Состав и строение древесины

Растения, покрывающие земной шар, представляют собой колоссальное, ни с чем не сравнимое производство высокомоле­кулярных соединений, которое осуществляется в зеленых клет­ках растений под воздействием солнечных лучей. Тайну этого удивительного и сложного явления, названного фотосинте­зом, раскрыл великий ученый К. А. Тимирязев. Оказалось, что хлорофилл (зеленый пигмент листьев) поглощает красные, часть синих и фиолетовых лучей спектра, под воздействием ко­торых из воды и двуокиси углерода, поглощаемой растениями, образуется крахмал.

Таким образом, растения в обмен за поглощенную угле­кислоту выделяют в атмосферу кислород. Тимирязев подчерки­вал, что вне клеточки листа в природе не существует лабора­тории, где бы выделывалось органическое вещество. Во всех других органах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из неорганического вещества.

Таким образом из углерода углекислоты воздуха, кислорода и водорода воды в клеточке образуется сахар. Из этого сахара образуется крахмал и целлюлоза. Наконец, из этого же сахара и такого неорганического вещества, как аммиак, могут образо­ваться и самые сложные органические вещества-белки. Вот почему наш выдающийся ученый С. П. Костычев писал по этому поводу, что зеленые листья дают жизнь всему живому населению земного шара, в том числе и человечеству.

И стоит зеленому листу прекратить на несколько лет свою ра­боту, как все живое население на земле погибнет.

Вместе с крахмалом в зеленых частях растений образуется и целлюлоза, составляющая основную часть стенок раститель­ных клеток (она не входит в состав животных тканей). Изуче­ние процессов, происходящих в растительных организмах, поз­волило разработать технологию химической переработки древе­сины. Однако промышленное вос­производство фотосинтеза оста­ется пока еще мечтой, которую со временем наука, конечно, осу­ществит.

Чтобы превратить древесину в химический продукт, необхо­димо подвергнуть ее различным технологическим операциям, на которые большое влияние оказы­вают химический состав и свой­ства древесины.

Древесина любого дерева состоит из тесно сросшихся клеток, чрезвычайно разнообразных по своей величине и форме и имею­щих полость и одревесневшие оболочки. Элементарные клетки образуют древесные волокна, ко­торые располагаются главным образом вдоль ствола.

Древесина состоит из органи­ческих веществ (98,9-99,7%), большая часть которых представляет собой высокомолекуляр­ные соединения, и небольшого количества минеральных соедине­ний (0,3-1,1%), остающихся при сгорании в виде золы. В сред­нем абсолютно сухая древесина содержит 49,4-50,2% углерода, 6,1-6,9% водорода, 43,6-45,2% кислорода и обычно 0,9- 1,3% азота.

Хотя химический состав древесины очень сложен, клеточ­ные стенки, образующие древесину, состоят в основном из цел­люлозы, гемицеллюлоз (пентозаны и гексозаны) и лигнина.

Целлюлоза (от латинского слова cellula - клетка), иногда называемая клетчаткой, имеет волокнистое строение и пред­ставляет  собой   высокомолекулярное  химическое  соединение с большой и сложной цепной молекулой, насчитывающей тысячи звеньев. Такая молекула-гигант имеет длину до 0,005 мм. Следовательно, на отрезке длиной 1 см можно уме­стить примерно 2000 молекул целлюлозы, тогда как молекул воды уместилось бы на том же отрезке в двадцать тысяч раз больше, т. е. около 40 миллионов. Целлюлоза - очень стойкое химическое соединение, не растворяющееся в спирте, воде, эфире, ацетоне и других обычных растворителях.

Молекулярный вес целлюлозы, выделенной из растительных материалов в очень мягких условиях, по данным некоторых авто­ров (Сведберг, О. П. Голова), достигает 10-20 миллионов, что соответствует степени полимеризации от 6000 до 12 000. Моле­кулярный вес технических образцов целлюлозы колеблется от 50 000 до 150 000 и выше (например, у хлопка, содержащего 96_98% целлюлозы). В абсолютно сухой древесине содержится 40-50% целлюлозы.

