Целлюлоза, или клетчатка – это полисахарид, содержащийся в клеточных стенках растений. Ею богаты волокна хлопка, льна, конопли и др. Её содержание в растениях может достигать 95 % от общей массы. Например, древесина на 50 % состоит из клетчатки.
Строение целлюлозы
Целлюлоза по строению идентична крахмалу, но их свойства отличаются. Крахмал внутри организма человека реагирует с водой, а целлюлоза нет. Именно с этим свойством связано то, что целлюлоза не используется человеком как пищевой продукт.Молекулярная формула целлюлозы идентична формуле крахмала: (С6Н10О5)n, где n – степень полимеризации. Степень полимеризации у целлюлозы больше по сравнению с крахмалом. Макромолекула целлюлозы состоит из множества мономеров – остатков молекул β-глюкозы, а макромолекула крахмала – из α-глюкозы. Крахмал и целлюлоза – циклические соединения.
Структурные формулы целлюлозы и крахмала выглядят следующим образом:
| Характеристика | Крахмал | Целлюлоза |
| Остатки моносахаридов | α–глюкоза | β-глюкоза |
| Количество мономеров | Несколько тысяч | До 40 тысяч |
| Структура макромолекул | Свернуты компактно. Могут быть как разветвленными, так и неразветвленными | Имеют вид нитей. Могут быть только неразветвленными |
| Характер межмолекулярных взаимодействий | Водородные связи не образуются | Образуются прочные водородные связи |
Получение целлюлозы Клетчатку, как правило, синтезируют из древесины. В России популярен сульфитный метод синтеза целлюлозы.
- Измельченную древесину помещают в гидросульфит кальция Ca(HSO3)2 или натрия NaHSO3.
- Полученную смесь нагревают в автоклавах при давлении 0,5-0,6 Мпа и температуре 150˚С.
- Таким образом, синтезируется практически 100%-ная целлюлоза. С целью дальнейшего использования она промывается, сушится и обрабатывается.
В смеси технической целлюлозы, которая формируется после варки, также находятся лигнин и гемицеллюлоза. Если необходимо получить искусственные волокна, то целлюлозу облагораживают, т.е. обрабатывают щелочью для устранения гемицеллюлоз.
Чтобы удалить лигнин и придать целлюлозе белоснежный цвет, нужно провести отбелку. Например, хлорная отбелка состоит из двух стадий обработки:
- хлором (разрушают лигнин);
- щелочью (экстракция продуктов разрушения).
Физические свойства целлюлозы
Целлюлоза – белое вещество, которое не разрушается при нагревании. Она не имеет запах и вкус. Волокна целлюлозы прочные, так как они служат строительным материалом для клеток растений.Целлюлоза не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях. Единственное вещество, в котором растворяется клетчатка – аммиачный раствор гидроксида меди (II).
Химические свойства целлюлозы
Целлюлоза реагирует с рядом веществ.- Кислотный гидролиз целлюлозы
В результате образуется глюкоза.
(С6Н10О5)n+nH2O→n С6Н12О6
- Реакция этерификации
Реакция целлюлозы и азотной кислоты протекает при участии концентрированной серной кислоты. В результате формируются сложные эфиры.
Также целлюлоза реагирует с уксусным ангидридом при участии уксусной и серной кислот.
- Горение
(С6Н10О5)n+6nO2→6nCO2+5nH2O
Целлюлоза в биологии
В начале XIX века французский ученый Ансельм Пайен впервые обнаружил целлюлозу. Клетчатка формируется при фотосинтезе. Целлюлоза – самое распространенное органическое соединение на нашей планете.Целлюлоза в организме выполняет ряд функций:
- Строительная (клеточная стенка растений).
- Защитная (формирование на растениях шипов и колючек).
- Пластическая (углеводы входят в состав молекулярных структур) и др.
Если в пище содержится клетчатка, то у человека быстрее наступает чувство сытости. Целлюлоза улучшает перистальтику кишечника.
Применение целлюлозы
Человек применяет целлюлозу с давних времен. На данный момент популярностью пользуются сложные эфиры, полученные путем этерификации.Например, ацетатный шелк, негорючую пленку и органическое стекло производят из ацетилцеллюлозы. При производстве шелка ацетилцеллюлозу помещают в дихлорметан и этанол. Получившуюся смесь пропускают через колпачки с большим количеством отверстий. Порции раствора прогревают через нагретый воздух. Растворитель растворяется и триацетилцеллюлоза образует тонкие нити.
Тринитроцеллюлоза применяется как взрывчатка и как сырье для производства бездымного пороха. Ее растворяют в этилацетате или ацетоне. Полученную смесь измельчают и получают бездымный порох.
Динитроцеллюлозу применяют при производстве коллодия. Для получения коллодия динитроцеллюлозу растворяют в спирте и эфире. После испарения растворителей образуется толстая пленка – коллодий, который применяется в медицине. Динитроцеллюлоза также идет на производство целлулоида, который синтезируют путем ее сплавления с камфорой.
Как вы считаете, материал был полезен?