Κυτταρίνη– ένας από τους πιο συνηθισμένους φυσικούς πολυσακχαρίτες, το κύριο συστατικό και κύριο δομικό υλικό των φυτικών κυτταρικών τοιχωμάτων. Η περιεκτικότητα σε κυτταρίνη στις ίνες του βαμβακόσπορου είναι 95-99,5%, στις ίνες μπαστούνι (λινάρι, γιούτα, ραμί) 60-85%, στον ιστό ξύλου (ανάλογα με τον τύπο του δέντρου, την ηλικία του, τις συνθήκες ανάπτυξης) 30-55%, σε πράσινα φύλλα , γρασίδι, κατώτερα φυτά 10-25%. Σχεδόν σε μεμονωμένη κατάσταση, η κυτταρίνη βρίσκεται σε βακτήρια του γένους Acetobacter. Σύντροφοι της κυτταρίνης στα κυτταρικά τοιχώματα των περισσότερων φυτών είναι άλλοι δομικοί πολυσακχαρίτες που διαφέρουν στη δομή και ονομάζονται ημικυτταρίνες– ξυλάνη, μαννάνη, γαλακτάνη, αραμπάνη κ.λπ. (βλ. ενότητα «Ημικυτταρίνες»), καθώς και μη υδατανθρακικές ουσίες (λιγνίνη - χωρικό πολυμερές αρωματικής δομής, διοξείδιο του πυριτίου, ρητινώδεις ουσίες κ.λπ.).

Η κυτταρίνη καθορίζει τη μηχανική αντοχή της κυτταρικής μεμβράνης και του φυτικού ιστού συνολικά. Η κατανομή και ο προσανατολισμός των ινών κυτταρίνης σε σχέση με τον άξονα του φυτικού κυττάρου χρησιμοποιώντας το ξύλο ως παράδειγμα φαίνονται στο Σχ. 1. Εκεί παρουσιάζεται και η υπομικρονική οργάνωση του κυτταρικού τοιχώματος.

Το τοίχωμα ενός ώριμου κυττάρου ξύλου, κατά κανόνα, περιλαμβάνει ένα πρωτεύον και δευτερεύον κυτταρικό τοίχωμα (Εικ. 1). Το τελευταίο περιέχει τρία στρώματα - εξωτερικό, μεσαίο και εσωτερικό.

Στο πρωτεύον κέλυφος, οι φυσικές ίνες κυτταρίνης διατάσσονται τυχαία και σχηματίζουν μια δομή δικτύου ( διάσπαρτη υφή). Οι ίνες κυτταρίνης στο δευτερεύον περίβλημα προσανατολίζονται γενικά παράλληλα μεταξύ τους, γεγονός που δίνει στο φυτικό υλικό υψηλή αντοχή εφελκυσμού. Ο βαθμός πολυμερισμού και κρυσταλλικότητας της κυτταρίνης στο δευτερεύον κέλυφος είναι υψηλότερος από ότι στο πρωτεύον κέλυφος.

Σε στρώση μικρό 1 δευτερεύον κέλυφος (Εικ. 1, 3 ) η κατεύθυνση των ινών κυτταρίνης είναι σχεδόν κάθετη στον άξονα της κυψέλης, στο στρώμα μικρό 2 (Εικ. 1, 4 ) σχηματίζουν οξεία (5-30) γωνία με τον άξονα του κυττάρου. Προσανατολισμός ινών στο στρώμα μικρό 3 ποικίλλει πολύ και μπορεί να διαφέρει ακόμη και σε παρακείμενες τραχειές. Έτσι, στις τραχειίδες ελάτης, η γωνία μεταξύ του κυρίαρχου προσανατολισμού των ινών κυτταρίνης και του κυτταρικού άξονα κυμαίνεται από 30-60 και στις ίνες των περισσότερων σκληρών ξύλων είναι 50-80. Ανάμεσα σε στρώματα RΚαι μικρό 1 , μικρό 1 και μικρό 2 , μικρό 2 και μικρό 3, παρατηρούνται μεταβατικές περιοχές (ελάσματα) με διαφορετικό μικροπροσανατολισμό ινών από ότι στα κύρια στρώματα του δευτερεύοντος κελύφους.

Η τεχνική κυτταρίνη είναι ένα ημικατεργασμένο ινώδες προϊόν που λαμβάνεται με καθαρισμό φυτικών ινών από μη κυτταρινικά συστατικά. Η κυτταρίνη ονομάζεται συνήθως από τον τύπο της πρώτης ύλης ( ξύλο, βαμβάκι), μέθοδος εξαγωγής από ξύλο ( θειώδες, θειικό), καθώς και κατά σκοπό ( βισκόζη, οξικό κ.λπ.).

Παραλαβή

1.Τεχνολογία παραγωγής ξυλοπολτούπεριλαμβάνει τις ακόλουθες λειτουργίες: αφαίρεση φλοιού από ξύλο (γαύγισμα). απόκτηση ροκανιδιών. μαγείρεμα τσιπς ξύλου (στη βιομηχανία, το μαγείρεμα πραγματοποιείται με τη μέθοδο θειικού ή θειώδους). ταξινόμηση? λεύκανση; ξήρανση; τομή

Μέθοδος θειώδους.Το ξύλο ελάτης επεξεργάζεται με υδατικό διάλυμα όξινου θειώδους ασβεστίου, μαγνησίου, νατρίου ή αμμωνίου, στη συνέχεια η θερμοκρασία αυξάνεται στους 105-110°C για 1,5-4 ώρες και βράζεται σε αυτή τη θερμοκρασία για 1-2 ώρες. Στη συνέχεια, ανεβάζουμε τη θερμοκρασία στους 135-150°C και μαγειρεύουμε για 1-4 ώρες. Στην περίπτωση αυτή, όλα τα μη κυτταρινικά συστατικά του ξύλου (κυρίως η λιγνίνη και οι ημικυτταρίνες) γίνονται διαλυτά και η απολιγνιωμένη κυτταρίνη παραμένει.

Μέθοδος θειικών.Τα ροκανίδια οποιουδήποτε τύπου ξύλου (καθώς και το καλάμι) επεξεργάζονται με μαγειρικό υγρό, το οποίο είναι ένα υδατικό διάλυμα καυστικής σόδας και θειούχου νατρίου (NaOH + Na 2 S). Μέσα σε 2-3 ώρες, αυξήστε τη θερμοκρασία στους 165-180°C και μαγειρέψτε σε αυτή τη θερμοκρασία για 1-4 ώρες. Τα μη κυτταρινικά συστατικά, που μετατρέπονται σε διαλυτή κατάσταση, απομακρύνονται από το μίγμα της αντίδρασης και παραμένει η κυτταρίνη που καθαρίζεται από ακαθαρσίες.

2.Βαμβακερός πολτόςπου λαμβάνεται από βαμβακερά λίτρα. Τεχνολογία λήψηςπεριλαμβάνει μηχανικός καθαρισμός, αλκαλικό μαγείρεμα (σε υδατικό διάλυμα NaOH 1-4% σε θερμοκρασία 130-170°C) και λεύκανση. Ηλεκτρονικές μικρογραφίες ινών κυτταρίνης βαμβακιού φαίνονται στο Σχ. 2.

3. Βακτηριακή κυτταρίνησυντίθεται από βακτήρια του γένους Acetobacter. Η προκύπτουσα βακτηριακή κυτταρίνη έχει υψηλό μοριακό βάρος και στενή κατανομή μοριακού βάρους.

Η στενή κατανομή μοριακού βάρους εξηγείται ως εξής. Δεδομένου ότι οι υδατάνθρακες εισέρχονται στο βακτηριακό κύτταρο ομοιόμορφα, το μέσο μήκος των ινών κυτταρίνης που προκύπτουν αυξάνεται αναλογικά με την πάροδο του χρόνου. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει αξιοσημείωτη αύξηση στις εγκάρσιες διαστάσεις των μικροϊνών (μικροϊνών). Ο μέσος ρυθμός ανάπτυξης των βακτηριακών ινών κυτταρίνης είναι ~0,1 μm/min, που αντιστοιχεί στον πολυμερισμό 10 7 - 10 8 υπολειμμάτων γλυκόζης ανά ώρα ανά βακτηριακό κύτταρο. Επομένως, κατά μέσο όρο, σε κάθε βακτηριακό κύτταρο, 10 3 μονάδες γλυκοπυρανόζης συνδέονται στα αναπτυσσόμενα άκρα των αδιάλυτων ινών κυτταρίνης ανά δευτερόλεπτο.

