ЦЕЛЛЮЛОЗА

ЦЕЛЛЮЛОЗА (франц. cellulose, от
лат. cellula, букв. - комнатка, клетушка, здесь - клетка), клетчатка, один
из самых распространённых природных полимеров (полисахарид); гл.
составная часть клеточных стенок растений, обусловливающая механич. прочность
и эластичность растительных тканей. Так, содержание Ц. в волосках семян
хлопчатника 97-98%, в стеблях лубяных растений (лён, рами, джут) 75-90%,
в древесине 40-50% , камыше, злаках, подсолнечнике 30-40% . Обнаружена
также в организме нек-рых низших беспозвоночных.

В организме Ц. служит гл. обр. строительным
материалом и в обмене веществ почти не участвует. Ц. не расщепляется обычными
ферментами желудочно-кишечного тракта млекопитающих (амилазой, мальтазой);
при действии фермента целлюлазы, выделяемого микрофлорой кишечника травоядных
животных, Ц. распадается до D-глюкозы. Биосинтез Ц. протекает с участием
активированной формы D-глюкозы.



Выделение целлюлозы из природных
материалов основано на действии реагентов, растворяющих или разрушающих
содержащиеся в растит, тканях нецеллюлозные компоненты (белки, жиры, воски,
смолы, лигнин, а также полисахариды -спутники Ц.). Методы выделения зависят
от типа растит, материала и назначения Ц. Осн. из них: щелочная варка (обработка
растит, материалов разбавленным раствором едкого натра под давлением с
последующей отбелкой -обработкой окислителями, напр, гипо-хлоритом натрия),
применяемая гл. обр. для получения хлопковой Ц.; сульфитная варка (обработка
под давлением водными растворами бисульфита кальция, магния, натрия или
аммония, содержащими небольшое количество свободного SOсульфатная в а р-к а (обработка под давлением водным раствором смеси едкого
натра и сульфида натрия), используемые для выделения Ц. из древесины. Из
соломы Ц. выделяют хлорно-щелочным методом (последовательной обработкой
водным раствором едкого натра и хлором). См. также Целлюлозно-бумажная
промышленность.



Структура и свойства целлюлозы. Ц.
- волокнистый материал лого цвета, плотность 1,52-1,54 г/с. ^J
(20 °С). Ц. растворима в т. н. медно- ммиачном растворе [раствор аммин
упрум(П)-гидроксида в 25%-ном водном растворе аммиака], водных растворах
четвертичных аммониевых оснований, водных растворах комплексных соединений
гидроокисей поливалентных металлов (Ni, Со) с аммиаком или эти лен диамином,
щелочном растворе комплекса железа (III) с виннокислым натрием, растворах
двуокиси азота в диметилформамиде, концентрированной фосфорной и серной
к-тах (растворение в к-тах сопровождается деструкцией Ц.).

Макромолекулы Ц. построены из элементарных
звеньев D-глюкозы, соединённых 1,4-|3-гликозидными связями в линейные
неразветвлённые цепи:

Средняя степень полимеризации Ц. изменяется
в широких пределах; напр., для Ц. вискозного волокна она составляет 300-500,
для Ц. хлопкового волокна и лубяных волокон - 10-14 тыс. (вискозиметрич.
метод или по данным определения в ультрацентрифуге). Ц. отличается значит,
полидисперсностью по молекулярной массе; характер кривых молекулярно-массового
распределения зависит от вида исходного целлюлозо-содержащего материала
и способа выделения из него Ц.

Ц. обычно относят к кристаллич. полимерам.
Для неё характерно явление полиморфизма, т. е. наличие ряда структурных
(кристаллич.) модификаций, различающихся параметрами кристаллич. решётки
и нек-рыми физ. и хим. свойствами; основными модификациями являются Ц.
I (природная Ц.) и Ц. II (гид-ратцеллюлоза).

Ц. имеет сложную надмолекулярную структуру.
Первичный элемент её -микрофибрилла, состоящая из неск. сотен макромолекул
и имеющая форму спирали (толщина 35-100 А, длина 500-600 А и выше). Микрофибриллы
объединяются в более крупные образования (300-1500 А), по-разному ориентированные
в различных слоях клеточной стенки. Фибриллы "цементируются" т. н. матри-ксом,
состоящим из др. полимерных материалов углеводной природы (гемицел-люлозы,
пектина) и белка (экстенсина).

