В состав чего входит целлюлоза
Целлюлоза: что такое, формула, получение, химические свойства
Содержание:
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
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.
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:
Физические свойства целлюлозы
Целлюлоза не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях. Единственное вещество, в котором растворяется клетчатка – аммиачный раствор гидроксида меди (II).
Химические свойства целлюлозы
В результате образуется глюкоза.
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.
Целлюлоза в биологии
Целлюлоза в организме выполняет ряд функций:
Если в пище содержится клетчатка, то у человека быстрее наступает чувство сытости. Целлюлоза улучшает перистальтику кишечника.
Применение целлюлозы
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.
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.
В состав чего входит целлюлоза
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.
Состав целлюлозы, так же как и крахмала, выражается формулой (C6H10O5)n .
Строение целлюлозы
Макромолекулы целлюлозы – это длинные цепи, состоящие из большого числа остатков β–глюкозы, связанных β-1,4-гликозидными связями.
Молекулярная масса целлюлозы — от 400 000 до 2 млн.
Молекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, имеют линейное (неразветвленное) строение, вследствие чего целлюлоза легко образует волокна.
Нахождение в природе
Целлюлоза была обнаружена и описана французским химиком Ансельмом Пайеном в 1838 году.
В большом количестве целлюлоза содержится в тканях древесины (40-60%), в волокнах льна (60-85%) и хлопка (95-98%), в вате и фильтрованной бумаге – до 90%. Основная составная часть оболочки растительных клеток. Образуется в растениях в процессе фотосинтеза.
Хитин (аналог целлюлозы) – основной компонент наружного скелета членистоногих и других беспозвоночных, а также в составе клеточных стенок грибов и бактерий.
Физические свойства целлюлозы
Целлюлоза – твердое волокнистое вещество белого цвета, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде и органических растворителях, но хорошо растворимое в аммиачном растворе гидрокисда меди (II) (реактив Швейцера). Из этого раствора кислоты осаждают целлюлозу в виде волокон (гидратцеллюлоза).
Волокна целлюлозы обладают высокой механической прочностью, так как она является основной составной частью стенок и клеток растений.
В отличие от крахмала она не может служить человеку пищей, поскольку не расщепляется в его организме под действием ферментов.
Видеоопыт «Растворение целлюлозы в аммиачном растворе гидроксида меди (II)»
Химические свойства целлюлозы
1. Гидролиз целлюлозы
Подобно крахмалу, целлюлоза при нагревании с разбавленными кислотами подвергается гидролизу. Гидролиз целлюлозы происходит при нагревании в кислой среде. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза.
При длительном нагревании с минеральными кислотами или под действием ферментов (у жвачных животных) идет ступенчатый гидролиз целлюлозы:
Видеоопыт «Кислотный гидролиз целлюлозы»
Гидролиз целлюлозы, иначе называемый осахариванием, — очень важное свойство целлюлозы, он позволяет получить из древесных опилок и стружек глюкозу, а сбраживанием последней – этиловый спирт. Этиловый спирт, полученный из древесины, называется гидролизным.
2. Образование сложных эфиров (реакция этерификации)
Целлюлоза также не дает реакцию «серебряного зеркала» (нет альдегидной группы), но для нее характерны реакции образования сложных эфиров.
Каждое структурное звено целлюлозы содержит три свободных гидроксила.
Следовательно, целлюлоза может вступать в реакции, характерные для многоатомных спиртов.
Наибольшее практическое значение имеют реакции с азотной кислотой и уксусным ангидридом.
а) Нитрование
При обычной температуре целлюлоза взаимодействует лишь с концентрированными кислотами.
Видеоопыт «Получение и свойства нитроцеллюлозы»
В зависимости от условий нитрования можно получить динитрат целлюлозы, который в технике называется коллоксилином. Он так же используется при изготовлении пороха и твердых ракетных топлив. Кроме того, на основе коллоксилина изготавливают целлулоид.
в) Взаимодействие с уксусным ангидридом
При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот образуется триацетилцеллюлоза:
Из триацетата целлюлозы изготавливают лаки, кинопленку и ацетатное волокно.
3. Горение – полное окисление
4. Термическое разложение целлюлозы без доступа воздуха
Получение целлюлозы
Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных заводах, входящих в промышленные комплексы (комбинаты). По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:
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:
Применение целлюлозы
Производные целлюлозы
К важнейшим производным целлюлозы относятся искусственные полимеры/
Метилцеллюлоза (простые метиловые эфиры целлюлозы) общей формулы
Ацетилцеллюлоза (триацетат целлюлозы) – сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты
Нитроцеллюлоза (нитраты целлюлозы) – сложные азотнокислые эфиры целлюлозы
Вискозное волокно. Целлофан
Эти полимерные материалы состоят из практически чистой целлюлозы, но для их получения исходную целлюлозу путем химической модификации сначала превращают в растворимую форму, а затем в процессе формования восстанавливают.
