Šta se pravi od celuloze? Koja su hemijska i fizička svojstva celuloze. Karakteristike acetatnih vlakana
Cijeli smo život okruženi ogromnim brojem objekata - kartonske kutije, ofset papir, plastične kese, viskozna odjeća, ručnici od bambusa i još mnogo toga. Ali malo ljudi zna da se celuloza aktivno koristi u njihovoj proizvodnji. Šta je to zaista magična supstanca bez koje gotovo nijedno moderno industrijsko preduzeće ne može? U ovom članku ćemo govoriti o svojstvima celuloze, njenoj upotrebi u raznim oblastima, kao io tome od čega se dobija i šta je hemijska formula. Počnimo, možda, od početka.
Detekcija supstanci
Formulu za celulozu otkrio je francuski hemičar Anselme Payen tokom eksperimenata na razdvajanju drveta na njegove komponente. Nakon što ga je tretirao dušičnom kiselinom, naučnik je otkrio da je tokom hemijske reakcije nastala vlaknasta supstanca slična pamuku. Nakon pažljive analize dobijenog materijala, Payen je dobio hemijsku formulu celuloze - C 6 H 10 O 5. Opis procesa objavljen je 1838. godine, a supstanca je dobila svoje naučno ime 1839. godine.
Darovi prirode
Sada se pouzdano zna da gotovo svi meki dijelovi biljaka i životinja sadrže određenu količinu celuloze. Na primjer, biljkama je ova tvar potrebna za normalan rast i razvoj, tačnije za stvaranje membrana novonastalih stanica. Po sastavu spada u polisaharide.
U industriji se po pravilu prirodna celuloza vadi iz četinara i lišćara - suho drvo sadrži do 60% ove tvari, kao i preradom pamučnog otpada koji sadrži oko 90% celuloze.
Poznato je da ako se drvo zagrijava u vakuumu, odnosno bez pristupa zraku, dolazi do termičke razgradnje celuloze, što rezultira stvaranjem acetona, metil alkohola, vode, octene kiseline i drvenog uglja.
Uprkos bogatoj flori planete, više nema dovoljno šuma da proizvedu količinu hemijskih vlakana koja je potrebna za industriju – upotreba celuloze je preobimna. Stoga se sve više vadi iz slame, trske, stabljika kukuruza, bambusa i trske.
Sintetička celuloza pomoću raznih tehnološkim procesima dobija se od uglja, nafte, prirodnog gasa i škriljaca.
Od šume do radionica
Pogledajmo ekstrakciju tehničke celuloze iz drveta - ovo je složen, zanimljiv i dugotrajan proces. Prije svega, drvo se dovodi u proizvodnju, izrezuje se na velike komade i uklanja kora.
Očišćene šipke se zatim prerađuju u čips i sortiraju, nakon čega se kuhaju u lužini. Dobivena celuloza se odvaja od lužine, zatim suši, seče i pakuje za otpremu.
Hemija i fizika
Koje se hemijske i fizičke tajne kriju u svojstvima celuloze osim činjenice da je polisaharid? Prije svega, ova supstanca bijela. Lako se pali i dobro gori. Otapa se u kompleksnim jedinjenjima vode sa hidroksidima određenih metala (bakar, nikal), sa aminima, kao i u sumpornoj i ortofosfornoj kiselini, koncentrovanom rastvoru cink hlorida.
Celuloza se ne rastvara u dostupnim rastvaračima u domaćinstvu i običnoj vodi. To se događa zato što su duge niti nalik molekulima ove tvari povezane u posebne snopove i nalaze se paralelno jedna s drugom. Osim toga, cijela ova "struktura" je ojačana vodikovim vezama, zbog čega molekuli slabog otapala ili vode jednostavno ne mogu prodrijeti unutra i uništiti ovaj jak pleksus.
Najtanje niti, čija se dužina kreće od 3 do 35 milimetara, povezane u snopove - ovako možete shematski prikazati strukturu celuloze. Duga vlakna se koriste u tekstilnoj industriji, kratka vlakna se koriste u proizvodnji, na primjer, papira i kartona.
Celuloza se ne topi niti pretvara u paru, ali počinje da se razgrađuje kada se zagrije iznad 150 stepeni Celzijusa, oslobađajući jedinjenja male molekularne težine - vodonik, metan i ugljični monoksid (ugljični monoksid). Na temperaturama od 350 o C i više, celuloza postaje ugljenisana.
Promjena na bolje
Ovako hemijski simboli opisuju celulozu, čija strukturna formula jasno pokazuje dugolančani polimerni molekul koji se sastoji od ponavljajućih ostataka glukozida. Obratite pažnju na "n" koje označava veliki broj njih.
Inače, formula za celulozu, koju je izveo Anselm Payen, pretrpjela je neke promjene. Godine 1934. engleski organski hemičar, laureat Nobelova nagrada Walter Norman Haworth je proučavao svojstva škroba, laktoze i drugih šećera, uključujući celulozu. Otkrivši sposobnost ove supstance da hidrolizira, izvršio je prilagodbe Payenovom istraživanju, a formula celuloze je dopunjena vrijednošću "n", što ukazuje na prisustvo glikozidnih ostataka. On trenutno izgleda ovako: (C 5 H 10 O 5) n.
Eteri celuloze
Važno je da molekule celuloze sadrže hidroksilne grupe, koje se mogu alkilirati i acilirati, formirajući različite estre. Ovo je još jedno od najvažnijih svojstava celuloze. Strukturna formula različitih spojeva može izgledati ovako:
Eteri celuloze su jednostavni ili složeni. Jednostavnije su metil-, hidroksipropil-, karboksimetil-, etil-, metilhidroksipropil- i cijanoetilceluloza. Kompleksni su nitrati, sulfati i acetati celuloze, kao i acetopropionati, acetilftalilceluloza i acetobutirati. Svi ovi etri se proizvode u gotovo svim zemljama svijeta u stotinama hiljada tona godišnje.