Οι μικροΐνες βακτηριακής κυτταρίνης αναπτύσσονται και από τα δύο άκρα του ινιδίου και στα δύο με την ίδια ταχύτητα. Οι μακρομοριακές αλυσίδες μέσα στα μικροϊνίδια είναι διατεταγμένες αντιπαράλληλες. Για άλλους τύπους κυτταρινών, τέτοια δεδομένα δεν έχουν ληφθεί. Μια ηλεκτρονική μικρογραφία ινών βακτηριακής κυτταρίνης φαίνεται στο Σχ. 3. Μπορεί να φανεί ότι οι ίνες έχουν περίπου το ίδιο μήκος και εμβαδόν διατομής.

Δομή.

Ο μοριακός τύπος της κυτταρίνης είναι (-C 6 H 10 O 5 -) n, όπως αυτός του αμύλου. Η κυτταρίνη είναι επίσης ένα φυσικό πολυμερές. Το μακρομόριο του αποτελείται από πολλά υπολείμματα μορίων γλυκόζης. Μπορεί να προκύψει το ερώτημα: γιατί το άμυλο και οι ουσίες κυτταρίνης είναι το ίδιο μοριακός τύπος– έχουν διαφορετικές ιδιότητες;

Όταν εξετάζουμε τα συνθετικά πολυμερή, έχουμε ήδη ανακαλύψει ότι οι ιδιότητές τους εξαρτώνται από τον αριθμό των στοιχειωδών μονάδων και τη δομή τους. Η ίδια κατάσταση ισχύει για τα φυσικά πολυμερή. Αποδεικνύεται ότι ο βαθμός πολυμερισμού της κυτταρίνης είναι πολύ μεγαλύτερος από αυτόν του αμύλου. Επιπλέον, συγκρίνοντας τις δομές αυτών των φυσικών πολυμερών, διαπιστώθηκε ότι τα μακρομόρια κυτταρίνης, σε αντίθεση με το άμυλο, αποτελούνται από υπολείμματα του μορίου β-γλυκόζης και έχουν μόνο γραμμική δομή. Τα μακρομόρια της κυτταρίνης βρίσκονται σε μία κατεύθυνση και σχηματίζουν ίνες (λινάρι, βαμβάκι, κάνναβη).

Κάθε υπόλειμμα ενός μορίου γλυκόζης περιέχει τρεις ομάδες υδροξυλίου.

Φυσικές ιδιότητες .

Η κυτταρίνη είναι μια ινώδης ουσία. Δεν λιώνει και δεν μεταβαίνει σε κατάσταση ατμού: όταν θερμαίνεται περίπου στους 350 o C, η κυτταρίνη αποσυντίθεται - απανθρακώνεται. Η κυτταρίνη είναι αδιάλυτη στο νερό ή στους περισσότερους άλλους ανόργανους και οργανικούς διαλύτες.

Η αδυναμία της κυτταρίνης να διαλυθεί στο νερό είναι μια απροσδόκητη ιδιότητα για μια ουσία που περιέχει τρεις ομάδες υδροξυλίου για κάθε έξι άτομα άνθρακα. Είναι ευρέως γνωστό ότι οι πολυυδροξυλικές ενώσεις είναι εύκολα διαλυτές στο νερό. Η αδιαλυτότητα της κυτταρίνης εξηγείται από το γεγονός ότι οι ίνες της είναι σαν «δέσμες» παράλληλων μορίων που μοιάζουν με νήματα που συνδέονται με πολλούς δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ομάδων υδροξυλίου. Ο διαλύτης δεν μπορεί να διεισδύσει μέσα σε μια τέτοια «δέσμη», και ως εκ τούτου τα μόρια δεν διαχωρίζονται μεταξύ τους.

Ο διαλύτης για την κυτταρίνη είναι το αντιδραστήριο του Schweitzer - ένα διάλυμα υδροξειδίου του χαλκού (II) με αμμωνία, με το οποίο αλληλεπιδρά ταυτόχρονα. Συμπυκνωμένα οξέα (θειικό, φωσφορικό) και ένα συμπυκνωμένο διάλυμα χλωριούχου ψευδαργύρου διαλύουν επίσης την κυτταρίνη, αλλά στην περίπτωση αυτή συμβαίνει μερική αποσύνθεσή της (υδρόλυση), που συνοδεύεται από μείωση του μοριακού βάρους.

Χημικές ιδιότητες .

Οι χημικές ιδιότητες της κυτταρίνης προσδιορίζονται κυρίως από την παρουσία υδροξυλομάδων. Δρώντας με μεταλλικό νάτριο, είναι δυνατό να ληφθεί αλκοξείδιο κυτταρίνης n. Υπό την επίδραση συγκεντρωμένων υδατικά διαλύματααλκάλια, εμφανίζεται η λεγόμενη μερσεροποίηση - μερικός σχηματισμός αλκοολικών αλάτων κυτταρίνης, που οδηγεί σε διόγκωση της ίνας και αύξηση της ευαισθησίας της στις βαφές. Ως αποτέλεσμα της οξείδωσης, ένας ορισμένος αριθμός καρβονυλικών και καρβοξυλικών ομάδων εμφανίζεται στο μακρομόριο της κυτταρίνης. Υπό την επίδραση ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων, το μακρομόριο αποσυντίθεται. Οι υδροξυλομάδες της κυτταρίνης είναι ικανές για αλκυλίωση και ακυλίωση, δίνοντας απλές και εστέρες.

Ένα από τα πιο χαρακτηριστικές ιδιότητεςκυτταρίνη - η ικανότητα να υποβάλλεται σε υδρόλυση παρουσία οξέων για να σχηματίσει γλυκόζη. Παρόμοια με το άμυλο, η υδρόλυση της κυτταρίνης λαμβάνει χώρα σε στάδια. Συνοπτικά, αυτή η διαδικασία μπορεί να απεικονιστεί ως εξής:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O H2SO4_ nC6H12O6

Δεδομένου ότι τα μόρια κυτταρίνης περιέχουν ομάδες υδροξυλίου, χαρακτηρίζεται από αντιδράσεις εστεροποίησης. Από αυτά πρακτική σημασίαέχουν αντιδράσεις κυτταρίνης με νιτρικό οξύ και οξικό ανυδρίτη.

Όταν η κυτταρίνη αντιδρά με το νιτρικό οξύ παρουσία πυκνού θειικού οξέος, ανάλογα με τις συνθήκες, σχηματίζεται δινιτροκυτταρίνη και τρινιτροκυτταρίνη, που είναι εστέρες:

Όταν η κυτταρίνη αντιδρά με οξικό ανυδρίτη (παρουσία οξικού και θειικού οξέος), λαμβάνεται τριακετυλοκυτταρίνη ή διακετυλοκυτταρίνη:

Ο πολτός καίγεται. Αυτό παράγει μονοξείδιο του άνθρακα (IV) και νερό.

Όταν το ξύλο θερμαίνεται χωρίς πρόσβαση στον αέρα, η κυτταρίνη και άλλες ουσίες αποσυντίθενται. Σε αυτή την περίπτωση αποδεικνύεται ξυλάνθρακαςμεθάνιο, μεθυλική αλκοόλη, οξικό οξύ, ακετόνη και άλλα προϊόντα.

Παραλαβή.

