4 Полімераналогічні реакції целюлози

Мета роботи – провести ацетилування целюлози оцтовим ангідридом у гомогенному середовищі, визначити вихід і ступінь заміщення гідроксильних груп целюлози.

Реактиви: целюлоза – 2 г, ацетилююча суміш – 15,2 мл (100% оцтова кислота – 5,4 мл, оцтовий ангідрид – 9,6 мл, концентрована сірчана кислота – 0,3 мл), етиловий спирт, 0,5 N розчин NaOH, 0,5 N розчин HCl.

Посуд та обладнання: скляний конус на 100 – 200 мл з пробкою, воронка Бюхнера, колба Бунзена, водяна баня, колби кругло донні на 200 мл, термометр.

4.1 Методика роботи

Наважку подрібненої целюлози (фільтрувальний папір) вносять у конус і заливають охолодженою ацетилюючою сумішшю. Конус охолоджують льодяною водою і продовжують реакцію при поступовому підвищенні температури до 25С, періодично перемішуючи вміст конуса до утворення гомогенної прозорої маси. Реакція ацетилування протікає за такою схемою:

Після закінчення ацетилування в реакційну масу добавляють 25 – 30 мл оцтової кислоти і після старанного перемішування суміш тонкою цівкою при перемішуванні повільно виливають у холодну воду. Висаджений ацетат целюлози фільтрують на воронці Бюхнера, промивають теплою водою до нейтрального середовища і сушать у термостаті при 105 – 110С до постійної маси.

Одержаний ацетат целюлози аналізують на вміст ацетатних груп, визначаючи число омилення надлишком лугу, який витрачається на нейтралізацію оцтової кислоти, а залишок лугу титрують соляною кислотою. Омилення складного ефіру відбувається за такою схемою:

C₆H₇O₂(COCH₃)_Х (OH)_3-x + xNaOH → C₆H₇O₂(OH)₃ + xCHCOONa

Для визначення числа омилення 0,4 – 0,5 г висушеного і подрібненого ацетату целюлози, зваженого з точністю до 0,0002 г на аналітичних вагах, вносять у круглодонну колбу і добавляють 25 мл етилового спирту. Для кращого набрякання наважки колбу гріють на водяній бані при 50 – 60⁰ протягом 30 хвилин із зворотним холодильником. Після цього добавляють піпеткою точно 25 мл 0,5 N розчину NaOH і продовжують нагрівання при 60⁰ із зворотним холодильником ще 2 години. Колбу охолоджують до кімнатної температури і надлишок лугу титрують 0,5 N розчином HCl у присутності фенолфталеїну до зникнення рожевого кольору. Роблять два паралельних титрування омилення наважок і окремо титрують у тих же умовах реакційну суміш без наважки.

Вміст ацетатних груп (% мас.) обчислюють за формулою:

де V₀ – обсяг 0,5 N розчину HCl, що був використаний на титрування реакційної суміші без наважки ацетатцелюлози, мл;

V  обсяг 0,5 N розчину HCl, що був використаний на титрування реакційної суміші з наважкою ацетатцелюлози, мл;

К – поправочний коефіцієнт нормальності розчину HCl;

0,0295 – кількість ацетатних груп, що відповідає одному мл точно 0,5 N розчину HCl, г;

m – наважка ацетатцелюлози, г.

Вміст ацетатних груп дозволяє визначити ступінь заміщення гідроксильного водню на ацетатні групи. Звичайно вважають, що максимальна ступінь заміщення дорівнює 300%, тобто це означає, що ацетилування пройшло за трьома гідроксильними групами.

Ступінь заміщення ν визначають за рівнянням:

де ν – ступінь заміщення, % (від 0 до 300) ;

162 – молекулярна маса складової повторної ланки целюлози;

Х – вміст ацетатних груп, визначений аналізом, % (мас.) ;

R – молекулярна маса ацетатної групи;

17  молекулярна маса гідроксильної групи.

Вихідні дані і результати представляють у вигляді таблиці 4.1.

Таблиця 4.1  Результати ацетилювання целюлози

Завантажено		Одержано		Вміст ацетних груп, %	Ступінь заміщення, %
Целюлоза, г	Ацет. суміш, мл	г	%