Od fotografskog filma do paste za zube
čemu služe? U pravilu, eteri celuloze se široko koriste za proizvodnju umjetnih vlakana, raznih plastičnih masa, svih vrsta filmova (uključujući fotografske), lakova, boja, a koriste se i u vojnoj industriji za proizvodnju čvrstog raketnog goriva, bezdimni prah i eksploziva.
Osim toga, eteri celuloze su uključeni u gips i gips-cementne mješavine, boje za tkanine, paste za zube, razna ljepila, sintetičke deterdžente, parfeme i kozmetiku. Jednom riječju, da formula celuloze nije otkrivena još 1838. savremeni ljudi ne bi imao mnogo prednosti civilizacije.
Skoro blizanci
Malo njih obični ljudi zna da celuloza ima neku vrstu blizanca. Formula celuloze i škroba je identična, ali su to dvije potpuno različite tvari. u čemu je razlika? Unatoč činjenici da su obje ove tvari prirodni polimeri, stupanj polimerizacije škroba je mnogo manji od onog kod celuloze. A ako zadubite dalje i uporedite strukture ovih supstanci, vidjet ćete da su makromolekule celuloze raspoređene linearno i samo u jednom smjeru, formirajući tako vlakna, dok mikročestice škroba izgledaju nešto drugačije.
Područja primjene
Jedan od najboljih vizualnih primjera praktički čiste celuloze je obična medicinska vata. Kao što znate, dobija se od pažljivo pročišćenog pamuka.
Drugi, ništa manje korišteni proizvod od celuloze je papir. U stvari, to je tanak sloj celuloznih vlakana, pažljivo pritisnut i zalijepljen.
Osim toga, od celuloze se proizvodi viskozna tkanina koja se pod vještim rukama majstora magično pretvara u prekrasnu odjeću, presvlake za tapacirani namještaj i razne ukrasne draperije. Viskoza se također koristi za proizvodnju tehničkih kaiševa, filtera i užadi za gume.
Ne zaboravimo na celofan koji se pravi od viskoze. Teško je zamisliti supermarkete, trgovine, odjele za pakovanje pošta bez toga. Celofan je posvuda: u njega su umotane bombone, u njega se pakuju žitarice i peciva, kao i tablete, hulahopke i svaka druga oprema, od mobilni telefon i završava sa daljinskim upravljačem za TV.
Osim toga, čista mikrokristalna celuloza je uključena u tablete za mršavljenje. Kada uđu u želudac, nabubre i stvaraju osjećaj sitosti. Količina hrane koja se konzumira dnevno značajno se smanjuje, a samim tim i težina pada.
Kao što vidite, otkriće celuloze napravilo je pravu revoluciju ne samo u hemijskoj industriji, već i u medicini.
Celuloza je prirodni polimer glukoze (odnosno ostataka beta-glukoze) biljnog porijekla s linearnom molekularnom strukturom. Celuloza se naziva i vlaknima na drugi način. Ovaj polimer sadrži više od pedeset posto ugljika koji se nalazi u biljkama. Celuloza zauzima prvo mjesto među organskim spojevima na našoj planeti.
Čista celuloza su pamučna vlakna (do devedeset osam posto) ili lanena vlakna (do osamdeset pet posto). Drvo sadrži do pedeset posto celuloze, a slama trideset posto celuloze. Ima je dosta u konoplji.
Celuloza je bijela. Sumporna kiselina ga pretvara u plavo, a jod u smeđu. Celuloza je tvrda i vlaknasta, bez ukusa i mirisa, ne raspada se na temperaturi od dvjesto stepeni Celzijusa, ali se zapali na temperaturi od dvije stotine sedamdeset pet stepeni Celzijusa (odnosno zapaljiva je tvar), a kada se zagrije do trista šezdeset stepeni Celzijusa sagoreva. Ne može se otopiti u vodi, ali se može otopiti u otopini amonijaka i bakar hidroksida. Vlakna su vrlo jak i elastičan materijal.
Značaj celuloze za žive organizme
Celuloza je polisaharidni ugljeni hidrat.
U živom organizmu funkcije ugljikohidrata su sljedeće:
- Funkcija strukture i potpore, budući da ugljikohidrati učestvuju u izgradnji nosećih struktura, a celuloza je glavna komponenta strukture zidova biljnih stanica.
- Zaštitna funkcija karakteristična za biljke (trnje ili trnje). Takve formacije na biljkama sastoje se od zidova mrtvih biljnih ćelija.
- Plastična funkcija (drugo ime je anabolička funkcija), budući da su ugljikohidrati komponente složenih molekularnih struktura.
- Funkcija obezbjeđivanja energije, budući da su ugljikohidrati izvor energije za žive organizme.
- Funkcija skladištenja, budući da živi organizmi pohranjuju ugljikohidrate u svojim tkivima kao hranjive tvari.
- Osmotska funkcija, jer ugljikohidrati sudjeluju u regulaciji osmotskog tlaka unutar živog organizma (npr. krv sadrži od sto miligrama do sto deset miligrama glukoze, a osmotski tlak krvi ovisi o koncentraciji ovog ugljikohidrata u krvi). Osmozni transport isporučuje hranljive materije u visokim stablima, jer je kapilarni transport u ovom slučaju neefikasan.
