रासायनिक सेलूलोज़. आधुनिक सेलूलोज़ - यह क्या है? एसीटेट फाइबर प्राप्त करना

अपने पूरे जीवन में हम बड़ी संख्या में वस्तुओं से घिरे रहे हैं - कार्डबोर्ड बॉक्स, ऑफसेट पेपर, प्लास्टिक बैग, विस्कोस कपड़े, बांस के तौलिये और भी बहुत कुछ। लेकिन कम ही लोग जानते हैं कि इनके उत्पादन में सेलूलोज़ का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। यह वास्तव में जादुई पदार्थ क्या है जिसके बिना लगभग कोई भी आधुनिक औद्योगिक उद्यम नहीं चल सकता है? इस लेख में हम सेलूलोज़ के गुणों, विभिन्न क्षेत्रों में इसके उपयोग के साथ-साथ इसे किससे निकाला जाता है और इसका रासायनिक सूत्र क्या है, के बारे में बात करेंगे। आइए, शायद शुरुआत से ही शुरुआत करें।

पदार्थ का पता लगाना

सेल्युलोज के सूत्र की खोज फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंसेल्मे पायेन ने लकड़ी को उसके घटकों में अलग करने के प्रयोगों के दौरान की थी। नाइट्रिक एसिड से इसका उपचार करने के बाद वैज्ञानिक ने पाया कि रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान कपास जैसा रेशेदार पदार्थ बनता है। परिणामी सामग्री के सावधानीपूर्वक विश्लेषण के बाद, पेयेन ने सेलूलोज़ का रासायनिक सूत्र प्राप्त किया - सी 6 एच 10 ओ 5। प्रक्रिया का विवरण 1838 में प्रकाशित किया गया था, और पदार्थ को इसका वैज्ञानिक नाम 1839 में मिला।

प्रकृति का उपहार

अब यह निश्चित रूप से ज्ञात है कि पौधों और जानवरों के लगभग सभी नरम भागों में कुछ मात्रा में सेलूलोज़ होता है। उदाहरण के लिए, पौधों को सामान्य वृद्धि और विकास के लिए, या अधिक सटीक रूप से, नवगठित कोशिकाओं की झिल्लियों के निर्माण के लिए इस पदार्थ की आवश्यकता होती है। संरचना में यह पॉलीसेकेराइड से संबंधित है।

उद्योग में, एक नियम के रूप में, प्राकृतिक सेलूलोज़ शंकुधारी और पर्णपाती पेड़ों से निकाला जाता है - सूखी लकड़ी में इस पदार्थ का 60% तक होता है, साथ ही कपास के कचरे को संसाधित करके, जिसमें लगभग 90% सेलूलोज़ होता है।

यह ज्ञात है कि यदि लकड़ी को निर्वात में गर्म किया जाता है, यानी हवा तक पहुंच के बिना, तो सेलूलोज़ का थर्मल अपघटन होता है, जिसके परिणामस्वरूप एसीटोन, मिथाइल अल्कोहल, पानी, एसिटिक एसिड और चारकोल बनता है।

ग्रह की समृद्ध वनस्पतियों के बावजूद, उद्योग के लिए आवश्यक रासायनिक फाइबर की मात्रा का उत्पादन करने के लिए अब पर्याप्त जंगल नहीं हैं - सेलूलोज़ का उपयोग बहुत व्यापक है। इसलिए, इसे भूसे, नरकट, मकई के डंठल, बांस और नरकट से तेजी से निकाला जा रहा है।

विभिन्न तकनीकी प्रक्रियाओं का उपयोग करके कोयला, तेल, प्राकृतिक गैस और शेल से सिंथेटिक सेलूलोज़ का उत्पादन किया जाता है।

जंगल से कार्यशालाओं तक

आइए लकड़ी से तकनीकी सेलूलोज़ के निष्कर्षण को देखें - यह एक जटिल, दिलचस्प और लंबी प्रक्रिया है। सबसे पहले, लकड़ी को उत्पादन में लाया जाता है, बड़े टुकड़ों में काटा जाता है और छाल हटा दी जाती है।

साफ की गई छड़ों को फिर चिप्स में संसाधित किया जाता है और क्रमबद्ध किया जाता है, जिसके बाद उन्हें लाइ में उबाला जाता है। परिणामी सेलूलोज़ को क्षार से अलग किया जाता है, फिर सुखाया जाता है, काटा जाता है और शिपमेंट के लिए पैक किया जाता है।

रसायन विज्ञान और भौतिकी

इस तथ्य के अलावा कि यह एक पॉलीसेकेराइड है, सेल्युलोज के गुणों में कौन से रासायनिक और भौतिक रहस्य छिपे हैं? सबसे पहले, यह एक सफेद पदार्थ है। यह आसानी से जलता है और अच्छी तरह जलता है। यह कुछ धातुओं (तांबा, निकल) के हाइड्रॉक्साइड के साथ पानी के जटिल यौगिकों में, अमाइन के साथ, साथ ही सल्फ्यूरिक और ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड, जिंक क्लोराइड के एक केंद्रित समाधान में घुल जाता है।

सेलूलोज़ उपलब्ध घरेलू विलायकों और साधारण पानी में नहीं घुलता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि इस पदार्थ के लंबे धागे जैसे अणु अजीबोगरीब बंडलों में जुड़े होते हैं और एक दूसरे के समानांतर स्थित होते हैं। इसके अलावा, यह संपूर्ण "संरचना" हाइड्रोजन बांड द्वारा मजबूत होती है, यही कारण है कि कमजोर विलायक या पानी के अणु आसानी से अंदर नहीं घुस सकते हैं और इस मजबूत जाल को नष्ट नहीं कर सकते हैं।

सबसे पतले धागे, जिनकी लंबाई 3 से 35 मिलीमीटर तक होती है, बंडलों में जुड़े होते हैं - इस तरह आप सेलूलोज़ की संरचना को योजनाबद्ध रूप से दर्शा सकते हैं। लंबे रेशों का उपयोग कपड़ा उद्योग में किया जाता है, छोटे रेशों का उपयोग उदाहरण के लिए, कागज और कार्डबोर्ड के उत्पादन में किया जाता है।

सेलूलोज़ पिघलता नहीं है या भाप में नहीं बदलता है, लेकिन 150 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म करने पर यह विघटित होना शुरू हो जाता है, जिससे कम आणविक भार वाले यौगिक - हाइड्रोजन, मीथेन और कार्बन मोनोऑक्साइड (कार्बन मोनोऑक्साइड) निकलते हैं। 350 डिग्री सेल्सियस और इससे ऊपर के तापमान पर, सेलूलोज़ जल जाता है।

अच्छा परिवर्तन

इस प्रकार रासायनिक प्रतीक सेलूलोज़ का वर्णन करते हैं, जिसका संरचनात्मक सूत्र स्पष्ट रूप से दोहराए जाने वाले ग्लूकोसिडिक अवशेषों से युक्त एक लंबी श्रृंखला वाले बहुलक अणु को दर्शाता है। उनमें से बड़ी संख्या को इंगित करने वाले "एन" पर ध्यान दें।

वैसे, एंसलम पायेन द्वारा प्राप्त सेलूलोज़ के सूत्र में कुछ बदलाव हुए हैं। 1934 में, अंग्रेजी कार्बनिक रसायनज्ञ और नोबेल पुरस्कार विजेता वाल्टर नॉर्मन हॉवर्थ ने स्टार्च, लैक्टोज और सेलूलोज़ सहित अन्य शर्करा के गुणों का अध्ययन किया। इस पदार्थ की हाइड्रोलाइज़ करने की क्षमता की खोज करने के बाद, उन्होंने पेयेन के शोध में अपना समायोजन किया, और सेलूलोज़ फॉर्मूला को "एन" मान के साथ पूरक किया गया, जो ग्लाइकोसिडिक अवशेषों की उपस्थिति को दर्शाता है। फिलहाल यह इस तरह दिखता है: (सी 5 एच 10 ओ 5) एन।

सेलूलोज़ ईथर

यह महत्वपूर्ण है कि सेल्युलोज अणुओं में हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं, जिन्हें एल्काइलेट और एसाइलेट किया जा सकता है, जिससे विभिन्न एस्टर बनते हैं। यह सेलूलोज़ के सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक है। विभिन्न यौगिकों का संरचनात्मक सूत्र इस प्रकार दिख सकता है:

सेलूलोज़ ईथर या तो सरल या जटिल होते हैं। सरल हैं मिथाइल-, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल-, कार्बोक्सिमिथाइल-, एथिल-, मिथाइलहाइड्रॉक्सीप्रोपाइल- और सायनोइथाइलसेलुलोज। जटिल हैं नाइट्रेट, सल्फेट्स और सेल्युलोज एसीटेट, साथ ही एसिटोप्रोपियोनेट्स, एसिटाइलफथाइलसेलुलोज और एसिटोब्यूटाइरेट्स। ये सभी ईथर विश्व के लगभग सभी देशों में प्रति वर्ष सैकड़ों-हजारों टन उत्पादित होते हैं।

फोटोग्राफिक फिल्म से लेकर टूथपेस्ट तक

ये किसलिए हैं? एक नियम के रूप में, सेल्युलोज ईथर का व्यापक रूप से कृत्रिम फाइबर, विभिन्न प्लास्टिक, सभी प्रकार की फिल्मों (फोटोग्राफिक सहित), वार्निश, पेंट के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है, और ठोस रॉकेट ईंधन, धुआं रहित पाउडर के उत्पादन के लिए सैन्य उद्योग में भी उपयोग किया जाता है। और विस्फोटक.

