķiedru noņemšanas.

5. Lai lineārās polimēra molekulas sakārtotu pa izveidotās šķiedras asi, nepieciešams tās vienu no otras atdalīt, padarīt mobilas, kustīgas.

To var panākt, izkausējot polimēru vai izšķīdinot to.

Celulozi nav iespējams izkausēt: sildot, tā tiek iznīcināta.

6. Celuloze ir jāapstrādā ar etiķskābes anhidrīdu sērskābes klātbūtnē (etiķskābes anhidrīds ir spēcīgāks esterifikācijas līdzeklis nekā etiķskābe).

7. Esterifikācijas produktu - celulozes triacetātu - izšķīdina dihlormetāna CH 2 Cl 2 un etilspirta maisījumā.

8. Izveidojas viskozs šķīdums, kurā polimēra molekulas jau var kustēties un ieņemt vienu vai otru vēlamo secību.

9. Lai iegūtu šķiedras, polimēra šķīdums tiek izspiests caur spinnerets - metāla vāciņiem ar daudzām atverēm.

Plānas šķīduma strūklas nolaižas apmēram 3 m augstā vertikālā šahtā, caur kuru iet uzsildīts gaiss.

10. Siltuma iedarbībā šķīdinātājs iztvaiko, un celulozes triacetāts veido plānas garas šķiedras, kuras pēc tam tiek savītas pavedienos un tiek tālākai apstrādei.

11. Izejot cauri spinera caurumiem, makromolekulas, tāpat kā baļķi, pludinot pa šauru upi, sāk sarindoties gar šķīduma strūklu.

12. Turpmākās apstrādes procesā makromolekulu izkārtojums tajās kļūst vēl sakārtotāks.

Tas rada augstu šķiedru un to veidoto pavedienu izturību.

Zemāk ir diagramma celulozes hidrolīze

Papīra saņemšana

tīra celuloze

Kas, jūsuprāt, ir iekļauts papīra kompozīcija?! Faktiski šis ir materiāls, kas ir ļoti plāni savītas šķiedras. celuloze. Dažas no šīm šķiedrām ir savienotas ar ūdeņraža saiti (saite, kas veidojas starp grupām, ir OH - hidroksilgrupa). Papīra ražošanas metode 2. gadsimtā pirms mūsu ēras bija zināms jau g senā Ķīna. Tajā laikā papīrs tika izgatavots no bambusa vai kokvilnas. Vēlāk - mūsu ēras 9. gadsimtā šis noslēpums nonāca Eiropā. Priekš papīra saņemšana jau viduslaikos tika izmantoti lina vai kokvilnas audumi.

Bet tikai 18. gadsimtā viņi atrada ērtāko veidu papīra saņemšana- no koka. Un tādu papīru, kādu izmantojam tagad, sāka ražot tikai 19. gadsimtā.

Galvenā izejviela, lai papīra saņemšana ir celuloze. Sausā koksnē ir aptuveni 40% šīs masas. Pārējā koka daļa ir dažādi polimēri, kas sastāv no dažāda veida cukuriem, tostarp fruktozes, sarežģītas vielas- fenola spirti, dažādi tanīni, magnija, nātrija un kālija sāļi, ēteriskās eļļas.

Celulozes ražošana

Celulozes ražošana kas saistīti ar koksnes mehānisko apstrādi un pēc tam veicot ķīmiskās reakcijas ar zāģu skaidām. Skujkoku koki tiek sasmalcināti līdz mazām zāģu skaidām. Šīs zāģu skaidas ievieto verdošā šķīdumā, kas satur NaHSO 4 (nātrija hidrosulfīds) un SO 2 (sēra gāze). Vārīšana tiek veikta plkst augstspiediena(0,5 MPa) un ilgu laiku (apmēram 12 stundas). Šajā gadījumā šķīdumā notiek ķīmiska reakcija, kuras rezultātā tiek iegūta viela hemiceluloze un būtība lignīns (lignīns- tā ir viela, kas ir aromātisko ogļūdeņražu maisījums vai koka aromātiskā daļa), kā arī galvenais reakcijas produkts - tīra celuloze, kas izgulsnējas traukā, kurā notiek ķīmiskā reakcija. Turklāt, savukārt, lignīns mijiedarbojas ar sēra dioksīdu šķīdumā, kā rezultātā rodas etilspirts, vanilīns, dažādi tanīni un pārtikas raugs.

