Разложение и применение целлюлозы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самара 2021г.

ЧАСТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «РЕАВИЗ»

Кафедра фармации

Реферат

ТЕМА РАБОТЫ

«Целлюлоза»

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Биоорганическая химия»

специальность: лечебное дело

Выполнила студентка

Звягина В. В.

1 курса очной формы

20-115 группы

Содержание

Введение

1. Строение целлюлозы

2. Физические и химические свойства

3. Разложение

4. Нахождение в природе

5. Биологическая роль

6. Получение целлюлозы

7. Применение целлюлозы

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Целлюлоза (клетчатка), также как крахмал, является природным полимером, полисахаридом, состоящим из остатков циклических молекул глюкозы. Эти вещества имеют одинаковую молекулярную форму [C6H10O5]n.

1. Строение целлюлозы

Макромолекулы целлюлозы в отличие от макромолекул крахмала:

· Содержат большее число структурных звеньев (остатков глюкозы) - 40 тысяч; относительная молекулярная масса целлюлозы достигает нескольких миллионов;

· Имеют только линейную структуру (вид нитей);

· Соединены между собой водородными связями, в образовании которых участвуют гидроксильные группы остатков глюкозы, что обеспечивает высокую механическую прочность целлюлозы;

· Построены из остатков в-глюкозы, которые соединены между собой гликозидными связями через первый и четвертый атомы углерода.

В организме целлюлоза служит главным образом строительным материалом и в обмене веществ почти не участвует. Целлюлоза не расщепляется обычными ферментами желудочно-кишечного тракта млекопитающих (амилазой, мальтазой); при действии фермента целлюлазы, выделяемого микрофлорой кишечника травоядных животных, целлюлоза распадается до D-глюкозы. Биосинтез целлюлозы протекает с участием активированной формы D-глюкозы.

2. Физические и химические свойства

Различие в строении макромолекул крахмала и целлюлозы обусловливает некоторое различие их физических и химических свойств. Целлюлоза - твердое волокнистое вещество белого или серого цвета, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях. Однако благодаря большому числу гидроксильных групп является гидрофильной (краевой угол смачивания составляет 20-30 градусов). Целлюлоза - стойкое вещество, не разрушается при нагревании (до 200 °C). Является горючим веществом, температура воспламенения - 275 °С, температура самовоспламенения - 420 °С (хлопковая целлюлоза).

* Целлюлоза не имеет вкуса и запаха. Зарегистрирована в качестве пищевой добавки E460.

* Целлюлоза подвергается биодеградации при участии многих микроорганизмов.

Гидролиз.

В отличие от крахмала, целлюлоза гидролизуется в более жидких условиях (длительное нагревание с концентрированной серной кислотой). Конечным продуктом гидролиза является глюкоза.

Эту реакцию используют в промышленности; полученную глюкозу далее сбраживают в спирт.

Серная кислота с йодом, благодаря гидролизу, окрашивают целлюлозу в синий цвет.

Реакции этерификации.

В макромолекуле целлюлозы каждое элементарное звено C6H10O5 содержит три гидроксильные группы.

Поэтому как многоатомный спирт целлюлоза образует сложные эфиры, из них большое практическое значение имеют нитраты и ацетаты целлюлозы.

* При взаимодействии целлюлозы с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты в зависимости от условий в реакцию этерификации может вступать одна, две или три гидроксильные группы каждого звена молекулы целлюлозы.

* Все нитраты целлюлозы обладают очень высокой горючестью (огнеопасны), а тринитрат целлюлозы (пироксилин) - взрывчатое вещество. На его основе готовят бездымный порох. Из других нитратов получают лаки.

* При обработке целлюлозы уксусной кислотой или уксусным ангидридом (это более сильное этерифицирующее средство, чем уксусная кислота) в присутствии серной кислоты получают диацетат и триацетат целлюлозы.

Они менее горючи, чем нитраты, поэтому их применяют для изготовления негорючей фото- и кинопленки, лаков и других материалов. Ацетаты целлюлозы используют также для получения искусственного ацетатного волокна.

Окисление.

Целлюлоза горит с образованием оксида углерода (IV) и воды.

Целлюлоза подвергается действию окислителя из-за наличия в каждом элементарном звене трех спиртовых гидроксильных групп. В результате их окисления в макромолекулах целлюлозы образуются новые функциональные группы - карбонильные и карбоксильные, что приводит к появлению у окисленной целлюлозы новых свойств.