इसके अलावा, सेल्युलोज ईथर प्लास्टर और जिप्सम-सीमेंट मिश्रण, फैब्रिक डाई, टूथपेस्ट, विभिन्न चिपकने वाले, सिंथेटिक डिटर्जेंट, इत्र और सौंदर्य प्रसाधनों का हिस्सा हैं। एक शब्द में कहें तो, यदि 1838 में सेल्युलोज फार्मूला की खोज नहीं हुई होती, तो आधुनिक लोगों को सभ्यता के कई लाभों का आनंद नहीं मिलता।

लगभग जुड़वाँ

कम ही सामान्य लोग जानते हैं कि सेलूलोज़ में एक प्रकार का दोहरा गुण होता है। सेलूलोज़ और स्टार्च का सूत्र समान है, लेकिन वे दो पूरी तरह से अलग पदार्थ हैं। क्या फर्क पड़ता है? इस तथ्य के बावजूद कि ये दोनों पदार्थ प्राकृतिक पॉलिमर हैं, स्टार्च के पोलीमराइजेशन की डिग्री सेलूलोज़ की तुलना में बहुत कम है। और यदि आप और गहराई में जाएं और इन पदार्थों की संरचनाओं की तुलना करें, तो आप पाएंगे कि सेल्यूलोज मैक्रोमोलेक्यूल्स रैखिक रूप से और केवल एक दिशा में व्यवस्थित होते हैं, इस प्रकार फाइबर बनाते हैं, जबकि स्टार्च माइक्रोपार्टिकल्स थोड़े अलग दिखते हैं।

आवेदन के क्षेत्र

व्यावहारिक रूप से शुद्ध सेलूलोज़ का सबसे अच्छा दृश्य उदाहरण साधारण चिकित्सा कपास ऊन है। जैसा कि आप जानते हैं, यह सावधानीपूर्वक शोधित कपास से प्राप्त किया जाता है।

दूसरा, कोई कम इस्तेमाल किया जाने वाला सेलूलोज़ उत्पाद कागज नहीं है। वास्तव में, यह सेलूलोज़ फाइबर की एक पतली परत है, जिसे सावधानीपूर्वक दबाया और एक साथ चिपकाया जाता है।

इसके अलावा, विस्कोस कपड़े का उत्पादन सेलूलोज़ से किया जाता है, जो कारीगरों के कुशल हाथों के तहत, जादुई रूप से सुंदर कपड़े, असबाबवाला फर्नीचर के लिए असबाब और विभिन्न सजावटी ड्रैपरियों में बदल जाता है। विस्कोस का उपयोग तकनीकी बेल्ट, फिल्टर और टायर कॉर्ड के निर्माण के लिए भी किया जाता है।

आइए सिलोफ़न के बारे में न भूलें, जो विस्कोस से बनाया जाता है। इसके बिना सुपरमार्केट, दुकानें, डाकघरों के पैकेजिंग विभागों की कल्पना करना कठिन है। सिलोफ़न हर जगह है: इसका उपयोग कैंडी लपेटने के लिए किया जाता है, इसमें अनाज और पके हुए सामान पैक किए जाते हैं, साथ ही टैबलेट, चड्डी और कोई भी उपकरण, मोबाइल फोन से लेकर टीवी रिमोट कंट्रोल तक।

इसके अलावा, वजन घटाने वाली गोलियों में शुद्ध माइक्रोक्रिस्टलाइन सेलुलोज शामिल होता है। एक बार पेट में जाने पर, वे सूज जाते हैं और पेट भरे होने का एहसास पैदा करते हैं। प्रति दिन खाए जाने वाले भोजन की मात्रा काफी कम हो जाती है और तदनुसार, वजन भी गिर जाता है।

जैसा कि आप देख सकते हैं, सेलूलोज़ की खोज ने न केवल रासायनिक उद्योग में, बल्कि चिकित्सा में भी एक वास्तविक क्रांति ला दी।

वर्तमान में, सेलूलोज़ के केवल दो स्रोत औद्योगिक महत्व के हैं - कपास और लकड़ी का गूदा। कपास लगभग शुद्ध सेलूलोज़ है और मानव निर्मित फाइबर और गैर-फाइबर प्लास्टिक के लिए प्रारंभिक सामग्री बनने के लिए जटिल प्रसंस्करण की आवश्यकता नहीं होती है। सूती कपड़े बनाने में उपयोग किए जाने वाले लंबे रेशों को कपास के बीज से अलग करने के बाद, 10-15 मिमी लंबे छोटे बाल, या "लिंट" (कपास का फुलाना) बच जाते हैं। लिंट को बीज से अलग किया जाता है, 2.5-3% सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल के साथ 2-6 घंटे तक दबाव में गर्म किया जाता है, फिर धोया जाता है, क्लोरीन के साथ ब्लीच किया जाता है, फिर से धोया जाता है और सुखाया जाता है। परिणामी उत्पाद 99% शुद्ध सेलूलोज़ है। उपज 80% (वाइट) लिंट है, बाकी लिग्निन, वसा, मोम, पेक्टेट और बीज की भूसी है। लकड़ी का गूदा आमतौर पर शंकुधारी पेड़ों की लकड़ी से बनाया जाता है। इसमें 50-60% सेलूलोज़, 25-35% लिग्निन और 10-15% हेमिकेलुलोज़ और गैर-सेल्यूलोसिक हाइड्रोकार्बन होते हैं। सल्फाइट प्रक्रिया में, लकड़ी के चिप्स को 140 डिग्री सेल्सियस पर दबाव (लगभग 0.5 एमपीए) में सल्फर डाइऑक्साइड और कैल्शियम बाइसल्फाइट के साथ उबाला जाता है। इस मामले में, लिग्निन और हाइड्रोकार्बन घोल में चले जाते हैं और सेल्युलोज रह जाता है। धोने और ब्लीच करने के बाद, शुद्ध किए गए द्रव्यमान को ब्लॉटिंग पेपर के समान ढीले कागज में डाला जाता है और सुखाया जाता है। इस द्रव्यमान में 88-97% सेलूलोज़ होता है और यह विस्कोस फाइबर और सिलोफ़न, साथ ही सेलूलोज़ डेरिवेटिव - एस्टर और ईथर में रासायनिक प्रसंस्करण के लिए काफी उपयुक्त है।

इसके संकेंद्रित कॉपर-अमोनियम (यानी कॉपर सल्फेट और अमोनियम हाइड्रॉक्साइड युक्त) जलीय घोल में एसिड मिलाकर घोल से सेल्युलोज को पुनर्जीवित करने की प्रक्रिया का वर्णन 1844 के आसपास अंग्रेज जे. मर्सर द्वारा किया गया था। लेकिन इस विधि का पहला औद्योगिक अनुप्रयोग, जिसने चिह्नित किया कॉपर-अमोनियम फाइबर उद्योग की शुरुआत का श्रेय ई. श्वित्ज़र (1857) को दिया जाता है, और इसके आगे के विकास को एम. क्रेमर और आई. श्लॉसबर्गर (1858) की योग्यता माना जाता है। और केवल 1892 में इंग्लैंड में क्रॉस, बेविन और बीडल ने विस्कोस फाइबर के उत्पादन के लिए एक प्रक्रिया का आविष्कार किया: सेलूलोज़ का एक चिपचिपा (इसलिए नाम विस्कोस) जलीय घोल सेलूलोज़ को पहले कास्टिक सोडा के एक मजबूत समाधान के साथ इलाज करने के बाद प्राप्त किया गया था, जिसने "सोडा" दिया सेलूलोज़", और फिर कार्बन डाइसल्फ़ाइड (सीएस 2) के साथ, जिसके परिणामस्वरूप घुलनशील सेलूलोज़ ज़ैंथेट बनता है। एसिड स्नान में एक छोटे गोल छेद वाले स्पिनरनेट के माध्यम से इस "कताई" समाधान की एक धारा को निचोड़कर, सेलूलोज़ को रेयान फाइबर के रूप में पुनर्जीवित किया गया था। जब घोल को एक संकीर्ण भट्ठा वाले डाई के माध्यम से उसी स्नान में निचोड़ा गया, तो सिलोफ़न नामक एक फिल्म प्राप्त हुई। जे. ब्रैंडनबर्गर, जिन्होंने 1908 से 1912 तक फ्रांस में इस तकनीक पर काम किया, सिलोफ़न बनाने की एक सतत प्रक्रिया का पेटेंट कराने वाले पहले व्यक्ति थे।

