Какво е целулоза? Растителните фибри са полизахарид. Модерна целулоза - какво е това?

Целулоза– един от най-разпространените естествени полизахариди, основен компонент и основен структурен материал клетъчни стенирастения. Съдържанието на целулоза във влакната от памучни семена е 95-99,5%, в ликовите влакна (лен, юта, рами) 60-85%, в дървесната тъкан (в зависимост от вида на дървото, неговата възраст, условията на отглеждане) 30-55%, в зелени листа, трева, по-ниски растения 10-25%. Почти в индивидуално състояние целулозата се намира в бактериите от рода Ацетобактер. Спътници на целулозата в клетъчните стени на повечето растения са други структурни полизахариди, които се различават по структура и се наричат хемицелулози– ксилан, манан, галактан, арабан и др. (виж раздел „Хемицелулози”), както и невъглехидратни вещества (лигнин – пространствен полимер с ароматна структура, силициев диоксид, смолисти вещества и др.).

Целулозата определя механичната якост на клетъчната мембрана и растителната тъкан като цяло. Разпределението и ориентацията на целулозните влакна спрямо оста на растителната клетка, като се използва дърво като пример, са показани на фиг. 1. Там е представена и субмикронната организация на клетъчната стена.

Стената на зряла дървесна клетка, като правило, включва първична и вторична клетъчна стена (фиг. 1). Последният съдържа три слоя – външен, среден и вътрешен.

В първичната обвивка естествените целулозни влакна са подредени произволно и образуват мрежеста структура ( дисперсна текстура). Целулозните влакна във вторичната обвивка са ориентирани като цяло успоредно едно на друго, което придава на растителния материал висока якост на опън. Степента на полимеризация и кристалност на целулозата във вторичната обвивка е по-висока, отколкото в първичната обвивка.

В слой С 1 вторична черупка (фиг. 1, 3 ) посоката на целулозните влакна е почти перпендикулярна на оста на клетката в слоя С 2 (фиг. 1, 4 ) образуват остър (5-30) ъгъл с оста на клетката. Ориентация на влакната в слоя С 3 варира значително и може да се различава дори в съседни трахеиди. Така при смърчовите трахеиди ъгълът между преобладаващата ориентация на целулозните влакна и оста на клетката варира от 30-60 °, а във влакната на повечето твърди дървета е 50-80 °. Между слоевете РИ С 1 , С 1 и С 2 , С 2 и С 3 се наблюдават преходни области (ламели) с различна микроориентация на влакната, отколкото в основните слоеве на вторичната обвивка.

Техническата целулоза е полуготов влакнест продукт, получен чрез почистване на растителни влакна от нецелулозни компоненти. Целулозата обикновено се нарича според вида на суровината ( дърво, памук), метод на извличане от дървесина ( сулфит, сулфат), както и по предназначение ( вискоза, ацетат и др.).

Касова бележка

1.Технология за производство на дървесна масавключва следните операции: отстраняване на кора от дърво (облаяване); получаване на дървесен чипс; готвене на дървени стърготини (в промишлеността готвенето се извършва по сулфатен или сулфитен метод); сортиране; избелване; сушене; рязане

Сулфитен метод.Смърчовата дървесина се обработва с воден разтвор на калциев, магнезиев, натриев или амониев бисулфит, след което температурата се повишава до 105-110 ° C за 1,5-4 часа и се вари при тази температура за 1-2 часа. След това увеличете температурата до 135-150°C и гответе 1-4 часа. В този случай всички нецелулозни компоненти на дървесината (главно лигнин и хемицелулоза) стават разтворими, а делигнифицираната целулоза остава.

Сулфатен метод.Чипове от всякакъв вид дървесина (както и тръстика) се обработват с готварска течност, която е воден разтвор на сода каустик и натриев сулфид (NaOH + Na 2 S). В рамките на 2-3 часа увеличете температурата до 165-180°C и гответе при тази температура 1-4 часа. Нецелулозните компоненти, превърнати в разтворимо състояние, се отстраняват от реакционната смес и остава целулоза, пречистена от примеси.

2.Памучна кашаполучени от памучен линтер. Технология на получаваневключва механично почистване, алкална варка (в 1-4% воден разтвор на NaOH при температура 130-170°C) и избелване. Електронни микроснимки на памучни целулозни влакна са показани на фиг. 2.

3. Бактериална целулозасинтезиран от бактерии от рода Ацетобактер. Получената бактериална целулоза има високо молекулно тегло и тясно разпределение на молекулното тегло.

