Целюлоза
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Целюлоза

Целюлоза (франц. cellulose, від латів.(латинський) cellula, буквально — кімнатка, комірка, тут — клітка), клітковина, один з найпоширеніших природних полімерів ( полісахарид ); головна складова частина клітинних стінок рослин, що обумовлює механічну міцність і еластичність рослинних тканин. Так, вміст Ц. у волосках насіння бавовника 97—98%, в стеблах лубових рослин (льон, рамі, джут) 75—90%, в деревині 40—50%, очереті, злаках, соняшнику 30—40%. Виявлена також в організмі деяких нижчих безхребетних.

загрузка...

  В організмі Ц. служить головним чином будівельним матеріалом і в обміні речовин майже не бере участь. Ц. не розщеплюється звичайними ферментами шлунково-кишкового тракту ссавців (амілазою, мальтазою); при дії ферменту целюлази, кишечника травоїдних тварин, що виділяється мікрофлорою, Ц. розпадається до d-глюкозі. Біосинтез Ц. протікає за участю активованої форми d-глюкозі.

  Виділення целюлози з природних матеріалів засноване на дії реагентів, розчинювальних або руйнівних нецелюлозні компоненти, що містяться в рослинних тканинах (білки, жири, віск, смоли, лігнін, а також полісахариди — супутники Ц.). Методи виділення залежать від типа рослинного матеріалу і призначення Ц. Основниє з них: лужне вариво (обробка рослинних матеріалів розбавленим розчином їдкого натра під тиском з подальшим вибілюванням — обробкою окислювачами, наприклад гипохлорітом натрію), вживане головним чином для здобуття бавовняної Ц.; сульфітне вариво (обробка під тиском водними розчинами бісульфіту кальцію, магнію, натрію або амонія, що містять невелику кількість вільного So 2 ) і сульфатне вариво (обробка під тиском водним розчином суміші їдкого натра і сульфіду натрію), використовувані для виділення Ц. з деревини. З соломи Ц. виділяють хлорно-лужним методом (послідовною обробкою водним розчином їдкого натра і хлором). Див. також Целюлозно-паперова промисловість .

  Структура і властивості целюлози. Ц. — волокнистий матеріал білого кольору, щільність 1,52—1,54 г/см 3 (20 °С). Ц. растворіма В т. н. мідно-аміачному розчині [розчин аммінкупрум (II) -гидроксида в 25%-ном водному розчині аміаку], водних розчинах четвертинних амонієвих підстав, водних розчинах комплексних з'єднань гідроокисів полівалентних металів (Ni, З) з аміаком або етилендіаміном, лужному розчині комплексу заліза (III) з виннокислим натрієм, розчинах двоокису азоту в диметилформаміді, концентрованого фосфорного і сарною кислотах (розчинення в кислотах супроводиться деструкцією Ц.).

  Макромолекули Ц. побудовані з елементарних ланок D- глюкози, сполучених 1,4-b-глікозіднимі зв'язками в лінійні нерозгалужені ланцюги:

  Середня міра полімеризації Ц. змінюється в широких межах; наприклад, для Ц. віскозного волокна вона складає 300—500, для Ц. бавовняного волокна і лубових волокон — 10—14 тис. (віскозиметрія. метод або за даними визначення в ультрацентрифузі). Ц. відрізняється значною полідисперсністю по молекулярній масі; характер кривих молекулярно-масового розподілу залежить від вигляду вихідного целлюлозосодержащего матеріалу і способу виділення з нього Ц.

  Ц. зазвичай відносять до кристалічних полімерів. Для неї характерне явище поліморфізму, тобто наявність ряду структурних (кристалічних) модифікацій, що розрізняються параметрами кристалічної решітки і деякими фізичними і хімічними властивостями; основними модифікаціями є Ц. I (природна Ц.) і Ц. II ( гидратцеллюлоза ) .

  Ц. має складну надмолекулярну структуру. Первинний елемент її — мікрофібрила, що складається з декількох сотень макромолекул і що має форму спіралі (товщина 35—100, довжина 500—600  і вище). Мікрофібрили об'єднуються в крупніші утворення (300—1500 ), по-різному орієнтовані в різних шарах клітинної стінки. Волокнина «цементується» т.з. матриксом, що складається з ін. полімерних матеріалів вуглеводної природи (геміцелюлози, пектину) і білка (екстенсина).

