Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОДОВОЛЬСТВИЯ»

Кафедра ХТВМС

Контрольная работа №2

по дисциплине «ХИМИЯ ПРИРОДНЫХ ВОЛОКНООБРАЗУЮЩИХ ПОЛИМЕРОВ»

Специальность 1– 48 01 02 «Химическая технология органических веществ, материалов и изделий»

Специализация 1 – 48 01 02 02 «Технология химических волокон»

Выполнила:

студентка группы ТХВЗ-ХХХ

___________ Иванова И.И.

«___»_____________2013 г.

Номер зачетной книжки 000000

230000, г. Гродно,

Ул.Гагарина, дом 23, кв.25

Могилев 2013

Содержание

Вариант 10

Конформации элементарных звеньев и макромолекулы целлюлозы в целом.	3
Синтез простых эфиров алкилированием целлюлозы непредельными соединениями.	7
Строение белков: первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белков.	10
Задача	20
Задача	21
Задача	23
Напишите схему получения циандезоксицеллюлозы	24
Список использованных источников	26

1. Конформации элементарных звеньев и макромолекулы целлюлозы в целом.

Целлюлоза (франц. cellulose, от лат. cellula, букв. комнатка, здесь – клетка), полисахарид – линейный-глюкан [полиглюкопиранозил-D-глюкопираноза] общей формулы [С₆Н₇О₂(ОН)₃]n. Один из наиболее распространенных биополимеров, входящий в состав клеточных (отсюда название) стенок растений и микроорганизмов (некоторые из них, а также отдельные виды беспозвоночных – черви, древоточцы благодаря ферменту целлюлазе, расщепляющему целлюлозу, могут ее усваивать). Содержание целлюлозы (% по массе) в волокнах семян хлопчатника 95-98, лубяных 60-85, тканях древесины 40-44, низших растениях 10-25. /1/

Целлюлоза – важнейший представитель полисахаридов, одного из классов природных полимеров, макромолекулы которых построены из элементарных звеньев (остатков) различных моносахаридов, соединенных между собой ацетальной (гликозидной) связью.

Многие данные о химическом строении макромолекул целлюлозы и особенно о строении элементарных звеньев, из которых состоит макромолекула, являются в настоящее время бесспорными. Их можно формулировать следующим образом /2, с.12/:

1. Элементарным звеном макромолекулы целлюлозы является ангидро-D-глюкоза. Это доказывается многочисленными работами по исследованию продуктов полного гидролиза целлюлозы. При полном гидролизе целлюлозы выделена D-глюкоза с выходом до 96 – 98% от теоретического.

2. Элементарное звено в макромолекуле целлюлозы содержит три свободные гидроксильные группы. Это доказывается тем, что при любых реакциях этерификации целлюлозы удается получить в качестве продуктов полной этерификации только трехзамещенные эфиры целлюлозы. Из трех гидроксильных группы элементарного звена одна группа является первичной и две вторичными. Эти группы значительно различаются по реакционной способности.

1. Гидроксильные группы в элементарном звене макромолекулы находятся у 2-го, 3-го и 6-го атомов углерода. Это доказано идентификацией основного продукта, полученного при гидролизе триметилцеллюлозы, как 2,3,6-три-О-метил-D-глюкозы, а также рядом других методов. Из этого следует, что глюкозные остатки должны быть связаны либо 14-гликозидными (в этом случае элементарное звено находится в пиранозной форме), либо 15-гликозидными связями (при фуранозной форме элементарного звена).

Наряду с 2,3,6-три-О-метил-D-глюкозой, при гидролизе триметилцеллюлозы образуется очень небольшое количество (0,05 - 0,2%) 2,3,4,6-тeтpa-О-метил-D-глюкозы за счет концевых элементарных звеньев макромолекул. Этот факт, а также данные других методов (например, периодатного окисления) указывают на отсутствие разветвлений в макромолекулярной цепи целлюлозы.

4. Остатки D-глюкозы в молекуле целлюлозы имеют пиранозную форму. Сравнительная устойчивость целлюлозы к кислотному гидролизу исключает возможность существования звеньев в фуранозной форме, поскольку фуранозиды чрезвычайно неустойчивы к действию кислот.

5. Элементарные звенья макромолекулы целлюлозы – ангидро-D-глюкопираноза – соединены между собой - гликозидной связью. Это доказывается тем, что продуктом частичного гидролиза целлюлозы является целлобиоза [4-О(-D-глюкопиранозил)-D-глюкоза], содержащая два остатка глюкозы, соединенные -гликозидной связью.

Таким образом, строение целлюлозы может быть представлено формулой:

Рисунок 1 – Формула целлюлозы

Справедливость этой формулы подтверждается данными частичного кислотного и ферментативного гидролиза, ацетолиза, периодатного окисления, ИК - спектроскопии и поляриметрии. Точность методов, достигнутая в настоящее время, позволяет считать, что другие типы связей в молекуле целлюлозы встречаются не чаще, чем одна на 1000 моносахаридных остатков.