Ένα παράδειγμα σχεδόν καθαρής κυτταρίνης είναι το βαμβάκι που λαμβάνεται από εκκοκκισμένο βαμβάκι. Ο κύριος όγκος της κυτταρίνης απομονώνεται από το ξύλο, στο οποίο περιέχεται μαζί με άλλες ουσίες. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος παραγωγής κυτταρίνης στη χώρα μας είναι η λεγόμενη μέθοδος θειώδους. Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, θρυμματισμένο ξύλο παρουσία διαλύματος υδροθειώδους ασβεστίου Ca(HSO 3) 2 ή υδροθειώδους νατρίου NaHSO 3 θερμαίνεται σε αυτόκλειστα σε πίεση 0,5–0,6 MPa και θερμοκρασία 150 o C. Στην περίπτωση αυτή , όλες οι άλλες ουσίες καταστρέφονται και η κυτταρίνη απελευθερώνεται συγκριτικά καθαρή μορφή. Πλένεται με νερό, στεγνώνει και αποστέλλεται για περαιτέρω επεξεργασία, κυρίως για παραγωγή χαρτιού.

Εφαρμογή.

Η κυτταρίνη χρησιμοποιείται από τον άνθρωπο από πολύ αρχαίους χρόνους. Στην αρχή το ξύλο χρησιμοποιήθηκε ως καύσιμο και οικοδομικό υλικό; τότε το βαμβάκι, το λινάρι και άλλες ίνες άρχισαν να χρησιμοποιούνται ως υφαντικές πρώτες ύλες. Οι πρώτες βιομηχανικές μέθοδοι χημικής επεξεργασίας ξύλου προέκυψαν σε σχέση με την ανάπτυξη της βιομηχανίας χαρτιού.

Το χαρτί είναι ένα λεπτό στρώμα ινών ινών, συμπιεσμένο και κολλημένο για να δημιουργήσει μηχανική αντοχή, λεία επιφάνεια και για να αποτρέψει την αιμορραγία του μελανιού. Αρχικά για την κατασκευή χαρτιού χρησιμοποιήθηκαν φυτικά υλικά από τα οποία ήταν δυνατή η απόκτηση των απαραίτητων ινών αμιγώς μηχανικά, χρησιμοποιήθηκαν επίσης μίσχοι ρυζιού (το λεγόμενο ριζόχαρτο), βαμβάκι και φθαρμένα υφάσματα. Ωστόσο, καθώς αναπτύχθηκε η εκτύπωση βιβλίων, οι αναγραφόμενες πηγές πρώτων υλών κατέστησαν ανεπαρκείς για να ικανοποιήσουν την αυξανόμενη ζήτηση για χαρτί. Ειδικά πολύ χαρτί καταναλώνεται για την εκτύπωση εφημερίδων και το θέμα της ποιότητας (λευκότητα, αντοχή, αντοχή) για το χαρτί εφημερίδων δεν έχει σημασία. Γνωρίζοντας ότι το ξύλο αποτελείται από περίπου 50% ίνες, άρχισαν να προσθέτουν αλεσμένο ξύλο στον χαρτοπολτό. Ένα τέτοιο χαρτί είναι εύθραυστο και γρήγορα κιτρινίζει (ειδικά στο φως).

Για τη βελτίωση της ποιότητας των πρόσθετων ξύλου στον χαρτοπολτό, διάφορους τρόπους χημική επεξεργασίαξύλο, καθιστώντας δυνατή τη λήψη από αυτό περισσότερο ή λιγότερο καθαρή κυτταρίνη, απαλλαγμένη από συνοδευτικές ουσίες - λιγνίνη, ρητίνες και άλλα. Έχουν προταθεί αρκετές μέθοδοι για την απομόνωση της κυτταρίνης, από τις οποίες θα εξετάσουμε τη μέθοδο των θειωδών.

Σύμφωνα με τη μέθοδο των θειωδών, το θρυμματισμένο ξύλο «μαγειρεύεται» υπό πίεση με υδροθειώδες ασβέστιο. Σε αυτή την περίπτωση, οι συνοδευτικές ουσίες διαλύονται και η κυτταρίνη που ελευθερώνεται από ακαθαρσίες διαχωρίζεται με διήθηση. Τα προκύπτοντα θειώδη υγρά είναι παραγωγή χαρτιούαπόβλητα. Ωστόσο, λόγω του ότι περιέχουν, μαζί με άλλες ουσίες, μονοσακχαρίτες ικανούς να ζυμωθούν, χρησιμοποιούνται ως πρώτη ύλη για την παραγωγή αιθυλικής αλκοόλης (της λεγόμενης υδρολυτικής αλκοόλης).

Η κυτταρίνη χρησιμοποιείται όχι μόνο ως πρώτη ύλη στην παραγωγή χαρτιού, αλλά χρησιμοποιείται και για περαιτέρω χημική επεξεργασία. Υψηλότερη τιμήέχουν αιθέρες και εστέρες κυτταρίνης. Έτσι, όταν η κυτταρίνη υποβάλλεται σε επεξεργασία με ένα μείγμα νιτρικού και θειικού οξέος, λαμβάνονται νιτρικές κυτταρίνες. Όλα είναι εύφλεκτα και εκρηκτικά. Μέγιστος αριθμόςΤα υπολείμματα νιτρικού οξέος που μπορούν να εισαχθούν στην κυτταρίνη είναι ίσα με τρία για κάθε μονάδα γλυκόζης:

Ν HNO3_ n

Το προϊόν πλήρους εστεροποίησης - τρινιτρική κυτταρίνη (τρινιτροκυτταρίνη) - πρέπει να περιέχει 14,1% άζωτο σύμφωνα με τον τύπο. Στην πράξη, λαμβάνεται ένα προϊόν με ελαφρώς χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άζωτο (12,5/13,5%), γνωστό στην τέχνη ως πυροξελίνη. Όταν υποβάλλεται σε επεξεργασία με αιθέρα, η πυροξυλίνη ζελατινοποιείται. μετά την εξάτμιση του διαλύτη, παραμένει μια συμπαγής μάζα. Τα ψιλοκομμένα κομμάτια αυτής της μάζας είναι σκόνη χωρίς καπνό.

Τα προϊόντα νίτρωσης που περιέχουν περίπου 10% άζωτο αντιστοιχούν στη σύνθεση με τη δινιτρική κυτταρίνη: στην τεχνολογία, ένα τέτοιο προϊόν είναι γνωστό ως κολοξυλίνη. Όταν εκτίθεται σε ένα μείγμα αλκοόλης και αιθέρα, σχηματίζεται ένα παχύρρευστο διάλυμα, το λεγόμενο κολλίδιο, που χρησιμοποιείται στην ιατρική. Εάν προσθέσετε καμφορά σε ένα τέτοιο διάλυμα (0,4 μέρη καμφοράς ανά 1 μέρος κολοξυλίνης) και εξατμίσετε τον διαλύτη, θα σας μείνει ένα διαφανές εύκαμπτο φιλμ - κυτταρινικό. Ιστορικά, αυτός είναι ο πρώτος γνωστός τύπος πλαστικού. Από τον περασμένο αιώνα, το σελιλόιντ χρησιμοποιείται ευρέως ως βολικό θερμοπλαστικό υλικό για την παραγωγή πολλών προϊόντων (παιχνίδια, ψιλικά κ.λπ.). Ιδιαίτερα σημαντική είναι η χρήση σελλουλοειδών στην παραγωγή φιλμ και βερνικιών νίτρο. Ένα σοβαρό μειονέκτημα αυτού του υλικού είναι η ευφλεκτότητά του, επομένως το κυτταρινικό αντικαθίσταται πλέον όλο και περισσότερο από άλλα υλικά, ιδιαίτερα από οξικές κυτταρίνες.

Όλη μας τη ζωή περιτριγυριζόμαστε από έναν τεράστιο αριθμό αντικειμένων - κουτιά από χαρτόνι, χαρτί όφσετ, σακούλες από σελοφάν, ρούχα βισκόζης, πετσέτες μπαμπού και πολλά άλλα. Αλλά λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν ότι η κυτταρίνη χρησιμοποιείται ενεργά στην παραγωγή τους. Τι είναι αυτή η πραγματικά μαγική ουσία, χωρίς την οποία σχεδόν κανένα σύγχρονο βιομηχανική επιχείρηση? Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσουμε για τις ιδιότητες της κυτταρίνης, τη χρήση της σε διάφορους τομείς, καθώς και από τι εξάγεται και τι είναι χημικός τύπος. Ας τα πάρουμε, ίσως, από την αρχή.