Тясното разпределение на молекулното тегло се обяснява по следния начин. Тъй като въглехидратите навлизат равномерно в бактериалната клетка, средната дължина на получените целулозни влакна се увеличава пропорционално с течение на времето. В този случай няма забележимо увеличение на напречните размери на микрофибрите (микрофибрилите). Средната скорост на растеж на бактериалните целулозни влакна е ~0,1 μm/min, което съответства на полимеризацията на 10 7 -10 8 глюкозни остатъци на час на бактериална клетка. Следователно, средно във всяка бактериална клетка 10 3 глюкопиранозни единици са прикрепени към нарастващите краища на неразтворимите целулозни влакна за секунда.

Микрофибрите от бактериална целулоза растат от двата края на фибрила към двата с еднаква скорост. Макромолекулните вериги вътре в микрофибрилите са подредени антипаралелно. За други видове целулози такива данни не са получени. Електронна микроснимка на бактериални целулозни влакна е показана на фиг. 3. Вижда се, че влакната имат приблизително еднаква дължина и площ на напречното сечение.

Целулозата (фибри) е растителен полизахарид, който е най-разпространеното органично вещество на Земята.

1. Физични свойства

Това вещество бяло, без вкус и мирис, неразтворим във вода, имащ влакнеста структура. Разтваря се в амонячен разтвор на меден (II) хидроксид - реактив на Швайцер.

Видео експеримент „Разтваряне на целулоза в амонячен разтвор на меден (II) хидроксид“

2. Да бъдеш сред природата

Този биополимер има голяма механична якост и действа като поддържащ материал за растенията, образувайки стена растителни клетки. IN големи количестваЦелулозата се съдържа в дървесната тъкан (40-55%), ленените влакна (60-85%) и памука (95-98%). Основният компонент на мембраната на растителните клетки. Образува се в растенията по време на процеса на фотосинтеза.

Дървесината се състои от 50% целулоза, а памукът, ленът и конопът са почти чиста целулоза.

Хитинът (аналог на целулозата) е основният компонент на екзоскелета на членестоноги и други безгръбначни, както и в клетъчните стени на гъбички и бактерии.

3. Структура

Състои се от β-глюкозни остатъци

4. Разписка

Получава се от дърво

5. Приложение

Целулозата се използва в производството на хартия, изкуствени влакна, филми, пластмаси, бои и лакове, бездимен барут, експлозиви, твърдо ракетно гориво, за производство на хидролитичен спирт и др.

· Производство на ацетатна коприна - изкуствени влакна, плексиглас, негорим филм от целулозен ацетат.

· Приготвяне на бездимен барут от триацетилцелулоза (пироксилин).

· Приготвяне на колодий (дебел филм за лекарства) и целулоид (производство на филми, играчки) от диацетил целулоза.

· Производство на конци, въжета, хартия.

· Производство на глюкоза, етилов алкохол (за производство на каучук)

Най-важните производни на целулозата включват:
- метилцелулоза(целулозни метилови етери) с обща формула

Н ( х= 1, 2 или 3);

- целулозен ацетат(целулозен триацетат) – естер на целулоза и оцетна киселина

- нитроцелулоза(целулозни нитрати) – целулозни нитрати:

Н ( х= 1, 2 или 3).

6. Химични свойства

Хидролиза

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O t, H2SO4→ nC 6 H 12 O 6

глюкоза

Хидролизата протича на етапи:

(C 6 H 10 O 5) n → (C 6 H 10 O 5) m → xC 12 H 22 O 11 → n C 6 H 12 O 6 ( Забележка, м

нишесте декстринмалтосеглюкоза

Видео експеримент „Киселинна хидролиза на целулоза“

Реакции на естерификация

Целулозата е поливалентен алкохол; има три хидроксилни групи на единична клетка на полимера. В тази връзка целулозата се характеризира с реакции на естерификация (образуване на естери). Най-голямо практическо значение имат реакциите с азотна киселина и оцетен анхидрид. Целулозата не предизвиква реакция на "сребърно огледало".

1. Нитриране:

(C 6 H 7 O 2 (OH ) 3) n + 3 nHNO 3 з 2 ТАКА4(конц.)→(C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3) n + 3 nH 2 O

пироксилин

Видео експеримент „Получаване и свойства на нитроцелулозата“

Напълно естерифицираните влакна са известни като барут, който след подходяща обработка се превръща в бездимен барут. В зависимост от условията на нитриране може да се получи целулозен динитрат, който в технологията се нарича колоксилин. Използва се и в производството на барут и твърдо ракетно гориво. В допълнение, целулоидът е направен от колоксилин.