रासायनिक संरचना।

सेलूलोज़ और इसके डेरिवेटिव के व्यापक औद्योगिक उपयोग के बावजूद, सेलूलोज़ का वर्तमान में स्वीकृत रासायनिक संरचनात्मक सूत्र केवल 1934 में (डब्ल्यू हॉवर्थ द्वारा) प्रस्तावित किया गया था। हालाँकि, 1913 से इसका अनुभवजन्य सूत्र C 6 H 10 O 5, मात्रात्मक विश्लेषण से निर्धारित होता है। अच्छी तरह से धोए गए और सूखे नमूनों को जाना जाता है: 44.4% C, 6.2% H और 49.4% O. जी. स्टुडिंगर और के. फ्रायडेनबर्ग के काम के लिए धन्यवाद, यह भी ज्ञात था कि यह एक लंबी श्रृंखला वाला बहुलक अणु है जिसमें वे शामिल हैं चित्र में दिखाया गया है 1 दोहराए जाने वाले ग्लूकोसिडिक अवशेष। प्रत्येक इकाई में तीन हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं - एक प्राथमिक (- सीएच 2 सीएच ओएच) और दो माध्यमिक (> सीएच सीएच ओएच)। 1920 तक, ई. फिशर ने सरल शर्करा की संरचना स्थापित कर ली थी, और उसी वर्ष, सेलूलोज़ के एक्स-रे अध्ययन ने पहली बार इसके तंतुओं का एक स्पष्ट विवर्तन पैटर्न दिखाया। कपास फाइबर का एक्स-रे विवर्तन पैटर्न एक स्पष्ट क्रिस्टलीय अभिविन्यास दिखाता है, लेकिन सन फाइबर और भी अधिक व्यवस्थित होता है। जब सेलूलोज़ को फाइबर के रूप में पुनर्जीवित किया जाता है, तो क्रिस्टलीयता काफी हद तक नष्ट हो जाती है। जैसा कि आधुनिक विज्ञान की उपलब्धियों के प्रकाश में देखना आसान है, सेलूलोज़ का संरचनात्मक रसायन व्यावहारिक रूप से 1860 से 1920 तक स्थिर रहा क्योंकि इस समय समस्या को हल करने के लिए आवश्यक सहायक वैज्ञानिक विषय अपनी प्रारंभिक अवस्था में ही रहे।

पुनर्जीवित सेलूलोज़

विस्कोस फाइबर और सिलोफ़न।

विस्कोस फाइबर और सिलोफ़न दोनों सेलूलोज़ (समाधान से) पुनर्जीवित होते हैं। शुद्ध प्राकृतिक सेलूलोज़ को सांद्रित सोडियम हाइड्रॉक्साइड की अधिकता से उपचारित किया जाता है; अतिरिक्त को हटाने के बाद, गांठों को पीस लिया जाता है और परिणामी द्रव्यमान को सावधानीपूर्वक नियंत्रित परिस्थितियों में रखा जाता है। इस "उम्र बढ़ने" के साथ, पॉलिमर श्रृंखलाओं की लंबाई कम हो जाती है, जो बाद में विघटन को बढ़ावा देती है। फिर कुचले हुए सेल्युलोज को कार्बन डाइसल्फ़ाइड के साथ मिलाया जाता है और परिणामस्वरूप ज़ैंथेट को "विस्कोस" - एक चिपचिपा घोल प्राप्त करने के लिए सोडियम हाइड्रॉक्साइड के घोल में घोल दिया जाता है। जब विस्कोस एक जलीय एसिड घोल में प्रवेश करता है, तो उसमें से सेल्युलोज पुनर्जीवित हो जाता है। सरलीकृत कुल प्रतिक्रियाएँ हैं:

विस्कोस फाइबर, एक स्पिनरनेट के छोटे छिद्रों के माध्यम से विस्कोस को एक एसिड समाधान में निचोड़कर प्राप्त किया जाता है, जिसका उपयोग व्यापक रूप से कपड़े, पर्दे और असबाब कपड़े के निर्माण के साथ-साथ प्रौद्योगिकी में भी किया जाता है। तकनीकी बेल्ट, टेप, फिल्टर और टायर कॉर्ड के लिए महत्वपूर्ण मात्रा में विस्कोस फाइबर का उपयोग किया जाता है।

सिलोफ़न.

सिलोफ़न, एक संकीर्ण स्लॉट के साथ स्पिनरनेट के माध्यम से एक एसिड स्नान में विस्कोस को निचोड़कर प्राप्त किया जाता है, फिर धोने, ब्लीचिंग और प्लास्टिसाइजिंग स्नान से गुजरता है, सूखने वाले ड्रम के माध्यम से पारित किया जाता है और एक रोल में लपेटा जाता है। जल वाष्प के संचरण को कम करने और थर्मल सीलिंग की संभावना प्रदान करने के लिए सिलोफ़न फिल्म की सतह को लगभग हमेशा नाइट्रोसेल्यूलोज, राल, किसी प्रकार के मोम या वार्निश के साथ लेपित किया जाता है, क्योंकि बिना लेपित सिलोफ़न में थर्मोप्लास्टिकिटी का गुण नहीं होता है। आधुनिक उत्पादन में, पॉलीविनाइलिडीन क्लोराइड प्रकार के पॉलिमर कोटिंग्स का उपयोग इसके लिए किया जाता है, क्योंकि वे कम नमी पारगम्य होते हैं और गर्मी सीलिंग के दौरान अधिक टिकाऊ कनेक्शन प्रदान करते हैं।

सिलोफ़न का उपयोग व्यापक रूप से पैकेजिंग उद्योग में सूखे सामान, खाद्य उत्पादों, तंबाकू उत्पादों के लिए रैपिंग सामग्री के रूप में और स्वयं-चिपकने वाले पैकेजिंग टेप के आधार के रूप में किया जाता है।

विस्कोस स्पंज.

फाइबर या फिल्म बनाने के साथ-साथ, विस्कोस को उपयुक्त रेशेदार और बारीक क्रिस्टलीय सामग्री के साथ मिश्रित किया जा सकता है; एसिड उपचार और पानी की लीचिंग के बाद, यह मिश्रण विस्कोस स्पंज सामग्री (चित्र 2) में परिवर्तित हो जाता है, जिसका उपयोग पैकेजिंग और थर्मल इन्सुलेशन के लिए किया जाता है।

कॉपर-अमोनिया फाइबर।

पुनर्जीवित सेल्युलोज फाइबर का उत्पादन औद्योगिक पैमाने पर एक संकेंद्रित कॉपर-अमोनिया घोल (एनएच 4 ओएच में CuSO 4) में सेल्युलोज को घोलकर और परिणामी घोल को एसिड अवक्षेपण स्नान में फाइबर में घुमाकर किया जाता है। इस फाइबर को कॉपर-अमोनिया फाइबर कहा जाता है।

सेलूलोज़ के गुण

रासायनिक गुण।

जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 1, सेलूलोज़ एक उच्च-बहुलक कार्बोहाइड्रेट है जिसमें ग्लूकोसिडिक अवशेष सी 6 एच 10 ओ 5 शामिल हैं जो 1,4 की स्थिति में ईथर पुलों से जुड़े हुए हैं। प्रत्येक ग्लूकोपाइरानोज इकाई में तीन हाइड्रॉक्सिल समूहों को सल्फ्यूरिक एसिड जैसे उपयुक्त उत्प्रेरक के साथ एसिड और एसिड एनहाइड्राइड के मिश्रण जैसे कार्बनिक एजेंटों के साथ एस्टरीकृत किया जा सकता है। सांद्र सोडियम हाइड्रॉक्साइड की क्रिया से ईथर का निर्माण हो सकता है जिससे सोडा सेल्युलोज का निर्माण होता है और इसके बाद एल्काइल हैलाइड के साथ प्रतिक्रिया होती है:

एथिलीन या प्रोपलीन ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया से हाइड्रॉक्सिलेटेड ईथर उत्पन्न होते हैं:

इन हाइड्रॉक्सिल समूहों की उपस्थिति और मैक्रोमोलेक्यूल की ज्यामिति पड़ोसी इकाइयों के मजबूत ध्रुवीय पारस्परिक आकर्षण को निर्धारित करती है। आकर्षक शक्तियाँ इतनी प्रबल होती हैं कि साधारण विलायक श्रृंखला को तोड़ने और सेलूलोज़ को घोलने में सक्षम नहीं होते हैं। ये मुक्त हाइड्रॉक्सिल समूह सेलूलोज़ की अधिक हाइज्रोस्कोपिसिटी के लिए भी जिम्मेदार हैं (चित्र 3)। एस्टरीफिकेशन और ईथराइजेशन से हाइज्रोस्कोपिसिटी कम हो जाती है और सामान्य सॉल्वैंट्स में घुलनशीलता बढ़ जाती है।

जलीय एसिड घोल के प्रभाव में, 1,4- स्थिति में ऑक्सीजन पुल टूट जाते हैं। श्रृंखला के पूरी तरह टूटने से ग्लूकोज, एक मोनोसैकेराइड उत्पन्न होता है। प्रारंभिक श्रृंखला की लंबाई सेलूलोज़ की उत्पत्ति पर निर्भर करती है। यह अपनी प्राकृतिक अवस्था में अधिकतम होता है और अलगाव, शुद्धिकरण और व्युत्पन्न यौगिकों में रूपांतरण की प्रक्रिया के दौरान घट जाता है ( सेमी. मेज़)।