- Funkcija receptora, jer se neki ugljikohidrati nalaze u receptivnom dijelu ćelijskih receptora (molekuli na površini ćelije ili molekuli koji su rastvoreni u ćelijskoj citoplazmi). Receptor na poseban način reaguje na vezu sa određenim hemijski molekul, koji prenosi eksterni signal, i prenosi ovaj signal u samu ćeliju.
Biološka uloga celuloze je:
- Vlakna su glavni strukturni dio biljnog ćelijskog zida. Nastaje kao rezultat fotosinteze. Biljna celuloza je hrana za biljojede (na primjer, preživače u njihovom tijelu, vlakna se razgrađuju pomoću enzima celulaze). Prilično je retko, dakle čista forma Celuloza se ne koristi za ishranu ljudi.
- Vlakna u hrani daju čovjeku osjećaj sitosti i poboljšavaju pokretljivost (peristaltiku) njegovih crijeva. Celuloza je sposobna da veže tečnost (do nulte tačke četiri grama tečnosti po gramu celuloze). U debelom crijevu ga metabolišu bakterije. Vlakna se zavaruju bez sudjelovanja kisika (postoji samo jedan anaerobni proces u tijelu). Rezultat probave je stvaranje crijevnih plinova i letenje masne kiseline. Više ovih kiselina se apsorbira u krv i koristi kao energija za tijelo. A količina kiselina koje se ne apsorbiraju i crijevnih plinova povećavaju volumen fecesa i ubrzavaju njegov ulazak u rektum. Također, energija ovih kiselina se koristi za povećanje količine korisne mikroflore u debelom crijevu i održavanje njegovog života tamo. Kada količina dijetalna vlakna povećava se u hrani, povećava se i volumen korisnih crijevnih bakterija, a poboljšava se i sinteza vitaminskih tvari.
- Ako u hranu dodate trideset do četrdeset i pet grama mekinja (sadrže vlakna) napravljene od pšenice, izmet se povećava sa sedamdeset devet grama na dvjesto dvadeset osam grama dnevno, a period njihovog kretanja se smanjuje sa pedeset. -osam do četrdeset sati. Kada se redovno dodaju vlakna u hranu, stolica postaje mekša, što pomaže u prevenciji zatvora i hemoroida.
- Kada u hrani ima puno vlakana (na primjer, mekinje), onda i tijelo zdrava osoba, i tijelo pacijenta dijabetes melitus prvi tip, postaje otporniji na glukozu.
- Vlakna poput četke uklanjaju prljave naslage sa crijevnih zidova, upijaju otrovne tvari, uklanjaju kolesterol i sve to prirodnim putem uklanjaju iz tijela. Lekari su zaključili da ljudi koji jedu raženi hleb i mekinje imaju manje šanse da obole od raka debelog creva.
Najviše vlakana ima u mekinjama od pšenice i raži, u hlebu od grubo mlevenog brašna, u hlebu od proteina i mekinja, u suvom voću, šargarepi, žitaricama i cvekli.
Primjena celuloze
Ljudi već koriste celulozu dugo vremena. Prije svega, drvo je korišteno kao gorivo i ploče za izgradnju. Zatim su se pamučna, lanena i konopljina vlakna koristila za izradu raznih tkanina. Po prvi put u industriji počela se prakticirati kemijska prerada drvnog materijala zbog razvoja proizvodnje proizvoda od papira.
Trenutno se celuloza koristi u raznim industrijskim poljima. A za industrijske potrebe dobiva se uglavnom od drvnih sirovina. Celuloza se koristi u proizvodnji celuloznih i papirnih proizvoda, u proizvodnji raznih tkanina, u medicini, u proizvodnji lakova, u proizvodnji organskog stakla iu drugim oblastima industrije.
Razmotrimo detaljnije njegovu primjenu
Svileni acetat se dobija od celuloze i njenih estera, neprirodnih vlakana i filma acetata celuloze koji ne gori. Bezdimni barut se pravi od piroksilina. Celuloza se koristi za izradu debelog medicinskog filma (kolodija) i celuloida (plastike) za igračke, film i fotografski film. Izrađuju konce, užad, vatu, razne vrste kartona, građevinski materijal za brodogradnju i izgradnju kuća. Takođe dobijaju glukozu (u medicinske svrhe) i etil alkohol. Celuloza se koristi i kao sirovina i kao supstanca za hemijsku preradu.
Za izradu papira potrebno je mnogo glukoze. Papir je tanak vlaknasti sloj celuloze koji je dimenzioniran i presovan posebnom opremom kako bi se proizvela tanka, gusta, glatka površina papirnog proizvoda (tinta ne bi trebala curiti preko njega). U početku se za izradu papira koristio samo materijal biljnog porijekla od kojeg je potrebna vlakna dodijeljeno mehanički(stabljike pirinča, pamuk, krpe).
Ali štampanje knjiga se razvijalo vrlo brzo, počele su izlaziti i novine, pa tako proizveden papir više nije bio dovoljan. Ljudi su otkrili da drvo sadrži mnogo vlakana, pa su biljnoj masi od koje se pravi papir počeli dodavati mljevene drvne sirovine. Ali ovaj papir se lako pocepao i požutio za vrlo kratko vrijeme, posebno kada je bio dugo izložen svjetlu.
Stoga su se počele razvijati različite metode obrade drvnog materijala hemikalijama koje omogućavaju izolaciju celuloze iz nje, pročišćene od raznih nečistoća.
Da bi se dobila celuloza, drvna sječka se dugo kuha u otopini reagensa (kiseline ili lužine), a zatim se dobivena tekućina pročišćava. Tako se proizvodi čista celuloza.