Целлюлоза, свойства, получение и применение
Целлюлоза, свойства, получение и применение.
Целлюлоза – природное высокомолекулярное органическое соединение, углевод, полисахарид с формулой (C6H10O5)n.
Целлюлоза, формула, строение, вещество, характеристика:
Целлюлоза, клетчатка (фр. cellulose от лат. cellula – «клетка») – природное высокомолекулярное органическое соединение, углевод, полисахарид с формулой (C6H10O5)n.
Молекулы целлюлозы представляют собой неразветвлённые цепочки из остатков β-D-глюкозы, соединённых гликозидными (водородными) связями β-(1→4).
Строение молекулы целлюлозы, структурная формула целлюлозы:
Молекула целлюлозы образована из множества (от нескольких сотен до десятков тысяч) остатков β-D-глюкозы, связанных между собой гликозидными ( водородными ) связями.
Молекула целлюлозы имеет линейное строение и склонна принимать вытянутую стержневую конформацию.
Так как макромолекула целлюлозы представляет собой смесь молекул (мономерных звеньев) с различной степенью полимеризации (т.е. числом мономерных звеньев в молекуле полимера ), то она неоднородна по молекулярной массе. Целлюлоза из древесины имеет типичную длину цепи от 300 до 1700 единиц мономерных звеньев C6H10O5, хлопок и другие растительные волокна, а также бактериальная целлюлоза имеют длину цепи от 800 до 10 000 единиц звеньев C6H10O5.
Молярная масса мономерного звена целлюлозы С6Н10О5 составляет 162,1406 г/моль
Целлюлоза – это растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом. Целлюлоза является главной составляющей частью и структурным материалом оболочки растительной клетки. Кроме целлюлозы в состав клеточных оболочек входят еще несколько других углеводов, известных под общим названием гемицеллюлозы (ксилан, маннан, галактан, арабан и др.).
Внешне целлюлоза в чистом виде представляет собой белое твердое волокнистое вещество, без вкуса и запаха.
Волокна целлюлозы обладают высокой механической прочностью.
Хорошо впитывает воду из-за наличия гидроксильных групп в своем составе.
Подвергается разложению при участии микроорганизмов и при действии ультрафиолетовых лучей.
Не разрушается при нагревании до 200 о С.
Нахождение целлюлозы в природе:
В чистом виде в природе не содержится.
В большом количестве целлюлоза содержится в волокнах хлопка – 95-98 %, льна – 60-85 %, в тканях древесины – 40-55 %, в растительных остатках, попадающих в почву (листьях, стеблях и пр.), – 40-90 %, в соломе – до 30 %.
Физические свойства целлюлозы:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Цвет | белый |
| Запах | без запаха |
| Вкус | без вкуса |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | твердое вещество |
| Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), г/см 3 | 1,52-1,54 |
| Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м 3 | 1520-1540 |
| Температура разложения, °C | 210 |
| Температура плавления, °C | 467 |
| Температура кипения, °C | — |
| Температура воспламенения, °C | 275 |
| Температура самовоспламенения, °C | 420 |
| Удельная теплота сгорания, МДж/кг | 16,40 |
| Молярная масса мономерного звена целлюлозы С6Н10О5, г/моль | 162,1406 |
Химические свойства целлюлозы. Химические реакции целлюлозы:
Из-за наличия трёх гидроксильных групп в каждом звене целлюлоза проявляет свойства многоатомных спиртов, поэтому для нее характерны все химические реакции, свойственные спиртам: образование простых и сложных эфиров органических и неорганических кислот, получение щелочной целлюлозы и др.
Основные химические реакции целлюлозы следующие:
1. гидролиз целлюлозы:
2. реакция нитрования целлюлозы (т.е. реакция целлюлозы с азотной кислотой).
3. реакция этерификации целлюлозы с уксусной кислотой.
4. реакция пиролиза целлюлозы:
5. реакция горения целлюлозы:
В результате реакции происходит полное окисление целлюлозы до углекислого газа и воды.
Производство и получение целлюлозы:
Содержание целлюлозы в древесине составляет порядка 40-55 %. Остальное – гемицеллюлоза (ксилан, маннан, галактан, арабан и др.) и лигнин. Лигнин (от лат. lignum – дерево, древесина) – это вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток, и представляющее собой смесь ароматических полимеров родственного строения. На лигнин приходится от 18 до 24 % массы древесины лиственных пород и 23-50 % массы хвойных пород. Причем (лигнин) последний выполняет функцию связующего вещества между волокнами целлюлозы.
