Введение.
Целлюлоза является основным исходным материалом для производства нитратов целлюлозы. Возможность получения нитратов целлюлоз с различной степенью этерификации определяет их применение как сырья во многих областях.
В оборонной промышленности высокоэтерифицированные (смесевые пироксилины) и низкоэтерифицированные (коллоксилины) нитраты целлюлоз применяются для изготовления пироксилиновых и баллиститных порохов, они являются их основной составляющей. Коллоксилин нашел широкое применение и в мирных целях, например низковязкие коллоксилины – в лакокрасочной промышленности при изготовлении быстровысыхающих лаков, эмалей для автомобильной, мебельной и других отраслей промышленности. Производство лаков и красок на основе нитратов целлюлоз занимает второе место после производства алкидных смол, особенно оно возросло с развитием автомобильной промышленности. Наряду с этим они широко используются при изготовлении нитролинолеумов и нитромастик, в производстве целлулоида, нитропленок и др.
Целлюлоза как органическое соединение относится к классу углеводов, поэтому для изучения особенностей строения и химических свойств целлюлозы
необходимо рассмотреть углеводы: их классификацию, номенклатуру и виды изомерии.
Углеводы – группа органических соединений, которая объединяет моносахариды, их производные и продукты конденсации – олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды – углеводы, не подвергающиеся гидролизу с образованием более простых соединений. Они являются составной частью олигосахаридов и полисахаридов. Олигосахариды состоят из нескольких (от 2 до10 остатков) молекул моносахаридов.
Полисахариды – высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из сотен и тысяч остатков молекул моносахаридов. Полный гидролиз полисахаридов приводит к моносахаридам.
Моносахариды. Классификация, номенклатура, изомерия.
Моносахариды по природе карбонильной группы классифицируются:
на альдозы и кетозы (содержащие в молекуле альдегидную и кетонную группы соответственно).
В зависимости от числа атомов углерода в цепи, моносахариды делятся на тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6) и т.д. В каждую из этих групп включают и альдозы и кетозы.
кетопентоза
альдогексоза
Изомерия моносахаридов связана с положением карбонильной группы в углеродной цепи и наличием асимметричных атомов углерода (хиральных центров) в молекуле. Углеродную цепь нумеруют с конца, расположенного ближе к карбонильной группе.
В альдозах карбонильная группа всегда находится у первого углеродного атома, в кетозах как правило, во втором положении, т.е. альдозы и кетозы с одинаковым числом атомов углерода являются изомерами.
альдогексоза
кетогексоза
Как следует из приведенных формул, в молекуле альдогексозы имеется четыре, а в молекуле кетогексозы три асимметричных атома углерода (обозначенных *).
Для моносахаридов характерен еще один вид изомерии – оптическая изомерия.
Существуют органические соединения которые имеют один и тот же состав, одинаковое химическое строение, одинаковые температуры плавления и кипения, плотность и некоторые другие свойства, но ведут себя по- разному по отношению к плоскополяризованному свету. Такие соединения при пропускании через них луча поляризованного света отклоняют плоскость поляризации на определенный угол и их называют оптически деятельными. Способность вещества поворачивать плоскость поляризации света называют оптической активностью, а соединения, имеющие одинаковое строение и свойства и отличающиеся только направлением вращения плоскости поляризованного света - оптическими изомерами или энантиомерами Отметим, что при написании проекционных формул моносахаридов углеродную цепь пишут вертикально, при этом карбонильная группа как главная должна быть ближе к верхнему краю цепи.
Так альдотетроза в соответствии со структурной формулой имеет четыре стереоизомера:
I II III IV
Соединения I и II, а также III и IV являются попарно оптическими антиподами (энантиомерами). В то же время такие оптические изомеры, как I и III, I и IV, III и II, II и IV, не являются оптическими антиподами, их называют диастереомерами.
Энантиомеры в каждой паре имеют одно и тоже название, но перед названием каждого из них ставят букву D- либо L-, т.е. соединения соответственно относят к D– или L- ряду.
Принадлежность к D- или L- ряду определяется положением гидроксильных групп при асимметричном атоме - наиболее удаленном от карбонильной группы.
Все соединения, для которых экспериментально установлено, что конфигурация асимметричного центра, (наиболее удаленного от старшей функциональной группы) такая же как у D- глицеринового альдегида принадлежит к D- ряду или соответственно L- ряду.
D – глицериновый альдегид L –глицериновый альдегид
Если гидроксильная группа обращена вправо, то изомер называется D-изомером, если влево, то L-изомером.
D-глюкоза L-глюкоза