यहां तक कि यांत्रिक कतरनी, उदाहरण के लिए अपघर्षक पीसने के दौरान, श्रृंखला की लंबाई में कमी लाती है। जब पॉलिमर श्रृंखला की लंबाई एक निश्चित न्यूनतम मूल्य से कम हो जाती है, तो सेलूलोज़ के स्थूल भौतिक गुण बदल जाते हैं।

ऑक्सीडाइज़िंग एजेंट ग्लूकोपाइरानोज़ रिंग में दरार पैदा किए बिना सेलूलोज़ को प्रभावित करते हैं (चित्र 4)। बाद की कार्रवाई (नमी की उपस्थिति में, जैसे कि जलवायु परीक्षण में) के परिणामस्वरूप आमतौर पर श्रृंखला विखंडन होता है और एल्डिहाइड जैसे अंत समूहों की संख्या में वृद्धि होती है। चूंकि एल्डिहाइड समूह आसानी से कार्बोक्सिल समूहों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं, कार्बोक्सिल की सामग्री, जो प्राकृतिक सेल्युलोज में व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है, वायुमंडलीय प्रभावों और ऑक्सीकरण की स्थितियों में तेजी से बढ़ जाती है।

सभी पॉलिमर की तरह, ऑक्सीजन, नमी, हवा के अम्लीय घटकों और सूर्य के प्रकाश की संयुक्त क्रिया के परिणामस्वरूप वायुमंडलीय कारकों के प्रभाव में सेलूलोज़ नष्ट हो जाता है। सूर्य के प्रकाश का पराबैंगनी घटक महत्वपूर्ण है, और कई अच्छे यूवी सुरक्षात्मक एजेंट सेलूलोज़ व्युत्पन्न उत्पादों के जीवन को बढ़ाते हैं। हवा के अम्लीय घटक, जैसे नाइट्रोजन और सल्फर ऑक्साइड (जो हमेशा औद्योगिक क्षेत्रों की वायुमंडलीय हवा में मौजूद होते हैं), अपघटन को तेज करते हैं, अक्सर सूर्य के प्रकाश की तुलना में अधिक मजबूत प्रभाव डालते हैं। इस प्रकार, इंग्लैंड में, यह देखा गया कि सर्दियों में वायुमंडलीय परिस्थितियों के संपर्क में आने के लिए कपास के नमूनों का परीक्षण किया गया, जब व्यावहारिक रूप से कोई तेज धूप नहीं थी, गर्मियों की तुलना में तेजी से नष्ट हो गए। तथ्य यह है कि सर्दियों में बड़ी मात्रा में कोयला और गैस जलाने से हवा में नाइट्रोजन और सल्फर ऑक्साइड की सांद्रता में वृद्धि हुई। एसिड स्केवेंजर, एंटीऑक्सिडेंट और यूवी अवशोषक सेलूलोज़ की मौसम संबंधी संवेदनशीलता को कम करते हैं। मुक्त हाइड्रॉक्सिल समूहों के प्रतिस्थापन से इस संवेदनशीलता में परिवर्तन होता है: सेल्युलोज नाइट्रेट तेजी से घटता है, और एसीटेट और प्रोपियोनेट - धीमी गति से।

भौतिक गुण।

सेलूलोज़ पॉलिमर श्रृंखलाओं को लंबे बंडलों या फाइबर में पैक किया जाता है, जिसमें क्रमबद्ध, क्रिस्टलीय के साथ-साथ, कम क्रमबद्ध, अनाकार खंड भी होते हैं (चित्र 5)। क्रिस्टलीयता का मापा प्रतिशत सेलूलोज़ के प्रकार के साथ-साथ माप की विधि पर निर्भर करता है। एक्स-रे डेटा के अनुसार, यह 70% (कपास) से 38-40% (विस्कोस फाइबर) तक होता है। एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण न केवल बहुलक में क्रिस्टलीय और अनाकार सामग्री के बीच मात्रात्मक संबंध के बारे में जानकारी प्रदान करता है, बल्कि खिंचाव या सामान्य विकास प्रक्रियाओं के कारण फाइबर अभिविन्यास की डिग्री के बारे में भी जानकारी प्रदान करता है। विवर्तन वलय की तीक्ष्णता क्रिस्टलीयता की डिग्री को दर्शाती है, और विवर्तन धब्बे और उनकी तीक्ष्णता क्रिस्टलीयों के पसंदीदा अभिविन्यास की उपस्थिति और डिग्री को दर्शाती है। शुष्क-कताई प्रक्रिया द्वारा उत्पादित पुनर्नवीनीकरण सेलूलोज़ एसीटेट के एक नमूने में, क्रिस्टलीयता और अभिविन्यास दोनों की डिग्री बहुत छोटी है। ट्राइएसिटेट नमूने में, क्रिस्टलीयता की डिग्री अधिक है, लेकिन कोई पसंदीदा अभिविन्यास नहीं है। 180-240° के तापमान पर ट्राईएसीटेट का ताप उपचार

5. यदि आप चीनी मिट्टी के मोर्टार में सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड से सिक्त फिल्टर पेपर (सेलूलोज़) के टुकड़ों को पीसते हैं और परिणामी घोल को पानी से पतला करते हैं, और क्षार के साथ एसिड को बेअसर करते हैं और स्टार्च के मामले में, प्रतिक्रिया के लिए समाधान का परीक्षण करते हैं कॉपर (II) हाइड्रॉक्साइड के साथ, तो कॉपर (I) ऑक्साइड की उपस्थिति दिखाई देगी। यानी प्रयोग में सेल्युलोज का हाइड्रोलिसिस हुआ। स्टार्च की तरह हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया, ग्लूकोज बनने तक चरणों में होती है।

2. नाइट्रिक एसिड की सांद्रता और अन्य स्थितियों के आधार पर, सेल्युलोज अणु की प्रत्येक इकाई के एक, दो या सभी तीन हाइड्रॉक्सिल समूह एस्टरीफिकेशन प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं, उदाहरण के लिए: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O।

सेलूलोज़ का अनुप्रयोग.

एसीटेट फाइबर प्राप्त करना

68. सेलूलोज़, इसके भौतिक गुण

प्रकृति में होना. भौतिक गुण।

1. सेलूलोज़, या फ़ाइबर, पौधों का हिस्सा है, जो उनमें कोशिका भित्ति बनाता है।

2. यहीं से इसका नाम आता है (लैटिन "सेल्युलम" से - कोशिका)।

3. सेलूलोज़ पौधों को आवश्यक शक्ति और लोच देता है और मानो उनका कंकाल है।

4. कपास के रेशों में 98% तक सेलूलोज़ होता है।

5. सन और भांग के रेशे भी मुख्य रूप से सेलूलोज़ से बने होते हैं; लकड़ी में यह लगभग 50% है।

6. कागज और सूती कपड़े सेलूलोज़ से बने उत्पाद हैं।

7. सेलूलोज़ के विशेष रूप से शुद्ध उदाहरण शुद्ध कपास और फिल्टर (बिना चिपके) कागज से प्राप्त रूई हैं।

8. सेलूलोज़, प्राकृतिक सामग्रियों से पृथक, एक ठोस रेशेदार पदार्थ है जो पानी या साधारण कार्बनिक विलायकों में अघुलनशील होता है।

सेलूलोज़ संरचना:

1) सेलूलोज़, स्टार्च की तरह, एक प्राकृतिक बहुलक है;

2) इन पदार्थों की संरचना में भी समान संरचनात्मक इकाइयाँ हैं - ग्लूकोज अणुओं के अवशेष, समान आणविक सूत्र (C6H10O5)n;

3) सेलूलोज़ का n मान आमतौर पर स्टार्च से अधिक होता है: इसका औसत आणविक भार कई मिलियन तक पहुँच जाता है;

4) स्टार्च और सेलूलोज़ के बीच मुख्य अंतर उनके अणुओं की संरचना में है।

प्रकृति में सेल्युलोज की खोज.

1. प्राकृतिक रेशों में, सेल्युलोज मैक्रोमोलेक्यूल्स एक दिशा में स्थित होते हैं: वे फाइबर अक्ष के साथ उन्मुख होते हैं।

2. मैक्रोमोलेक्यूल्स के हाइड्रॉक्सिल समूहों के बीच उत्पन्न होने वाले असंख्य हाइड्रोजन बंधन इन तंतुओं की उच्च शक्ति निर्धारित करते हैं।

सेलूलोज़ के रासायनिक और भौतिक गुण क्या हैं?