Регулярность строения полимерной цепи и строго определенная конфигурация асимметрических углеродных атомов позволяют отнести целлюлозу к стереорегулярным полимерам.

Существенное значение при исследовании строения макромолекулы целлюлозы имеет выяснение вопроса о конформации пиранозного цикла в макромолекуле. Так же, как у производных циклогексана, пиранозный цикл для уменьшения внутренних напряжений может принимать конформацию (форму) ванны или кресла. Так как в пиранозном цикле имеется атом кислорода, то возможны две конформации кресла (С) и шесть конформаций ванны (В).

Необходимо отметить, что при одном и том же строении элементарного звена в зависимости от конформации пиранозного цикла меняется пространственная ориентация заместителей (ОН-групп) в цикле. Гидроксильные группы в элементарном звене могут быть расположены экваториально, т. е. в плоскости кольца, или аксиально – перпендикулярно к этой плоскости.

Гидроксильные группы, находящиеся в аксиальном и в экваториальном положениях, обладают различной реакционной способностью. Этерификации подвергаются в первую очередь гидроксильные группы, находящиеся в экваториальном положении, так как для этих групп стерические условия осуществления реакции более благоприятны. Для -D-глюкопиранозы и ее производных (в том числе и для целлюлозы) наиболее энергетически выгодной формой является конформация кресла C1, где все гидроксильные группы находятся в экваториальном положении. /2, с.14/

Рисунок 2 – Конформации пиранозного цикла

Приведенные выше данные позволяют сделать достаточно обоснованные выводы о строении макромолекулы целлюлозы. Согласно этим данным, макромолекула целлюлозы состоит из большого числа остатков D-глюкопиранозы, находящихся в конформации кресла С1 (с экваториально расположенными группами ОН и СН₂ОН), соединенных между собой 14--гликозидными связями. Однако различные химические и физическими воздействия могут привести к переходу звеньев в другую конформацию.

Рисунок 3 – Строение макромолекулы целлюлозы

Плодотворность использования метода конформационного анализа при исследовании полисахаридов была показана работами Ривза по изучению медноаммиачных комплексов амилозы и Деревицкой по анализу причин различной реакционной способности гидроксильных групп в элементарном звене молекул целлюлозы. В этих работах было выдвинуто предположение о возможности изменения конформации элементарного звена макромолекулы при различных воздействиях. Возможность изменения конформации элементарного звена макромолекулы целлюлозы при различных воздействиях и соответственно изменение реакционной способности следует учитывать при анализе основных вопросов химии целлюлозы. /2, с.14/

Теоретически рассчитанная конформация макромолекулы целлюлозы - жесткая спираль (шаг равен 2 - 3 элементарным звеньям), стабилизированная внутримолекулярными водородными связями.

Целлюлоза имеет ряд структурных модификаций, из которых наиболее важны модификации I-IV и X (ЦI-ЦIV и ЦХ). Структура ЦI - модификация природной целлюлозы. Структура ЦII – так называемая гидратцеллюлоза, образующаяся при регенерации целлюлозы из ее производных (например, сложных эфиров, щелочной целлюлозы), растворении и последующим осаждении целлюлозы из раствора; ЦIII образуется при обработке ЦI или ЦII жидким NH₃ либо безводным этиламином; ЦIV получают обработкой ЦI или ЦII при повышенной температуре глицерином, водой либо водными растворами щелочей; ЦХ – обработкой ЦI 38 - 40,3%-ным раствором НС1 при 20 °С, нейтрализацией массы с одновременным повышением температуры до 95 °С, промывкой, вытеснением воды ацетоном и сушкой. Основа надмолекулярной структуры целлюлозы – элементарные высокоупорядоченные фибриллы. Последние ассоциированы в агрегаты (микрофибриллы – содержат несколько сотен макромолекул; размеры в поперечном направлении от 4 до 10 - 20 нм), образующие матрицу, молекулярная структура которой значительно менее упорядочена, чем структура фибрилл. Целлюлоза – типичное аморфно-кристалличное вещество. Поэтому в целлюлозе в продольном направлении наряду со структурами с трехмерным дальним порядком (кристаллитами) сохраняются аморфные области. По данным электронной микроскопии, длина кристаллитов от 20 - 85 (гидратцеллюлозные волокна) до 65 - 220 нм (волокна природной целлюлозы). Распределение по длине и ММР – мультимодальное и зависит от вида целлюлозы и условий ее получения. Объемное содержание в образце кристаллических областей, или степень кристалличности, составляет соответсвенно в хлопковом волокне, древесной целлюлозе и целлюлозе искусственных волокон 70 - 83, 64 - 74 и 35 - 40%. Аморфные области целлюлозы неоднородны, что подтверждается множественностью изофазных температурных переходов. Развитая капиллярно-пористая структура целлюлозы включает: внутрифибриллярные нерегулярности упаковки (размер 1,5 нм); межфибриллярные поры (1,5 - 10 нм); поры, возникающие как результат внутренних напряжений (несколько десятков нм); каналы и поры диаметром несколько мкм (волокна природной целлюлозы). /1/