Гликозидные связи между элементарными звеньями
макромолекулы Ц. легко гид-ролизуются под действием кислот, что является
причиной деструкции Ц. в водной среде в присутствии кислых катализаторов.
Продукт полного гидролиза Ц. - глюкоза; эта реакция лежит в основе пром.
способа получения этилового спирта из целлюлозосодержащего сырья (см. Гидролиз
растительных материалов). Частичный гидролиз Ц. протекает, напр., при
выделении её из растит, материалов и при хим. переработке. Неполным гидролизом
Ц., осуществляемым таким образом, чтобы деструкция происходила только в
малоупорядоченных участках структуры, получают т. н. микро-кристаллич.
"порошковую" Ц. - белоснежный легкосыпучий порошок.

В отсутствие кислорода Ц. устойчива до
120-150 °С; при дальнейшем повышении темп-ры природные целлюлозные волокна
подвергаются деструкции, гидратцеллюлозные - дегидратации. Выше 300 °С
происходит графитизация (карбонизация) волокна - процесс, используемый
при получении углеродных волокон.

Вследствие наличия в элементарных звеньях
макромолекулы гидроксильных групп Ц. легко этерифицируется и алки-лируется;
эти реакции широко используются в пром-сти для получения простых и сложных
эфиров Ц. (см. Целлюлозы эфиры). Ц. реагирует с основаниями; взаимодействие
с концентриров. растворами едкого натра, приводящее к образованию щелочной
Ц. (мерсеризация Ц.), -промежуточная стадия при получении эфиров
Ц. Большинство окислителей вызывает неизбирательное окисление гидроксильных
групп Ц. до альдегидных, кето- или карбоксильных групп, и только нек-рые
из окислителей (напр., йодная к-та и её соли) - избирательное (т. е. окисляют
ОН-группы у определённых атомов углерода). Окислительной деструкции Ц.
подвергают при получении вискозы (стадия предсозревания щелочной
Ц.); окисление происходит также при отбелке Ц.

Для устранения нек-рых недостатков волокон
из Ц. (невысокой эластичности, нестойкости к действию микроорганизмов,
горючести) и придания им новых ценных свойств осуществляют модификацию
целлюлозных материалов методами привитой полимеризации или обработкой тканей
из целлюлозных волокон полифункциональными соединениями (напр., метилольными
производными мочевины, эпоксисоединениями). Т. о. получают малосминаемые
ткани из цел-люлозных волокон (гл. обр. хлопка), а также ионообменные,
негорючие, ге-мостатические и бактерицидные материалы. См. также Волокна
химические.



Применение целлюлозы. Из Ц. производят
бумагу,
картон,
разнообразные искусств, волокна - гидратцеллюлозные
(вискозные волокна,
медноаммиачное волокно) и эфироцеллюлозные (ацетатное и триацетатное
- см. Ацетатные волокна), плёнки (целлофан), пластмассы и лаки (см.
Этролы,
Гидратцеллюлозные плёнки, Эфироцеллюлозные лаки).
Природные волокна
из Ц. (хлопковое, лубяные), а также искусственные широко используются в
текст, пром-сти. Производные Ц. (гл. обр. эфиры) применяют как загустители
печатных красок, шлихтующие и аппретирующие препараты, стабилизаторы суспензий
при изготовлении бездымного пороха и др. Микрокристаллич. Ц. используют
в качестве наполнителя при изготовлении лекарств, препаратов, как сорбент
в аналитич. и препаративной хромато-графии.

Лит.: Никитин Н. И., Химия древесины
и целлюлозы, М.- Л., 1962; Краткая химическая энциклопедия, т. 5, М., 1967,
с. 788-95; Роговин 3. А., Химия целлюлозы, М., 1972; Целлюлоза и ее производные,
пер. с англ., т. 1-2, М., 1974; Кретович В. Л., Основы биохимии растений,
5 изд., М., 1971.

Л. С. Гальбрайх, Н. Д. Габриэлян.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я