कपास, सन आदि की कताई की प्रक्रिया में, इन प्राथमिक रेशों को लंबे धागों में बुना जाता है।

4. यह इस तथ्य से समझाया गया है कि इसमें मैक्रोमोलेक्यूल्स, हालांकि उनके पास एक रैखिक संरचना है, अधिक यादृच्छिक रूप से स्थित हैं और एक दिशा में उन्मुख नहीं हैं।

ग्लूकोज के विभिन्न चक्रीय रूपों से स्टार्च और सेलूलोज़ मैक्रोमोलेक्यूल्स का निर्माण उनके गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है:

1) स्टार्च एक महत्वपूर्ण मानव खाद्य उत्पाद है; इस उद्देश्य के लिए सेलूलोज़ का उपयोग नहीं किया जा सकता है;

2) इसका कारण यह है कि स्टार्च हाइड्रोलिसिस को बढ़ावा देने वाले एंजाइम सेलूलोज़ अवशेषों के बीच के बंधन पर कार्य नहीं करते हैं।

69. सेलूलोज़ के रासायनिक गुण और उसका अनुप्रयोग

1. रोजमर्रा की जिंदगी से यह ज्ञात होता है कि सेल्युलोज अच्छी तरह जलता है।

2. जब लकड़ी को हवा की पहुंच के बिना गर्म किया जाता है, तो सेलूलोज़ का थर्मल अपघटन होता है। इससे वाष्पशील कार्बनिक यौगिक, पानी और चारकोल पैदा होता है।

3. लकड़ी के अपघटन के कार्बनिक उत्पादों में मिथाइल अल्कोहल, एसिटिक एसिड और एसीटोन हैं।

4. सेल्युलोज मैक्रोमोलेक्यूल्स में स्टार्च बनाने वाली इकाइयों के समान इकाइयाँ होती हैं; यह हाइड्रोलिसिस से गुजरती है, और स्टार्च की तरह इसके हाइड्रोलिसिस का उत्पाद ग्लूकोज होगा।

69. सेलूलोज़ के रासायनिक गुण और उसका अनुप्रयोग

यानी प्रयोग में सेल्युलोज का हाइड्रोलिसिस हुआ। स्टार्च की तरह हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया, ग्लूकोज बनने तक चरणों में होती है।

6. कुल मिलाकर, सेलूलोज़ के हाइड्रोलिसिस को स्टार्च के हाइड्रोलिसिस के समान समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है: (C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6।

7. सेलूलोज़ (C6H10O5)n की संरचनात्मक इकाइयों में हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं।

8. इन समूहों के कारण, सेलूलोज़ ईथर और एस्टर का उत्पादन कर सकता है।

9. सेल्युलोज नाइट्रेट का बहुत महत्व है।

सेलूलोज़ नाइट्रेट ईथर की विशेषताएं।

1. इन्हें सल्फ्यूरिक एसिड की उपस्थिति में सेल्युलोज को नाइट्रिक एसिड से उपचारित करके प्राप्त किया जाता है।

सेलूलोज़ नाइट्रेट का एक सामान्य गुण उनकी अत्यधिक ज्वलनशीलता है।

सेलूलोज़ ट्राइनाइट्रेट, जिसे पाइरोक्सिलिन कहा जाता है, एक अत्यधिक विस्फोटक पदार्थ है। इसका उपयोग धुआं रहित पाउडर बनाने के लिए किया जाता है।

सेल्युलोज़ एसीटेट एस्टर - सेल्युलोज़ डायसेटेट और ट्राईएसीटेट - भी बहुत महत्वपूर्ण हैं। सेल्युलोज डायएसीटेट और ट्राइएसीटेट दिखने में सेल्युलोज के समान होते हैं।

सेलूलोज़ का अनुप्रयोग.

1. अपनी यांत्रिक शक्ति के कारण लकड़ी का उपयोग निर्माण में किया जाता है।

2. इससे विभिन्न प्रकार के बढ़ईगीरी उत्पाद बनाये जाते हैं।

3. रेशेदार पदार्थ (कपास, सन) के रूप में इसका उपयोग धागे, कपड़े, रस्सियों के निर्माण में किया जाता है।

4. कागज बनाने के लिए लकड़ी से पृथक (साथ वाले पदार्थों से मुक्त) सेलूलोज़ का उपयोग किया जाता है।

ओ.ए. नोस्कोवा, एम.एस. फ़ेडोज़ेव

लकड़ी रसायन शास्त्र

और सिंथेटिक पॉलिमर

भाग 2

अनुमत

विश्वविद्यालय की संपादकीय एवं प्रकाशन परिषद

व्याख्यान नोट्स के रूप में

पब्लिशिंग हाउस

पर्म राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय

समीक्षक:

पीएच.डी. तकनीक. विज्ञान डॉ। नागिमोव

(सीजेएससी "कार्बोकम");

पीएच.डी. तकनीक. विज्ञान, प्रो. एफ.एच. खाकिमोवा

(पर्म राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय)

नोस्कोवा, ओ.ए.

N84 लकड़ी और सिंथेटिक पॉलिमर की रसायन विज्ञान: व्याख्यान नोट्स: 2 घंटे में / O.A. नोस्कोवा, एम.एस. फ़ेडोज़ेव। - पर्म: पर्म पब्लिशिंग हाउस। राज्य तकनीक. विश्वविद्यालय, 2007. - भाग 2. - 53 पी.

आईएसबीएन 978-5-88151-795-3

लकड़ी के मुख्य घटकों (सेल्यूलोज, हेमिकेलुलोज, लिग्निन और एक्सट्रैक्टिव) की रासायनिक संरचना और गुणों के बारे में जानकारी प्रदान की गई है। लकड़ी के रासायनिक प्रसंस्करण के दौरान या सेलूलोज़ के रासायनिक संशोधन के दौरान होने वाली इन घटकों की रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर विचार किया जाता है। खाना पकाने की प्रक्रियाओं के बारे में सामान्य जानकारी भी प्रदान की गई है।

विशेषता 240406 "रासायनिक लकड़ी प्रसंस्करण की तकनीक" के छात्रों के लिए डिज़ाइन किया गया।

यूडीसी 630*813. + 541.6 + 547.458.8

आईएसबीएन 978-5-88151-795-3 © राज्य शैक्षिक संस्थान उच्च व्यावसायिक शिक्षा

"पर्म राज्य

तकनीकी विश्वविद्यालय", 2007

परिचय………………………………………………………………………………………	……5
1. सेलूलोज़ का रसायन………………………………………………..	…….6
1.1. सेलूलोज़ की रासायनिक संरचना………………………………..	.…..6
1.2. सेलूलोज़ की रासायनिक प्रतिक्रियाएँ………………………………..	.……8
1.3. सेलूलोज़ पर क्षार समाधान का प्रभाव…………………………	…..10
1.3.1. क्षारीय सेलूलोज़…………………………………….	.…10
1.3.2. क्षार समाधान में औद्योगिक सेलूलोज़ की सूजन और घुलनशीलता…………………………………………………………	.…11
1.4. सेलूलोज़ का ऑक्सीकरण……………………………………………………..	.…13
1.4.1. सेलूलोज़ ऑक्सीकरण के बारे में सामान्य जानकारी. ऑक्सीसेल्युलोज...	.…13
1.4.2. ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाओं की मुख्य दिशाएँ…………	.…14
1.4.3. ऑक्सीसेल्युलोज के गुण…………………………………… सेलूलोज़ के रासायनिक गुण.	.…15
1.5. सेलूलोज़ एस्टर…………………………………….	.…15
1.5.1. सेलूलोज़ एस्टर की तैयारी के बारे में सामान्य जानकारी।	.…15
1.5.2. सेलूलोज़ नाइट्रेट्स……………………………………………………	.…16
1.5.3. सेल्युलोज ज़ैंथेट्स ………………………………..	.…17
1.5.4. सेलूलोज़ एसीटेट……………………………………………………	.…19
1.6. सेलूलोज़ ईथर……………………………………………………	.…20
2. हेमिकेल्युलोज़ का रसायन………………………………………………	.…21
2.1. हेमिकेल्युलोज़ और उनके गुणों के बारे में सामान्य अवधारणाएँ……………….	.…21
.2.2. पेंटोसैन्स……………………………………………………..	.…22
2.3. हेक्सोसैन्स…………………………………………………………………………	…..23
2.4. यूरोनिक एसिड……………………………………………….	.…25
2.5. पेक्टिक पदार्थ…………………………………………………………	.…25
2.6. पॉलीसेकेराइड का हाइड्रोलिसिस…………………………………………..	.…26
2.6.1. पॉलीसेकेराइड के हाइड्रोलिसिस के बारे में सामान्य अवधारणाएँ……………….	.…26
2.6.2. तनु खनिज अम्लों के साथ लकड़ी के पॉलीसेकेराइड का हाइड्रोलिसिस……………………………………………………..	…27
2.6.3. सांद्रित खनिज अम्लों के साथ लकड़ी के पॉलीसेकेराइड का हाइड्रोलिसिस……………………………………………….	…28
3. लिग्निन का रसायन……………………………………………………..	…29
3.1. लिग्निन की संरचनात्मक इकाइयाँ…………………………………….	…29
3.2. लिग्निन अलगाव के तरीके……………………………………………………	…30
3.3. लिग्निन की रासायनिक संरचना…………………………………………	…32
3.3.1. लिग्निन के कार्यात्मक समूह………………………………..32
3.3.2. लिग्निन की संरचनात्मक इकाइयों के बीच मुख्य प्रकार के बंधन………………………………………………………….35
3.4. पॉलीसेकेराइड के साथ लिग्निन के रासायनिक बंधन……………………..	..36
3.5. लिग्निन की रासायनिक प्रतिक्रियाएँ……………………………………..	….39
3.5.1. लिग्निन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सामान्य विशेषताएँ………..	..39
3.5.2. प्राथमिक इकाइयों की प्रतिक्रियाएँ………………………………	..40
3.5.3. मैक्रोमोलेक्यूलर प्रतिक्रियाएँ………………………………..	..42
4. निष्कर्षण पदार्थ…………………………………………………………	..47
4.1. सामान्य जानकारी………………………………………………………………………………	..47
4.2. निष्कर्षण पदार्थों का वर्गीकरण………………………………………………	..48
4.3. हाइड्रोफोबिक अर्क……………………………….	..48
4.4. हाइड्रोफिलिक निष्कर्षण पदार्थ………………………………………………	..50
5. खाना पकाने की प्रक्रियाओं के बारे में सामान्य अवधारणाएँ……………………………….	..51
ग्रंथ सूची…………………………………………………….	..53