Ανίχνευση ουσιών

Η φόρμουλα για την κυτταρίνη ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο χημικό Anselme Payen κατά τη διάρκεια πειραμάτων για το διαχωρισμό του ξύλου στα συστατικά του. Έχοντας το αντιμετωπίσει με νιτρικό οξύ, ο επιστήμονας ανακάλυψε ότι κατά τη διάρκεια χημική αντίδρασησχηματίζεται μια ινώδης ουσία παρόμοια με το βαμβάκι. Μετά από προσεκτική ανάλυση του υλικού που προέκυψε, ο Payen έλαβε τον χημικό τύπο της κυτταρίνης - C 6 H 10 O 5. Μια περιγραφή της διαδικασίας δημοσιεύτηκε το 1838 και η ουσία έλαβε το επιστημονικό της όνομα το 1839.

Δώρα της φύσης

Είναι πλέον γνωστό με βεβαιότητα ότι σχεδόν όλα τα μαλακά μέρη των φυτών και των ζώων περιέχουν κάποια ποσότητα κυτταρίνης. Για παράδειγμα, τα φυτά χρειάζονται αυτή την ουσία για φυσιολογική ανάπτυξη και ανάπτυξη, ή πιο συγκεκριμένα, για τη δημιουργία των μεμβρανών των νεοσχηματισμένων κυττάρων. Στη σύνθεση ανήκει σε πολυσακχαρίτες.

Στη βιομηχανία, κατά κανόνα, η φυσική κυτταρίνη εξάγεται από κωνοφόρα και φυλλοβόλα δέντρα - το ξηρό ξύλο περιέχει έως και 60% αυτής της ουσίας, καθώς και με την επεξεργασία απορριμμάτων βαμβακιού, που περιέχει περίπου 90% κυτταρίνη.

Είναι γνωστό ότι εάν το ξύλο θερμαίνεται σε κενό, δηλαδή χωρίς πρόσβαση στον αέρα, συμβαίνει θερμική αποσύνθεση της κυτταρίνης, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό ακετόνης, μεθυλικής αλκοόλης, νερού, οξικού οξέος και άνθρακα.

Παρά την πλούσια χλωρίδα του πλανήτη, δεν υπάρχουν πλέον αρκετά δάση για την παραγωγή της ποσότητας χημικών ινών που απαιτείται για τη βιομηχανία - η χρήση της κυτταρίνης είναι υπερβολικά εκτεταμένη. Ως εκ τούτου, εξάγεται όλο και περισσότερο από άχυρο, καλάμια, μίσχους καλαμποκιού, μπαμπού και καλάμια.

Συνθετική κυτταρίνη χρησιμοποιώντας διάφορα τεχνολογικές διαδικασίεςπροέρχονται από άνθρακα, πετρέλαιο, φυσικό αέριο και σχιστόλιθο.

Από το δάσος στα εργαστήρια

Ας δούμε την εξαγωγή τεχνικής κυτταρίνης από ξύλο - αυτή είναι μια πολύπλοκη, ενδιαφέρουσα και χρονοβόρα διαδικασία. Πρώτα απ 'όλα, το ξύλο φέρεται στην παραγωγή, κόβεται σε μεγάλα κομμάτια και αφαιρείται ο φλοιός.

Οι καθαρισμένες ράβδοι στη συνέχεια μεταποιούνται σε τσιπς και ταξινομούνται και μετά βράζονται σε αλυσίβα. Η προκύπτουσα κυτταρίνη διαχωρίζεται από το αλκάλιο, στη συνέχεια ξηραίνεται, κόβεται και συσκευάζεται για αποστολή.

Χημεία και φυσική

Ποια χημικά και φυσικά μυστικά κρύβονται στις ιδιότητες της κυτταρίνης εκτός από το ότι είναι πολυσακχαρίτης; Πρώτα απ 'όλα, αυτή η ουσία λευκό. Αναφλέγεται εύκολα και καίγεται καλά. Διαλύεται μέσα σύνθετες ενώσειςνερό με υδροξείδια ορισμένων μετάλλων (χαλκό, νικέλιο), με αμίνες, καθώς και σε θειικά και φωσφορικά οξέα, συμπυκνωμένο διάλυμα χλωριούχου ψευδαργύρου.

Διαθέσιμος οικιακούς διαλύτεςΗ κυτταρίνη δεν διαλύεται στο συνηθισμένο νερό. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μακρά νήμα μόρια αυτής της ουσίας συνδέονται σε περίεργες δέσμες και βρίσκονται παράλληλα μεταξύ τους. Επιπλέον, ολόκληρη αυτή η «δομή» ενισχύεται από δεσμούς υδρογόνου, γι 'αυτό τα μόρια ενός αδύναμου διαλύτη ή νερού απλά δεν μπορούν να διεισδύσουν στο εσωτερικό και να καταστρέψουν αυτό το ισχυρό πλέγμα.

Τα λεπτότερα νήματα, το μήκος των οποίων κυμαίνεται από 3 έως 35 χιλιοστά, συνδέονται σε δέσμες - έτσι μπορείτε να αναπαραστήσετε σχηματικά τη δομή της κυτταρίνης. Οι μακριές ίνες χρησιμοποιούνται στην κλωστοϋφαντουργία, οι κοντές ίνες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή, για παράδειγμα, χαρτιού και χαρτονιού.

Η κυτταρίνη δεν λιώνει ούτε μετατρέπεται σε ατμό, αλλά αρχίζει να διασπάται όταν θερμαίνεται πάνω από 150 βαθμούς Κελσίου, απελευθερώνοντας ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους - υδρογόνο, μεθάνιο και μονοξείδιο του άνθρακα (μονοξείδιο του άνθρακα). Σε θερμοκρασίες 350 ο C και άνω, η κυτταρίνη απανθρακώνεται.

Αλλαγή προς το καλύτερο

Έτσι περιγράφεται η κυτταρίνη στα χημικά σύμβολα: δομικός τύποςπου δείχνει ξεκάθαρα ένα μόριο πολυμερούς μακράς αλυσίδας που αποτελείται από επαναλαμβανόμενα γλυκοσιδικά υπολείμματα. Σημειώστε το "n" που υποδεικνύει μεγάλο αριθμό από αυτά.

Παρεμπιπτόντως, η φόρμουλα για την κυτταρίνη, που προέρχεται από τον Anselm Payen, έχει υποστεί κάποιες αλλαγές. Το 1934 ο Άγγλος οργανικός χημικός, βραβευμένος βραβείο ΝόμπελΟ Walter Norman Haworth μελέτησε τις ιδιότητες του αμύλου, της λακτόζης και άλλων σακχάρων, συμπεριλαμβανομένης της κυτταρίνης. Έχοντας ανακαλύψει την ικανότητα αυτής της ουσίας να υδρολύεται, έκανε προσαρμογές στην έρευνα του Payen και ο τύπος κυτταρίνης συμπληρώθηκε με την τιμή "n", υποδεικνύοντας την παρουσία γλυκοσιδικών υπολειμμάτων. Αυτή τη στιγμή μοιάζει με αυτό: (C 5 H 10 O 5) n.

Αιθέρες κυτταρίνης

Είναι σημαντικό τα μόρια κυτταρίνης να περιέχουν υδροξυλομάδες, οι οποίες μπορούν να αλκυλιωθούν και να ακυλιωθούν, σχηματίζοντας διάφορους εστέρες. Αυτή είναι μια άλλη από τις πιο σημαντικές ιδιότητες που έχει η κυτταρίνη. Δομικός τύπος διάφορες συνδέσειςμπορεί να μοιάζει με αυτό:

Οι αιθέρες της κυτταρίνης είναι είτε απλοί είτε σύνθετοι. Απλές είναι η μεθυλ-, υδροξυπροπυλ-, καρβοξυμεθυλ-, αιθυλ-, μεθυλυδροξυπροπυλ- και κυανοαιθυλοκυτταρίνη. Σύνθετα είναι τα νιτρικά, θειικά και οξικά άλατα κυτταρίνης, καθώς και ακετοπροπιονικά, ακετυλοφθαλυλοκυτταρίνη και ακετοβουτυρικά. Όλοι αυτοί οι αιθέρες παράγονται σχεδόν σε όλες τις χώρες του κόσμου σε εκατοντάδες χιλιάδες τόνους ετησίως.