2. Взаимодействие с оцетна киселина:

(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH H2SO4( конц. .)→ (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O

Когато целулозата реагира с оцетен анхидрид в присъствието на оцетна и сярна киселина, се образува триацетилцелулоза.

Триацетилцелулоза (или целулозен ацетат) е ценен продукт за производството на филми, забавящи горенето иацетатна коприна. За да направите това, целулозен ацетат се разтваря в смес от дихлорометан и етанол и този разтвор се прокарва през матрици в поток от топъл въздух.

А самата матрица схематично изглежда така:

1 - въртящ се разтвор,
2 - умрете,
3 - влакна.

Разтворителят се изпарява и потоците от разтвор се превръщат в най-фините нишки от ацетатна коприна.

Говорейки за използването на целулоза, не може да не се каже, че голямо количество целулоза се изразходва за производството на различни видове хартия. Хартия- Това е тънък слой фибровлакна, залепени и пресовани на специална машина за производство на хартия.

Сложен въглехидрат от групата на полизахаридите, който е част от клетъчната стена на растенията, се нарича целулоза или фибри. Веществото е открито през 1838 г. от френския химик Анселме Пайен. Формулата на целулозата е (C 6 H 10 O 5) n.

Структура

Въпреки общите характеристики, целулозата се различава от друг растителен полизахарид - нишестето. Молекулата на целулозата е дълга, изключително неразклонена верига от захариди. За разлика от нишестето, което се състои от α-глюкозни остатъци, то включва много β-глюкозни остатъци, свързани един с друг.

Благодарение на плътната линейна структура на молекулите, те образуват влакна.

Ориз. 1. Строежът на целулозната молекула.

Целулозата има по-висока степен на полимеризация от нишестето.

Касова бележка

В промишлени условия целулозата се вари от дървесина (чипс). За тази цел се използват киселинни или алкални реагенти. Например натриев хидросулфит, натриев хидроксид, луга.

В резултат на варенето се образува целулоза с примес на органични съединения. За да го почистите, използвайте алкален разтвор.

Физични свойства

Фибрите са безвкусно, бяло, твърдо влакнесто вещество. Целулозата е слабо разтворима във вода и органични разтворители. Разтваря се в реактива на Швайцер - амонячен разтвор на меден (II) хидроксид.

Основни физични свойства:

  • разрушава се при 200°C;
  • гори при 275°C;
  • самозапалва се при 420°C;
  • топи се при 467°C.

В природата целулозата се среща в растенията. Образува се по време на фотосинтезата и изпълнява структурна функция в растенията. Е хранителна добавка E460.

Ориз. 2. Растителна клетъчна стена.

Химични свойства

Поради наличието на три хидроксилни групи в един захарид, фибрите проявяват свойствата на многовалентни алкохоли и могат да влизат в реакции на естерификация, за да образуват естери. Когато се разлага без кислород, той се разлага на въглен, вода и летливи органични съединения.

Основните химични свойства на влакното са представени в таблицата.

реакция

Описание

Уравнението

Хидролиза

Възниква при нагряване в кисела среда с образуване на глюкоза

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t°, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6

С оцетен анхидрид

Образуване на триацетилцелулоза в присъствието на сярна и оцетна киселина

(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

Нитриране

Реагира с концентрирана азотна киселина при нормална температура. Образува се естер - целулозен тринитрат или пироксилин, използван за направата на бездимен барут

(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n

Настъпва пълно окисление до въглероден диоксид и вода

(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t°) → 6nCO 2 + 5nH 2 O

Ориз. 3. Пироксилин.

Целулозата се използва главно за производство на хартия, както и за производство на естери, алкохоли и глюкоза.

Какво научихме?

Целулозата или фибрите са полимери от класа на въглехидратите, състоящ се от β-глюкозни остатъци. Част от растителните клетъчни стени. Това е бяло вещество без вкус, което образува влакна, които са слабо разтворими във вода и органични разтворители. Целулозата се изолира от дървесината чрез варене. Съединението претърпява реакции на естерификация и хидролиза и може да се разложи в отсъствието на въздух. Когато се разложи напълно, образува вода и въглероден диоксид.

За какво се използва целулозата?

Целулозата е основният строителен материал, който се използва в растителния свят. Той образува клетъчните стени на висши растения, като дървета. Това прави растението гъвкаво. Целулозата се произвежда от растенията за техните нужди. Съставът й е идентичен с този на захарта - целулозата се състои от въглерод, кислород и водород. Всички тези елементи също се намират във водата и въздуха. От училище всеки знае, че под въздействието на слънцето върху листата се образува захар. Това явление се нарича фотосинтеза. Захарта се разтваря в сока на растението и се разпространява във всички негови части. Захарта се използва основно от растението за неговия растеж и възстановяване при проблеми, но има известно количество захар, което се превръща в целулоза.