परिचय

लकड़ी रसायन विज्ञान तकनीकी रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो लकड़ी की रासायनिक संरचना का अध्ययन करती है; मृत लकड़ी के ऊतकों को बनाने वाले पदार्थों के गठन, संरचना और रासायनिक गुणों का रसायन विज्ञान; इन पदार्थों को अलग करने और उनका विश्लेषण करने के तरीके, साथ ही लकड़ी और उसके व्यक्तिगत घटकों के प्रसंस्करण के लिए प्राकृतिक और तकनीकी प्रक्रियाओं का रासायनिक सार।

2002 में प्रकाशित व्याख्यान नोट्स का पहला भाग "लकड़ी और सिंथेटिक पॉलिमर का रसायन विज्ञान", लकड़ी की शारीरिक रचना, कोशिका झिल्ली की संरचना, लकड़ी की रासायनिक संरचना और लकड़ी के भौतिक और भौतिक रासायनिक गुणों से संबंधित मुद्दों को संबोधित करता है। .

व्याख्यान नोट्स का दूसरा भाग "लकड़ी और सिंथेटिक पॉलिमर का रसायन विज्ञान" लकड़ी के मुख्य घटकों (सेल्यूलोज, हेमिकेलुलोज, लिग्निन) की रासायनिक संरचना और गुणों से संबंधित मुद्दों पर चर्चा करता है।

व्याख्यान नोट्स खाना पकाने की प्रक्रियाओं के बारे में सामान्य जानकारी प्रदान करते हैं, अर्थात। तकनीकी सेलूलोज़ के उत्पादन पर, जिसका उपयोग कागज और कार्डबोर्ड के उत्पादन में किया जाता है। तकनीकी सेल्युलोज के रासायनिक परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, इसके व्युत्पन्न प्राप्त होते हैं - ईथर और एस्टर, जिनसे कृत्रिम फाइबर (विस्कोस, एसीटेट), फिल्में (फिल्म, फोटो, पैकेजिंग फिल्में), प्लास्टिक, वार्निश और चिपकने वाले पदार्थ प्राप्त होते हैं। सारांश का यह भाग सेलूलोज़ ईथर की तैयारी और गुणों पर भी संक्षेप में चर्चा करता है, जो उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

सेल्युलोज का रसायन

सेलूलोज़ की रासायनिक संरचना

सेलूलोज़ सबसे महत्वपूर्ण प्राकृतिक पॉलिमर में से एक है। यह पौधों के ऊतकों का मुख्य घटक है। प्राकृतिक सेलूलोज़ कपास, सन और अन्य रेशेदार पौधों में बड़ी मात्रा में पाया जाता है, जिससे प्राकृतिक कपड़ा सेलूलोज़ फाइबर प्राप्त होते हैं। कपास के रेशे लगभग शुद्ध सेलूलोज़ (95-99%) होते हैं। सेलूलोज़ (तकनीकी सेलूलोज़) के औद्योगिक उत्पादन का एक अधिक महत्वपूर्ण स्रोत लकड़ी के पौधे हैं। विभिन्न वृक्ष प्रजातियों की लकड़ी में, सेलूलोज़ का द्रव्यमान अंश औसतन 40-50% होता है।

सेलूलोज़ एक पॉलीसेकेराइड है, जिसके मैक्रोमोलेक्यूल्स अवशेषों से निर्मित होते हैं डी-ग्लूकोज (β इकाइयाँ -डी-एनहाइड्रोग्लुकोपाइरानोज़), β-ग्लाइकोसिडिक बांड 1-4 द्वारा जुड़ा हुआ:

सेलूलोज़ हेटेरोचेन पॉलिमर (पॉलीएसिटल्स) से संबंधित एक रैखिक होमोपॉलीमर (होमोपॉलीसेकेराइड) है। यह एक स्टीरियोरेगुलर पॉलिमर है जिसमें सेलोबायोज अवशेष एक स्टीरियो रिपीटिंग यूनिट के रूप में कार्य करता है। सेलूलोज़ का कुल सूत्र (C6H10O5) के रूप में दर्शाया जा सकता है पीया [C6H7O2 (OH)3] पी. प्रत्येक मोनोमर इकाई में तीन अल्कोहल हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं, जिनमें से एक प्राथमिक - CH2OH है और दो (C2 और C3 पर) द्वितीयक - CHOH- हैं।

अंतिम कड़ियाँ श्रृंखला की बाकी कड़ियों से भिन्न होती हैं। एक टर्मिनल लिंक (सशर्त रूप से दाएं - गैर-घटाने वाला) में एक अतिरिक्त मुक्त माध्यमिक अल्कोहल हाइड्रॉक्सिल (C4 पर) होता है। अन्य टर्मिनल लिंक (सशर्त रूप से बाएं - कम करने वाले) में मुक्त ग्लाइकोसिडिक (हेमिसिएटल) हाइड्रॉक्सिल (C1 में) होता है ) और, इसलिए, दो टॉटोमेरिक रूपों में मौजूद हो सकता है - चक्रीय (कोलुआसेटल) और खुला (एल्डिहाइड):

टर्मिनल एल्डिहाइड समूह सेल्युलोज को उसकी अपचायक (कम करने वाली) क्षमता प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, सेलूलोज़ तांबे को Cu2+ से Cu+ तक कम कर सकता है:

बरामद तांबे की मात्रा ( तांबे का नंबर) सेल्युलोज श्रृंखलाओं की लंबाई की गुणात्मक विशेषता के रूप में कार्य करता है और इसके ऑक्सीडेटिव और हाइड्रोलाइटिक विनाश की डिग्री को दर्शाता है।

प्राकृतिक सेलूलोज़ में उच्च स्तर का पोलीमराइजेशन (डीपी) होता है: लकड़ी - 5000-10000 और ऊपर, कपास - 14000-20000। जब पौधों के ऊतकों से अलग किया जाता है, तो सेलूलोज़ कुछ हद तक नष्ट हो जाता है। तकनीकी लकड़ी के गूदे की डीपी लगभग 1000-2000 होती है। सेलूलोज़ का डीपी मुख्य रूप से विस्कोमेट्रिक विधि द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसमें सॉल्वैंट्स के रूप में कुछ जटिल आधारों का उपयोग किया जाता है: कॉपर-अमोनिया अभिकर्मक (ओएच) 2, क्यूप्रीथिलीनडायमाइन (ओएच) 2, कैडमियममेथिलीनडायमाइन (कैडॉक्सिन) (ओएच) 2, आदि।

पौधों से पृथक किया गया सेलूलोज़ सदैव बहुविस्तारित होता है, अर्थात्। इसमें विभिन्न लंबाई के मैक्रोमोलेक्यूल्स होते हैं। सेल्युलोज पॉलीडिस्पर्सिटी (आणविक विषमता) की डिग्री अंशांकन विधियों द्वारा निर्धारित की जाती है, अर्थात। सेलूलोज़ के नमूने को एक निश्चित आणविक भार वाले अंशों में अलग करना। सेलूलोज़ नमूने के गुण (यांत्रिक शक्ति, घुलनशीलता) औसत डीपी और पॉलीडिस्पर्सिटी की डिग्री पर निर्भर करते हैं।

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प्रकाशन की तिथि: 2015-11-01; पढ़ें: 1100 | पेज कॉपीराइट का उल्लंघन

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पॉलीसेकेराइड (होमो- और हेटरोपॉलीसेकेराइड) की संरचना, गुण, कार्य।

पॉलिसैक्राइड- ये उच्च आणविक भार वाले पदार्थ हैं ( पॉलिमर), जिसमें बड़ी संख्या में मोनोसैकराइड शामिल हैं। उनकी संरचना के आधार पर, उन्हें होमोपॉलीसेकेराइड और हेटरोपॉलीसेकेराइड में विभाजित किया गया है।

होमोपॉलीसेकेराइड- पॉलिमर से मिलकर एक प्रकार के मोनोसेकेराइड से . उदाहरण के लिए, ग्लाइकोजन और स्टार्च केवल α-ग्लूकोज (α-D-ग्लूकोपाइरानोज) के अणुओं से निर्मित होते हैं; फाइबर (सेलूलोज़) का मोनोमर भी β-ग्लूकोज है।

स्टार्च.यह आरक्षित पॉलीसेकेराइड पौधे। स्टार्च का मोनोमर है α-ग्लूकोज. कूड़ा ग्लूकोज वीरैखिक वर्गों में स्टार्च अणु आपस में जुड़े हुए हैं α-1,4-ग्लाइकोसिडिक , और शाखा बिंदुओं पर - α-1,6-ग्लाइकोसिडिक बांड .

