Фермент целлюлоза
Выполнил студент гр. АМ-24 _________________ /Скрябин М.А./
(подпись)
Проверил _________________ / Бачило И.А/
(подпись)
Киров 2013
Содержание:
Введение……………………………………………………………….. 3 стр.
Строение………………………………………………………………. 3 стр.
Физические свойства………………………………………………… 3-4 стр.
Химические свойства………………………………………………… 4-5 стр.
Получение…………………………………………………………….. 5-6 стр.
Применение…………………………………………………………… 6 стр.
Библиографический список…………………………………………..7 стр.
Целлюлоза (клетчатка) – растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом на Земле.
Этот биополимер обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений, образуя стенку растительных клеток. В большом количестве целлюлоза содержится в тканях древесины (40-55%), в волокнах льна (60-85%) и хлопка (95-98%).
Строение.
Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.
Молекулярная масса макромолекул – от 400 000 до 2 млн.
Физические свойства.
Чистая целлюлоза представляет собой белое вещество без вкуса и запаха, обладающее волокнистым строением. Длина молекул целлюлозы составляет 15 700 Å и более, поперечные размеры 4 Å×8 Å. Относительная плотность целлюлозы 1,51—1,52.
При действии на целлюлозу хлорцинкиода (раствор иода в водном растворе ZnCl2 и KJ) появляется синее окрашивание — характерная качественная реакция на целлюлозу.
По внешнему виду целлюлоза — аморфное вещество. Однако при рентгенографическом исследовании она дает характерные рентгенограммы, указывающие на значительную упорядоченность ее структуры.
Целлюлоза нерастворима в органических растворителях, в водных растворах щелочей и в разбавленных минеральных кислотах. К числу очень немногих реагентов, растворяющих целлюлозу, относятся водный раствор медноаммиачного комплекса [Cu(NH3)4](OH)2 (реактив Швейцера), водные растворы некоторых органических четвертичных оснований, например [(CH3)2(C6H5CH2)2N]OH, и концентрированные минеральные кислоты — фосфорная, соляная (41—42% НСl), серная (более 72% H2SO4). Растворению целлюлозы всегда предшествует сильное набухание. Растворы целлюлозы, даже весьма разбавленные, обладают высокой вязкостью.
Целлюлоза, растворенная в минеральных кислотах, претерпевает постепенное расщепление (гидролиз) и не может быть выделена из раствора в химически неизмененном состоянии. Из раствора в швейцеровом реактиве или в органических основаниях целлюлоза осаждается кислотами в химически неизмененном состоянии, приобретая, однако, другую физическую структуру, что проявляется в изменении характера рентгенограммы. Такая переосажденная целлюлоза, химически идентичная с исходной природной целлюлозой и представляющая собой ее физическую модификацию (подобно, например, физическим модификациям серы), носит название гидрат целлюлозы.
Химические свойства.
Целлюлоза почти не обладает восстановительными свойствами и не дает других реакций карбонильной группы, характерных для моносахаридов. Например, она восстанавливает фелингову жидкость в сотни раз слабее, чем глюкоза, что обусловлено наличием лишь одного глюкозного остатка со свободным полуацетальным гидроксилом на сотни глюкозных остатков, не имеющих свободных полуацетальных гидроксилов.
Как и глюкозе, целлюлозе свойственны реакции многоатомного спирта, так как каждый элементарный остаток С6Н10О5 содержит три спиртовых гидроксила.
При нагревании целлюлоза разлагается, не плавясь. В присутствии кислорода заметное разложение наступает уже при температуре около 100° С. Без доступа кислорода чрезвычайно медленное разложение начинается, по-видимому, лишь при 140—150° С, незначительно ускоряясь при повышении температуры до 250—260° С. Выше 260° С, однако, происходит бурное разложение целлюлозы с выделением сложной смеси летучих органических соединений и воды.
Все важнейшие реакции целлюлозы связаны либо с расщеплением ее макромолекулы при действии гидролизующих агентов или окислителей, либо с получением производных целлюлозы как многоатомного спирта. В последнем случае скелет макромолекулы (полимерная цепь) может не затрагиваться, а изменению подвергаются лишь функциональные группы (спиртовые гидроксилы).