Tālākais process celulozes ražošana saistīta ar nogulumu slīpēšanu ar ruļļu palīdzību, kā rezultātā veidojas celulozes daļiņas apmēram 1 mm. Un, kad šādas daļiņas nonāk ūdenī, tās uzreiz uzbriest un veidojas papīrs. Šajā posmā papīrs vēl neizskatās pēc sevis un izskatās kā celulozes šķiedru suspensija ūdenī.

Nākamajā posmā papīram tiek piešķirtas galvenās īpašības: blīvums, krāsa, izturība, porainība, gludums, kam māls, titāna oksīds, bārija oksīds, krīts, talks un papildu vielas, kas saistās. celulozes šķiedras. Tālāk celulozes šķiedras apstrādāts ar īpašu līmi uz sveķu un kolofonija bāzes. Tās sastāvā ietilpst sveķi. Ja šai līmei pievieno kālija alaunu, notiek ķīmiska reakcija un veidojas alumīnija sveķu nogulsnes. Šī viela spēj aptvert celulozes šķiedras, kas tām piešķir mitruma izturību un izturību. Iegūto masu vienmērīgi uzklāj uz kustīgā sieta, kur to nospiež un nosusina. Šeit ir veidošanās papīra tīkls. Lai papīrs būtu gludāks un spīdīgāks, to vispirms izlaiž starp metālu un tad starp bieziem papīra ruļļiem (tiek veikta kalandrēšana), pēc tam papīru ar speciālām šķērēm sagriež loksnēs.

Kā jūs domājat, Kāpēc papīrs laika gaitā kļūst dzeltens?!?

Izrādās, ka celulozes molekulas, kas tika izolētas no koka, sastāv no liela skaita C 6 H 10 O 5 tipa struktūrvienību, kuras ūdeņraža atomu jonu ietekmē uz noteiktu laiku zaudē saites savā starpā. , kas noved pie kopējās ķēdes pārkāpuma. Šī procesa laikā papīrs kļūst trausls un zaudē sākotnējo krāsu. Joprojām turpinās, kā saka papīra paskābināšana . Lai atjaunotu brūkošo papīru, tiek izmantots kalcija bikarbonāts Ca (HCO 3) 2), kas ļauj īslaicīgi samazināt skābumu.

Ir vēl viena - progresīvāka metode, kas saistīta ar vielas dietilcinka Zn (C 2 H 5) 2 izmantošanu. Bet šī viela var spontāni aizdegties gaisā un pat ūdens tuvumā!

Celulozes uzklāšana

Papildus tam, ka celuloze tiek izmantota papīra ražošanai, viņi izmanto arī tā ļoti noderīgo īpašību. esterifikācija ar dažādām neorganiskām un organiskām skābēm. Šādu reakciju gaitā veidojas esteri, kas ir atraduši pielietojumu rūpniecībā. Pašas ķīmiskās reakcijas laikā saites, kas saista celulozes molekulas fragmentus, nepārtrūkst, bet tiek iegūta jauna. ķīmiskais savienojums ar ētera grupu -COOR-. Viens no svarīgākajiem reakcijas produktiem ir celulozes acetāts, kas veidojas etiķskābes (vai tās atvasinājumu, piemēram, acetaldehīda) un celulozes mijiedarbībā. Šo ķīmisko savienojumu plaši izmanto sintētisko šķiedru, piemēram, acetāta šķiedras, ražošanai.

Cits noderīgs produkts - celulozes trinitrāts. Tas veidojas, kad celulozes nitrēšana skābju maisījums: koncentrēts sērskābe un slāpekļskābe. Celulozes trinitrātu plaši izmanto bezdūmu pulvera (piroksilīna) ražošanā. Ir vairāk celulozes dinitrāts, ko izmanto noteiktu veidu plastmasas izgatavošanai un

5. Ja porcelāna javā samaļ ar koncentrētu sērskābi samitrinātus filtrpapīra (celulozes) gabalus un iegūto vircu atšķaida ar ūdeni, kā arī neitralizē skābi ar sārmu un, tāpat kā cietes gadījumā, pārbauda šķīduma reakciju. ar vara (II) hidroksīdu, tad būs redzams vara (I) oksīda izskats. Tas ir, eksperimentā notika celulozes hidrolīze. Hidrolīzes process, tāpat kā cietes process, notiek pakāpeniski, līdz veidojas glikoze.

