Целлюлоза. Искусственные полимеры

Состав и применение целлюлозы

Цел­лю­ло­за, или, как её еще на­зы­ва­ют, клет­чат­ка, яв­ля­ет­ся ос­нов­ной ча­стью обо­ло­чек кле­ток рас­те­ний. В дре­ве­сине со­дер­жит­ся около 50% по массе цел­лю­ло­зы. Все­воз­мож­ные во­лок­ни­стые рас­ти­тель­ные объ­ек­ты, на­при­мер во­лок­на хлоп­чат­ни­ка, со­дер­жат цел­лю­ло­зу. Прак­ти­че­ски толь­ко из цел­лю­ло­зы со­сто­ит ап­теч­ная вата, бинт. (Рис. 1.). Кроме того, из окру­жа­ю­щих нас пред­ме­тов, в ос­нов­ном из цел­лю­ло­зы со­сто­ит обыч­ная белая бу­ма­га.

Рис. 1. Вата, бинт

Цел­лю­ло­за яв­ля­ет­ся самым рас­про­стра­нен­ным по­ли­ме­ром глю­ко­зы.

Крах­мал и цел­лю­ло­за от­но­сят­ся к по­ли­са­ха­ри­дам. Они яв­ля­ют­ся при­род­ны­ми по­ли­ме­ра­ми. Их мо­ле­ку­лы со­сто­ят из сотен и тысяч групп ато­мов (C₆H₁₀O₅)_n, остат­ков мо­ле­ку­лы глю­ко­зы.Зна­че­ния n в них раз­ные. Мо­ле­ку­лы цел­лю­ло­зы на­мно­го длин­нее, чем крах­ма­ла.                               

   n_{целлюлозы} > n_{крахмала .}

Во­лок­на цел­лю­ло­зы со­сто­ят из остат­ков β-глю­ко­зы. При этом, в от­ли­чие от крах­ма­ла, в цел­лю­ло­зе прак­ти­че­ски нет от­ветв­ле­ний, и в ре­зуль­та­те по­ли­мер пред­ствав­ля­ет собой силь­но вы­тя­ну­тые нити. В одной по­ли­мер­ной цепи цел­лю­ло­зы может со­дер­жать­ся от 1500 до 12 тыс. фраг­мен­тов глю­ко­зы. Рис. 2.

Рис. 2. Стро­е­ние цепи цел­лю­ло­зы

Химические свойства целлюлозы

Хи­ми­че­ские свой­ства цел­лю­ло­зыГид­ро­лиз

(С₆Н₁₀О₅)n + (n-1) H₂O nC₆H₁₂O₆

Од­на­ко гид­ро­лиз цел­лю­ло­зы про­те­ка­ет в зна­чи­тель­но более жест­ких усло­ви­ях по срав­не­нию с крах­ма­лом.Сухая пе­ре­гон­ка цел­лю­ло­зы

При сухой пе­ре­гон­ке про­ис­хо­дит пол­ное её раз­ло­же­ние. В ре­зуль­та­те по­лу­ча­ет­ся: дре­вес­ный уголь, де­готь, ле­ту­чие про­дук­ты: ме­та­нол, ук­сус­ная кис­ло­та, аце­тон (рис. 3).

Рис. 3. Сухая пе­ре­гон­ка цел­лю­ло­зы

Об­ра­зо­ва­ние слож­ных эфи­ров

В мо­ле­ку­ле цел­лю­ло­зы на каж­дый оста­ток глю­ко­зы при­хо­дит­ся три сво­бод­ных гид­рок­силь­ных груп­пы. Как и по­ло­же­но спир­там, эти гид­рок­со­груп­пы ре­а­ги­ру­ют с кис­ло­та­ми, об­ра­зуя слож­ные эфиры.

R₁- OH + R-COOH ⇆ R-COOR₁ + H₂O

Получение сложных эфиров целлюлозы

Рас­тво­ры слож­ных эфи­ров цел­лю­ло­зы можно про­дав­ли­вать сквозь узкие от­вер­стия (фи­лье­ры). В ре­зуль­та­те можно по­лу­чать во­лок­на.

На­при­мер, об­ра­ба­ты­вая, цел­лю­ло­зу ук­сус­ным ан­гид­ри­дом, по­лу­ча­ют слож­ный эфир три­аце­тат цел­лю­ло­зы.

Из него по­лу­ча­ют во­лок­но под на­зва­ни­ем аце­тат­ный шелк.

[C₆H₇O₂(OH)₃] + 3n (CH₃CO)₂O → [C₆H₇O₂(OCOCH₃)₃]n + 3n CH₃COOH

Если по­дей­ство­вать на цел­лю­ло­зу сме­сью кон­цен­три­ро­ван­ных сер­ной и азот­ной кис­лот, можно по­лу­чить эфиры азот­ной кис­ло­ты.

[C₆H₇O₂(OH)₃] + 3n HNO₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]n + 3n H₂O

Если этот про­цесс до­хо­дит до конца, то по­лу­ча­ет­ся три­нит­рат цел­лю­ло­зы, ко­то­рый чаще на­зы­ва­ют пи­рок­си­ли­ном, или нит­ро­ва­та. Это ве­ще­ство яв­ля­ет­ся ос­но­вой для по­лу­че­ния без­дым­но­го по­ро­ха.

Под­ве­де­ние итога

Вы рас­смот­рели тему: «Цел­лю­ло­за. Ис­кус­ствен­ные по­ли­ме­ры». Самым рас­про­стра­нен­ным по­ли­ме­ром уг­ле­во­да глю­ко­зы яв­ля­ет­ся цел­лю­ло­за. На этом уроке вы смог­ли по­зна­ко­мить­ся с ней по­дроб­нее. Узна­ли о её фи­зи­че­ских и хи­ми­че­ских свой­ствах. Также изу­чи­ли по­лу­че­ние ис­кус­ствен­ных по­ли­ме­ров, на­при­мер аце­тат­но­го шёлка, нит­ро­ва­ты, без­дым­но­го по­ро­ха.