Окисление целлюлозы - обычно нежелательная реакция, однако в ряде случаев ее проводят преднамеренно, например, для снижения вязкости при отбелке вискозной целлюлозы; для снижения степени полимеризации и повышения молекулярной однородности целлюлозы (предсозревание щелочной целлюлозы в вискозном производстве); для получения продуктов с повышенными ионообменными свойствами; для синтеза новых производных целлюлозы.

3. Разложение

При нагревании древесины без доступа воздуха происходит термическое разложение целлюлозы с образованием древесного угля, метана, метанола, уксусной кислоты, ацетона, воды и других веществ.

Целлюлоза, как и крахмал, не вступает в реакцию «серебряного зеркала». целлюлоза термический метан клетчатка

Разнообразие микрофлоры, способной разлагать целлюлозу в почве, позволяет трансформировать это вещество в различных условиях аэрации, в кислой или щелочной среде при низких или высоких влажности и температуре. Для большинства микроорганизмов, разлагающих целлюлозу, характерна высокая специфичность по отношению к этому веществу. Разложение целлюлозы осуществляют аэробные микроорганизмы (бактерии и грибы) и анаэробные мезофильные и термофильные бактерии.

Окисление целлюлозы некоторыми типами окислителей (йодная кислота и ее соли, тетраацетат свинца, двуокись азота) может быть использовано для синтеза ряда производных целлюлозы, содержащих альдегидные или карбоксильные группы преимущественно у определенных углеродных атомов элементарного звена макромолекулы. Необходимо, однако, отметить, что в некоторых из образующихся при окислении соединений, например в продукте окисления целлюлозы йодной кислотой - диальдегидцеллюлозе и ее производных, пиранозный цикл, наличие которого является характерной особенностью химической структуры целлюлозы, разрушен в процессе окисления.

4. Нахождение в природе

Целлюлоза еще более распространена в природе, чем крахмал. Она является строительным материалом растений, образуя в них оболочки клеток. Волокна хлопка, льна, конопли состоят главным образом из целлюлозы. В древесине её содержится примерно 50%, в траве и зеленых листьях - до 25%.

Целлюлоза так же, как и крахмал, образуется в зеленых растениях в процессе фотосинтеза.

Чтобы оценить "на ощупь" чистую целлюлозу можно взять, например, хлопковую вату или белый пух тополей.

Целлюлоза имеет белый цвет. Серная кислота окрашивает ее в синий оттенок, а йод - в коричневый. Целлюлоза твердая и волокнистая, без вкуса и запаха.

5. Биологическая роль

В организмах многих животных и человека нет фермента, способного гидролизовать целлюлозу, поэтому она, в отличие от крахмала и гликогена, не может служить продуктом питания. Но такой фермент вырабатывают некоторые микроорганизмы, живущие в желудках жвачных животных (коровы, овцы), пищеварительном тракте некоторых насекомых (например, термитов), а также в почве. Поэтому жвачные животные и насекомые могут питаться целлюлозой.

Когда в еде много клетчатки (например, отруби), то организм, как здорового человека, так и организм больного сахарным диабетом первого типа, становится более устойчив к глюкозе.

Клетчатка как щетка убирает со стенок кишечника грязные налипания, впитывает токсичные вещества, забирает холестерин и удаляет все это из организма естественным путем. Доктора пришли к выводу, что люди, которые едят ржаной хлеб, и отруби реже страдают раком прямого кишечника.

Больше всего клетчатки содержится в отрубях из пшеницы и ржи, в хлебе из грубо перемолотой муки, в хлебе из белков и отрубей, в сухих фруктах, морковке, крупах, свекле.

Клетчатка - это главная структурная часть клеточной оболочки растений. Образуется в результате фотосинтеза. Целлюлоза растений является питанием травоядным животным, в их организме клетчатка расщепляется при помощи фермента целлюлаза. Он довольно редкий, поэтому в чистом виде целлюлоза в пищу человека не употребляется.

Клетчатка в пище дает человеку чувство сытости и улучшает подвижность (перистальтику) его кишечника. Целлюлоза способна связывать жидкость (до ноля целых четырех десятых грамм жидкости на один грамм целлюлозы). В толстом кишечнике его метаболизируют бактерии.

