Chemia Stosowana w Drzewnictwie III

Literatura

• S.Prosiński 1969 Chemia Drewna PWRiL Warszawa• D.Krutul 2002 Ćwiczenia z Chemii Drewna oraz wybranych

zagadnień chemii organicznej,Wydawnictwo SGGW• R.Solar2004 Chemia Dreva .Wydawnictwo Technicka Univerzita

vo Zwolene• F.Kacik,R.Solar 1999 Analyticka Chemia Dreva .Wydawnictwo

Technicka Univerzita vo Zwolene• D.Fengel,G.Wegener1984 Wood (Chemistry, Ultrastructure,

Reactions. Walter de Gruyter, Berlin

Cukry (sacharydy, węglowodany)

Podział cukrów

1.Monosacharydy C6H12O6(cukry proste) są to związki które w wyniku hydrolizy nie mogą utworzyć cząsteczek prostszych cukrów.Najbardziej rozpowszechnione sa monosacharydy zawierające głównie 5 lub 6 atomów węgla(pentozy, heksozy).

2.Disacharydy C12H22O11 składają się z 2 cząsteczek monosacharydów połączonych wiązaniem acetalowym (glikozydowym).Ulegają hydrolizie. .

3.Oligosacharydy składają się z wielu (od 3 do kilkunastu) cząsteczek monosacharydów połączonych wiązaniem acetalowym.Ulegają hydrolizie.

4.Polisacharydy (C6H10O5)n związki o charakterze polimerycznym składające się z dużej liczby cząsteczek monosacharydów (nawet kilka tysięcy) połączonych wiązaniem glikozydowym.Ulegają hydrolizie.

Monosacharydy

W zależności od liczby atomów węgla w cząsteczce monosacharydy dzielą się na triozy (3 węgle), tetrozy (4), pentozy (5), heksozy(6). Nazwę poprzedza przedrostek aldo- gdy w czasteczce znajduje się grupa aldehydowa lub keto- gdy ketonowa. Najbardziej rozpowszechniona jest D(+)glukoza.

D(+) glukoza jest monosacharydem o worze sumarycznym C6H12O6 . Ma 4 węgle asymetryczne (*).

Liczba izomerów wynosi 2n ( n - liczba węgli asymetrycznych ) czyli w tym przypadku jest równa 16.

Litera D odnosi się do konfiguracji na ostatnim asymetrycznym atomie węgla, tj. 5-tym.

(+) oznacza,że związek jest prawoskrętny

CH

CH OH

O

CHOH

CH2OH

CH

CH OH

OH

CH

C* OH

O

C*OH

CH2OH

C*

C* OH

OH

H

H

H

H

Struktura pierścieniowa węglowodanów

Wzory Fischera,którymi posługiwaliśmy się dotychczas nie oddaja prawdziwej budowy cukrów , które jako hydroksyaldehydy lub hydroksy kwasy mogą tworzyć hemiacetale lub ketale w rezultacie reakcji wewnątrzcząsteczkowej.W wyniku tego powstaja heterocykliczne układy o 5- lub 6- członowym pierścieniem będące pochodnymi furanu lub piranu.

W wyniku zamknięcia pierścienia węgiel C(1) staje się węglem asymetrycznym, w związku z czym powstaja 2 izomery D-glukozy tj. -D-glukoza i -D- glukoza.

O

O

CH

CH OH

O

CHOH

CH2OH

CH

CH OH

OH

-D-glukopiranoza

O

OHC

CH OH

H

CHOH

CH2OH

CH

CH OH

-D-glukopiranoza

O

H

C

CH OH

OH

CHOH

CH2OH

CH

CH OH

Forma łańcuchowa i pierścieniowa

CH

CH OH

O

CHOH

CH2OH

CH

CH OH

OH

D-glukoza

CH

CH

OH

O

CH

OH

CH2OH

CH

CH

OH

OH

OH

CH

CH

OH

O

CH

OH

CH2OH

CH

CH

OH

-D-glukopiranoza

OH

CH

CH

OH

O

CH

OH

CH2OH

CH

CH

OH

-D-glukopiranoza

Polisacharydy

Polisacharydy sa to wielocukry zbudowane z dużej liczby (od kilkuset do kilku tysięcy) skondensowanych cząsteczek cukrów prostych. Ogólny wzór najważniejszych polisacharydów – skrobi oraz celulozy to (C6H10O5)n.

Polisacharydy dzielimy na 2 grupy:

-homopolisacharydy zbudowane z tych samych cząsteczek monosacharydów.

-heteropolisacharydy zbudowane z różnych cząsteczek monosacharydów.

Celuloza-polisacharyd o charakterze budulcowym. Występuje w bawełnie (90-92%), drewnie (do 50%), słomie (do35%). Ulega stopniowej hydrolizie w środowisku kwaśnym.