Гидролиз целлюлозы происходит под влиянием кислых катализаторов, которые сильно ускоряют гидролиз гликозидных связей, весьма стойких к действию щелочей. Этот процесс имеет важное значение в технике, он служит основой производства этилового спирта гидролизом древесины с последующим сбраживанием образовавшейся при гидролизе глюкозы.
При действии окислителей (озон, перекись водорода, хлорноватистая кислота и ее соли, разбавленная азотная кислота, перманганат и т. п.) получаются сложные смеси продуктов окисления, носящие собирательное название оксицеллюлоз. При окислении механическая прочность целлюлозных материалов падает. Характерные химические изменения состоят в повышении содержания карбонильных групп, появлении карбоксильных групп и в более или менее интенсивном разрыве полимерных цепей. Процессы окисления целлюлозы играют большую роль в технике, особенно при белении тканей; здесь чрезмерная интенсивность окислительного процесса может привести к уменьшению прочности и даже к разрушению ткани.
Получение.
Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных заводах, входящих в промышленные комплексы (комбинаты). По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:
Кислые:
Сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например гидросульфит натрия. Этот метод применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.
Щелочные:
Натронный. Используется раствор гидроксида натрия. Натронным способом можно получать целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимущество данного метода — отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки — высокая стоимость получаемой целлюлозы. Метод практически не используется
Сульфатный. Наиболее распространенный метод на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, и называемый белым щёлоком. Своё название метод получил от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах получают сульфид для белого щёлока. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Недостатком его является выделения большого количества дурно пахнущих сернистых соединений: метилмеркаптана, диметилсульфида и др. в результате побочных реакций.
Получаемая после варки техническая целлюлоза содержит различные примеси: лигнин, гемицеллюлозы. Если целлюлоза предназначена для химической переработки (например, для получения искусственных волокон), то она подвергается облагораживанию — обработке холодным или горячим раствором щелочи для удаления гемицеллюлоз.
Для удаления остаточного лигнина и придания целлюлозе белизны проводится её отбелка. Традиционная для 20 века хлорная отбелка включала в себя две ступени:
обработка хлором — для разрушения макромолекул лигнина;
обработка щелочью — для экстракции образовавшихся продуктов разрушения лигнина.
С 1970-х годов в практику вошла также отбелка озоном. В начале 1980-х годов появились сведения об образовании в процессе хлорной отбелки чрезвычайно опасных веществ — диоксинов. Это привело к необходимости замены хлора на другие реагенты. В настоящее время технологии отбелки подразделяются на:
ECF (Elemental chlorine free) — без использования элементарного хлора, с заменой его на диоксид хлора.
TCF (Total chlorine free) — полностью бесхлорная отбелка. Используются кислород, озон, пероксид водорода и др.
Применение.
Целлюлоза используется в производстве бумаги, искусственных волокон, пленок, пластмасс, лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердого ракетного топлива, для получения гидролизного спирта и др.
· Получение ацетатного шёлка – искусственное волокно, оргстекла, негорючей плёнки из ацетилцеллюлозы.
· Получение бездымного пороха из триацетилцеллюлозы (пироксилин).
· Получение коллодия (плотная плёнка для медицины) и целлулоида (изготовление киноленты, игрушек) из диацетилцеллюлозы.
· Изготовление нитей, канатов, бумаги.
· Получение глюкозы, этилового спирта (для получения каучука)
К важнейшим производным целлюлозы относятся:
· метилцеллюлоза (простые метиловые эфиры целлюлозы) общей формулы
[C6H7O2(OH)3-x(OCH3)x]n (х = 1, 2 или 3);
· ацетилцеллюлоза (триацетат целлюлозы) – сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты
[C6H7O2(OCOCH3)3]n
· нитроцеллюлоза (нитраты целлюлозы) – сложные азотнокислые эфиры целлюлозы:
[C6H7O2(OH)3-х(ONO2)х]n (х = 1, 2 или 3).
Библиографический список
1. https://www.xumuk.ru/organika/384.html
2. https://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_4320.html
3. https://www.chemistry.ssu.samara.ru/chem6/hm622.htm
4. https://ru.wikipedia.org