Целюлоза, її будова, властивості та застосування у промисловості.

У рослинних продуктах також, містяться нехарчові вуглеводи – целюлоза (клітковина). Практичного значення як джерело енергії у харчовому раціоні клітковина не має, поскільки засвоюється тільки на 25%, але вона дає можливість нормальній роботі кишечника. Сірий пшеничний хліб, житній хліб, овочі в яких міститься клітковина, потрібно кожин день вживати до раціону їжі. Дуже корисні сирі овочі та фрукти.

Целюлоза – це полісахарид, який складає основну масу органічних речовин усіх рослин, основу їх опроної структури. Особливо багато целюлози у волокнах бавовника (більше 90%). Чиста целюлоза – біла гігроскопічна маса волокнистої будови без смаку та запаху. У воді вона не набрякає, стійка до дії розбавлених кислот та лугів. При повному кислотному гідролізі клітковина, як і крохмаль, перетворюється у глюкозу. Сумішь клітковини до білків помітно знижує їх засвоєння, так як клітковина адсорбує амінокислоти та скорочує тривалість проходження білка по шлунково-кишковому тракту.

Склад целюлози, як і крохмалю. Молекули її мають лінійну (нерозгалужену) будову, тому легко утворює волокна. Молекули ж крохмалю мають як лінійну, так і розгалужену будову. У цьому основна відмінність крохмалю від целюлози. Існують відмінності і в будові цих речовин: макромолекули крохмалю складаються із залишків α-глюкози, а макромолекули целюлози – із залишків β-глюкози. Невеликі відмінності у будові молекул зумовлюють значні відмінності у властивостях полімерів. Целюлоза не дає реакції «срібного дзеркала» (не має альдегідної групи), але з кислотами вступає в реакції етерифікації. За рахунок гідроксильних груп целюлоза може утворювати прості і складні ефіри.

Гідроліз целюлози проходить під впливом кислотних каталізаторів, до дії лугів глюкозидних зв’язків є дуже стійкими. Щоб провести повний гідроліз целюлози до глюкози, її спочатку розчиняють у сірчаній кислоті, розводять розчин водою та кип’ятять тривалий час:

(С₆Н₁₀О₅)_п + пН₂О пС₆Н₁₂О₆

^{целюлоза глюкоза}

Кислотний гідроліз целюлози має велике технічне значення: він служить основою виробництва етилового спирту (гідролізний спирт). Як і інші вищі полісахариди, целюлоза не володіє відновлюючими властивостями. При дії окисників (озон, переоксид водню, хлорноватиста кислота та її солі, розбавлена нітратна кислота, перманганат калію та ін.) отримують складні суміші продуктів окислення, які називають оксицелюлоз.

Хімічні властивості целюлози визначаються присутністю гідроксильних груп. Головними реакціями целюлози, як багатоатомного спирту є утворення алкоголятів та ефірів целюлози. Дією металевого тнатрію, можна отримати тринатрійалкоголят целюлози [С₆Н₇О₂(ОNa)₃]_п.

Відмінно від нижчих спиртів целюлоза при обробці концентрованими розчинами лугів утворює міцні сполуки (алкаліцелюлоза), які мають будову алкоголятів:

[С₆Н₇О₂(ОН)₃]_п+ пNaОН  [С₆Н₇О₂(ОН)₂ОNa]_п + пН₂О

Цей процес отримав назву мерсерізація. При цьому відбувається набрякання волокна та підвищується його чутливість до барвників.

При утворенні простих ефірів відбувається взаємодія алкаліцелюлози з алкілгалогенідами або алкілсульфатами у надлишку лугу:

[С₆Н₇О₂(ОН)₂ОNa]_п + 3п(СН₃)₂SО₄ + 2пNaОН [С₆Н₇О₂(ОСН₃)₃]_п+ 3пСН₃NaSО₄ +

+ 2пН₂О

або

[С₆Н₇О₂(ОН)₂ОNa]_п + 3пС₂Н₅СІ + 2пNaОН  [С₆Н₇О₂(ОС₂Н₅)₃]_п+ 3пNaСІ + 3пН₂О

Зі складних ефірів целюлози найбільш практичний інтерес є до азотнокислих, оцтовокислих ефірів та ксантогенат целюлози.

Азотнокислі ефіри (нітрати) целюлози отримують дією на неї сумішю нітратної та сірчаної кислот. Усі нітрати целюлози пальні, а деякі – вибухові. Максимальне число залишків нітратної кислоти, яке можна ввести до целюлози, дорівнює трьом на кожний лнцюг глюкози:

[С₆Н₇О₂(ОН)₃]_п+ 3пНNО₃ [С₆Н₇О₂(ОNО₂)₃]_п + 3пН₂О

Повний продукт етерифікації – тринітрат целюлози – повинен містити у відповідності з формулою 14,1% азоту.

Целюлоза використовується людиною з дуже давніх часів. Спочаткузастосовували деревину як горючий і будівельний матеріал; потім бавовняні, лляні та інші волокна стали використовувати як текстильне сировину. Перші промислові способи хімічної переробки деревини виникли у зв'язку з розвитком паперової промисловості.

Целюлоза застосовується не тільки як сировину в паперовому виробництві, але йде ще й на подальшу хімічну переробку. Найбільше значення мають прості і складні ефіри целюлози. Так, при дії на целюлозу сумішшю азотних та сірчаних кислот отримують нітрати целюлози. Всі вони горючі і вибухові. Максимальне число залишків азотної кислоти, які можна ввести в целюлозу, дорівнює трьом на кожна ланка глюкози.

Було запропоновано отримувати штучне волокно і з розчинів целюлозив аміачному розчині гідроксиду міді. Одержуване таким способом мідноаміачне волокно володіє гарною якістю, проте вартість йоговисока.

Знайшли технічне застосування і прості ефіри целюлози. Так, обробляючицелюлозу спочатку лугом, а потім метілхлорідом (під тиском), отримують метилцелюлозу.

Метилцелюлоза володіє деякою розчинність в воді; застосовуєтьсяголовним чином як загусник (замість крохмалю) в текстильній,косметичної та харчової промисловості. Аналогічно отримують етилцелюлозу,яку використовують для виробництва міцних морозостійких полон. 

Штучні волокна на основі целюлози нині займають чільне місце взагальному балансі текстильної сировини.