Получение терефталатов целлюлозы непосредственно из древесины осины
Особенности получения простых и сложных эфиров благодаря наличию в элементарном звене макромолекулы целлюлозы гидроксильных групп. Ацилирование древесины ароматической карбоновой кислотой. Изучение кинетических закономерностей протекания реакции.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.01.2019 |
| Размер файла | 124,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (Российская Федерация)
Получение терефталатов целлюлозы непосредственно из древесины осины
канд. хим. наук Протопопов А.В.
Клевцова М.В.
Важным видом химической переработки целлюлозы является получение простых и сложных эфиров, что возможно благодаря наличию в элементарном звене макромолекулы целлюлозы гидроксильных групп (в каждом глюкозном остатке содержатся три гидроксильные группы). Благодаря ценным свойствам эфиры целлюлозы применяются для производства волокон, пленок, пластмасс, лаков, клеев, плиточный клей, клей для пенобетона, тонкослойные штукатурки и шпатлевки, ремонтные и гидроизоляционные составы, наливные полы и некоторых других продуктов. Сама целлюлоза, не обладая пластичностью, не может быть связующим в производстве пластических масс, тогда как эфирам целлюлозы в определенных условиях свойственна пластичность.
Проведенные исследования на кафедре ТППиЭ АлтГТУ по ацилированию древесины ароматической карбоновой кислотой (АКК) показали перспективность использования ацилирующей смеси «АКК - тионилхлорид (ТХ) - трифторуксусная кислота (ТФУК)», исходя из чего, представляло интерес рассмотреть использование данной смеси для получения терефталатов целлюлозы из лигноцеллюлозных материалов (ЛЦМ). Ранее авторами [2, 3, 4] была показана возможность синтеза сложных эфиров целлюлозы с ароматическими кислотами при ацилировании из ЛЦМ п-аминобензойной и салициловой кислотами. Целью настоящей работы являлось изучение процесса ацилирования ЛЦМ терефталевой кислотой в присутствии ТФУК и ТХ.
Для изучения кинетических закономерностей протекания реакции проводился ряд синтезов при разных температурах с варьированием времени реакции. эфир макромолекула целлюлоза ацилирование
Процесс ацилирования можно представить следующими стадиями:
- взаимодействие терефталевой кислоты с ТФУК при интенсивном перемешивании;
- добавление тионилхлорида к смеси и выдерживание при постоянной температуре до полного взаимодействия:
Полученный продукт осаждали в этанол и промывали до нейтральной среды.
По данным содержания связанной терефталевой кислоты, определяемого методом потенциометрического титрования, была рассчитана степень замещения. Методика расчетов приведена в работе [4].
Данные расчетов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Степень замещения полученных м-аминобензоатов целлюлозы
|
Время проведения синтеза (ч) |
Температура проведения синтеза (°С) |
||||
|
25 |
35 |
45 |
55 |
||
|
1 |
2,22 |
2,32 |
2,45 |
2,75 |
|
|
2 |
2,35 |
2,47 |
2,55 |
2,81 |
|
|
3 |
2,56 |
2,63 |
2,70 |
2,90 |
|
|
5 |
2,70 |
2,76 |
2,79 |
2,99 |
По данным степени замещения полученных терефталатов целлюлозы проведены расчеты кинетических закономерностей реакции ацилирования. Ацилирование древесины протекает в гетерогенной среде, поэтому обработку полученных данных проводили по уравнению Ерофеева-Колмогорова [5]:
где б - степень превращения; ф - время проведения синтеза.
По полученным данным построены кинетические кривые и определены логарифмы констант скорости реакции (рис. 1). По уравнению Эйринга построена температурная зависимость (рис. 2) для реакции ацилирования. По данной зависимости определены термодинамические параметры активированного комплекса реакции ацилирования ЛЦМ и рассчитана энергия активации процесса.
Рис. 1. Кинетические анаморфозы реакции ацилирования ЛЦМ терефталевой кислотой: 1 - 250С; 2 - 350С; 3 = 450С; 4 = 550С
Рис. 2. Зависимость константы скорости реакции ацилирования ЛЦМ терефталевой кислотой от температуры
Значение термодинамических параметров для реакции ацилирования ЛЦМ терефталевой кислотой составило для теплового эффекта реакции H = 32,28 кДж/моль, энтропия активации S = -207,83 Дж/моль·К. По найденным параметрам рассчитана свободная энергия активации реакции ацилирования ЛЦМ терефталевой кислотой, ее значение составляет 97,33 кДж/моль. Полученное значение энтальпии активации свидетельствует о быстром достижении переходного состояния активированного комплекса. В данном случае, вероятно, происходит образование межмолекулярных водородных связей терефталевой кислоты с лигноцеллюлозным комплексом, сопровождаемое разрушением лигноуглеводных связей и аморфизацией целлюлозы.
