39. Вуглеводи

Целюлоза

Целюлоза є полісахаридом. Вона має таку ж форму, як і крохмаль – (С6Н10О5)n.

Будова молекули. Целюлоза, подібно до крохмалю, є природним полімером. Молекули деяких видів целюлози містять до 40 тисяч ланок С6Н10O5 (відносна молекулярна маса – кілька мільйонів).

Макромолекули крохмалю та целюлози різняться за структурою. Макромолекули крохмалю складаються із залишків молекул альфа-глюкози і мають лінійну та розгалужену структуру (див. рис. 38). Молекули целюлози утворені залишками молекул бета-глюкози і характеризуються лише лінійною структурою (рис. 39).

Внаслідок цього, на відміну від крохмалю, целюлоза легко утворює волокна і не входить до складу продуктів харчування людини. В молекулах целюлози немає альдегідної, карбонільної та напівацетатної гідроксигруп.

Вони містять лише спиртові гідроксигрупи, які обумовлюють її властивості багатоатомного спирту.

Поширення у природі. Целюлоза є головною складовою частиною оболонок клітин вищих рослин. її масова частка в деревині становить близько 50 %, у волокнах бавовни – до 98, у корі джута – до 75 %. Гігроскопічна вата та фільтрувальний папір – майже чиста целюлоза.

Фізичні властивості. Целюлоза (клітковина) – біла тверда волокниста речовина, без смаку та запаху, нерозчинна у воді та органічних розчинниках. Вона не мас сталої температури плавлення.

Хімічні властивості. Целюлоза, як і крохмаль, не виявляє відновних властивостей альдегіду – не окислюється гідроксидом міді (II), не вступає в реакцію «срібного дзеркала».

Гідроліз. Целюлоза, подібно до крохмалю, гідролізується під дією розведених кислот. Кінцевим продуктом гідролізу є глюкоза. Сумарне рівняння гідролізу целюлози має такий вигляд:

6Н10О5)n + nН2O = nС6Н12О6.

Здатність гідролізуватися – важлива хімічна властивість целюлози. Глюкозу, що утворюється внаслідок гідролізу целюлози, переробляють на етанол. Етанол, добутий з деревини, називається гідролізним. У виробництві гідролізного спирту 1 т деревини замінює 1,5 т картоплі або 0,7 т зерна.

Реакція етерифікації. Целюлоза в кожній ланці С6Н10О5 має по три спиртові гідроксигрупи, завдяки яким може утворювати етери та естери.

Під час взаємодії целюлози з концентрованою азотною кислотою за наявності концентрованої сірчаної кислоти (водо- поглинаючий засіб) утворюються естеримоно-, ди- та тринітраті целюлози:

Нітрати целюлози – надзвичайно горючі. Тринітратцелюлоза (піроксилін) – вибухова речовина, що використовується для виробництва бездимного пороху. Під час вибуху вона розкладається:

Целюлоза з оцтовою кислотою утворює оцтовокислі естери:

Диацетат- та триацетатцелюлози застосовуються у виробництві штучного ацетатного волокна. Людина здавна використовує природні волокнисті матеріали для виготовлення одягу та інших побутових виробів. Прикладами природних волокнистих матеріалів рослинного походження є льон, бавовна, коноплі (складаються з целюлози), тваринного – вовна, шовк (складаються з білків).

На сьогодні широко використовують хімічні волокна, які добувають хімічними методами. Хімічне волокно називається штучним, якщо його добувають переробкою природних полімерних матеріалів (наприклад, целюлози) або синтетичним, коли його одержують із синтетичних матеріалів. Штучне ацетатне волокно має цінні властивості – воно досить міцне, м’яке, майже не бгається, мало збігається від прання, має приємний блиск. Його недоліком є те, що воно менш гігроскопічне, ніж природне бавовняне, і накопичує статичні електричні заряди.

Горіння. Целюлоза добре горить:

Термічний розклад. Під час нагрівання без доступу повітря целюлоза розкладається з утворенням деревного вугілля, води та летких органічних речовин (метанолу, оцтової кислоти, ацетону тощо).

Використання. Целюлозу в складі деревини використовують як будівельний матеріал і для виготовлення різних столярних виробів, у складі волокнистих матеріалів (бавовни, льону, конопель) – для виготовлення ниток, тканин, канатів. Багато целюлози переробляють на папір, етиловий спирт, вату, прості та складні ефіри, які є сировиною для виробництва штучних волокон (віскозних, ацетатних), штучної шкіри, пластичних мас (целулоїду, целофану), лаків, електроізоляційних покриттів, негорючої кіноплівки, іонітів, медичного колодію тощо.