Kiseli reagensi uključuju sumpornu kiselinu koja se koristi za proizvodnju celuloze iz drveta s malom količinom smole.
Alkalni reagensi uključuju:
- soda reagensi osiguravaju proizvodnju celuloze od lišćara i jednogodišnjih biljaka (takva je celuloza prilično skupa);
- sulfatni reagensi, od kojih je najčešći natrijev sulfat (osnova za proizvodnju bijelog likera, a već se koristi kao reagens za proizvodnju celuloze iz bilo koje biljke).
Nakon svih faza proizvodnje, papir se koristi za proizvodnju ambalaže, knjiga i kancelarijskih proizvoda.
Iz svega navedenog možemo zaključiti da celuloza (vlakna) ima važnu pročišćavajuću i ljekovitu vrijednost za ljudska crijeva, a koristi se i u mnogim oblastima industrije.
Celuloza (C 6 H 10 O 5) n – prirodni polimer, polisaharid koji se sastoji od ostataka β-glukoze, molekuli imaju linearnu strukturu. Svaki ostatak molekula glukoze sadrži tri hidroksilne grupe, tako da pokazuje svojstva polihidričnog alkohola.
Fizička svojstva
Celuloza je vlaknasta tvar, nerastvorljiva ni u vodi ni u običnim organskim rastvaračima i higroskopna je. Ima veliku mehaničku i hemijsku čvrstoću.
1. Celuloza, ili vlakna, dio je biljaka, formirajući u njima ćelijske zidove.
2. Otuda potiče i naziv (od latinskog “cellulum” - ćelija).
3. Celuloza daje biljkama potrebnu snagu i elastičnost i takoreći je njihov skelet.
4. Pamučna vlakna sadrže do 98% celuloze.
5. Vlakna lana i konoplje se takođe uglavnom sastoje od celuloze; u drvu je oko 50%.
6. Papir i pamučne tkanine su proizvodi napravljeni od celuloze.
7. Posebno čisti primjeri celuloze su pamučna vuna dobivena od pročišćenog pamuka i filter (neljepljeni) papir.
8. Celuloza, izdvojena iz prirodnih materijala, je čvrsta vlaknasta supstanca koja je nerastvorljiva ni u vodi ni u običnim organskim rastvaračima.
Hemijska svojstva
1. Celuloza je polisaharid koji se podvrgava hidrolizi da bi se formirala glukoza:
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6
2. Celuloza je polihidrični alkohol koji se podvrgava reakcijama esterifikacije da nastane ester
(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH → 3nH 2 O + (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n
celulozni triacetat
Celuloza acetati su umjetni polimeri koji se koriste u proizvodnji svilenog acetata, filma (filma) i lakova.
Aplikacija
Upotreba celuloze je veoma raznolika. Od njega se dobijaju papir, tkanine, lakovi, filmovi. eksploziva, umjetna svila (acetat, viskoza), plastika (celuloid), glukoza i još mnogo toga.
Pronalaženje celuloze u prirodi.
1. U prirodnim vlaknima, makromolekule celuloze se nalaze u jednom smjeru: orijentirane su duž ose vlakana.
2. Brojne vodonične veze koje nastaju između hidroksilnih grupa makromolekula određuju visoku čvrstoću ovih vlakana.
3. U procesu predenja pamuka, lana i sl., ova elementarna vlakna se tkaju u duže niti.
4. Ovo se objašnjava činjenicom da se makromolekule u njemu, iako imaju linearnu strukturu, nalaze više nasumično i nisu orijentirane u jednom smjeru.
Izgradnja makromolekula škroba i celuloze iz različitih cikličkih oblika glukoze značajno utječe na njihova svojstva:
1) skrob je važan proizvod ljudska prehrana, celuloza se ne može koristiti u tu svrhu;
2) razlog je što enzimi koji pospješuju hidrolizu škroba ne djeluju na veze između ostataka celuloze.
5. Ako komade filter papira (celuloze) natopljene koncentrovanom sumpornom kiselinom sameljete u porculanskom malteru i dobijenu kašu razrijedite vodom, a kiselinu neutralizirate alkalijom i, kao u slučaju škroba, ispitate reakciju otopine sa bakar (II) hidroksidom, tada će biti vidljiva pojava bakar(I) oksida. Odnosno, u eksperimentu je došlo do hidrolize celuloze. Proces hidrolize, kao i kod škroba, odvija se u koracima dok se ne formira glukoza.
2. U zavisnosti od koncentracije azotne kiseline i drugih uslova, jedna, dve ili sve tri hidroksilne grupe svake jedinice molekula celuloze ulaze u reakciju esterifikacije, na primer: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.
Primjena celuloze.
Dobijanje acetatnih vlakana
68. Pulpa, it fizička svojstva
Biti u prirodi. Fizička svojstva.
1. Celuloza, ili vlakna, dio je biljaka, formirajući u njima ćelijske zidove.
2. Otuda potiče i naziv (od latinskog “cellulum” - ćelija).
3. Celuloza daje biljkama potrebnu snagu i elastičnost i takoreći je njihov skelet.
4. Pamučna vlakna sadrže do 98% celuloze.
5. Vlakna lana i konoplje se takođe uglavnom sastoje od celuloze; u drvu je oko 50%.
6. Papir i pamučne tkanine su proizvodi napravljeni od celuloze.
7. Posebno čisti primjeri celuloze su pamučna vuna dobivena od pročišćenog pamuka i filter (neljepljeni) papir.
8. Celuloza, izdvojena iz prirodnih materijala, je čvrsta vlaknasta supstanca koja je nerastvorljiva ni u vodi ni u običnim organskim rastvaračima.