2. Atkarībā no slāpekļskābes koncentrācijas un citiem apstākļiem esterifikācijas reakcijā iesaistās viena, divas vai visas trīs katras celulozes molekulas vienības hidroksilgrupas, piemēram: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.

Celulozes izmantošana.

Acetāta šķiedras iegūšana

68. Celuloze, tās fizikālās īpašības

Meklēšana dabā. fizikālās īpašības.

1. Celuloze jeb šķiedra ir daļa no augiem, veidojot tajos šūnu membrānas.

2. No šejienes cēlies tās nosaukums (no latīņu valodas “cellula” — šūna).

3. Celuloze dod augiem nepieciešamo spēku un elastību un it kā ir to skelets.

4. Kokvilnas šķiedras satur līdz 98% celulozes.

5. Arī linu un kaņepju šķiedras lielākoties ir celuloze; koksnē tas ir aptuveni 50%.

6. Papīrs, kokvilnas audumi ir celulozes izstrādājumi.

7. Īpaši tīri celulozes paraugi ir no attīrītas kokvilnas iegūta vate un filtrpapīrs (nelīmēts).

8. No dabīgiem materiāliem izolēta celuloze ir cieta šķiedraina viela, kas nešķīst ne ūdenī, ne parastos organiskos šķīdinātājos.

Celulozes struktūra:

1) celuloze, tāpat kā ciete, ir dabisks polimērs;

2) šīm vielām ir pat vienāda sastāva struktūrvienības - glikozes molekulu atliekas, viena un tā pati molekulārā formula (C6H10O5) n;

3) n vērtība celulozei parasti ir lielāka nekā cietei: tās vidējā molekulmasa sasniedz vairākus miljonus;

4) galvenā atšķirība starp cieti un celulozi ir to molekulu struktūrā.

Celulozes atrašana dabā.

1. Dabiskajās šķiedrās celulozes makromolekulas atrodas vienā virzienā: tās ir orientētas pa šķiedras asi.

2. Daudzas ūdeņraža saites, kas šajā gadījumā rodas starp makromolekulu hidroksilgrupām, nosaka šo šķiedru augsto izturību.

Kādas ir celulozes ķīmiskās un fizikālās īpašības

Kokvilnas, lina u.c. vērpšanas procesā šīs elementārās šķiedras tiek ieaustas garākos pavedienos.

4. Tas izskaidrojams ar to, ka tajā esošās makromolekulas, lai arī tām ir lineāra struktūra, tās atrodas nejaušāk, nevis orientētas vienā virzienā.

Cietes un celulozes makromolekulu uzbūve no dažādām glikozes cikliskām formām būtiski ietekmē to īpašības:

1) ciete ir svarīgs cilvēku pārtikas produkts, celulozi šim nolūkam izmantot nevar;

2) iemesls ir tas, ka enzīmi, kas veicina cietes hidrolīzi, neiedarbojas uz saitēm starp celulozes atlikumiem.

69. Celulozes ķīmiskās īpašības un pielietojums

1. No ikdienas ir zināms, ka celuloze labi deg.

2. Sildot koksni bez gaisa piekļuves, notiek celulozes termiskā sadalīšanās. Tas rada gaistošas ​​organiskas vielas, ūdeni un kokogles.

3. Starp koksnes organiskajiem sadalīšanās produktiem ir metilspirts, etiķskābe, acetons.

4. Celulozes makromolekulas sastāv no vienībām, kas ir līdzīgas tām, kas veido cieti, tā tiek hidrolizēta, un tās hidrolīzes produkts, tāpat kā ciete, būs glikoze.

5. Ja porcelāna javā samaļ ar koncentrētu sērskābi samitrinātus filtrpapīra (celulozes) gabalus un iegūto vircu atšķaida ar ūdeni, kā arī neitralizē skābi ar sārmu un, tāpat kā cietes gadījumā, pārbauda šķīduma reakciju. ar vara (II) hidroksīdu, tad būs redzams vara (I) oksīda izskats.

69. Celulozes ķīmiskās īpašības un pielietojums

Tas ir, eksperimentā notika celulozes hidrolīze. Hidrolīzes process, tāpat kā cietes process, notiek pakāpeniski, līdz veidojas glikoze.