स्टार्च दो होमोपॉलीसेकेराइड का मिश्रण है: रैखिक - एमाइलोज (10-30%) एवं शाखित – एमाइलोपेक्टिन (70-90%).

ग्लाइकोजन।यही मुख्य है आरक्षित पॉलीसेकेराइड मानव और पशु ऊतक. ग्लाइकोजन अणु में स्टार्च एमाइलोपेक्टिन की तुलना में लगभग 2 गुना अधिक शाखित संरचना होती है। ग्लाइकोजन मोनोमर है α-ग्लूकोज . ग्लाइकोजन अणु में, रैखिक वर्गों में ग्लूकोज अवशेष आपस में जुड़े हुए हैं α-1,4-ग्लाइकोसिडिक , और शाखा बिंदुओं पर - α-1,6-ग्लाइकोसिडिक बांड .

सेलूलोज़.ये सबसे आम है संरचनात्मक होमोपॉलीसेकेराइड का पौधा लगाएं। में रेखीय फाइबर अणु मोनोमर्स β-ग्लूकोज परस्पर β-1,4-ग्लाइकोसिडिक बांड . फाइबर मानव शरीर में पचने योग्य नहीं है, लेकिन, इसकी कठोरता के कारण, जठरांत्र संबंधी मार्ग के श्लेष्म झिल्ली को परेशान करता है, जिससे क्रमाकुंचन को बढ़ाता है और पाचक रसों के स्राव को उत्तेजित करता है, मल के निर्माण को बढ़ावा देता है।

पेक्टिक पदार्थ- पॉलीसेकेराइड, जिसका मोनोमर है डी- गैलेक्टुरोनिक एसिड , जिसके अवशेष α-1,4-ग्लाइकोसिडिक बांड द्वारा जुड़े हुए हैं। फलों और सब्जियों में निहित, उन्हें कार्बनिक अम्लों की उपस्थिति में जेलेशन की विशेषता होती है, जिसका उपयोग खाद्य उद्योग (जेली, मुरब्बा) में किया जाता है।

हेटेरोपॉलीसेकेराइड(म्यूकोपॉलीसेकेराइड्स, ग्लाइकोसामिनोग्लाइकेन्स) - पॉलिमर से युक्त विभिन्न प्रकार के मोनोसेकेराइड से . संरचना द्वारा वे प्रतिनिधित्व करते हैं

सीधी जंजीरेंसे निर्मित डिसैकराइड अवशेषों को दोहराना , जिसमें आवश्यक रूप से शामिल है अमीनो शर्करा (ग्लूकोसामाइन या गैलेक्टोसामाइन) और हेक्स्यूरोनिक एसिड (ग्लुकुरोनिक या इडुरोनिक)।

सेलूलोज़ के भौतिक और रासायनिक गुण

वे जेली जैसे पदार्थ हैं जो कई कार्य करते हैं, जिनमें शामिल हैं: सुरक्षात्मक (बलगम), संरचनात्मक, अंतरकोशिकीय पदार्थ का आधार हैं।

शरीर में, हेटरोपॉलीसेकेराइड मुक्त अवस्था में नहीं पाए जाते हैं, लेकिन हमेशा प्रोटीन (ग्लाइकोप्रोटीन और प्रोटीयोग्लाइकेन्स) या लिपिड (ग्लाइकोलिपिड्स) से जुड़े होते हैं।

उनकी संरचना और गुणों के आधार पर, उन्हें अम्लीय और तटस्थ में विभाजित किया गया है।

एसिड हेटेरोपॉलीसैकेराइड्स:

इनमें हेक्स्यूरोनिक या सल्फ्यूरिक एसिड होते हैं। प्रतिनिधि:

हाईऐल्युरोनिक एसिडमुख्य है बंधन में सक्षम अंतरकोशिकीय पदार्थ का संरचनात्मक घटक पानी ("जैविक सीमेंट") . हयालूरोनिक एसिड के घोल में उच्च चिपचिपाहट होती है, इसलिए वे सूक्ष्मजीवों के प्रवेश में बाधा के रूप में काम करते हैं, जल चयापचय के नियमन में भाग लेते हैं, और अंतरकोशिकीय पदार्थ का मुख्य हिस्सा होते हैं)।

चोंड्रोइटिन सल्फेट्स संरचनात्मक घटक हैंउपास्थि, स्नायुबंधन, कण्डरा, हड्डियाँ, हृदय वाल्व।

हेपरिन – थक्कारोधी (रक्त के थक्के जमने से रोकता है), सूजनरोधी प्रभाव डालता है, कई एंजाइमों को सक्रिय करता है।

तटस्थ हेटेरोपॉलीसैकेराइड्स:रक्त सीरम में ग्लाइकोप्रोटीन, लार, मूत्र आदि में म्यूसिन का हिस्सा हैं, जो अमीनो शर्करा और सियालिक एसिड से निर्मित होते हैं। तटस्थ जीपी बहुवचन का हिस्सा हैं। एंजाइम और हार्मोन.

सियालिक एसिड - एसिटिक या अमीनो एसिड - ग्लाइसिन के साथ न्यूरैमिनिक एसिड का संयोजन, कोशिका झिल्ली और जैविक तरल पदार्थ का हिस्सा है। सियालिक एसिड प्रणालीगत रोगों (गठिया, प्रणालीगत ल्यूपस एरिथेमेटोसस) के निदान के लिए निर्धारित किया जाता है।

सेल्यूलोज- सबसे आम प्राकृतिक पॉलीसेकेराइड में से एक, पौधों की कोशिका दीवारों का मुख्य घटक और मुख्य संरचनात्मक सामग्री। कपास के बीज के रेशों में सेलूलोज़ की मात्रा 95-99.5%, बास्ट रेशों (सन, जूट, रेमी) में 60-85%, लकड़ी के ऊतकों में (पेड़ के प्रकार, उसकी उम्र, बढ़ती परिस्थितियों के आधार पर) 30-55% होती है। हरी पत्तियों, घास, निचले पौधों में 10-25%। लगभग एक व्यक्तिगत अवस्था में, सेलूलोज़ जीनस के जीवाणुओं में पाया जाता है एसीटोबैक्टर. अधिकांश पौधों की कोशिका दीवारों में सेलूलोज़ के साथी अन्य संरचनात्मक पॉलीसेकेराइड होते हैं जो संरचना में भिन्न होते हैं और कहलाते हैं hemicelluloses- ज़ाइलान, मन्नान, गैलेक्टन, अरबन, आदि (अनुभाग "हेमिकेलुलोज़" देखें), साथ ही गैर-कार्बोहाइड्रेट पदार्थ (लिग्निन - एक सुगंधित संरचना का एक स्थानिक बहुलक, सिलिकॉन डाइऑक्साइड, रालयुक्त पदार्थ, आदि)।

सेलूलोज़ समग्र रूप से कोशिका झिल्ली और पौधे के ऊतकों की यांत्रिक शक्ति निर्धारित करता है। उदाहरण के तौर पर लकड़ी का उपयोग करके पादप कोशिका की धुरी के सापेक्ष सेलूलोज़ फाइबर का वितरण और अभिविन्यास चित्र 1 में दिखाया गया है। कोशिका भित्ति का सबमाइक्रोन संगठन भी वहाँ प्रस्तुत किया गया है।

एक परिपक्व लकड़ी कोशिका की दीवार में, एक नियम के रूप में, एक प्राथमिक और द्वितीयक कोशिका दीवार शामिल होती है (चित्र 1)। उत्तरार्द्ध में तीन परतें होती हैं - बाहरी, मध्य और आंतरिक।

प्राथमिक आवरण में, प्राकृतिक सेलूलोज़ फाइबर बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित होते हैं और एक नेटवर्क संरचना बनाते हैं ( बिखरी हुई बनावट). द्वितीयक आवरण में सेलूलोज़ फाइबर आम तौर पर एक दूसरे के समानांतर उन्मुख होते हैं, जो पौधे की सामग्री को उच्च तन्यता ताकत प्रदान करता है। द्वितीयक आवरण में सेल्युलोज के पोलीमराइजेशन और क्रिस्टलीयता की डिग्री प्राथमिक आवरण की तुलना में अधिक होती है।

परत में एस 1 द्वितीयक कोश (चित्र 1, 3 ) परत में सेल्युलोज रेशों की दिशा कोशिका की धुरी के लगभग लंबवत होती है एस 2 (चित्र 1, 4 ) वे कोशिका अक्ष के साथ एक न्यून (5-30) कोण बनाते हैं। परत में फाइबर अभिविन्यास एस 3 बहुत भिन्न होता है और आसन्न ट्रेकिड्स में भी भिन्न हो सकता है। इस प्रकार, स्प्रूस ट्रेकिड्स में, सेल्युलोज फाइबर के प्रमुख अभिविन्यास और सेल अक्ष के बीच का कोण 30-60 तक होता है, और अधिकांश दृढ़ लकड़ी के फाइबर में यह 50-80 होता है। परतों के बीच आरऔर एस 1 , एस 1 और एस 2 , एस 2 और एस 3, माध्यमिक खोल की मुख्य परतों की तुलना में तंतुओं के एक अलग माइक्रोओरिएंटेशन के साथ संक्रमणकालीन क्षेत्र (लैमेला) देखे जाते हैं।

तकनीकी सेल्युलोज़ एक अर्ध-तैयार रेशेदार उत्पाद है जो गैर-सेल्युलोज़ घटकों से पौधों के रेशों को साफ करके प्राप्त किया जाता है। सेलूलोज़ को आमतौर पर कच्चे माल के प्रकार के आधार पर कहा जाता है ( लकड़ी, कपास), लकड़ी से निष्कर्षण की विधि ( सल्फाइट, सल्फेट), साथ ही इसके इच्छित उद्देश्य के लिए ( विस्कोस, एसीटेट, आदि।).