Исследование методом ИК-спектроскопии, (рис. 3) показало для всех синтезированных сложных эфиров целлюлозы наличие полос поглощения в области 3400 см-1 , характерных для валентных колебаний OH-групп. При увеличении степени замещения на ИК-спектрах более четко проявляются полосы поглощения отвечающие за колебания гидроксильных групп карбоновых кислот 2500-2600 см-1, а также увеличивается интенсивность полос поглощения сложноэфирной группы и полос поглощения, ответственных за колебания С-С связи ароматического кольца 1560-1460см-1.
Рис. 3. ИК-cпектры терефталатов целлюлозы: 1 - 1 час 25 оС, 2 - 5 часов 55 оС
В ходе проведенных экспериментов были получены терефталаты целлюлозы с максимальной степенью замещения близкой к трем и содержанием остаточного лигнина 4-6 %. Выявлена зависимость увеличения степени замещения с ростом температуры и продолжительности реакции ацилирования. Проведенный анализ термодинамических параметров ацилирования ЛЦМ показал необходимость проведения реакции при высокой температуре, для увеличения диффузии ацилирующего агента к гидроксилам глюкопиранозного звена.
Литература
Гальбрайх Л.С. Целлюлоза и ее производные // Соросовский образовательный журнал. - Химия, 1996, №11. - С. 47.
А.В. Протопопов, В.В. Коньшин, М.М. Чемерис. Ацилирование древесины осины и целлюлозы п-аминобензойной кислотой в трифторуксусной кислоте и тионилхлориде // Журнал прикладной химии. - С.-Петербург: Изд-во «Наука» РАН, 2005. т. 78, вып. 10. - С. 1748-1749.
А.В. Протопопов, В.В. Коньшин, М.М. Чемерис. Изучение кинетических закономерностей реакции ацилирования древесины // Ползуновский вестник. - Барнаул: Изд-во Алт ГТУ, 2006, № 2 Т.1. - С. 129-131.
А.В. Протопопов, В.В. Коньшин. Модифицирование древесины осины с целью получения м-аминобензоатов целлюлозы // Ползуновский вестник. - Барнаул: Изд-во Алт ГТУ, 2010, № 3. - С. 225-228.
Розовский А.Я. Кинетика топохимических реакций. - М.: Химия, 1972. - 220 с.
А. Гордон, Р. Форд. Спутник химика. - М: Издательство Мир, 1976. - 542 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методы получение сульфатов целлюлозы древесины. Получение сульфатов микрокристаллической целлюлозы, область их практического применения. Специфика и методика проведения эксперимента. Перечень оборудования и реактивов. Изучение полученных данных.
научная работа [59,4 K], добавлен 20.01.2010Химические компоненты древесины. Способы получения целлюлозы: сульфатный и сульфитный. Расчет выхода целлюлозного продукта. Методика определения лигнина с 72%-ной серной кислотой в модификации Комарова. Нахождение средней степени полимеризации целлюлозы.
дипломная работа [977,3 K], добавлен 13.06.2015Представители проcтых эфиров целлюлозы: алкилцеллюлоза, бензилцеллюлоза, метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза. Способы получения, применение, производство простых эфиров целлюлозы. Экологический аспект производства.
курсовая работа [34,6 K], добавлен 09.04.2011Биоцидные свойства гуанидинсодержащих соединений. Строение и окисление целлюлозы. Избирательное окисление вторичных спиртовых групп целлюлозы йодной кислотой. Способы получения антимикробных целлюлозных волокнистых материалов и области их применения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.01.2010Способы получения сложных эфиров. Основные продукты и области применения эфиров. Условия проведения реакции этерификации органических кислот со спиртами. Катализаторы процесса. Особенности технологического оформления реакционного узла этерификации.
реферат [440,1 K], добавлен 27.02.2009Методы выделения холоцеллюлоза. Содержание и состав гемицеллюлоз хвойной и лиственной древесины. Гидролитическая деструкция, ацидолиз и этанолиз лигнина - ароматического полимера. Химия его сульфитной и сульфатной варки. Нитраты целлюлозы, их получение.