Клетчатка приваривается без участия кислорода (в организме есть только один анаэробный процесс). Итогом переваривания становится образование кишечных газов и летающих жирных кислот. Большее количество этих кислот всасывается кровью и применяется как энергия для организма. А то количество кислот, которое не усвоилось, и кишечные газы увеличивают объем кала и ускоряют его попадание в прямую кишку. Также энергия данных кислот применяется для увеличения количества полезной микрофлоры в толстом кишечнике и поддержки ее жизни там. Когда количество пищевых волокон в еде возрастает, то возрастает и объем полезных кишечных бактерий улучшается синтезирование витаминных веществ.

6. Получение целлюлозы

В промышленности целлюлозу выделяют из древесины. Получение целлюлозы сводится к отделению её от других соединений, присутствующих в древесине. Образцами почти чистой целлюлозы является вата, полученная из очищенного хлопка и фильтровальная бумага.

Механический метод

При механическом получении древесной массы древесину, как правило, истирают или размалывают в водной среде. Под действием воды, тепла и специальных реагентов лигнин размягчается, и древесина распадается на отдельные волокна.

«Механическую» схему получения волокон целлюлозы можно описать примерно так. Промытая древесная щепа помещается в специальный рафинер, где измельчается и обрабатывается.

После очистки древесная масса готова для дальнейшей обработки. Поскольку, несмотря на обработку, лигнин не удаляется полностью, выход древесной массы получается высоким.

Наличие лигнина на поверхности и внутри волокон увеличивает их твердость и жесткость, а также придает им сравнительно стабильный размер.

Листы, полученные из «механической» древесной массы, имеют высокую пухлость и низкую плотность, то есть достаточно низкую массу единицы площади для данной толщины.

Это очень важно, поскольку отражается на технических и «экономических» показателях материала.

Химический метод

Другая не менее известная технология - сульфитная варка целлюлозы. В обоих случаях нецеллюлозные компоненты, извлеченные из древесины, используются на целлюлозно-бумажных комбинатах как источник энергии или для других целей.

Общий объем получаемой химическим способом целлюлозы зависит от способа варки, а так же от вида древесины. «Выход» сырья может составлять от 40 до 65%. Конечно, это ниже, чем для древесной механической древесины, поскольку при варке из древесины удаляются не целлюлозные вещества. При этом объемы изготовления не снижаются.

Однако в этом есть и свои плюсы - бумагообразующие свойства волокон тем самым улучшаются.

Волокна также становятся гибче. Все это обеспечивает получение более прочного и гибкого листа.

7. Применение целлюлозы

Целлюлозу используют в строительном и столярном деле и как топливо (древесина). В виде волокнистых материалов (лён, конопля, хлопок) она идет на изготовление тканей - хлопчатобумажных и льняных. Целлюлоза служит сырьем для получения бумаги и картона, искусственного щелка и корма для скота, а также имеет большое значение как сырье для получения глюкозы и этилового спирта.

Продукты реакции природного полимера с органическими и неорганическими кислотами широко используются в химической промышленности. Особенно распространены ацетат, тринитрат и динитрат целлюлозы. Первый возникает в результате реакции с уксусной кислотой и применяется в изготовлении синтетических волокон.

Тринитрат целлюлозы - продукт реагирования с концентрированной серной и азотной кислотами. Его применяют в изготовлении бездымного пороха. С помощью динитрата получают некоторые виды пластмасс, а также органическое стекло.

Основные отрасли применения целлюлозных материалов:

медицина - средства гигиены, вата, бинты, присыпки, лекарства;

бытовые - биоразлагательные полимерные материалы, бумага, экологически чистые упаковочные материалы, косметические средства, экологические добавки к продуктам питания;

нефтяная сфера - добавки бурильных растворов, добавки для повышения нефтеотдачи;

дорожное строительство - средство для повышения качества дорожного покрытия;

специального назначения - каски и бронежилеты, прозрачные и гибкие экраны мониторов.

Заключение

Таким образом, можно сделать вывод, что целлюлоза это природный полимер, полисахарид, состоящий из остатков циклических молекул глюкозы. Она является строительным материалом растений, в большом количестве содержится в древесине. Целлюлоза играет важную роль в промышленности (вата, фильтрованная бумага), служит сырьем для получения картона, искусственного шёлка и кома для скота. Имеет широкое применение в медицине и вступает во множество химических реакций.

Список использованной литературы

1. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Органическая химия: учебник 11(10) класса,углубленный уровень.

Размещено на Allbest.ru