Хімія целюлози
Хімія деревини – це розділ технічної хімії, що вивчає хімічний склад деревини; хімізм освіти, будови та хімічні властивості речовин, що становлять мертву деревну тканину; методи виділення та аналізу цих речовин, а також хімічну сутність природних та технологічних процесів переробки деревини та її окремих компонентів.
У першій частині конспекту лекцій «Хімія деревини та синтетичних полімерів», виданої у 2002 р., розглянуто питання щодо анатомії деревини, будови клітинної оболонки, хімічного складу деревини, фізичних та фізико-хімічних властивостей деревини.
У другій частині конспекту лекцій «Хімія деревини та синтетичних полімерів» розглянуто питання щодо хімічної будови та властивостей основних компонентів деревини (целюлози, геміцелюлоз, лігніну).
У конспекті лекцій наведено загальні відомості про варильні процеси, тобто. про отримання технічної целюлози, що використовується у виробництві паперу та картону. В результаті хімічних перетворень технічної целюлози одержують її похідні – прості та складні ефіри, з яких виробляють штучні волокна (віскозні, ацетатні), плівки (кіно-, фото-, пакувальні плівки), пластмаси, лаки, клеї. У цій частині конспекту також коротко розглянуто одержання та властивості ефірів целюлози, які знайшли широке застосування у промисловості.
Хімія целюлози
1.1. Хімічна будова целюлози
Целюлоза – один із найважливіших природних полімерів. Це основний компонент рослинних тканин. Природна целюлоза міститься у великих кількостях у бавовні, льону та інших волокнистих рослинах, з яких одержують природні текстильні целюлозні волокна. Бавовняні волокна є майже чистою целюлозою (95–99 %). Більш важливимджерелом промислового отримання целюлози (технічної целюлози) служать деревні рослини. У деревині різних порід дерев масова частка целюлози становить середньому 40–50 %.
Целюлоза – полісахарид, макромолекули якого побудовані з залишківD-глюкози (ланок β-D-ангідроглюкопіранози), з'єднаних β-глікозидними зв'язками 1-4:
Целюлоза є лінійним гомополімером (гомополі-сахарид), що відноситься до гетероцепних полімерів (поліацеталів). Це стереорегулярний полімер, в ланцюгу якого ланкою, що стереоповторюється, служить залишок целобіози. Сумарну формулу целюлози можна представити (С6Н10О5)пабо [С6Н7О2 (ОН)3]п. У кожній мономерній ланці містяться три спиртові гідроксильні групи, з яких одна первинна -СН2ОН і дві (у С2 і С3) вторинні -СНОН-.
Кінцеві ланки відрізняються від інших ланок ланцюга. Одна кінцева ланка (умовно права - нередукуюча) має додатковий вільний вторинний спиртовий гідроксил (С4). Інша кінцева ланка (умовно ліва – редукуюча) містить вільний глікозидний (напівацетальний) гідрок-сил (у С1)і, отже, може існувати у двох таутомерних формах - циклічної (цолуацетальної) і відкритої (альдегідної):
редукуюча ланка в циклічній формі
редукуюча ланка у відкритій альдегідній формі
Кінцева альдегідна група надає целюлозі редукуючу (відновлюючу) здатність. Наприклад, целюлоза може відновлювати мідь із Сu 2+ Сu + :
Кількість відновленої міді (мідне число) служить якісною характеристикою довжини ланцюгів целюлози і показує її ступінь окисної та гідролітичної деструкції.
Природна целюлоза має високий рівеньполімеризації (СП): деревна - 5000-10000 і вище, бавовняна - 14000-20000. При виділенні із рослинних тканин целюлоза дещо руйнується. Технічна деревна целюлоза має СП близько 1000-2000. СП целюлози визначають головним чином віскозиметричним методом, використовуючи в якості розчинників деякі комплексні підстави: мідноаміаковий реактив[Cu(NH3)4](ОН)2, купріетілендіамін [Cu(NH2CH2CH2NH2)2](ОН)2, кадмійетділендіамі NH2CH2CH2NH2)3] (ОН)2 та ін.
Виділена із рослин целюлоза завжди полидисперсна, тобто. містить макромолекули різної довжини. Ступінь полідисперсності целюлози (молекулярну неоднорідність) визначають методами фракціонування, тобто. поділ зразка целюлози на фракції з певною молекулярною масою. Властивості зразка целюлози (механічна міцність, розчинність) залежать від середньої СП та ступеня полідисперсності.