Если образно сравнить древесину с железобетоном, то получается, что волокна целлюлозы, обладающие высокой прочностью на растяжение, подобны арматуре в железобетоне, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, – бетону.
Гемицеллюлоза в древесине выполняет функцию укрепления волокон целлюлозе. Она представляет собой растительные гомо- и гетерополисахариды с меньшей, чем у целлюлозы, молекулярной массой (10 000-40 000 г/моль), состоящие из остатков разных пентоз и гексоз.
Целлюлоза получается (выделяется) из древесины двумя методами: механическим и химическим. При любом методе получения целлюлозы древесина предварительно измельчается в щепу.
Механический метод получения целлюлозы:
При механическом методе получения целлюлозы древесную щепу, как правило, истирают или размалывают в водной среде в присутствии специальных реагентов. Под действием воды, тепла и специальных реагентов лигнин размягчается, и древесина распадается на отдельные волокна. Затем волокна очищаются. Однако полностью лигнин из полученных волокон не удаляется, а остается на поверхности и внутри них, что сказывается на качестве полученной целлюлозы и в будущем – на получаемых бумажных листах.
Выход «механической» древесной массы получается достаточно высоким.
Бумажные листы из «механической» древесной массы имеют низкую плотность, высокую твердость и жесткость, а также цвет исходной древесины.
Химический метод получения целлюлозы:
Химический метод получения целлюлозы заключается в том, что древесную щепу помещают в кипящий раствор, где варят в течении длительного времени.
По типу применяемых реагентов различают несколько способов варки древесной щепы:
– сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например, гидросульфит натрия. Варка происходит при повышенной температуре и давлении. Этот способ варки применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты;
– сульфатный. Наиболее распространённый способ на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия. Данный способ пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья.
В процессе варки получают техническую целлюлозу, которая выпадает в осадок, а лигнин взаимодействует с варочным раствором, в результате чего получаются различные химические вещества (кормовые дрожжи, сульфатный лигнин, сульфатное мыло, фитостерин, талловое масло, канифоль, сернистые соединения, метанол, скипидар и пр.).
Техническая целлюлоза для удаления гемицеллюлозы и облагораживания обрабатывается холодным или горячим раствором щелочи, а для удаления остаточного лигнина – хлором, озоном, кислородом, пероксидом водорода, после чего – щелочью. Процесс удаления лигнина также называется отбелкой целлюлозы и имеет цель придание ей белизны.
В отличие от целлюлозы, полученной механическим способом, целлюлоза, полученная химическим способом, имеет белый цвет, большую длину волокон, становится более гибкой.
Применение целлюлозы:
– для производства бумаги и картона,
– в качестве наполнителя в таблетках в фармацевтике,
– для получения искусственных волокон (вискозного, ацетатного, медно-аммиачного шёлка, искусственного меха),
– для изготовления тканей (хлопок, который большей частью состоит из целлюлозы – 95-98 %),
Целлюлоза
| Целлюлоза | |
 | |
 | |
 | |
| Общие | |
|---|---|
| Химическая формула | ( C 6 H 10 O 5)n |
| Физические свойства | |
| Состояние (ст. усл.) | белый порошок |
| Молярная масса | 324.3 г/моль |
| Плотность | |
| Термические свойства | |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 9004-34-6 |
| Регистрационный номер EC | 232-674-9 |
Содержание
История
Целлюлоза была обнаружена и описана французским химиком Ансельмом Пайя в 1838 году.
Физические свойства
Целлюлоза — белое твердое, стойкое вещество, не разрушается при нагревании (до 200 °C). Является горючим веществом, температура воспламенения 275 °С, температура самовоспламенения 420 °С (хлопковая целлюлоза). Не растворима в воде и слабых кислотах.
Целлюлоза представляет собой длинные нити, содержащие 300—10 000 остатков глюкозы, без боковых ответвлений. Эти нити соединены между собой множеством водородных связей, что придает целлюлозе большую механическую прочность, при сохранении эластичности.
Зарегистрирована в качестве пищевой добавки E460.