Struktura celuloze:
1) celuloza je, kao i skrob, prirodni polimer;
2) ove supstance čak imaju iste strukturne jedinice u sastavu – ostatke molekula glukoze, istu molekulsku formulu (C6H10O5)n;
3) n vrednost celuloze je obično veća od vrednosti skroba: njena prosečna molekulska težina dostiže nekoliko miliona;
4) glavna razlika između škroba i celuloze je u strukturi njihovih molekula.
Pronalaženje celuloze u prirodi.
1. U prirodnim vlaknima, makromolekule celuloze se nalaze u jednom smjeru: orijentirane su duž ose vlakana.
2. Brojne vodonične veze koje nastaju između hidroksilnih grupa makromolekula određuju visoku čvrstoću ovih vlakana.
Koja su hemijska i fizička svojstva celuloze
U procesu predenja pamuka, lana itd., ova elementarna vlakna se utkaju u duže niti.
4. Ovo se objašnjava činjenicom da se makromolekule u njemu, iako imaju linearnu strukturu, nalaze više nasumično i nisu orijentirane u jednom smjeru.
Izgradnja makromolekula škroba i celuloze iz različitih cikličkih oblika glukoze značajno utječe na njihova svojstva:
1) skrob je važan prehrambeni proizvod za ljude, ne može se koristiti u tu svrhu;
2) razlog je što enzimi koji pospješuju hidrolizu škroba ne djeluju na veze između ostataka celuloze.
69. Hemijska svojstva celuloze i njena primjena
1. Od svakodnevni život Poznato je da celuloza dobro gori.
2. Kada se drvo zagreva bez pristupa vazduha dolazi do termičke razgradnje celuloze. U tom slučaju nastaju hlapljive tvari organske materije, voda i drveni ugalj.
3. Među organskim proizvodima razgradnje drveta su metil alkohol, sirćetna kiselina i aceton.
4. Makromolekule celuloze sastoje se od jedinica sličnih onima koje tvore škrob, podvrgava se hidrolizi, a proizvod njene hidrolize, kao i škrob, je glukoza;
5. Ako komade filter papira (celuloze) natopljene koncentrovanom sumpornom kiselinom sameljete u porculanskom malteru i dobijenu kašu razrijedite vodom, a kiselinu neutralizirate alkalijom i, kao u slučaju škroba, ispitate reakciju otopine sa bakar (II) hidroksidom, tada će biti vidljiva pojava bakar(I) oksida.
69. Hemijska svojstva celuloze i njena primjena
Odnosno, u eksperimentu je došlo do hidrolize celuloze. Proces hidrolize, kao i kod škroba, odvija se u koracima dok se ne formira glukoza.
6. Ukupno, hidroliza celuloze se može izraziti istom jednačinom kao i hidroliza skroba: (C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6.
7. Strukturne jedinice celuloze (C6H10O5)n sadrže hidroksilne grupe.
8. Zbog ovih grupa, celuloza može proizvoditi etre i estre.
9. Nitrati celuloze su od velikog značaja.
Karakteristike celuloznih nitrat etera.
1. Dobivaju se tretiranjem celuloze azotnom kiselinom u prisustvu sumporne kiseline.
2. U zavisnosti od koncentracije azotne kiseline i drugih uslova, jedna, dve ili sve tri hidroksilne grupe svake jedinice molekula celuloze ulaze u reakciju esterifikacije, na primer: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.
Zajedničko svojstvo nitrata celuloze je njihova ekstremna zapaljivost.
Celuloza trinitrat, nazvan piroksilin, vrlo je eksplozivna supstanca. Koristi se za proizvodnju bezdimnog baruta.
Estri celuloznog acetata – celulozni diacetat i triacetat – takođe su veoma važni. Celuloza diacetat i triacetat izgled slično celulozi.
Primjena celuloze.
1. Drvo se zbog svoje mehaničke čvrstoće koristi u građevinarstvu.
2. Od njega se prave razne vrste stolarskih proizvoda.
3. U obliku vlaknastih materijala (pamuk, lan) koristi se za proizvodnju niti, tkanina, užadi.
4. Za izradu papira koristi se celuloza izolovana iz drveta (oslobođena pratećih materija).
O.A. Noskova, M.S. Fedoseev
Hemija drveta
I sintetički polimeri
DIO 2
Odobreno
Uređivačko-izdavačko vijeće Univerziteta
kao beleške sa predavanja
Izdavačka kuća
Permski državni tehnički univerzitet
Recenzenti:
dr.sc. tech. nauke D.R. Nagimov
(CJSC "Karbokam");
dr.sc. tech. nauka, prof. F.H. Khakimova
(Permski državni tehnički univerzitet)
Noskova, O.A.
N84 Hemija drveta i sintetičkih polimera: zapisi sa predavanja: u 2 sata / O.A. Noskova, M.S. Fedoseev. – Perm: Izdavačka kuća Perm. stanje tech. Univerzitet, 2007. – 2. dio. – 53 str.
ISBN 978-5-88151-795-3
Date su informacije o hemijskoj strukturi i svojstvima glavnih komponenti drveta (celuloze, hemiceluloze, lignina i ekstraktivnih sredstava). Razmatraju se hemijske reakcije ovih komponenti koje nastaju tokom hemijske obrade drveta ili tokom hemijske modifikacije celuloze. Takođe dato opšte informacije o procesima kuvanja.
Dizajniran za studente specijalnosti 240406 „Tehnologija hemijske obrade drveta“.