Από φωτογραφικό φιλμ μέχρι οδοντόκρεμα

Σε τι χρησιμεύουν; Κατά κανόνα, οι αιθέρες κυτταρίνης χρησιμοποιούνται ευρέως για την παραγωγή τεχνητών ινών, διαφόρων πλαστικών, όλων των ειδών ταινιών (συμπεριλαμβανομένων φωτογραφικών), βερνικιών, χρωμάτων και χρησιμοποιούνται επίσης στη στρατιωτική βιομηχανία για την παραγωγή στερεών καυσίμων πυραύλων, σκόνης χωρίς καπνό και εκρηκτικά.

Επιπλέον, οι αιθέρες κυτταρίνης περιλαμβάνονται σε μείγματα γύψου και γύψου-τσιμέντου, βαφές υφασμάτων, οδοντόκρεμες, διάφορες κόλλες, συνθετικό απορρυπαντικά, αρώματα και καλλυντικά. Με μια λέξη, αν η φόρμουλα της κυτταρίνης δεν είχε ανακαλυφθεί το 1838, σύγχρονους ανθρώπουςδεν θα είχε πολλά από τα οφέλη του πολιτισμού.

Σχεδόν δίδυμα

Λίγοι από αυτούς απλοί άνθρωποιγνωρίζει ότι η κυτταρίνη έχει ένα είδος δίδυμου. Η φόρμουλα της κυτταρίνης και του αμύλου είναι πανομοιότυπη, αλλά είναι δύο εντελώς διαφορετικές ουσίες. Ποια είναι η διαφορά; Παρά το γεγονός ότι και οι δύο αυτές ουσίες είναι φυσικά πολυμερή, ο βαθμός πολυμερισμού του αμύλου είναι πολύ μικρότερος από αυτόν της κυτταρίνης. Και αν εμβαθύνετε και συγκρίνετε τις δομές αυτών των ουσιών, θα διαπιστώσετε ότι τα μακρομόρια της κυτταρίνης είναι διατεταγμένα γραμμικά και μόνο προς μία κατεύθυνση, σχηματίζοντας έτσι ίνες, ενώ τα μικροσωματίδια αμύλου φαίνονται ελαφρώς διαφορετικά.

Τομείς εφαρμογής

Ένα από τα καλύτερα οπτικά παραδείγματα πρακτικά καθαρής κυτταρίνης είναι το συνηθισμένο ιατρικό βαμβάκι. Όπως γνωρίζετε, λαμβάνεται από προσεκτικά καθαρισμένο βαμβάκι.

Το δεύτερο, όχι λιγότερο χρησιμοποιημένο προϊόν κυτταρίνης είναι το χαρτί. Στην πραγματικότητα, αυτή είναι το λεπτότερο στρώμαίνες κυτταρίνης, πιεσμένες προσεκτικά και κολλημένες μεταξύ τους.

Επιπλέον, το ύφασμα βισκόζης παράγεται από κυτταρίνη, η οποία είναι με επιδέξια χέριαμάστερ μετατρέπεται μαγικά σε όμορφα ρούχα, ταπετσαρία για επικαλυμμένα έπιπλακαι διάφορες διακοσμητικές κουρτίνες. Η βισκόζη χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή τεχνικών ζωνών, φίλτρων και κορδονιών ελαστικών.

Ας μην ξεχνάμε το σελοφάν, το οποίο είναι κατασκευασμένο από βισκόζη. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς σούπερ μάρκετ, καταστήματα, τμήματα συσκευασίας ταχυδρομείων χωρίς αυτό. Το σελοφάν είναι παντού: μέσα είναι τυλιγμένα καραμέλες, συσκευάζονται δημητριακά και αρτοσκευάσματα, καθώς και ταμπλέτες, καλσόν και οποιοσδήποτε εξοπλισμός, από κινητό τηλέφωνοκαι τελειώνει με το τηλεχειριστήριο τηλεχειριστήριογια την τηλεόραση.

Επιπλέον, η καθαρή μικροκρυσταλλική κυτταρίνη περιλαμβάνεται στα δισκία απώλειας βάρους. Μόλις μπουν στο στομάχι, διογκώνονται και δημιουργούν ένα αίσθημα πληρότητας. Η ποσότητα της τροφής που καταναλώνεται την ημέρα μειώνεται σημαντικά και, κατά συνέπεια, μειώνεται το βάρος.

Όπως μπορείτε να δείτε, η ανακάλυψη της κυτταρίνης έκανε μια πραγματική επανάσταση όχι μόνο στη χημική βιομηχανία, αλλά και στην ιατρική.

Επί του παρόντος, μόνο δύο πηγές κυτταρίνης είναι βιομηχανικής σημασίας - το βαμβάκι και ο ξυλοπολτός. Το βαμβάκι είναι σχεδόν καθαρή κυτταρίνη και δεν απαιτεί σύνθετη επεξεργασίανα γίνει η πρώτη ύλη για την κατασκευή τεχνητή ίνακαι μη ινώδη πλαστικά. Αφού διαχωριστούν οι μακριές ίνες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή βαμβακερών υφασμάτων από το βαμβακόσπορο, παραμένουν κοντές τρίχες ή «χνούδι» (χνούδι βαμβακιού), μήκους 10–15 mm. Το χνούδι διαχωρίζεται από τον σπόρο, θερμαίνεται υπό πίεση για 2-6 ώρες με διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου 2,5-3%, στη συνέχεια πλένεται, λευκαίνεται με χλώριο, πλένεται ξανά και ξηραίνεται. Το προκύπτον προϊόν είναι 99% καθαρή κυτταρίνη. Η απόδοση είναι 80% (κ.β.) χνούδι, το υπόλοιπο είναι λιγνίνη, λίπη, κεριά, πηκτικά και φλοιοί σπόρων. Ο ξυλοπολτός κατασκευάζεται συνήθως από ξύλο δέντρου κωνοφόρα είδη. Περιέχει 50–60% κυτταρίνη, 25–35% λιγνίνη και 10–15% ημικυτταρίνες και μη κυτταρινικούς υδρογονάνθρακες. Στη διαδικασία θειώδους, τα ροκανίδια ξύλου βράζονται υπό πίεση (περίπου 0,5 MPa) στους 140°C με διοξείδιο του θείου και όξινο θειώδες ασβέστιο. Σε αυτή την περίπτωση, οι λιγνίνες και οι υδρογονάνθρακες μπαίνουν σε διάλυμα και η κυτταρίνη παραμένει. Μετά το πλύσιμο και τη λεύκανση, η καθαρισμένη μάζα χύνεται σε χαλαρό χαρτί, παρόμοιο με το στυπόχαρτο, και στεγνώνει. Αυτή η μάζα αποτελείται από 88–97% κυτταρίνη και είναι αρκετά κατάλληλη για χημική επεξεργασία σε ίνες βισκόζης και σελοφάν, καθώς και σε παράγωγα κυτταρίνης - εστέρες και αιθέρες.

