Техника - молодёжи 1978-11, страница 9

ЛАУРЕАТЫ ПРЕМИИ ЛЕНИНСКОГО НОМСОМОЛА

oSfnt П|>»ЦССССк <<>Сл«ии*

?^и|>в_ч«ес {«тСммоД

Рмо. 3

Рио- 4

MMKf«Hllt>

Прижиме Ч«пн

о»

_ ^VfOH I 1_сн._снсн0 \]г cWp&otfjH 1/г o(Ci

:оснрн

Р и с. 1.

Схематическое изображение формирования разветвленной полимерной макромолекулы. Возможны два варианта: постепенное обрывание процесса ветвления с образованием отдельной разветвленной макромолекулы и бесконечное разветвление с образованием «бесконечной» сетки.

ца» нрэн оме

Рис. 2.

Схема строения фрагмента лигннна. Около пятого звена поназана возможная химическая связь лигнина с оПеОн '"йме углеводами древесины.

Рис. 3.

Фенклпропановал единица. Черточка ми обозначены места, где могут размещаться различные функциональные группы.

Р и с. 4.

Модель топологического строения лигнина с неравномерной плотностью сетни.

процессов, применению которой в химии полимеров мы во многом обязаны английскому фиэикохнми-ку Гордону. Относительно лнгнина такие расчеты впервые были проведены в нашей лаборатории. Оказалось, да, процесс ветвления продолжается до бесконечности, практически, в лабораторных условиях до полного использования исходных веществ.

Далее возникает вопрос о пространственной, илн так называемой топологической, структуре лигиин-ной сетки.

Полученные в нашей лаборатории данные позволили выдвинуть гипоте

зу о неоднородности пространственной сеткн лнгнина, в ней существуют участки повышенной плотности поперечной сшивки (р и с. 4).

В связи с этим рассмотрим коротко общее строение клеточной стенки древесины. Синтез лигнина протекает не в пустом пространстве, а в набухшей клеточной стенке, которая содержит в себе арматуру целлюлозных фибрилл (плотные пучки ориентированных в одном направлении линейных макромолекул целлюлозы) и менее ориентированные макромолекулы гемицеллюлоз (полиса-харндные вещества, молекулы которых короче целлюлозных и имеют

ответвления). Очевидно, среди хаотически расположенных молекул гемицеллюлоз и начинается образование структуры лигнина. Посте пенно образующаяся сетка лигнина включает в себя часть молекул гемицеллюлоз. В ходе реакции образуются разные химические связи между лигнином и гемицеллюлоза-ми, создается сложная сетчатая структура, которую в химии древесины называют матрицей. Фибриллы целлюлозы оказываются включенными в эту матрицу.

Сетка, как мы отмечали, может рассматриваться как однородная (гомогенная) или как неоднородная (нсгомогстшя). В случае негомогенной сетки более плотные области, так называемые микрогели, соединены между собой редкими связями (проходными цепями, см. рис. 4).

Молекулы гемицеллюлоз оказываются включенными как в микро-гели лигннна, так и между нимн.

Если клеточную стенку древеси ны погрузить в раствор разбавленной щелочи, протекают различные реакции, одна нз которых — отщепление ацетильных групп от молекул гемицеллюлоз — деацетилирование. Наблюдая кинетику этого процесса (то есть через определенные интервалы времени анализируя, сколько осталось неот-щепленных ацетильных групп), замечаем, что со временем деацет ли рование замедляется и останавливается, не доходя до конца. Такое явление можно объяснить лишь тем, что часть макромолекул гемицеллюлоз проходит через микрогели лигнина, имеющие такую плотность сшивкн, что молекулы щелочи (более точно — ионы гндроенла) к ним не проникают. Ближе к краю микрогеля лигнина молекулы щелочи могут проникать, но для этого требуется некоторое время, что объяс няет замедление реакции деацетн-лирования в клеточной стенке по сравнению с деацетилированием отдельных макромолекул гемицеллюлоз (реакция тогда протекает очень быстро). Повышение температуры вызывает увеличение подвижности молекул, щелочь проникает глубже в микрогели и вызывает деацетилирование еще какой-нибудь части гемицеллюлоз. На основании этих и других экспериментальных данных, а также учитывая то, что лигнин — это обычный сетчатый полимер, который образуется по законам химии высокомолекулярных систем, — это общее правило, имеющее мало исключений, — мы в конечном итоге смогли создат ь модель строения лигноуглеводной матрицы клеточной стенки древесины.

Продолжение на 45-й стр.

7