UDK 630*813. + 541.6 + 547.458.8
ISBN 978-5-88151-795-3 © Državna obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja
„Država Perm
Tehnički univerzitet", 2007
Uvod…………………………………………………………………………………………………… | ……5 | |||
1. Hemija celuloze…………………………………………………………………….. | …….6 | |||
1.1. Hemijska struktura celuloze…………………………………………….. | .…..6 | |||
1.2. Hemijske reakcije celuloze……………………………………………….. | .……8 | |||
1.3. Utjecaj alkalnih otopina na celulozu…………………………… | …..10 | |||
1.3.1. Alkalna celuloza……………………………………………………. | .…10 | |||
1.3.2. Bubrenje i rastvorljivost industrijske celuloze u alkalnim rastvorima…………………………………………………………………… | .…11 | |||
1.4. Oksidacija celuloze………………………………………………………………………….. | .…13 | |||
1.4.1. Opće informacije o oksidaciji celuloze. oksiceluloza... | .…13 | |||
1.4.2. Glavni pravci oksidativnih reakcija…………… | .…14 | |||
1.4.3. Svojstva oksiceluloze…………………………………………………… Hemijska svojstva celuloze. |
.…15 | |||
1.5. Estri celuloze……………………………………………………. | .…15 | |||
1.5.1. Opće informacije o pripremi celuloznih estera. | .…15 | |||
1.5.2. Nitrati celuloze………………………………………………………………………… | .…16 | |||
1.5.3. Ksantati celuloze……………………………………………….. | .…17 | |||
1.5.4. Celulozni acetati………………………………………………………………………… | .…19 | |||
1.6. Eteri celuloze………………………………………………………………………… | .…20 | |||
2. Hemija hemiceluloza…………………………………………………………………… | .…21 | |||
2.1. Opšti koncepti o hemicelulozima i njihovim svojstvima…………………. | .…21 | |||
.2.2. Pentozani………………………………………………………………………….. | .…22 | |||
2.3. Hexosans……………………………………………………………………………………………… | …..23 | |||
2.4. Uronske kiseline……………………………………………………. | .…25 | |||
2.5. Pektinske supstance……………………………………………………………………………… | .…25 | |||
2.6. Hidroliza polisaharida………………………………………………………….. | .…26 | |||
2.6.1. Opći koncepti o hidrolizi polisaharida…………………. | .…26 | |||
2.6.2. Hidroliza polisaharida drva s razrijeđenim mineralnim kiselinama……………………………………………………………………….. | …27 | |||
2.6.3. Hidroliza polisaharida drveta sa koncentrisanim mineralnim kiselinama…………………………………………………………. | …28 | |||
3. Hemija lignina………………………………………………………………………….. | …29 | |||
3.1. Strukturne jedinice lignina………………………………………. | …29 | |||
3.2. Metode izolacije lignina………………………………………………………………………… | …30 | |||
3.3. Hemijska struktura lignina……………………………………………………… | …32 | |||
3.3.1. Funkcionalne grupe lignina…………………………………..32 | ||||
3.3.2. Glavne vrste veza između strukturnih jedinica lignina………………………………………………………………………….35 | ||||
3.4. Hemijske veze lignina sa polisaharidima……………………….. | ..36 | |||
3.5. Hemijske reakcije lignina…………………………………………….. | ….39 | |||
3.5.1. Opće karakteristike hemijske reakcije lignin……….. | ..39 | |||
3.5.2. Reakcije elementarnih jedinica……………………………………………… | ..40 | |||
3.5.3. Makromolekularne reakcije…………………………………………….. | ..42 | |||
4. Ekstraktne tvari………………………………………………………………………………… | ..47 | |||
4.1. Opće informacije………………………………………………………………………………… | ..47 | |||
4.2. Klasifikacija ekstraktivnih supstanci……………………………………………………… | ..48 | |||
4.3. Hidrofobni ekstrakti………………………………………. | ..48 | |||
4.4. Hidrofilne ekstraktivne supstance………………………………………………………………… | ..50 | |||
5. Opći koncepti procesa kuhanja…………………………………. | ..51 | |||
Bibliografija………………………………………………………………………. | ..53 | |||
Uvod
Hemija drveta je grana tehničke hemije koja proučava hemijski sastav drveta; hemija formiranja, struktura i hemijska svojstva tvari koje čine tkivo mrtvog drveta; metode za izolovanje i analizu ovih supstanci, kao i hemijsku suštinu prirodnih i tehnoloških procesa za preradu drveta i njegovih pojedinačnih komponenti.
Prvi dio beleške o predavanju „Hemija drveta i sintetičkih polimera“, objavljen 2002. godine, bavi se pitanjima vezanim za anatomiju drveta, strukturu ćelijske membrane, hemijski sastav drvo, fizička i fizičko-hemijska svojstva drveta.
U drugom delu beleške o predavanju „Hemija drveta i sintetičkih polimera“ razmatraju se pitanja vezana za hemijsku strukturu i svojstva glavnih komponenti drveta (celuloze, hemiceluloze, lignina).
Bilješke s predavanja pružaju opće informacije o procesima kuhanja, tj. o proizvodnji tehničke celuloze koja se koristi u proizvodnji papira i kartona. Kao rezultat kemijskih transformacija tehničke celuloze, dobivaju se njeni derivati - eteri i esteri, od kojih se proizvode umjetna vlakna (viskoza, acetat), folije (film, foto, folije za pakovanje), plastike, lakovi i ljepila. Ovaj dio sažetka također ukratko govori o proizvodnji i svojstvima etera celuloze, koji se široko koriste u industriji.