Η διαδικασία αναγέννησης της κυτταρίνης από ένα διάλυμα με την προσθήκη οξέος στο συμπυκνωμένο υδατικό διάλυμα χαλκού-αμμωνίας (δηλαδή που περιέχει θειικό χαλκό και υδροξείδιο του αμμωνίου) περιγράφηκε από τον Άγγλο J. Mercer γύρω στο 1844. Αλλά το πρώτο βιομηχανική εφαρμογήΑυτή η μέθοδος, που έθεσε τα θεμέλια για τη βιομηχανία ινών χαλκού-αμμωνίας, αποδίδεται στον E. Schweitzer (1857), και η περαιτέρω ανάπτυξή της είναι η αξία των M. Kramer και I. Schlossberger (1858). Και μόνο το 1892 ο Cross, ο Bevin και ο Beadle στην Αγγλία επινόησαν μια διαδικασία για την παραγωγή ίνας βισκόζης: ένα παχύρρευστο (εξ ου και το όνομα βισκόζη) υδατικό διάλυμα κυτταρίνης ελήφθη μετά την επεξεργασία της κυτταρίνης πρώτα με ένα ισχυρό διάλυμα καυστικής σόδας, το οποίο έδωσε «σόδα κυτταρίνη», και στη συνέχεια με δισουλφίδιο του άνθρακα (CS 2), με αποτέλεσμα διαλυτή ξανθική κυτταρίνη. Όταν πιέζετε ένα ρεύμα αυτού του «περιστρεφόμενου» διαλύματος μέσα από ένα κλωστήρα με ένα μικρό στρογγυλή τρύπαΣτο λουτρό οξέος, η κυτταρίνη αναγεννήθηκε με τη μορφή ίνας βισκόζης. Όταν το διάλυμα συμπιέστηκε στο ίδιο λουτρό μέσω μιας μήτρας με στενή σχισμή, ελήφθη μια μεμβράνη που ονομάζεται σελοφάν. Ο J. Brandenberger, ο οποίος εργάστηκε σε αυτήν την τεχνολογία στη Γαλλία από το 1908 έως το 1912, ήταν ο πρώτος που κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μια συνεχή διαδικασία για την κατασκευή σελοφάν.

Χημική δομή.

Παρά την ευρεία βιομηχανική χρήση της κυτταρίνης και των παραγώγων της, ο επί του παρόντος αποδεκτός χημικός δομικός τύπος της κυτταρίνης προτάθηκε (από τον W. Haworth) μόλις το 1934. Ωστόσο, από το 1913 ο εμπειρικός τύπος της C 6 H 10 O 5, που προσδιορίστηκε από δεδομένα, έχει έγινε γνωστό ποσοτική ανάλυσηκαλά πλυμένα και στεγνωμένα δείγματα: 44,4% C, 6,2% H και 49,4% O. Χάρη στην εργασία των G. Staudinger και K. Freudenberg, έγινε επίσης γνωστό ότι πρόκειται για ένα πολυμερές μόριο μακράς αλυσίδας που αποτελείται από αυτά που φαίνονται στο Σχ. . 1 επαναλαμβανόμενα γλυκοσιδικά κατάλοιπα. Κάθε μονάδα έχει τρεις ομάδες υδροξυλίου - μία πρωτογενή (– CH 2 CH OH) και δύο δευτερεύουσες (> CH CH OH). Μέχρι το 1920, ο E. Fisher είχε καθιερώσει τη δομή των απλών σακχάρων και την ίδια χρονιά, οι μελέτες ακτίνων Χ της κυτταρίνης έδειξαν για πρώτη φορά ένα σαφές μοτίβο περίθλασης των ινών της. Το μοτίβο περίθλασης ακτίνων Χ της ίνας βαμβακιού δείχνει καθαρό κρυσταλλικό προσανατολισμό, αλλά οι ίνες λίνου είναι ακόμη πιο διατεταγμένες. Όταν η κυτταρίνη αναγεννάται σε μορφή ινών, η κρυσταλλικότητα χάνεται σε μεγάλο βαθμό. Πόσο εύκολο είναι να το δει κανείς υπό το πρίσμα των επιτευγμάτων σύγχρονη επιστήμη, η δομική χημεία της κυτταρίνης ουσιαστικά παρέμεινε ακίνητη από το 1860 έως το 1920 για το λόγο ότι όλο αυτό το διάστημα οι βοηθητικές επιστημονικές επιστήμες που ήταν απαραίτητες για την επίλυση του προβλήματος παρέμειναν στα σπάργανα.

ΑΝΑΓΕΝΝΗΜΕΝΗ κυτταρίνη

Ίνα βισκόζης και σελοφάν.

Τόσο η ίνα βισκόζης όσο και το σελοφάν είναι αναγεννημένη (από διάλυμα) κυτταρίνη. Η καθαρισμένη φυσική κυτταρίνη υφίσταται επεξεργασία με περίσσεια πυκνού υδροξειδίου του νατρίου. Μετά την αφαίρεση της περίσσειας, οι σβώλοι αλέθονται και η προκύπτουσα μάζα διατηρείται υπό προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες. Με αυτή τη «γήρανση», το μήκος των αλυσίδων πολυμερούς μειώνεται, γεγονός που προάγει την επακόλουθη διάλυση. Στη συνέχεια, η θρυμματισμένη κυτταρίνη αναμειγνύεται με δισουλφίδιο του άνθρακα και το προκύπτον ξανθικό διαλύεται σε διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου για να ληφθεί "βισκόζη" - ένα ιξώδες διάλυμα. Όταν η βισκόζη εισέρχεται σε ένα υδατικό διάλυμα οξέος, η κυτταρίνη αναγεννάται από αυτό. Οι απλουστευμένες συνολικές αντιδράσεις είναι:

Η ίνα βισκόζης, που λαμβάνεται με συμπίεση βισκόζης μέσω μικρών οπών ενός κλωστήρα σε διάλυμα οξέος, χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή υφασμάτων ρούχων, υφασμάτων υφασμάτων και ταπετσαριών, καθώς και στην τεχνολογία. Σημαντικές ποσότητες ινών βισκόζης χρησιμοποιούνται για τεχνικές ζώνες, ταινίες, φίλτρα και κορδόνι ελαστικού.

Σελοφάν.

Το σελοφάν, που λαμβάνεται με συμπίεση βισκόζης σε ένα λουτρό οξέος μέσω ενός κλωστηρίου με στενή σχισμή, στη συνέχεια περνά μέσα από λουτρά πλύσης, λεύκανσης και πλαστικοποίησης, περνά μέσα από τύμπανα ξήρανσης και τυλίγεται σε ρολό. Η επιφάνεια της μεμβράνης σελοφάν είναι σχεδόν πάντα επικαλυμμένη με νιτροκυτταρίνη, ρητίνη, κάποιο είδος κεριού ή βερνίκι για να μειωθεί η μετάδοση υδρατμών και να παρέχεται η δυνατότητα θερμικής σφράγισης, αφού το μη επικαλυμμένο σελοφάν δεν έχει την ιδιότητα της θερμοπλαστικότητας. Επί σύγχρονη παραγωγήχρησιμοποιείται για αυτό πολυμερείς επικαλύψειςτύπου πολυβινυλιδενοχλωριδίου, καθώς είναι λιγότερο διαπερατά από την υγρασία και παρέχουν πιο ανθεκτική σύνδεση κατά τη θερμοσφράγιση.

Το σελοφάν χρησιμοποιείται ευρέως κυρίως στη βιομηχανία συσκευασίας ως υλικό περιτυλίγματος για ξηρά προϊόντα, προϊόντα διατροφής, προϊόντα καπνού, αλλά και ως βάση για αυτοκόλλητη ταινία συσκευασίας.

Σφουγγάρι βισκόζης.

Εκτός από το σχηματισμό ίνας ή φιλμ, η βισκόζη μπορεί να αναμιχθεί με κατάλληλα ινώδη και λεπτά κρυσταλλικά υλικά. Μετά από επεξεργασία με οξύ και έκπλυση νερού, το μείγμα αυτό μετατρέπεται σε σφουγγάρι βισκόζης (Εικ. 2), το οποίο χρησιμοποιείται για συσκευασία και θερμομόνωση.

Ίνα χαλκού-αμμωνίας.

