14.1.3. Целлюлоза

Целлюлоза входит в состав растений, образуя оболочки клеток, придавая им прочность и эластичность. Волокна хлопка, льна, конопли представляют собой почти чистую целлюлозу. Из целлюлозы производят хлопчатобумажные ткани, бумагу. В чистом виде целлюлоза – твердое волокнистое вещество, не растворяющееся в воде и других растворителях.

Целлюлоза является природным полимером, молекулы которого состоят из остатков молекул β-глюкозы. Значение n у целлюлозы выше, чем у крахмала. Молекулы целлюлозы имеют только линейную структуру.

При нагревании без доступа воздуха целлюлоза разлагается с образованием воды, древесного угля, метилового спирта, уксусной кислоты, ацетона.

Целлюлоза подвергается гидролизу с образованием глюкозы. Суммарно гидролиз целлюлозы выражается тем же уравнением, что и гидролиз крахмала. Из этой глюкозы получают технический (гидролизный) спирт.

Каждое структурное звено молекулы целлюлозы содержит по три гидроксильных группы [C₆H₇O₂(OH)₃]_n. За счет этих групп целлюлоза может образовывать простые и сложные эфиры. Так в реакции с азотной кислотой в присутствии серной кислоты образуются нитраты целлюлозы, которые обладают чрезвычайной горючестью.

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n + 3nH₂O.

Тринитрат целлюлозы – пироксилин – взрывчатое вещество, применяется для производства бездымного пороха.

Уксуснокислые эфиры целлюлозы – диацетат и триацетат используют для приготовления искусственного ацетатного волокна. Для этого целлюлозу, выделенную из древесины или хлопковый пух обрабатывают уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты. Продукт этерификации – триацетат целлюлозу растворяют в смеси дихлорметана CH₂Cl₂ и этилового спирта. Раствор полимера продавливают через фильеры, представляющие собой металлические колпачки с многочисленными отверстиями. Струи раствора опускаются в шахту высотой 3 м, продуваемую нагретым воздухом. Растворитель испаряется, а триацетат целлюлозы образует волокна, которые затем скручивают в нити. При прохождении через отверстия фильеров молекулы ацетата целлюлозы ориентируются вдоль струи раствора, их расположение становится упорядоченным. Это приводит к большой прочности волокон и нитей. Ткани из этого волокна обладают мягкостью, блеском, мало мнутся, хорошо сохраняют тепло, мало садятся при стирке.

14.1.4. Белки

Белки – природные высокомолекулярные азотсодержащие вещества. Молекулярная масса белков выражается десятками и сотнями тысяч, а иногда достигает нескольких миллионов. Они выполняют в организме множество функций. Это пластический материал, из которого построены ткани организма. Белки переносят вещества в организме, например, кислород, углекислый газ. Белки-ферменты катализируют все химические процессы в организме. Белки-антитела защищают организм от инфекций. Образование из белков актина и миозина актомиозина обусловливает сокращение мышечной ткани и т.д.

Гидролизом белков установлено, что они состоят из 20 α-аминокислот. Строение аминокислот, образующих белки, можно представить общей структурной формулой:

R–CH–COOH

│

NH₂

В составе радикала могут быть углеводородные цепи, циклы, различные функциональные группы (–SH, –OH, –COOH, –NH₂, бензольное кольцо).

Молекулы белка представляют собой длинные цепи остатков аминокислот, соединенных пептидными связями. Группа атомов:

( –С – N – ) – пептидная группа.

║ │

O H

Пептидные связи образуются при взаимодействии карбоксильной группы одной кислоты с аминогруппой другой. Поэтому белки называют еще полипептидами.

Последовательность чередования различных аминокислотных звеньев в полипептидной цепи называется первичной структурой белковой молекулы.

Полипептидные цепи на значительной своей части свернуты в виде спирали. Эта конфигурация полипептидной цепи называется вторичной структурой белка. Она удерживается за счет многочисленных водородных связей, образованных между группами >С=О и >NH, расположенными на соседних витках спирали.

Третичная структура – это конфигурация, которую принимает в пространстве спираль полипептидной цепи. Ее часто называют глобулой белка. Эта структура поддерживается взаимодействием функциональных групп радикалов аминокислот, составляющих полипептидную цепь. Солевые мостики образуются при сближении карбоксильной и аминогруппы, дисульфидные мостики (–S–S–) образуются между радикалами двух молекул цистеина, сложноэфирные мостики образуются между карбоксильной группой и гидроксилом и т.д. Функциональные группы аминокислот, обращенные наружу глобулы белка, определяют ее специфическую биологическую активность.

Иногда несколько глобул объединяются в более сложную структуру, которую называют четвертичной структурой белка.

Под действием различных факторов, таких как нагревание, действие радиации, сильное встряхивание третичная и вторичная структура белков может разрушаться. Этот процесс называется денатурацией. Денатурированный белок утрачивает биологическую активность.

Существуют белки, молекулы которых не скручиваются в спираль, а имеют вытянутую форму. Такую структуру имеют молекулы белка фибрина, входящего в состав натурального шелка.