6. Celulozes kopējo hidrolīzi var izteikt ar tādu pašu vienādojumu kā cietes hidrolīzi: (C6H10O5) n + nH2O = nC6H12O6.

7. Celulozes (C6H10O5) n struktūras vienības satur hidroksilgrupas.

8. Pateicoties šīm grupām, celuloze var dot ēterus un esterus.

9. Liela nozīme satur celulozes nitrātu esteri.

Celulozes slāpekļskābes esteru īpašības.

1. Tos iegūst, apstrādājot celulozi ar slāpekļskābi sērskābes klātbūtnē.

2. Atkarībā no slāpekļskābes koncentrācijas un citiem apstākļiem esterifikācijas reakcijā nonāk viena, divas vai visas trīs katras celulozes molekulas vienības hidroksilgrupas, piemēram: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.

Celulozes nitrātu kopīga īpašība ir to ārkārtējā uzliesmojamība.

Celulozes trinitrāts, ko sauc par piroksilīnu, ir ļoti sprādzienbīstama viela. To izmanto bezdūmu pulvera ražošanai.

Ļoti svarīgi ir arī celulozes acetāts un celulozes triacetāts. Celulozes diacetāts un triacetāts pēc izskata ir līdzīgi celulozei.

Celulozes izmantošana.

1. Pateicoties tā mehāniskajai izturībai koksnes sastāvā, to izmanto celtniecībā.

2. No tā tiek izgatavoti dažādi galdniecības izstrādājumi.

3. Šķiedrmateriālu veidā (kokvilna, lins) to izmanto diegu, audumu, virvju ražošanai.

4. Papīra ražošanai izmanto no koksnes izolētu celulozi (attīrītu no radniecīgām vielām).

O.A. Noskova, M.S. Fedosejevs

Koksnes ķīmija

un sintētiskie polimēri

2. DAĻA

Apstiprināts

Universitātes redakcijas un izdevējdarbības padome

kā lekciju piezīmes

izdevniecība

Permas Valsts tehniskā universitāte

Recenzenti:

cand. tech. Zinātnes D.R. Nagimovs

(CJSC "Karbokam");

cand. tech. zinātnes, prof. F.H. Hakimova

(Permas Valsts tehniskā universitāte)

Noskova, O.A.

H84 Koksnes un sintētisko polimēru ķīmija: lekciju konspekti: 2 stundās / O.A. Noskova, M.S. Fedosejevs. - Perma: Permas izdevniecība. Valsts tech. un-ta, 2007. - 2. daļa. - 53 lpp.

ISBN 978-5-88151-795-3

Sniegta informācija par koksnes galveno sastāvdaļu (celulozes, hemicelulozes, lignīna un ekstraktvielu) ķīmisko struktūru un īpašībām. Tiek aplūkotas šo komponentu ķīmiskās reakcijas, kas rodas koksnes ķīmiskās apstrādes vai celulozes ķīmiskās modifikācijas laikā. Arī dots Galvenā informācija par gatavošanas procesiem.

Paredzēts specialitātes 240406 "Koksnes ķīmiskās apstrādes tehnoloģija" studentiem.

UDC 630*813. + 541,6 + 547 458,8

ISBN 978-5-88151-795-3 © GOU VPO

"Permas štats

Tehniskā universitāte", 2007

Ievads

Koksnes ķīmija ir tehniskās ķīmijas nozare, kas pēta koksnes ķīmisko sastāvu; atmirušos koksnes audus veidojošo vielu veidošanās ķīmija, struktūra un ķīmiskās īpašības; šo vielu izdalīšanas un analīzes metodes, kā arī dabisko un tehnoloģiskie procesi koksnes un tās atsevišķu sastāvdaļu apstrāde.

2002. gadā publicētajā lekcijas konspektu "Koksnes un sintētisko polimēru ķīmija" pirmajā daļā aplūkoti jautājumi, kas saistīti ar koksnes anatomiju, šūnu membrānas uzbūvi, ķīmiskais sastāvs koksne, koksnes fizikālās un fizikāli ķīmiskās īpašības.

Lekciju konspektu otrajā daļā "Koksnes un sintētisko polimēru ķīmija" tiek aplūkoti jautājumi, kas saistīti ar koksnes galveno sastāvdaļu (celulozes, hemicelulozes, lignīna) ķīmisko struktūru un īpašībām.