Hemija celuloze
Hemijska struktura celuloze
Celuloza je jedan od najvažnijih prirodnih polimera. Ovo je glavna komponenta biljnog tkiva. Prirodna celuloza se u velikim količinama nalazi u pamuku, lanu i drugim vlaknastim biljkama, od kojih se dobijaju prirodna tekstilna celulozna vlakna. Pamučna vlakna su gotovo čista celuloza (95-99%). Važniji izvor industrijske proizvodnje celuloze (tehnička celuloza) je drvenaste biljke. U drvetu različitih vrsta drveća maseni udio celuloze u prosjeku iznosi 40-50%.
Celuloza je polisaharid čije su makromolekule izgrađene od ostataka D-glukoza (β jedinice -D-anhidroglukopiranoza), povezane β-glikozidnim vezama 1–4:
Celuloza je linearni homopolimer (homopolisaharid) koji pripada heterolančanim polimerima (poliacetali). To je stereoregularni polimer u kojem ostatak celobioze služi kao stereo ponavljajuća jedinica. Ukupna formula celuloze može se predstaviti kao (C6H10O5) n ili [C6H7O2 (OH)3] n. Svaka monomerna jedinica sadrži tri alkoholne hidroksilne grupe, od kojih je jedna primarna –CH2OH, a dvije (na C2 i C3) su sekundarne –CHOH–.
Krajnje karike se razlikuju od ostalih karika lanca. Jedna terminalna karika (uslovno desna - nereducirajuća) ima dodatni slobodni sekundarni alkoholni hidroksil (na C4). Druga terminalna karika (uslovno lijeva - reducirajuća) sadrži slobodni glikozidni (hemiacetalni) hidroksil (na C1 ) i stoga može postojati u dva tautomerna oblika - cikličkom (koluacetalnom) i otvorenom (aldehid):
Terminalna aldehidna grupa daje celulozi njenu redukcijsku (reducirajuću) sposobnost. Na primjer, celuloza može reducirati bakar sa Cu2+ na Cu+:
Količina dobijenog bakra ( bakarni broj) služi kao kvalitativna karakteristika dužine celuloznih lanaca i pokazuje njen stepen oksidativne i hidrolitičke destrukcije.
Prirodna celuloza ima visok stepen polimerizacije (DP): drvo - 5000-10000 i više, pamuk - 14000-20000. Kada se izoluje iz biljnih tkiva, celuloza je donekle uništena. Tehnička drvna celuloza ima DP od oko 1000–2000. DP celuloze određuje se uglavnom viskometrijskom metodom, koristeći neke složene baze kao rastvarače: bakar-amonijačni reagens (OH)2, kuprietilendiamin (OH)2, kadmijumetilendiamin (kadoksen) (OH)2 itd.
Celuloza izolirana iz biljaka je uvijek polidisperzna, tj. sadrži makromolekule različitih dužina. Stepen polidisperznosti celuloze (molekularna heterogenost) određuje se metodama frakcioniranja, tj. razdvajanje uzorka celuloze na frakcije određene molekularne težine. Svojstva uzorka celuloze ( mehanička čvrstoća, rastvorljivost) zavise od prosečnog DP i stepena polidisperznosti.
12345678910Sljedeća ⇒
Datum objavljivanja: 2015-11-01; Pročitano: 1100 | Povreda autorskih prava stranice
studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0,002 s)…
Struktura, svojstva, funkcije polisaharida (homo- i heteropolisaharida).
POLISAHARIDI- to su supstance visoke molekularne težine ( polimeri), koji se sastoji od velika količina monosaharidi. Po svom sastavu dijele se na homopolisaharide i heteropolisaharide.
Homopolisaharidi– koji se sastoji od polimera od monosaharida jedne vrste . Na primjer, glikogen i škrob se grade samo od molekula α-glukoze (α-D-glukopiranoze), monomer vlakana (celuloza) je također β-glukoza.
Škrob. Ovo rezervni polisaharid biljke. Monomer skroba je α-glukoza. Ostaci glukoze V molekul skroba u linearnim presjecima su međusobno povezani α-1,4-glikozidni , a na ispostavama – α-1,6-glikozidne veze .
Škrob je mješavina dva homopolisaharida: linearni - amiloza (10-30%) i razgranati – amilopektin (70-90%).
Glikogen. Ovo je glavni rezervni polisaharid ljudskim i životinjskim tkivima. Molekula glikogena ima otprilike 2 puta više razgranate strukture od škrobnog amilopektina. Glikogen monomer je α-glukoza . U molekuli glikogena, ostaci glukoze u linearnim područjima su međusobno povezani α-1,4-glikozidni , a na ispostavama – α-1,6-glikozidne veze .
Vlakna. Ovo je najčešće strukturalni biljni homopolisaharid. IN linearno monomeri vlaknastih molekula β-glukoza međusobno povezani β-1,4-glikozidne veze . Vlakna se ne apsorbiraju u ljudskom tijelu, ali zbog svoje krutosti iritiraju sluznicu gastrointestinalnog trakta, time pojačava peristaltiku i stimulira lučenje probavnih sokova, potiče stvaranje fecesa.
Pektinske supstance- polisaharidi, čiji je monomer D- galakturonska kiselina , čiji su ostaci povezani α-1,4-glikozidnim vezama. Sadržane u voću i povrću, odlikuju se geliranjem u prisustvu organskih kiselina koje se koriste u prehrambenoj industriji (žele, marmelada).
Heteropolisaharidi(mukopolisaharidi, glikozaminoglikani) – koji se sastoje od polimera od monosaharida razne vrste . Po strukturi predstavljaju
ravni lanci izgrađen od ponavljajući disaharidni ostaci , što obavezno uključuje amino šećer (glukozamin ili galaktozamin) i heksuronske kiseline (glukuronska ili iduronska).
