XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Молекулярная формула целлюлозы (-C₆H₁₀O₅-)_n, как и у крахмала. Макромалекула целлюлозы состоит из многих остатков молекул глюкозы. При рассмотрении синтетических полимеров известно, что их свойства зависят от числа элементарных звеньев и их структуры. Это же положение относится и к природным полимерам. Степень полимеризации у целлюлозы намного больше, чем у крахмала. Сравнивая структуры этих природных полимеров, установили, что макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, состоят из остатков молекулы глюкозы и имеют только линейное строение. Макромолекулы целлюлозы располагаются в одном направлении и образуют волокна (лен, хлопок, конопля). В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксильные группы.

Целлюлоза - волокнистое вещество. Она не плавится и не переходит в парообразное состояние: при нагревании примерно до 350˚С целлюлоза разлагается - обугливается. Она нерастворима ни в воде, ни в большинстве других неорганических и органических растворителях.
Неспособность целлюлозы растворяться в воде - неожиданное свойство для вещества, содержащего по три гидроксильные группы на каждые шесть атомов углерода. Нерастворимость целлюлозы объясняется тем, что ее волокна представляют собой как бы «пучки» расположенных параллельно нитевидных молекул, связанных множеством водородных связей, которые образуются в результате взаимодействия гидроксильных групп. Внутрь подобного «пучка» растворитель проникнуть не может, а, следовательно, не происходит и отрыва молекул друг от друга. Растворителем целлюлозы является реактив Швейцера- раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с которым она одновременно и взаимодействует.

Химические свойства целлюлозы определяются прежде всего присутствием гидроксильных групп. Действуя металлическим натрием, можно получить алкоголят целлюлозы [C₆H₇O₂(ONa)₃]_n. Под действием концентрированных водных растворов щелочей происходит так называемая мерсиризация - частичное образование алкоголятов целлюлозы, приводящая к набуханию волокна и повышению его восприимчивости к красителям. В результате окисления в макромолекуле целлюлозы появляется некоторое число карбонильных и карбоксильных групп. Под влиянием сильных окислителей происходит распад макромолекулы. Гидроксильные группы целлюлозы способны алкилироваться и ацилироваться, давая простые и сложные эфиры.

Одно из наиболее характерных свойств целлюлозы - способность в присутствии кислот подвергаться гидролизу с образованием глюкозы. Аналогично крахмалу гидролиз целлюлозы протекает ступенчато. Образцом почти чистой целлюлозой является вата, полученная из очищенного хлопка. Основную массу целлюлозы выделяют из древесины, в которой она содержится вместе с другими веществами. Наиболее распространенным методом получения целлюлозы в нашей стране является сульфитный.

Целлюлоза используется человеком с очень древних времен. Сначала применяли древесину как горючий и строительный материал; затем хлопковые, льняные и другие волокна стали использовать как текстильное сырье. Первые промышленные способы химической переработки древесины возникли в связи с развитием бумажной промышленности.
Много бумаги расходуется для печатания газет, причем вопрос о качестве (белизне, прочности, долговечности) для газетной бумаги значения не имеет. Зная, что древесина примерно на 50% состоит из клетчатки, к бумажной массе стали добавлять размолотую древесину. Такая бумага непрочна и быстро желтеет (особенно на свету).

Для улучшения качества древесных добавок к бумажной массе были предложены различные способы химической обработки древесины, позволяющие получить из нее более или менее чистую целлюлозу, освобожденную от сопутствующих веществ - лигнина, смол и других. По сульфитному способу измельченную древесину «варят» под давлением с гидросульфитом кальция. При этом сопутствующие вещества растворяются, и освобожденную от примесей целлюлозу отделяют фильтрованием. Образующиеся сульфитные щелока являются в бумажном производстве отходами. Однако вследствие того, что они содержат наряду с другими веществами способные к брожению моносахариды, их используют как сырье для получения этилового спирта (так называемый гидролизный спирт). Целлюлоза применяется не только как сырье в бумажном производстве, но идет еще и на дальнейшую химическую переработку. Наибольшее значение имеют простые и сложные эфиры целлюлозы.

Литература:

2. Воробьева О.В., Иванова А.М., Аванесян С.С., Волосова Е.В., Андрусенко С.Ф. Модификация природных полимеров для синтеза материалов подвергающихся биодеградации // Химия в интересах устойчивого развития. - 2011. - №19. - С. 137-140.

3. Легонькова О.А. Биоразлагаемые полимерные материалы в пищевой промышленности // Пищевая промышленность. - 2007. - № 6. - С. 26-28.

4. Масько А.А. Иммобилизация трипсина на углеволокнистых носителях, различающихся структурой, пористостью и химией поверхности // Прикладная биохимия и микробиология. - 1992. – Т. 28, № 2. - С. 211 - 216.

5. Безгина Ю.А., Волосова Е.В., Шипуля А.Н., Пашква Е.В., Дальвадянц В.В. Электронное пособие по дисциплине «Органическая химия» // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014616732; заявка № 2014614147, зарег. в реестре программ для ЭВМ 5 мая 2014 г.

6. Волосова Е.В. Стабилизация биологически активных соединений методом включения их в структуру природных биоразлагаемых полимерных материалов: автореф, дис. ... канд. биол. наук наук: 03.01.06. - Ставрополь, 2011. - 24 с.