  Глікозідниє зв'язку між елементарними ланками макромолекули Ц. легко гидролізуются під дією кислот що є причиною деструкції Ц. у водному середовищі у присутності кислих каталізаторів. Продукт повного гідролізу Ц. — глюкоза; ця реакція лежить в основі промислового способу здобуття етилового спирту з целлюлозосодержащего сировини (див. Гідроліз рослинних матеріалів ) . Частковий гідроліз Ц. протікає, наприклад, при виділенні її з рослинних матеріалів і при хімічній переробці. Неповним гідролізом Ц., здійснюваним так, щоб деструкція відбувалася лише в маловпорядкованих ділянках структури, отримують т.з. мікрокристалічну «порошкову» Ц. — білосніжний легкосипкий порошок.

  У відсутність кисню Ц. стійка до 120—150 °С; при подальшому підвищенні температури природні целюлозні волокна піддаються деструкції, гидратцеллюлозниє, — дегідратації. Вище 300 °С відбувається графітизація (карбонізує) волокна — процес, використовуваний при здобутті вуглецевих волокон .

  Унаслідок наявності в елементарних ланках макромолекули гідроксильних груп Ц. легко етерифікування і алкиліруєтся; ці реакції широко використовуються в промисловості для здобуття простих і складних ефірів Ц. (див. Целюлоза ефіри ) . Ц. реагує з підставами; взаємодія з концентрованими розчинами їдкого натра, що приводить до утворення лужної Ц. ( мерсеризація Ц.), — проміжна стадія при здобутті ефірів Ц. Большинство окислювачів викликає невиборче окислення гідроксильних груп Ц. до альдегідних, кето- або карбоксильних груп, і лише деякі з окислювачів (наприклад, йодна кислота і її солі) — виборче (тобто окислюють ОН-групі в певних атомів вуглецю). Окислювальній деструкції Ц. піддають при здобутті віскоза (стадія переддозрівання лужної Ц.); окислення відбувається також при вибілюванні Ц.

  Для усунення деяких недоліків волокон з Ц. (невисокій еластичності, нестійкій до дії мікроорганізмів, горючості) і додання ним нових коштовних властивостей здійснюють модифікацію целюлозних матеріалів методами прищепленої полімеризації або обробкою тканин з целюлозних волокон поліфункціональними з'єднаннями (наприклад, метілольнимі похідними сечовини, епоксисоєдіненіямі). Т. о. отримують малом'яті тканини з целюлозних волокон (головним чином бавовни), а також іонообмінні, негорючі, гемостатичні і бактерицидні матеріали. Див. також Волокна хімічні .

  Вживання целюлози. З Ц. виробляють папір, картон, всілякі штучні волокна — гидратцеллюлозниє ( віскозні волокна, мідноаміачне волокно ) і ефіроцеллюлозниє (ацетатне і тріацетатноє — див.(дивися) Ацетатні волокна ), плівки (целофан), пластмаси і лаки (див. Етроли, Гидратцеллюлозниє плівки, Ефіроцеллюлозниє лаки ) . Природні волокна з Ц. (бавовняне, лубові), а також штучні широко використовуються в текстильній промисловості. Похідні Ц. (головним чином ефіри) застосовують як загусники друкарських фарб, шліхтуючі і апретуючі препарати, стабілізатори суспензій при виготовленні бездимного пороху і ін. Мікрокристалічну Ц. використовують як наповнювача при виготовленні лікарських препаратів, як сорбент в аналітичній і препаратівной хроматографії.

  Літ.: Никітін Н. І., Хімія деревини і целюлоза, М. — Л., 1962; Коротка хімічна енциклопедія, т. 5, М., 1967, с. 788—95; Роговин З. А., Хімія целюлози, М., 1972; Целюлоза і її похідні, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 1—2, М., 1974; Кретовіч Ст Л., Основи біохімії рослин, 5 видавництво, М., 1971.

  Л.С. Гальбрайх, Н. Д. Габріелян.