Fizička i hemijska svojstva celuloze
To su supstance nalik želeu koje obavljaju niz funkcija, uključujući: zaštitni (sluz), strukturni, su osnova međućelijska supstanca.
U tijelu se heteropolisaharidi ne nalaze u slobodnom stanju, već su uvijek povezani s proteinima (glikoproteini i proteoglikani) ili lipidima (glikolipidi).
Na osnovu strukture i svojstava dijele se na kisele i neutralne.
HETEROPOLISAHRIDI KISELI:
Sadrže heksuronsku ili sumpornu kiselinu. Predstavnici:
Hijaluronska kiselinaje glavni strukturna komponenta međućelijske supstance sposobna da se veže vode (“biološki cement”) . Otopine hijaluronske kiseline imaju visoku viskoznost, stoga služe kao prepreka prodiranju mikroorganizama, učestvuju u regulaciji metabolizma vode i glavni su dio međućelijske tvari).
Hondroitin sulfati su strukturne komponente hrskavica, ligamenti, tetive, kosti, srčani zalisci.
Heparin – antikoagulans (sprječava zgrušavanje krvi), djeluje protuupalno, aktivator niza enzima.
NEUTRALNI HETEROPOLISAHRIDI: dio su glikoproteina u krvnom serumu, mucina u pljuvački, urinu itd., građenih od amino šećera i sijalinskih kiselina. Neutralni lekari opšte prakse su deo množine. enzimi i hormoni.
SIJALNE KISELINE - kombinacija neuraminske kiseline sa sirćetnom ili amino kiselinom - glicinom, dio su ćelijskih membrana i bioloških tekućina. Sijalne kiseline se određuju za dijagnostiku sistemskih bolesti (reumatizam, sistemski eritematozni lupus).
Složeni ugljikohidrat iz grupe polisaharida koji je dio stanične stijenke biljaka naziva se celuloza ili vlakna. Supstancu je 1838. godine otkrio francuski hemičar Anselme Payen. Formula celuloze je (C 6 H 10 O 5) n.
Struktura
Unatoč zajedničkim karakteristikama, celuloza se razlikuje od drugog biljnog polisaharida - škroba. Molekul celuloze je dugačak, isključivo nerazgranati lanac saharida. Za razliku od škroba, koji se sastoji od ostataka α-glukoze, on uključuje mnogo β-glukoznih ostataka povezanih jedni s drugima.
Zbog guste linearne strukture molekula formiraju vlakna.
Rice. 1. Struktura molekula celuloze.
Celuloza ima viši stepen polimerizacije od skroba.
Potvrda
U industrijskim uslovima, celuloza se skuva iz drveta (iver). U tu svrhu koriste se kiseli ili alkalni reagensi. Na primjer, natrijum hidrosulfit, natrijum hidroksid, lužina.
Kao rezultat kuhanja nastaje celuloza s primjesom organskih spojeva. Za čišćenje koristite alkalnu otopinu.
Fizička svojstva
Vlakna su bezukusna, bijela, čvrsta vlaknasta tvar. Celuloza je slabo rastvorljiva u vodi i organskim rastvaračima. Rastvara se u Schweitzerovom reagensu - amonijačnom rastvoru bakar (II) hidroksida.
Osnovna fizička svojstva:
- uništeno na 200°C;
- gori na 275°C;
- samozapaljiv na 420°C;
- topi se na 467°C.
U prirodi se celuloza nalazi u biljkama. Nastaje tokom fotosinteze i obavlja strukturnu funkciju u biljkama. Je aditiv za hranu E460.
Rice. 2. Ćelijski zid biljaka.
Hemijska svojstva
Zbog prisustva tri hidroksilne grupe u jednom saharidu, vlakno ispoljava svojstva polihidričnih alkohola i sposobno je da uđe u reakcije esterifikacije da bi se formirali esteri. Kada se razgrađuje bez kiseonika, razlaže se na drveni ugljen, vodu i isparljiva organska jedinjenja.
Glavna hemijska svojstva vlakana prikazana su u tabeli.
Reakcija |
Opis |
Jednačina |
Hidroliza |
Javlja se pri zagrijavanju u kiseloj sredini uz stvaranje glukoze |
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t°, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6 |
Sa anhidridom sirćetne kiseline |
Formiranje triacetilceluloze u prisustvu sumporne i octene kiseline |
(C 6 H 10 O 5) n + 3nCH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O |
Nitracija |
Reaguje sa koncentrovanom azotnom kiselinom na običnoj temperaturi. Formira se estar - celulozni trinitrat ili piroksilin, koji se koristi za izradu bezdimnog baruta |
(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n |
Dešava se potpuna oksidacija na ugljični dioksid i vodu |
(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t°) → 6nCO 2 + 5nH 2 O |
Rice. 3. Piroksilin.
Celuloza se uglavnom koristi za izradu papira, kao i za proizvodnju estera, alkohola i glukoze.
Šta smo naučili?
Celuloza ili vlakna je polimer iz klase ugljikohidrata koji se sastoji od ostataka β-glukoze. Uključeno u pogon ćelijskih zidova. To je bijela supstanca bez ukusa koja formira vlakna koja su slabo rastvorljiva u vodi i organskim rastvaračima. Celuloza se izoluje iz drveta kuvanjem. Jedinjenje se podvrgava reakcijama esterifikacije i hidrolize i može se razgraditi u odsustvu zraka. Kada se potpuno razgradi, formira vodu i ugljični dioksid.
Testirajte na temu
Evaluacija izvještaja
Prosječna ocjena: 4.7. Ukupno primljenih ocjena: 263.