учебное пособие [6,9 M], добавлен 03.01.2014Химические превращения компонентов древесины в условиях сульфатной варки. Показатели качества технических целлюлоз. Определение равномерности отбелки целлюлозы и способа варки. Химические и физико-химические анализы. Идентификация целлюлозных волокон.
курсовая работа [391,8 K], добавлен 16.05.2011Методика получения биоэтанола из растительных отходов. Механизм трансформации целлюлозы в растворимые формы простых углеводов; факторы, влияющие на гидролиз, определение оптимальных условий для протекания процесса; получение штаммов микроорганизмов.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 11.10.2011Общее определение сложных эфиров алифатичеких карбоновых кислот. Физические и химические свойства. Методы получения сложных эфиров. Реакция этерификации и ее стадии. Особенности применения. Токсическое действие. Ацилирование спиртов галогенангидридами.
реферат [441,9 K], добавлен 22.05.2016Основные классы органических кислородосодержащих соединений. Методы получения простых эфиров. Межмолекулярная дегидратация спиртов. Синтез простых эфиров по Вильямсону. Получение симметричных простых эфиров из неразветвленных первичных спиртов.
презентация [273,9 K], добавлен 24.01.2014Методика и порядок проведения анализа на определение целлюлозы в древесине, его особенности и предназначение. Выделение и расчет холоцеллюлозы, влияние повышения температуры на данный процесс. Способы определения чистой целлюлозы и альфа-целлюлозы.
реферат [85,1 K], добавлен 28.09.2009Физические свойства целлюлозы. Реакции гидролиза и этерификации целлюлозы; ее нитрирование и взаимодействие с уксусной кислотой. Применение в производстве бумаги, искусственных волокон, пленок, пластмасс, лакокрасочных материалов, бездымного пороха.
презентация [572,9 K], добавлен 25.02.2014Физико-химические основы получения медноаммиачных волокон на основе целлюлозы. Влияние режима и наличия добавок на выход продукта и его качество. Получение медноаммиачного прядильного раствора экспериментальным способом. Анализ ВАХ циклированных кривых.
курсовая работа [247,1 K], добавлен 01.05.2010Характеристика сырья и продукции. Выбор и обоснование технологической схемы отбелки целлюлозы. Технологическая схема получения хвойной беленой целлюлозы марки А. Технико-экономические показатели работы отбельного цеха (на тонну воздушно-сухой целлюлозы).
курсовая работа [1,6 M], добавлен 28.05.2013Классификация, свойства, распространение в природе, основной способ получения эфиров карбоновых кислот путем алкилирования их солей алкилгалогенидами. Реакции этерификации и переэтерификация. Получение, восстановление и гидролиз сложных эфиров (эстеров).
лекция [151,9 K], добавлен 03.02.2009Классификация оборудования производства целлюлозы и бумаги. Оборудование для хранения и подготовки сырья к получению целлюлозы и древесной массы, переработки макулатуры, получения товарной целлюлозы, приготовления бумажной массы и ее подготовки к отливу.
учебное пособие [9,7 M], добавлен 24.06.2015Ацилирование как введение ацильной группы (ацила) RC в молекулу органического соединения путем замещения атома водорода, функции данных реакций и их полезные свойства. Получение соединений различных классов благодаря реакциям ацилирования C-, O- и N-.
курсовая работа [221,0 K], добавлен 10.08.2009Химические свойства углеводов. Реакции карбонильной группы. Восстановление. Окисление. Действие реагентов Бенедикта, Феллинга и Толленса. Окисление альдоз бромной водой, азотной, периодной кислотой. Реакции с фенилгидразином. Образование простых эфиров.
реферат [226,9 K], добавлен 04.02.2009Метод окисления целлюлозы перекисью водорода. Синтез винилсодержащего мономера на основе метакриловой кислоты и аминогуанидина. Получение нанокомпозита на основе окисленной целлюлозы и синтезированного мономера. Свойства синтезированного нанокомпозита.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 27.09.2010Молекулярная масса и влияние степени полимеризации целлюлозы на отдельные стадии технологического процесса получения искусственных волокон и пленок. Химические и физико-химические методы определения степени полимеризации целлюлозы и ее молекулярной массы.
реферат [96,4 K], добавлен 28.09.2009
