Ксиланы Распространение в природе

Ксиланы– класс полисахаридов, входящий в состав гемицеллюлоз. Встречаются в составе древесины лиственных и хвойных деревьев. Наибольшее содержание ксилана обнаружено в кукурузных кочерыжках и овсяной шелухе (28- 34%). Богатым источником ксилана является буковое дерево.

Получение

Ксилан экстрагируется из гемицеллюлоз 8 - 12%-ным раствором NaOHс последующим осаждением горячим раствором этилового спирта, либо растворами солей четвертичных аммониевых оснований. Для отделения ксиланов от других полисахаридов гемицеллюлоз используют осаждение щелочных экстрактов раствором гидроксида бария.

Химическое строение и молекулярная структура

Ксилан – гомополисахарид. Макромолекулы ксилана построены из звеньев остатков -D-ксилопиранозы(-D-ксилозы), соединенных-(1→4)-гликозидными связями(рис.6).

Рис.6.Структурная формула макромолекулы-(1→4)-ксилана.

Известны ксиланы, макромолекулы которых построены из звеньев остатков -D-ксилопиранозы, соединенных-(1→2)-(рис.7) или -(1→3)-гликозидными связями (рис.8).

Рис.7.Структурная формула макромолекулы-(1→2)-ксилана.

Рис.8.Структурная формула макромолекулы-(1→3)-ксилана.

Встречаются также ксиланы, в макромолекулах которых -D-ксилопиранозные звенья соединены посредством-(1→4)- и-(1→3)-гликозидных связей (рис.9).

Рис.9.Структурная формула макромолекулы линейного-(1→4)--(1→3)-ксилана.

Соотношение -(1→4)- и-(1→3)-гликозидных связей в макромолекулах-(1→4)--(1→3)-ксиланов лежит в пределах 3:1-6:1.

Некоторые ксиланы имеют разветвленное строение. Как и другие ксиланы они построены из звеньев остатков -D-ксилопиранозы. Звенья главной цепи соединены посредством-(1→4)-гликозидных связей, боковые цепи прикреплены к основной-(1→3)-гликозидными связями (рис.10).

Рис.10.Структурная формула макромолекулы разветвленного-(1→4)--(1→3)-ксилана.

Некоторые гидроксильные группы звеньев макромолекул ксиланов могут быть ацетилированы.

Наиболее предпочтительной конформацией элементарного звена макромолекулы ксилана, как и целлюлозы, является конформация кресла С1. Элементарная ячейка пространственно-структурной организации упорядоченных (кристаллических) областей ксилана показана на рис.11.

Рис.11.Схематическое изображение элементарной ячейки ксилана.

В высокоупорядоченных областях макромолекулы ксилана стабилизированы меж-ивнутримолекулярными водородными связями. Возможно образование межмолекулярных Н-связей типа О₅…(Н)О₃.

Физические свойства

Ксилан – полисахарид преимущественно линейного строения (разветвленные ксиланы встречаются сравнительно редко). Сравнительно жесткоцепной полимер. Поскольку звенья макромолекулы ксилана не имеют шестого углеродного атома и, соответственно, у них отсутствует группа –СН₂ОН, она является более гибкой в сравнении с целлюлозой и другими структурными полисахаридами растений. Макромолекулы ксилана обладают высокой степенью асимметрии.

Ксилан является кристаллическим полимером, но наряду с кристаллическими областями содержит и аморфные. Для ксилана, как для целлюлозы и других кристаллизующихся полимеров, характерно явление полиморфизма, т.е. способность образовывать кристаллиты с различными параметрами элементарной ячейки. Он имеет несколько структурных модификаций, из которых наиболее изучены три. Так, кристаллы ксилана имеют элементарные ячейки в форме моногидрата (I, рис.11), дигидрата (II), а после сушки можно получить кристаллы без гидратной воды (III). Размеры ячеек полиморфных модификаций ксилана приведены в таблице 4.

Таблица 4