Η αναγεννημένη ίνα κυτταρίνης παράγεται σε βιομηχανικής κλίμακαςεπίσης με διάλυση κυτταρίνης σε πυκνό διάλυμα χαλκού-αμμωνίας (CuSO 4 σε NH 4 OH) και περιδίνηση του προκύπτοντος διαλύματος σε ίνα σε ένα λουτρό όξινης καθίζησης. Αυτή η ίνα ονομάζεται ίνα χαλκού-αμμωνίας.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΝΤΗΣ

Χημικές ιδιότητες.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 1, η κυτταρίνη είναι ένας υδατάνθρακας υψηλού πολυμερούς που αποτελείται από γλυκοσιδικά υπολείμματα C 6 H 10 O 5 συνδεδεμένα με γέφυρες αιθέρα στη θέση 1,4. Οι τρεις υδροξυλομάδες σε κάθε μονάδα γλυκοπυρανόζης μπορούν να εστεροποιηθούν με οργανικούς παράγοντες όπως ένα μείγμα οξέων και ανυδρίτες οξέος με κατάλληλο καταλύτη, όπως θειικό οξύ. Οι αιθέρες μπορούν να σχηματιστούν με τη δράση του συμπυκνωμένου υδροξειδίου του νατρίου που οδηγεί στον σχηματισμό κυτταρίνης σόδας και στη συνέχεια αντίδραση με ένα αλκυλαλογονίδιο:

Η αντίδραση με αιθυλένιο ή προπυλενοξείδιο παράγει υδροξυλιωμένους αιθέρες:

Η παρουσία αυτών των υδροξυλομάδων και η γεωμετρία του μακρομορίου καθορίζουν την ισχυρή πολική αμοιβαία έλξη γειτονικών μονάδων. Οι ελκτικές δυνάμεις είναι τόσο ισχυρές που οι συνηθισμένοι διαλύτες δεν είναι σε θέση να σπάσουν την αλυσίδα και να διαλύσουν την κυτταρίνη. Αυτές οι ελεύθερες υδροξυλομάδες είναι επίσης υπεύθυνες για τη μεγαλύτερη υγροσκοπικότητα της κυτταρίνης (Εικ. 3). Η εστεροποίηση και η αιθεροποίηση μειώνουν την υγροσκοπικότητα και αυξάνουν τη διαλυτότητα σε κοινούς διαλύτες.

Υπό την επίδραση ενός υδατικού διαλύματος οξέος, οι γέφυρες οξυγόνου στη θέση 1,4 σπάνε. Το πλήρες σπάσιμο της αλυσίδας παράγει γλυκόζη, έναν μονοσακχαρίτη. Το αρχικό μήκος της αλυσίδας εξαρτάται από την προέλευση της κυτταρίνης. Είναι μέγιστο στη φυσική του κατάσταση και μειώνεται κατά τη διαδικασία απομόνωσης, καθαρισμού και μετατροπής σε παράγωγες ενώσεις ( εκ. τραπέζι).

Ακόμη και η μηχανική διάτμηση, για παράδειγμα κατά τη λειαντική λείανση, οδηγεί σε μείωση του μήκους της αλυσίδας. Όταν το μήκος της αλυσίδας του πολυμερούς μειωθεί κάτω από μια ορισμένη ελάχιστη τιμή, οι μακροσκοπικές φυσικές ιδιότητες της κυτταρίνης αλλάζουν.

Οι οξειδωτικοί παράγοντες επηρεάζουν την κυτταρίνη χωρίς να προκαλούν διάσπαση του δακτυλίου γλυκοπυρανόζης (Εικ. 4). Η επακόλουθη δράση (παρουσία υγρασίας, όπως στις κλιματικές δοκιμές) συνήθως οδηγεί σε σχάση της αλυσίδας και αύξηση του αριθμού των ακραίων ομάδων που μοιάζουν με αλδεΰδη. Δεδομένου ότι οι ομάδες αλδεΰδης οξειδώνονται εύκολα σε καρβοξυλομάδες, η περιεκτικότητα σε καρβοξυλικό, που πρακτικά απουσιάζει στη φυσική κυτταρίνη, αυξάνεται απότομα υπό συνθήκες ατμοσφαιρικών επιδράσεων και οξείδωσης.

Όπως όλα τα πολυμερή, η κυτταρίνη καταστρέφεται υπό την επίδραση ατμοσφαιρικών παραγόντων ως αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης του οξυγόνου, της υγρασίας, των όξινων συστατικών του αέρα και ηλιακό φως. Το υπεριώδες συστατικό του ηλιακού φωτός είναι σημαντικό και πολλοί καλοί προστατευτικοί παράγοντες υπεριώδους ακτινοβολίας αυξάνουν τη διάρκεια ζωής των προϊόντων παραγώγων κυτταρίνης. Όξινα συστατικά του αέρα, όπως τα οξείδια του αζώτου και του θείου (και είναι πάντα παρόντα σε ατμοσφαιρικός αέραςβιομηχανικές περιοχές) επιταχύνουν την αποσύνθεση, συχνά με ισχυρότερο αποτέλεσμα από το ηλιακό φως. Έτσι, στην Αγγλία σημειώθηκε ότι τα δείγματα βαμβακιού ελέγχθηκαν για έκθεση ατμοσφαιρικές συνθήκες, το χειμώνα, όταν πρακτικά δεν υπήρχε έντονο ηλιακό φως, υποβαθμίζονταν πιο γρήγορα από ό,τι το καλοκαίρι. Γεγονός είναι ότι η καύση μεγάλων ποσοτήτων άνθρακα και αερίου το χειμώνα οδήγησε σε αύξηση της συγκέντρωσης του αζώτου και των οξειδίων του θείου στον αέρα. Τα δεσμευτικά οξέων, τα αντιοξειδωτικά και οι απορροφητές UV μειώνουν την ευαισθησία της κυτταρίνης στις καιρικές συνθήκες. Η αντικατάσταση των ελεύθερων υδροξυλομάδων οδηγεί σε αλλαγή αυτής της ευαισθησίας: η νιτρική κυτταρίνη αποικοδομείται πιο γρήγορα και η οξική και η προπιονική - πιο αργά.

Φυσικές ιδιότητες.

Οι αλυσίδες πολυμερών κυτταρίνης συσκευάζονται σε μακριές δέσμες ή ίνες, στις οποίες, μαζί με τις διατεταγμένες, κρυσταλλικές, υπάρχουν επίσης λιγότερο διατεταγμένες, άμορφες τομές (Εικ. 5). Το μετρούμενο ποσοστό κρυσταλλικότητας εξαρτάται από τον τύπο της κυτταρίνης καθώς και από τη μέθοδο μέτρησης. Σύμφωνα με δεδομένα ακτίνων Χ, κυμαίνεται από 70% (βαμβάκι) έως 38–40% (ίνα βισκόζης). Η δομική ανάλυση ακτίνων Χ παρέχει πληροφορίες όχι μόνο για την ποσοτική σχέση μεταξύ κρυσταλλικού και άμορφου υλικού στο πολυμερές, αλλά και για τον βαθμό προσανατολισμού της ίνας που προκαλείται από διαδικασίες τάνυσης ή κανονικής ανάπτυξης. Η οξύτητα των δακτυλίων περίθλασης χαρακτηρίζει τον βαθμό κρυσταλλικότητας και οι κηλίδες περίθλασης και η οξύτητά τους χαρακτηρίζουν την παρουσία και τον βαθμό προτιμώμενου προσανατολισμού των κρυσταλλιτών. Σε ένα δείγμα ανακυκλωμένης οξικής κυτταρίνης που παράγεται με τη διαδικασία ξηρής κλώσης, τόσο ο βαθμός κρυσταλλικότητας όσο και ο προσανατολισμός είναι πολύ μικροί. Στο δείγμα τριοξικού, ο βαθμός κρυσταλλικότητας είναι υψηλότερος, αλλά δεν υπάρχει προτιμώμενος προσανατολισμός. Θερμική επεξεργασία τριοξικού σε θερμοκρασία 180–240°

Κυτταρίνη - τι είναι; Αυτή η ερώτηση ανησυχεί όλους όσους ασχολούνται με οργανική χημεία. Ας προσπαθήσουμε να μάθουμε τα κύρια χαρακτηριστικά αυτής της ένωσης και να την προσδιορίσουμε χαρακτηριστικά γνωρίσματα, τομείς πρακτικής εφαρμογής.