Lekciju konspekti sniedz vispārīgu informāciju par gatavošanas procesiem, t.i. par tehniskās celulozes ražošanu, ko izmanto papīra un kartona ražošanā. Rezultātā ķīmiskās pārvērtības tehnisko celulozi iegūst no tās atvasinājumiem - ēteriem un esteriem, no kuriem ražo mākslīgās šķiedras (viskozi, acetātu), plēves (plēves, foto, iepakojuma plēves), plastmasu, lakas, līmvielas. Šajā kopsavilkuma daļā īsi apskatīta arī atrasto celulozes ēteru sagatavošana un īpašības. plašs pielietojums rūpniecībā.

Celulozes ķīmija

Celulozes ķīmiskā struktūra

Celuloze ir viens no svarīgākajiem dabiskajiem polimēriem. Tā ir galvenā augu audu sastāvdaļa. Dabiskā celuloze lielos daudzumos ir atrodama kokvilnas, linu un citos šķiedrainos augos, no kuriem iegūst dabiskās tekstilcelulozes šķiedras. Kokvilnas šķiedras ir gandrīz tīra celuloze (95-99%). Nozīmīgāks celulozes (tehniskās celulozes) rūpnieciskās ražošanas avots ir koksnes augi. Dažādu koku sugu koksnē masas daļa celuloze ir vidēji 40-50%.

Celuloze ir polisaharīds, kura makromolekulas ir veidotas no atliekām D-glikoze (saites β -D-anhidroglikopiranoze), kas savienota ar β-glikozīdu saitēm 1–4:

Celuloze ir lineārs homopolimērs (homopolisaharīds), kas pieder pie heteroķēžu polimēriem (poliacetāļiem). Tas ir stereoregulārs polimērs, kura ķēdē kā stereoatkārtojas saite kalpo celobiozes atlikums. Kopējo celulozes formulu var attēlot kā (C6H10O5) P vai [C6H7O2(OH)3] P. Katra monomēra vienība satur trīs spirta hidroksilgrupas, no kurām viena ir primārā -CH2OH, bet divas (pie C2 un C3) ir sekundāras -CHOH-.

Gala saites atšķiras no pārējiem ķēdes posmiem. Vienai termināla saitei (nosacīti pa labi - nereducējošai) ir papildu brīva sekundārā spirta hidroksilgrupa (pie C4). Otra gala saite (nosacīti pa kreisi – reducējoša) satur brīvu glikozīdu (pusacetālu) hidroksilu (C1 ) un tāpēc var pastāvēt divās tautomērās formās - cikliskā (koluacetāls) un atvērtā (aldehīds):

Terminālā aldehīda grupa nodrošina celulozes reducēšanas (atjaunošanas) spēju. Piemēram, celuloze var atjaunot varu no Cu2+ uz Cu+:

Atgūtā vara daudzums ( vara numurs) kalpo kā celulozes ķēžu garuma kvalitatīvs raksturlielums un parāda tā oksidatīvās un hidrolītiskās noārdīšanās pakāpi.

Dabiskajai celulozei ir augsta pakāpe polimerizācija (SP): koks - 5000-10000 un vairāk, kokvilna - 14000-20000. Izolējot no augu audiem, celuloze tiek nedaudz iznīcināta. Tehniskās koksnes celulozes SP ir aptuveni 1000–2000. Celulozes SP nosaka galvenokārt ar viskozimetrisko metodi, par šķīdinātājiem izmantojot dažas sarežģītas bāzes: vara amonjaka reaģentu (OH) 2, kuprietilēndiamīnu (OH) 2, kadmija etilēndiamīnu (kadoksēnu) (OH) 2 utt.

No augiem izdalītā celuloze vienmēr ir polidispersa; satur dažāda garuma makromolekulas. Celulozes polidispersitātes pakāpi (molekulāro neviendabīgumu) nosaka ar frakcionēšanas metodēm, t.i. celulozes parauga sadalīšana frakcijās ar noteiktu molekulmasu. Celulozes parauga īpašības (mehāniskā izturība, šķīdība) ir atkarīgas no vidējā SP un polidispersitātes pakāpes.

12345678910Nākamais ⇒

Publicēšanas datums: 2015-11-01; Lasīts: 1100 | Lapas autortiesību pārkāpums

studopedia.org — Studopedia.Org — 2014-2018. (0,002 s) ...

Polisaharīdu (homo- un heteropolisaharīdu) uzbūve, īpašības, funkcijas.

POLISAHArīdi ir augstas molekulmasas vielas polimēri), kas sastāv no liels skaits monosaharīdi. Pēc sastāva tos iedala homopolisaharīdos un heteropolisaharīdos.