Гемицеллюлозы (от греческого слова hemy - «полу») представляют собой сложную смесь полисахаридов (гексозаны. пентозаны и полиурониды). Будучи по химическому составу близкими к целлюлозе, они отличаются от нее меньшей хими­ческой стойкостью и длиной цепи, более легко гидролизуются  разбавленными минеральными кислотами, переходя в раствор. Гексозаны при этом дают гексозы - сахара, способные бродить и образовывать спирт. Содержание гемицеллюлоз зависит от породы древесины: у хвойных 17-20%, у лиственных 30-35%.

Лигнин (с латинского lignum - дерево) - сложная смесь органических веществ, содержащая большее количество угле­рода, чем целлюлоза (61-65%), и придающая стенкам клеток твердость. Лигнин легко поддается воздействию горячих щело­чей, окислителей и других реагентов. Содержание лигнина в древесине колеблется от 17 до 30%.

В полостях растительных клеток древесины содержатся также дубильные и красящие вещества, смолы и камеди, эфир­ные масла и алкалоиды.

Свойства отдельных составных частей древесины исполь­зуются для проведения определенных технологических опера­ций. Так, свойство лигнина переходить при воздействии на него горячих щелочей, солей сернистой кислоты, азотной кислоты, хлора, окислителей в растворимое состояние используется для получения целлюлозы, которая при этом остается почти без из­менений.

На способности целлюлозы и гемицеллюлоз при действии разбавленных минеральных кислот гидролизоваться с образо­ванием сахаров основано гидролизное производство.

Свойство древесины при нагревании без доступа воздуха (сухая перегонка) разлагаться с образованием ряда органиче­ских твердых, жидких и газообразных продуктов используется для получения древесного угля, уксусной кислоты, метилового спирта и многих других химических продуктов, необходимых народному хозяйству.

Целлюлоза в определенных условиях образует простые и сложные эфиры, являющиеся основой большого числа разно­образных синтетических материалов: пластмасс, искусственных волокон, пленок, лаков и пр.

Каждое из вышеперечисленных и других органических сое­динений может служить исходным веществом для получения многих синтетических продуктов. Для этой цели химики при­меняют самые разнообразные методы химической переработки. В их числе, кроме упомянутых выше реакций окисления и гидролиза, отметим еще алкилирование (введение в моле­кулу соединения алкильной группы, например метила -СН₃). хлорирование (введение в молекулу соединения хлора О), этерификацию (процесс замещения водорода в карбок­сильной группе -СООН, характерной для органических кис­лот, каким-либо органическим радикалом), гидрирование (введение водорода), дегидрирование (отнятие водорода), гидратацию (присоединение воды).

При взаимодействии кислот со спиртами образуются слож­ные эфиры. Реакцию образования эфиров можно понять, если формулу целлюлозы представить в виде [С₆Н;0₂ (ОН)₃]„. При замещении водорода в гидроксильной группе (-ОН) нитро-группой (-N0₂) получается азотнокислый эфир, а при заме­щении ацетильной группой (-СОСНз)-уксуснокислый эфир целлюлозы.

прим. формулы могут быть искажены - см. источник

источник:  А. Авербух,  "Что делает химия из древесины", Москва, издательство "Лесная промышленность", 1970 год     

UP

Вход/Регистрация - Присоединяйтесь! Ваше имя: (или войдите через соц. сети ниже)

Комментарии и отзывы ( потяните за правый нижний край для увеличения окна ):

Введите код, который Вы видите на изображении выше (чувствителен к регистру). Для обновления изображения нажмите на него.

• Квинслендский клён (Flindersia brayleyana), дерево, свойства древесины и пременение - кузовостроение, вагоны и лодки
• Некоторые данные о соединениях углерода и составе древесины
• Араукария Каннингема (Araucaria cunninghamii), дерево, свойства древесины
• Тасманский дуб (E. delegatensis, E. obliqua & E. regnans), дерево, свойства древесины
• Бекхаусия Бэнкрофта (Backhousia bancroftii), дерево, свойства древесины