лигнин-углеводные комплексы / Введение

Введение

Древесина – продукт биологического происхождения, который представляет собой сложный комплекс, как в анатомическом, так и в химическом строении. Вещество древесины – это вещество оболочек клеток (клеточных стенок).

Древесина примерно на 99% состоит из органических веществ, оставшийся 1% – минеральные вещества (зола). Органические вещества включают в себя экстрактивные вещества и структурные компоненты. Структурные компоненты подразделяют на углеводную и ароматическую части. Углеводная часть – холоцеллюлоза. Ароматическая часть древесины – лигнин.

Лигнин – это ароматическая часть древесинного вещества, сополимер (гетерополимер) пространственной структуры, состоящий их фенилпропановых структурных единиц, связанных между собой различными типами простой эфирной или углерод-углерод связями.

Лигнин получается в виде нерастворимого «негидролизуемого» остатка после удаления экстрактивных веществ и полного гидролиза полисахаридов концентрированной сильной минеральной кислотой.

Массовая доля лигнина в древесине хвойных пород составляет в среднем 27–30%, а в древесине лиственных пород – 18–24%.

Лигнин как полимер состоит из фенилпропановых структурных единиц – ФПЕ. Существует 3 вида ФПЕ: гваяцил-, сирингил- и п-гидроксифенилпропановые структурные единицы. В соответствии с основным типом структурных единиц лигнины хвойных пород относят к гваяцильным лигнинам, в лигнины лиственных пород – к гваяцил-сирингильным лигнинам. По сравнению с лигнинами древесных пород гидроксифенилпропановые единицы значительно большую долю составляют в лигнинах однодольных растений (трав, злаков).

Продукты лигнина получили широкое применение в промышленности. Гидролизный лигнин используют в качестве топлива, наполнителя, сгорающих добавок, для производства углеродистых материалов и сорбентов. Щелочные лигнины выпускаются в виде пасты или сухого порошка – они могут быть использованы в качестве наполнителей и модификаторов при производстве пластмасс, каучуков и резин, структуро- и пленкообразователей почв, в производстве фенолформальдегидных олигомеров резольного типа, диметилсульфоксида и т.д. Ранее медно-аммиачный лигнин использовался для изучения строения лигнина.

Создание новых технологий глубокой химической переработки древесины тесно взаимосвязано с проблемой квалифицированного использования лигнина, составляющего 20–30% массы древесного сырья. При этом могут быть использованы такие ценные характеристики лигнина, как высокое содержание углерода (массовая доля до 60–65%), ароматическая природа и высокая реакционная способность.

Лигнин до сих пор остается менее изученным высокомолекулярным компонентом древесины. Впервые на углеводную и неуглеводную части древесину разделили в 1838 году. Это был французский ученый Пайен. Позднее, в 1865, немецкий химик Шульце назвал неуглеводную часть древесины лигнином, что на латинском звучало как lignum (дерево). В 1897 году швед Класон указал на родство лигнина по химическому строению с ароматическим соединением – конифериловым спиртом, а в 1907 г. он высказал мнение, что лигнин является высокомолекулярным веществом. К настоящему времени доказано, что лигнин действительно имеет ароматическую природу и полимерный характер, установлено строение его мономерных звеньев, определены функциональные группы и типы связи между звеньями. Однако множество реакций и механизмов лигнина все еще являются не ясными.

Вопрос связи лигнина в лигноуглеводной матрице – один из сложных и полностью еще не решенных вопросов химии лигнина. Трудность разделения полисахаридов и лигнина привела к предположению о существовании химических связей между лигнином и углеводами.