Homopolisaharīdi ir polimēri, kas ir no viena veida monosaharīdiem . Piemēram, glikogēns, ciete ir veidota tikai no α-glikozes (α-D-glikopiranozes) molekulām, β-glikoze ir arī šķiedras (celulozes) monomērs.

Ciete. to rezerves polisaharīds augi. Cietes monomērs ir α-glikoze. Paliek glikoze iekšā cietes molekulas lineārās sekcijās ir savstarpēji saistītas α-1,4-glikozīds , un atzaru punktos α-1,6-glikozīdiskās saites .

Ciete ir divu homopolisaharīdu maisījums: lineārs - amiloze (10-30%) un sazarots - amilopektīns (70-90%).

Glikogēns.Šis ir galvenais rezerves polisaharīds cilvēku un dzīvnieku audi. Glikogēna molekulai ir apmēram 2 reizes vairāk sazarotās struktūras nekā cietes amilopektīnam. Glikogēna monomērs ir α-glikoze . Glikogēna molekulā glikozes atlikumi lineārajās sekcijās ir savstarpēji saistīti α-1,4-glikozīds , un atzaru punktos α-1,6-glikozīdiskās saites .

Celuloze. Tas ir visizplatītākais strukturāli augu homopolisaharīds. AT lineārs šķiedru molekulu monomēri β-glikoze savstarpēji saistīti β-1,4-glikozīdiskās saites . Šķiedra cilvēka organismā neuzsūcas, bet stingrības dēļ kairina gļotādu kuņģa-zarnu trakta, tādējādi, uzlabo peristaltiku un stimulē gremošanas sulas sekrēciju, veicina fekāliju veidošanos.

pektīna vielas- polisaharīdi, kuru monomērs ir D- galakturonskābe , kuras atlikumus savieno α-1,4-glikozīdu saites. Satur augļos un dārzeņos un tiem raksturīga želeja organisko skābju klātbūtnē, ko izmanto pārtikas rūpniecībā (želeja, marmelāde).

Heteropolisaharīdi(mukopolisaharīdi, glikozaminoglikāni) - polimēri, kas sastāv no monosaharīdiem dažāda veida . Pēc struktūras viņi pārstāv

nesazarotas ķēdes celta no atkārtotas disaharīdu atliekas , kurā jāiekļauj aminocukurs (glikozamīns vai galaktozamīns) un heksuronskābes (glikuronskābe vai iduronskābe).

Celulozes fizikālās, ķīmiskās īpašības

Tās ir želejveida vielas, pilda vairākas funkcijas, t.sk. aizsargājoši (gļotas), strukturāli, ir starpšūnu vielas pamatā.

Organismā heteropolisaharīdi nenotiek brīvā stāvoklī, bet vienmēr ir saistīti ar olbaltumvielām (glikoproteīniem un proteoglikāniem) vai lipīdiem (glikolipīdiem).

Pēc struktūras un īpašībām iedala skābā un neitrālā.

SKĀBI HETEROPOLISAHARIDI:

Savā sastāvā tiem ir heksuronisks vai sērskābe. Pārstāvji:

Hialuronskābeir galvenais starpšūnu vielas strukturālā sastāvdaļa, kas spēj saistīties ūdens ("bioloģiskais cements") . Hialuronskābes šķīdumiem ir augsta viskozitāte, tāpēc tie kalpo kā barjera mikroorganismu iekļūšanai, piedalās ūdens metabolisma regulēšanā, ir galvenā starpšūnu vielas sastāvdaļa).

Hondroitīna sulfāti ir struktūras sastāvdaļas skrimšļi, saites, cīpslas, kauli, sirds vārstuļi.

Heparīns – antikoagulants (novērš asins recēšanu), piemīt pretiekaisuma iedarbība, vairāku enzīmu aktivators.

NEITRĀLI HETEROPOLISAHARIDI: ir daļa no asins seruma glikoproteīniem, siekalu, urīna mucīniem utt., kas veidoti no aminocukuriem un sialskābēm. Neitrālie ģimenes ārsti ir daļa no daudziem. fermenti un hormoni.

SILĪKSKĀBES – neiramīnskābes savienojums ar etiķskābi vai ar aminoskābi – glicīnu, ir daļa no šūnu membrānām, bioloģiskajiem šķidrumiem. Sialskābes nosaka sistēmisku slimību diagnostikai (reimatisms, sistēmiskā sarkanā vilkēde).