Химические свойства
Целлюлоза состоит из остатков молекул глюкозы, которая и образуется при гидролизе целлюлозы:
( C 6 H 10 O 5)n + n H 2 O 
n C 6 H 12 O 6
Серная кислота с йодом, благодаря гидролизу, окрашивают целлюлозу в синий цвет. Один же йод — только в коричневый. [источник не указан 506 дней]
При реакции с азотной кислотой образуется нитроцеллюлоза (тринитрат целлюлозы):
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:
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:
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:
Применение
Целлюлозу и её эфиры используют для получения искусственного волокна (вискозный, ацетатный, медно-аммиачный шёлк, искусственная шерсть). Хлопок, состоящий большей частью из целлюлозы (до 99,5 %), идёт на изготовление тканей.
Нахождение в природе
Кроме целлюлозы, в состав клеточных оболочек входят ещё несколько других углеводов, известных под общим именем гемицеллюлоз, извлекаемых из клеточных оболочек 1%-м раствором соляной или серной кислоты при нагревании.
Один из относящихся сюда углеводов — парагалактан, дающий при гидролизе галактозу. В клеточных оболочках имеются ещё и другие гемицеллюлозы, дающие маннозу, арабинозу и ксилозу.
С возрастом многие клеточные оболочки перестают давать реакцию на целлюлозу, потому что одни подвергаются одревеснению, другие — опробковению и т. д.
Интересные факты
У млекопитающих (как и большинства других животных) нет ферментов, способных расщеплять целлюлозу. Однако многие травоядные животные (например, жвачные) имеют в пищеварительном тракте бактерий-симбионтов, которые расщепляют и помогают хозяевам усваивать этот полисахарид.
Примечания
См. также
Ссылки
 Углеводы | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Общие: | Альдозы · Кетозы · Фуранозы · Пиранозы | ||||||||||||||
| Геометрия | Аномеры · Мутаротация · Проекция Хоуорса | ||||||||||||||
| Моносахариды |
| ||||||||||||||
| Мультисахариды |
| ||||||||||||||
| Производные углеводов |
| ||||||||||||||
Полезное
Смотреть что такое «Целлюлоза» в других словарях:
ЦЕЛЛЮЛОЗА — 1) иначе клетчатка; 2) сорт пергаменной бумаги из смеси древесины, глины и хлопка. Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в русском языке. Попов М., 1907. ЦЕЛЛЮЛОЗА 1) клетчатка; 2) бумага, приготовляемая из древесины с примесью … Словарь иностранных слов русского языка
целлюлоза — госсипин, целлулоза, клетчатка Словарь русских синонимов. целлюлоза сущ., кол во синонимов: 12 • алкалицеллюлоза (1) • … Словарь синонимов
ЦЕЛЛЮЛОЗА — (С6Н10О5), углевод из группы ПОЛИСАХАРИДОВ, являющийся струк турным компонентом клеточных стенок растений и водорослей. Он состоит из параллельных неразветвленных цепей глюкозы, соединенных крест накрест между собой в устойчивую структуру.… … Научно-технический энциклопедический словарь
ЦЕЛЛЮЛОЗА — клетчатка, основной опорный полисахарид клеточных стенок растений и нек рых беспозвоночных (асцидии); один из самых распространённых природных полимеров. Из 30 млрд. т углерода, к рые высшие растения ежегодно превращают в органич. соединения, ок … Биологический энциклопедический словарь
целлюлоза — ы, ж. cellulose f., нем. Zellulose <лат. cellula клетка.1. То же, что клетчатка. БАС 1. 2. Вещество, получаемое из химически обработанной древесины и стеблей некоторых растений; служит для производства бумаги, искусственного шелка, а также… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ЦЕЛЛЮЛОЗА — (франц. cellulose от лат. cellula, букв. комнатка, здесь клетка) (клетчатка), полисахарид, образованный остатками глюкозы; главная составная часть клеточных стенок растений, обусловливающая механическую прочность и эластичность растительных… … Большой Энциклопедический словарь
ЦЕЛЛЮЛОЗА — (или целлулоза), целлюлозы, мн. нет, жен. (от лат. cellula клетка). 1. То же, что клетчатка в 1 знач. (бот.). 2. Вещество, получаемое из химически обработанной древесины и стеблей некоторых растений и идущее на изготовление бумаги, искусственного … Толковый словарь Ушакова
ЦЕЛЛЮЛОЗА — ЦЕЛЛЮЛОЗА, ы, жен. То же, что клетчатка (в 1 знач.). | прил. целлюлозный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
целлюлоза — целлюлоза. См. клетчатка. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
целлюлоза — Волокнистый полуфабрикат, получаемый варкой растительного сырья с растворами химикатов, в результате которой удаляется большая часть нецеллюлозных компонентов. Примечание К нецеллюлозным компонентам относятся лигнин, гемицеллюлоза, экстрактивные… … Справочник технического переводчика