रसीद

1.लकड़ी का गूदा उत्पादन तकनीकनिम्नलिखित ऑपरेशन शामिल हैं: लकड़ी से छाल हटाना (भौंकना); लकड़ी के चिप्स प्राप्त करना; लकड़ी के चिप्स पकाना (उद्योग में, खाना पकाने का काम सल्फेट या सल्फाइट विधि का उपयोग करके किया जाता है); छंटाई; ब्लीचिंग; सुखाना; काट रहा है

सल्फाइट विधि.स्प्रूस की लकड़ी को कैल्शियम, मैग्नीशियम, सोडियम या अमोनियम बाइसल्फाइट के जलीय घोल से उपचारित किया जाता है, फिर तापमान को 1.5-4 घंटे के लिए 105-110 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया जाता है, और इस तापमान पर 1-2 घंटे तक उबाला जाता है। इसके बाद, तापमान को 135-150°C तक बढ़ाएं और 1-4 घंटे तक पकाएं। इस मामले में, लकड़ी के सभी गैर-सेल्युलोज घटक (मुख्य रूप से लिग्निन और हेमिकेलुलोज) घुलनशील हो जाते हैं, और डी-लिग्निफाइड सेल्युलोज बना रहता है।

सल्फेट विधि.किसी भी प्रकार की लकड़ी के चिप्स (साथ ही ईख) को खाना पकाने वाली शराब से उपचारित किया जाता है, जो कास्टिक सोडा और सोडियम सल्फाइड (NaOH + Na 2 S) का एक जलीय घोल है। 2-3 घंटों के भीतर, तापमान को 165-180°C तक बढ़ाएं और इस तापमान पर 1-4 घंटे तक पकाएं। घुलनशील अवस्था में परिवर्तित गैर-सेल्युलोज घटकों को प्रतिक्रिया मिश्रण से हटा दिया जाता है, और अशुद्धियों से शुद्ध सेल्युलोज बना रहता है।

2.कपास का गूदाकपास लिंटर से प्राप्त किया गया। प्रौद्योगिकी प्राप्त करनाइसमें यांत्रिक सफाई, क्षारीय खाना बनाना (130-170°C के तापमान पर 1-4% जलीय NaOH घोल में) और ब्लीचिंग शामिल है। कपास सेलूलोज़ फाइबर के इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ चित्र 2 में दिखाए गए हैं।

3. जीवाणु सेल्युलोजजीनस के जीवाणुओं द्वारा संश्लेषित एसीटोबैक्टर. परिणामी जीवाणु सेलूलोज़ में उच्च आणविक भार और संकीर्ण आणविक भार वितरण होता है।

संकीर्ण आणविक भार वितरण को इस प्रकार समझाया गया है। चूंकि कार्बोहाइड्रेट बैक्टीरिया कोशिका में समान रूप से प्रवेश करता है, परिणामस्वरूप सेलूलोज़ फाइबर की औसत लंबाई समय के साथ आनुपातिक रूप से बढ़ जाती है। इस मामले में, माइक्रोफ़ाइबर (माइक्रोफ़ाइब्रिल्स) के अनुप्रस्थ आयामों में कोई उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होती है। बैक्टीरियल सेलूलोज़ फाइबर की औसत वृद्धि दर ~ 0.1 μm/मिनट है, जो प्रति जीवाणु कोशिका प्रति घंटे 10 7 -10 8 ग्लूकोज अवशेषों के पोलीमराइजेशन से मेल खाती है। इसलिए, औसतन, प्रत्येक जीवाणु कोशिका में, 10 3 ग्लूकोपाइरानोज़ इकाइयां प्रति सेकंड अघुलनशील सेलूलोज़ फाइबर के बढ़ते सिरों से जुड़ी होती हैं।

बैक्टीरियल सेलूलोज़ के माइक्रोफ़ाइबर फ़ाइब्रिल के दोनों सिरों से दोनों सिरों तक एक ही गति से बढ़ते हैं। माइक्रोफाइब्रिल्स के अंदर मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखलाएं एंटीपैरलल व्यवस्थित होती हैं। अन्य प्रकार के सेलूलोज़ के लिए ऐसा डेटा प्राप्त नहीं किया गया है। बैक्टीरियल सेल्युलोज फाइबर का एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ चित्र 3 में दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि तंतुओं की लंबाई और क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र लगभग समान है।

सेल्यूलोज (सी 6 एच 10 ओ 5) एन -एक प्राकृतिक बहुलक, एक पॉलीसेकेराइड जिसमें β-ग्लूकोज अवशेष होते हैं, अणुओं की एक रैखिक संरचना होती है। ग्लूकोज अणु के प्रत्येक अवशेष में तीन हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं, इसलिए यह पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल के गुणों को प्रदर्शित करता है।

भौतिक गुण

सेलूलोज़ एक रेशेदार पदार्थ है, जो पानी में या सामान्य कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अघुलनशील है, और हीड्रोस्कोपिक है। इसमें बड़ी यांत्रिक और रासायनिक ताकत है।

1. सेलूलोज़, या फ़ाइबर, पौधों का हिस्सा है, जो उनमें कोशिका भित्ति बनाता है।

2. यहीं से इसका नाम आता है (लैटिन "सेल्युलम" से - कोशिका)।

3. सेलूलोज़ पौधों को आवश्यक शक्ति और लोच देता है और मानो उनका कंकाल है।

4. कपास के रेशों में 98% तक सेलूलोज़ होता है।

6. कागज और सूती कपड़े सेलूलोज़ से बने उत्पाद हैं।

रासायनिक गुण

1. सेलूलोज़ एक पॉलीसेकेराइड है जो ग्लूकोज बनाने के लिए हाइड्रोलिसिस से गुजरता है:

(सी 6 एच 10 ओ 5) एन + एनएच 2 ओ → एनसी 6 एच 12 ओ 6

2. सेलूलोज़ एक पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल है जो एस्टर बनाने के लिए एस्टरीकरण प्रतिक्रियाओं से गुजरता है

(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH → 3nH 2 O + (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n

सेलूलोज़ ट्राइएसीटेट

सेलूलोज़ एसीटेट कृत्रिम पॉलिमर हैं जिनका उपयोग रेशम एसीटेट, फिल्म (फिल्म) और वार्निश के उत्पादन में किया जाता है।

आवेदन

सेलूलोज़ के उपयोग बहुत विविध हैं। इसका उपयोग कागज, कपड़े, वार्निश, फिल्म, विस्फोटक, कृत्रिम रेशम (एसीटेट, विस्कोस), प्लास्टिक (सेल्युलाइड), ग्लूकोज और बहुत कुछ बनाने के लिए किया जाता है।

प्रकृति में सेल्युलोज की खोज.

3. कपास, सन आदि की कताई की प्रक्रिया में, इन प्राथमिक रेशों को लंबे धागों में बुना जाता है।

पदार्थ का पता लगाना

प्रकृति का उपहार

जंगल से कार्यशालाओं तक

रसायन विज्ञान और भौतिकी

अच्छा परिवर्तन

सेलूलोज़ ईथर

फोटोग्राफिक फिल्म से लेकर टूथपेस्ट तक

लगभग जुड़वाँ

आवेदन के क्षेत्र

रासायनिक संरचना।

पुनर्जीवित सेलूलोज़

विस्कोस फाइबर और सिलोफ़न।

सिलोफ़न.

विस्कोस स्पंज.

कॉपर-अमोनिया फाइबर।

सेलूलोज़ के गुण

रासायनिक गुण।

भौतिक गुण।

सेलूलोज़ के रासायनिक और भौतिक गुण क्या हैं?

69. सेलूलोज़ के रासायनिक गुण और उसका अनुप्रयोग

सेलूलोज़ के रासायनिक गुण.

पॉलीसेकेराइड (होमो- और हेटरोपॉलीसेकेराइड) की संरचना, गुण, कार्य।

सेलूलोज़ के भौतिक और रासायनिक गुण

रसीद