Техника - молодёжи 1978-11, страница 8

ЛИГНИН—ОСНОВА ДЕРЕВА?

ЯНИС ГРАВИТИС, МАРИС ЯКОБСОН,

научные сотрудники Института химии и древесины АН Латвийской ССР

Наше богатое научными открытиями столетие называют веком и атомным, и космическим, и электронным, и пластмассовым... С не меньшим основанием его можно назвать бумажным. Многие тысячи тонн бумаги ежедневно расходует человечество на самые разные нужды, в том числе на новые изобретения.

А бумага — это лес. Целлюлозу вырабатывают в основном из древесины. Целлюлоза — ценнейший продукт, дар природы, без которого, наверное, тоже был бы невозможен научно-технический прогресс, ибо, не будь бумаги, не было бы и книгопечатания.

Но речь не о целлюлозе, с ней более или менее все ясно. Мы поведем разговор о том продукте, со ставляющем четвертую часть древесины, который считается вредной примесью при производстве целлюлозы, — о лигнине. От него в бумажном производстве стараются освободиться всеми мерами: чем больше лигнина, тем хуже качество бумаги, тем быстрее она желтеет, становится хрупкой. Ежегодно около 50 млн. т этой вредной примеси (в мировом масштабе) сбрасывается в отходы, попадает в реки и моря, загрязняя их. Естественно, перед промышленностью встает задача утилизации лигнина. Но прежде чем утилизировать, его нужно тщательно изучить, распознать его природу, свойства и качества. Сделать это призвана наука.

Еще 150 лет назад древесина рассматривалась естествоиспытателями как химически однородное вещество. В 1838 году французский химик и ботаник Пайен обработал древесину кислотой и выделил целлюлозу. Он заметил при этом присутствие большого количества другого вещества, которое, как он прозорливо подметил, окружает и как бы инкрустирует целлюлозу. Пайен так и назвал его инкрустирующим веществом (la matiere incrustante). Пайен же дал ему и другое название — лигнин (от латинского слова lignum — дерево), которое прочно закрепилось в науке н обиходе.

Случайно в медицине укоренилось слово «лигнин» в качестве названия некоторых видов шовного и перевязочного материалов, которые изготовляются нз все той же чистой цел-

«...БОЛЕЕ РАЦИОНАЛЬНО РАЗРАБАТЫВАТЬ ЛЕ-СОСЫРЬЕВЫЕ РЕСУРСЫ. ОСОБЕННО В ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ СССР. УЛУЧШИТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАГОТОВЛЯЕМОЙ ДРЕВЕСИНЫ».

Из «Основных направлений развития народного хозяйства СССР на 1976-—1930 годы»

люлозы. Этот парадоксальный факт лишний раз подтверждает невнимательное отношение ученых прошлого к лигнину, изучением которого начали заниматься значительно позже, нежели изучением целлюлозы.

Что же представляет собой лигнин для химика? Это полимерное вещество ароматического характера (такой термин не связан с приятным запахом вещества, ои обозначает его химическое строение, наличие в формуле так называемого бензольного кольца). Фрагмент лигнина, по данным немецкого химика Фрей денберга, приведен на рисунке 2. Основным структурным кирпичом — мономером — здесь служит фенил-пропановая единица (р и с. 3).

Современному химику нетрудно, комбинируя несколько измененные фенил про па новые единицы (за счет заполнения разными группами свободных связей, обозначенных на рис. 3 черточками) и зная механизмы реакций и аналитические данные природного лигнина, сконструировать такой фрагмент формулы, как на рисунке 1. Теперь это делают даже с помощью ЭВМ. Однако, чтобы проследить все химические процессы, а также установить законы взаимодействия исходных веществ (то есть типы связей между единицами) при реакциях образования лигнина в природной клеточной стенке, пришлось кропотливо потрудиться нескольким поколениям химиков. Особенно важными здесь быЛи работы шведского химика Класона и немецкого — Фрейденберга.

Сейчас многие исследователи придерживаются точки зрения, что в водорослях лигнина нет и что ои появился в процессе Эволюпии лишь с переходом растений к наземному образу жизни. Хотя это представление требует пересмотра на основе результатов новейших работ, тем не менее очевидно: именно лигнин определяет многие механические свой ства древесины.

Установлено, появление лигнина в живой клетке древесины совпадает с отмиранием ее протопласта. Возможно, последний акт генезиса живой клетки высших растений — заключенный в генетическом коде сигнал о начале синтеза лигнина в клеточной стенке. По этому сигналу вступают в силу законы химии вы. сокомолекуляриых веществ. Фрей-денберг показал, что при соблюдении всех условий (среда, температура, концентрация исходных веществ) лигнин синтезируется одинаково как в колбе химика, так и в клеточной стенке. Этот важный вывод дает нам право рассматривать лигннн как любую синтетическую систему высокомолекулярных веществ. Правда, в процессе создания структуры лигнина за счет полимеризации реакцию поддерживает фермент пероксидаза (органическое вещество), но процесс этот может идти и при воздействии неорганических соединений — одноэлектром-ных окислителей.

Однако для науки важно выяснить не только химическую структуру лигнина. Необходимо также узиать, что представляет собой макромолекула лигнина — разветвленную, но отдельную (конечную) едн ницу или же бесконечную полимерную сетку, когда весь полимерный образец представляет собой одну гигантскую макромолекулу (р и с. 1)? Лауреат Нобелевской премии по химии 1974 года американский ученый Пол Джон Флори полимерную систему вообще рассматривал как ветвящееся дерево, как единую гигантскую разветвленную систему, А как у лигнина? Образуется ли сплошная полимерная сетка или оня состоит из относительно небольших, разветвленных единиц? Это можно определить, проследив в развитии, идет ли процесс ветвления до бесконечности или он где-то обрывается. Ключ к решению дает общая теория ветвящихся или каскадных

6