целулоза – е натурален продукт и може да се получи само по естествен път, не се синтезира изкуствено. Най-чистата форма на целулозата са космите от семена на памук. В момента целулозата се получава само от два вида естествени суровини - памук и дървесна маса. Памукът не изисква сложна обработка, за да бъде преработен в изкуствени влакна и пластмаси без влакна. Процесът на получаване на целулоза от памук е следният процес: първо от семената на памук се отделят дълги влакна, които всъщност се използват за производството на памучни тъкани. След това остава „мъх“ или памучен пух, който представлява къси косми с дължина не повече от 15 мм. Мъхът, след като се отдели от памуковото семе, се нагрява под налягане в продължение на два до шест часа. В този случай се използва и 3% разтвор на натриев хидроксид. След това полученият материал се измива и избелва с хлор, след което се измива отново и се изсушава. Резултатът е целулоза, чиято чистота е 99%. Това е най-чистата целулоза.

Дървесна маса произвежда целулоза, която е "по-мръсна" - съдържа не повече от 97% чиста целулоза. Дървесна маса се произвежда от иглолистни дървета. Дървеният чипс се вари под налягане чрез добавяне на серен диоксид и калциев бисулфит. Лигнини и въглеводороди, от които се състои приблизително половината от дървесната маса, се освобождават в разтвор. В резултат на това, след като полученият материал се измие, избели и почисти, се оказва нещо подобно на насипна хартия. Този материал съдържа от 80 до 97% целулоза. Получената по този начин целулоза може да се използва за направата на вискозни влакна и целофан. Освен това от него се получават и естери и етери.

Хората използват целулоза в различни индустрии. Например, дрехите се правят от памук, но памукът се състои от 99,8% естествена целулоза. И за да получите експлозивния пироксилин, просто трябва да извършите химическа реакция - да нанесете азотна и сярна киселина върху памука.

Хората също използват целулоза за храна. Влиза в състава на много ядливи растения – маруля, целина. Триците съдържат голямо количество целулоза, необходима за човешкото тяло. Въпреки че целулозата не може да се преработи от човешката храносмилателна система, тя е нещо като „груба храна“. Освен това, след обработка, целулозата може да се използва за получаване на такива продукти като основа за фотографски филм, добавка за лакове и различни пластмасови материали.

Меката част на растенията и животните съдържа главно целулозаЦелулозата е това, което дава на растенията тяхната гъвкавост. Целулозата (фибри) е растителен полизахарид, който е най-разпространеното органично вещество на Земята.

Почти всички зелени растения произвеждат целулоза за своите нужди. Съдържа същите елементи като захарта, а именно въглерод, водород и кислород. Тези елементи присъстват във въздуха и водата. Захарта се образува в листата и, разтваряйки се в сока, се разпространява в цялото растение. Основната част от захарта се използва за насърчаване на растежа на растенията и възстановителните дейности, останалата част от захарта се превръща в целулоза. Растението го използва, за да създаде обвивката на нови клетки.

Разтваряне на целулоза в реактив на Швайцер

Какво е целулоза?

Целулозата е един от онези природни продукти, които е почти невъзможно да се получат по изкуствен път. Но ние го използваме в различни области. Човек получава целулоза от растенията дори след като умрат и в тях има пълна липса на влага. Например дивият памук е една от най-чистите форми на естествена целулоза, която хората използват за направата на дрехи.

Целулозата е част от растенията, използвани от хората като хранителни продукти - маруля, целина и трици. Човешкото тяло не е в състояние да смила целулозата, но тя е полезна като „груба храна“ в човешката диета. Стомасите на някои животни, като овце и камили, съдържат бактерии, които позволяват на тези животни да усвояват целулозата.

Киселинно утаяване на целулоза

Целулозата е ценна суровина

Целулозата е ценна суровина, от която хората получават различни продукти. Памукът, който е 99,8% целулоза, е забележителен пример за това какво човек може да произведе от целулозни влакна. Ако памукът се третира със смес от азотна и сярна киселина, се получава пироксилин, който е експлозив.

След различни химически обработки на целулозата от нея могат да се получат и други продукти. Сред тях: основа за фотолента, добавки за лакове, вискозни влакна за производство на тъкани, целофан и други пластмасови материали. Целулозата се използва и при производството на хартия.

Нови статии

Популярни статии

2024 г. nowonline.ru
За лекари, болници, клиники, родилни домове