(C6H10O5)n. m (C12H22O11) 2m (C6H12O6)

celebioza -D-glukoza

Celuloza w jednostce elementarnej zawiera 3 grupy hydroksylowe (jedna pierwszorzędowa, dwie drugorzędowe

Budowa włókien drzewnych

L – Lumen

S1, S2, S3 – warstwy ścianki wtórnej włókna

P – ścianka pierwotna

M – blaszka środkowa

Budowa ścianki wtórnej włókna celulozy

Budowa mikrowłókna celulozowego

Sumaryczny skład włókien drzewnych

Skład elementarny drewna

część drzewa (grusza, 30 lat) kora drewno

liście 7,11

wierzchołki gałęzi 3,46 0,30

średnia część gałęzi 3,68 0,13

niższa część gałęzi 2,90 0,35

pień 2,66 0,30

górna część korzenia 1,13 0,23

średnia część korzenia 1,64 0,22

dolna część korzenia 5,01

Drewno pozbawione wody (105°C)ma prawie identyczny skład zawiera :

49.5%C, 6,3%H, 44,2%O azot ok. 0,09 do 0,2%

Ilość soli mineralnych (popiół)–określa się jako ilość popiołu uzyskanego po spaleniu i wyprażeniu próbki drewna.Zawiera się w granicach 0.3 do1%.

Zawartość procentowa popiołu w częściach drzewa

Skład popiołu w drewnie

rodzaj drewna

% popiołu

K2O Na2O MgO CaO P2O5 SO3 SiO2

buk 0,55 0,09 0,02 0,06 0,31 0,03 0,01 0,03

brzoza 0,26 0,03 0,02 0,02 0,15 0,02 0,01 0,01

modrzew 0,27 0,04 0,02 0,07 0,07 0,03 0,01 0,01

dąb 0,51 0,05 0,02 0,02 0,37 0,03 0,01 0,01

sosna 0,26 0,04 0,01 0,03 0,14 0,02 0,01 0,01

Składniki rozpuszczalne w wodzie-15-25% głównie K2CO3, Na2CO3

Składniki nierozpuszczalne w wodzie-75-90% głównie CaCO3 oraz węglany , krzemiany, fosforany magnezu i żelaza

Skład chemiczny drewna

rodzaj drewna

woda popiółcelu-loza

(K-H)

pento-zany

ligninasubst.

ekstra-kcyjne

rozp.

w 1%

NaOH

świerk 12,87 0,47 61,48 11,08 28,85 3,06 11,65

sosna 12,15 0,48 58,30 11,41 28,45 4,95 14,66

jodła 13,25 0,25 57,28 11,21 28,21 3,30 16,73

topola czarna 10,12 0,73 52,57 20,28 21,30 2,28 16,89

topola biała 12,64 0,29 52,44 23,01 19,95 5,96 18,04

Podział ze względu na składniki :

• które są strukturalnie związane z drewnem- celuloza ,hemicelulozy ,lignina

• które są niestrukturalnie związane z drewnem-tzw.składniki ubocznie związane z drewnem

Wpływ czynników chemicznych na drewno

Woda

W temperaturze pokojowej-minimalne działanie.Usuwane są częściowo składniki uboczne(garbniki),częściowo hemicelulozy.

Wzrost temperatury-zwiększa się ługowanie substancji do 15%.Obserwuje się katalityczne działanie kwasów zawartych w drewnie(octowy, mrówkowy)powodujących hydrolizę hemiceluloz.

Gazy

Gatunki bogate w żywice –są odporne na działanie substancji kwaśnych i zasadowych (w normalnej temperaturze).

W wyższych temperaturach gazy uszkadzają drewno-celulozę, poliozy,niektóre substancje uboczne.

Gazy niepolarne(wodór,tlen,azot,powietrze)-działanie nieznaczne

Gazy polarne (SO2,SO3,NOx,NH3 HCl)-powodują pęcznienie drewna-są silniej adsorbowane

Wpływ czynników chemicznych na drewno-2

Kwasy-rozcieńczone kwasy pH 2-6 w normalnej temperaturze powodują minimalne oddziaływanie oddziaływanie na drewno.

Przy pH poniżej 2 następuje rozkład drewna.Na początku następuje pęcznienie ,

potem hydroliza hemiceluloz.W miarę wzrostu stężenia kwasów następuje przemiana celulozy w hydrocelulozę a następnie jej hydroliza .

Wzrost temperatury przyspiesza destrukcje drewna.

Lignina jest odporna na działanie na kwasów.

Zasady-alkalia nawet słabe pH 8-10 już w normalnej temperaturze powodują pęcznienie drewna .Powodują rozpuszczenie hemiceluloz oraz zdegradowanej celulozy. Zmydlają zawarte w składnikach ubocznych drewna kwasy tłuszczowe.

Wyższa temperatura i stężenia powodują rozpuszczenie ligniny.

Sole –w zależności od składu chemicznego,mogą ulegać hydrolizie własnej. W wyniku tworzą się kwasy i zasady które odpowiednio oddziaływają na drewno.