1 Состав, строение и свойства целлюлозы.

В древесине различных пород содержание целлюлозы составляет в среднем 40– 50%.

Целлюлоза – природный линейный гетероцепной стереорегулярный гомополисахарид, макромолекулы которого построены из мономерных звеньев β-D-глюкопиранозы, соединенных гликозидными связями 1-4. Стереоповторяющимся звеном в цепи целлюлозы служит остаток целлобиозы.

Общая (эмпирическая) формула целлюлозы – (С6Н10О5)п или [С6Н7О2(ОН)3]п.

Степень полимеризации п природной целлюлозы зависит от вида растения: – у хлопковой 15 000–20 000, – у древесной 5 000–10 000, техническая – 1000-2000.

2. Форма и конформационные превращения молекул целлюлозы.

У целлюлозы возможны конформационные превращения двух видов: – конформационные превращения макромолекул. Они обусловлены внутренним вращением глюкопиранозных звеньев вокруг гликозидных связей и придают цепям целлюлозы гибкость (особенно сильно это проявляется в растворах); – конформационные превращений мономерных звеньев. Пиранозные кольца не плоские, для снижения внутренней энергии они могут принимать две конформации «кресла» и шесть конформаций «ванны».

Наиболее устойчивые конформаций типа кресла К1 или С1), они переходят друг в друга через промежуточные формы (полукресла, твист-формы, скрученной ванны, ванны).

Энергетически более устойчива конформация С1. В этой конформации гидроксильные группы легче образуют гликозидные связи, легче этерифицируются и алкилируются

Вследствие прочных межмолекулярных Н-связей жесткие вытянутые цепи целлюлозы образуют высокоупорядоченную надмолекулярную структуру – кристаллическую решетку.

Конформации – энергетически неравноценные пространственные формы молекулы, переходящие друг в друг в результате внутреннего вращения вокруг пустой с-с связи без их разрыва.

3. Внутри- и межмолекулярные взаимодействия в целлюлозе

В целлюлозе между макромолекулами действуют два вида взаимодействий: – силы Ван-дер-Ваальса и – водородные связи.

Гидроксильные группы целлюлозы образуют 2 типа водородных связей: – внутримолекулярные – в пределах одной цепи между соседними глюкопиранозными звеньями; придают жесткость цепям целлюлозы. – межмолекулярные – образуются между соседними цепями; относятся к силам межмолекулярного взаимодействия. В образовании Н-связей кроме гидроксильных групп принимают участие атомы кислорода пиранозного цикла и гликозидной связи.

Водородные связи в целлюлозе определяют ее физическую структуру и оказывают влияние на все ее свойства. Вследствие Н-связей у целлюлозы жесткая структура и кристаллическая решетка, образуются микрофибриллы, фибриллы, ламеллы и клеточная стенка в целом. Из-за высокой энергии когезии, обусловленной Н-связями и силами Ван-дер-Ваальса, у целлюлозы невозможно плавление, затруднен подбор растворителей. Это понижает химическую реакционную способность целлюлозы. Механические свойства технической целлюлозы и бумажного листа определяются межволоконными связями, возникающими в результате образования Н-связей между макромолекулами целлюлозы на поверхностях фибрилл и волокон.