Δομικά χαρακτηριστικά

Η χημική κυτταρίνη έχει τον τύπο (C 6 H 10 O 5) p. Είναι ένας πολυσακχαρίτης που περιλαμβάνει υπολείμματα β-γλυκόζης. Η κυτταρίνη χαρακτηρίζεται από γραμμική δομή. Κάθε υπόλειμμα του μορίου του περιλαμβάνει τρεις ομάδες ΟΗ, επομένως αυτή η ένωση χαρακτηρίζεται από τις ιδιότητες των πολυϋδρικών αλκοολών. Η παρουσία μιας ομάδας αλδεΰδης δακτυλίου στο μόριο δίνει ιδιότητες αποκατάστασης (αναγωγικές) της κυτταρίνης. Αυτό ακριβώς είναι οργανική ένωσηείναι το σημαντικότερο φυσικό πολυμερές, το κύριο συστατικό του φυτικού ιστού.

Βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες στο λινάρι, το βαμβάκι και άλλα ινώδη φυτά, τα οποία είναι η κύρια πηγή ινών κυτταρίνης.

Η τεχνική κυτταρίνη απομονώνεται από ξυλώδη φυτά.

Χημεία ξύλου

Η παραγωγή κυτταρίνης καλύπτεται σε αυτό το ξεχωριστό τμήμα της χημείας. Εδώ υποτίθεται ότι πρέπει να εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά της σύνθεσης του δέντρου, τη χημική του ουσία και φυσικές ιδιότητες, μέθοδοι ανάλυσης και απομόνωσης ουσιών, η χημική ουσία των διαδικασιών επεξεργασίας του ξύλου και των επιμέρους συστατικών του.

Η κυτταρίνη του ξύλου είναι πολυδιασπαρμένη και περιέχει μακρομόρια διαφορετικού μήκους. Για τον προσδιορισμό του βαθμού πολυδιασποράς, χρησιμοποιείται η μέθοδος κλασματοποίησης. Το δείγμα χωρίζεται σε ξεχωριστά κλάσματα και στη συνέχεια μελετώνται τα χαρακτηριστικά τους.

Χημικές ιδιότητες

Όταν συζητάμε τι είναι κυτταρίνη, είναι απαραίτητο να το πραγματοποιήσουμε λεπτομερής ανάλυσηχημικές ιδιότητες μιας δεδομένης οργανικής ένωσης.

Η τεχνική κυτταρίνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή χαρτονιού και χαρτιού, καθώς μπορεί να υποστεί χημική επεξεργασία χωρίς προβλήματα.

Κάθε τεχνολογική αλυσίδα που σχετίζεται με την επεξεργασία της φυσικής κυτταρίνης αποσκοπεί στη διατήρηση των πολύτιμων ιδιοτήτων της. Η σύγχρονη επεξεργασία κυτταρίνης καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή της διαδικασίας διάλυσης αυτής της ουσίας και την παραγωγή εντελώς νέων χημικών ουσιών από την κυτταρίνη.

Τι ιδιότητες έχει η κυτταρίνη; Ποια είναι η διαδικασία καταστροφής; Οι ερωτήσεις αυτές περιλαμβάνονται στο σχολικό μάθημα της οργανικής χημείας.

Μεταξύ των χαρακτηριστικών χημικών ιδιοτήτων της κυτταρίνης είναι:

• καταστροφή;
• ράψιμο;
• αντιδράσεις που περιλαμβάνουν λειτουργικές ομάδες.

Κατά την καταστροφή, παρατηρείται διάσπαση της αλυσίδας του μακρομορίου των γλυκοσιδικών δεσμών, που συνοδεύεται από μείωση του βαθμού πολυμερισμού. Σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι δυνατή η πλήρης ρήξη του μορίου.

Επιλογές για καταστροφή κυτταρίνης

Ας μάθουμε ποιοι κύριοι τύποι καταστροφής έχει η κυτταρίνη, ποια είναι η ρήξη των μακρομορίων.

Επί του παρόντος, διακρίνονται διάφοροι τύποι καταστροφής στη χημική παραγωγή.

Στο μηχανική έκδοσηυπάρχει ένα κενό Συνδέσεις C-Cσε κύκλους, καθώς και την καταστροφή των γλυκοσιδικών δεσμών. Μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει όταν μια ουσία συνθλίβεται μηχανικά, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της λείανσης για την παραγωγή χαρτιού.

Η θερμική καταστροφή συμβαίνει υπό την επίδραση της θερμικής ενέργειας. Σε αυτή τη διαδικασία βασίζεται η τεχνολογική πυρόλυση του ξύλου.

Η φωτοχημική καταστροφή περιλαμβάνει την καταστροφή μακρομορίων υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας.

Για τον τύπο ακτινοβολίας καταστροφής ενός φυσικού πολυμερούς, η παρουσία του ακτινοβολία ακτίνων Χ. Αυτός ο τύπος καταστροφής χρησιμοποιείται σε ειδικές συσκευές.

Όταν εκτίθεται στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο, είναι δυνατή η οξειδωτική καταστροφή της κυτταρίνης. Η διαδικασία χαρακτηρίζεται από την ταυτόχρονη οξείδωση ομάδων αλκοόλης και αλδεΰδης που υπάρχουν σε μια δεδομένη ένωση.

Όταν η κυτταρίνη εκτίθεται σε νερό, καθώς και σε υδατικά διαλύματα οξέων και αλκαλίων, λαμβάνει χώρα η διαδικασία της υδρόλυσης της κυτταρίνης. Η αντίδραση πραγματοποιείται σκόπιμα σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο να διεξαχθεί ποιοτική ανάλυση της δομής της ουσίας, αλλά κατά το μαγείρεμα αυτής της ουσίαςδεν είναι επιθυμητό.

Οι μικροοργανισμοί, όπως οι μύκητες, μπορούν να αποικοδομήσουν βιολογικά την κυτταρίνη. Για να αποκτήσετε ένα ποιοτικό προϊόν, είναι σημαντικό να αποτρέψετε τη βιολογική του καταστροφή κατά την παραγωγή χαρτιού και βαμβακερών υφασμάτων.

Λόγω της παρουσίας δύο λειτουργικών ομάδων στα μόρια, η κυτταρίνη εμφανίζει ιδιότητες χαρακτηριστικές των πολυϋδρικών αλκοολών και αλδεΰδων.

Διασταυρούμενες αντιδράσεις

Τέτοιες διαδικασίες συνεπάγονται τη δυνατότητα λήψης μακρομορίων με καθορισμένες φυσικές και χημικές ιδιότητες.

Χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανική παραγωγήκυτταρίνη, δίνοντάς της νέα χαρακτηριστικά απόδοσης.

Παρασκευή αλκαλικής κυτταρίνης

Τι είναι αυτή η κυτταρίνη; Οι κριτικές δείχνουν ότι αυτή η τεχνολογία θεωρείται η παλαιότερη και πιο διαδεδομένη στον κόσμο. Στις μέρες μας, το πολυμερές που λαμβάνεται κατά την κατασκευή ινών βισκόζης και μεμβρανών και τη δημιουργία αιθέρων κυτταρίνης εξευγενίζονται με παρόμοιο τρόπο.

Εργαστηριακές μελέτες έχουν βρει ότι μετά από μια τέτοια επεξεργασία, η λάμψη του υφάσματος αυξάνεται και η μηχανική του αντοχή αυξάνεται. Η αλκαλική κυτταρίνη είναι μια εξαιρετική πρώτη ύλη για την κατασκευή ινών.

Υπάρχουν τρία είδη τέτοιων προϊόντων: φυσικοχημικά, δομικά, χημικά. Όλα αυτά έχουν ζήτηση στη σύγχρονη χημική παραγωγή και χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χαρτιού και χαρτονιού. Βρήκαμε τι δομή έχει η κυτταρίνη και ποια είναι η διαδικασία παραγωγής της.