Смоляная кислота

Смоляная кислота относится к смесям нескольких родственных карбоновых кислот , прежде всего абиетиновой кислоты , содержащейся в древесных смолах . Почти все смоляные кислоты имеют один и тот же основной скелет: три конденсированных кольца, имеющие брутто-формулу C ₁₉ H ₂₉ COOH. Смольные кислоты представляют собой липкие желтоватые смолы, нерастворимые в воде. Они используются для производства мыла для различных целей, но их использование все чаще вытесняется синтетическими кислотами, такими как 2-этилгексановая кислота полученные из нефти или нафтеновые кислоты, .

Ботанический анализ

Смолистые кислоты — протекторы и консерванты древесины , вырабатываемые паренхиматозными эпителиальными клетками, окружающими смоляные ходы деревьев хвойных лесов умеренного пояса . Смоляные кислоты образуются, когда двухуглеродные и трехуглеродные молекулы соединяются со строительными единицами изопрена с образованием монотерпенов (летучих), сесквитерпенов (летучих) и дитерпенов (нелетучих).

Сосны содержат многочисленные вертикальные и радиальные смоляные ходы, разбросанные по всей древесине. Накопление смолы в сердцевине и смоляных ходах приводит к максимальной концентрации в основании старых деревьев. Однако смолы в заболони меньше у основания дерева и увеличивается с высотой.

В 2005 году, когда заражение горным сосновым жуком ( Dendroctonus ponderosae ) и синепятнистым грибом опустошило сосновые леса Лоджпола на севере внутренней части Британской Колумбии , Канада, в зараженных деревьях были обнаружены уровни смоляной кислоты в три-четыре раза выше нормы. смерть. Эти повышенные уровни показывают, что дерево использует смолы в качестве защиты. Смолы токсичны как для жука, так и для гриба, а также могут погребать жука в дитерпеновых остатках выделений. Увеличение производства смолы было предложено как способ замедлить распространение жука в «красной зоне» или на границе дикой природы и городов.

Химические компоненты

Из канифоли получают несколько важных смоляных кислот, как указано ниже. ^[1] Два класса, абиетиновые кислоты и пимаровые кислоты, представляют собой изомеры с формулой C ₁₉ H ₂₉ CO ₂ H.

Кислоты абиетинового типа

Составляет большую часть 85-90% типичного таллового масла .
абиетиновая кислота
- абиета-7,13-диен-18-овая кислота
- 13-изопропилподокарпа-7,13-диен-15-овая кислота
Неоабиетиновая кислота
Дегидроабиетиновая кислота
Палюстровая кислота
Левопимаровая кислота

Кислоты пимарового типа

пимаровая кислота
- пимара-8(14),15-диен-18-овая кислота
изопимаровые кислоты

Производство таллового масла (побочный продукт варки целлюлозы)

Коммерческое производство химической целлюлозы сорта древесной массы с использованием процессов крафт-химической целлюлозы приводит к выделению смоляных кислот. Крафт -процесс проводится в сильнощелочных условиях с использованием гидроксида натрия , сульфида натрия и гидросульфида натрия . Эти основания нейтрализуют смоляные кислоты, превращая их в соответствующие натриевые соли, абиетат натрия ((CH ₃ ) ₄ C ₁₅ H ₁₇ COONa), пимарат натрия ((CH ₃ ) ₃ (CH ₂ )C ₁₅ H ₂₃ COONa) и т. д. на. В этой форме соли натрия плохо нерастворимы и, имея меньшую плотность, чем отработанный технологический щелок, всплывают на поверхность резервуаров для хранения в процессе концентрирования в виде студенистой пастообразной жидкости, называемой крафт-мылом (также называемым смоляным мылом). ). ^[2]

Крафт-мыло можно повторно нейтрализовать серной кислотой для восстановления кислотных форм абиетиновой кислоты , пальмитиновой кислоты и родственных компонентов смоляной кислоты. Эта очищенная смесь называется талловым маслом . Другие основные компоненты включают жирные кислоты и неомыляемые стерины .

Смолистые кислоты из-за того же защитного свойства, которое они обеспечивают деревьям, откуда они происходят, также оказывают токсическое воздействие на очистные сооружения на предприятиях по производству целлюлозы. Кроме того, любые остаточные смоляные кислоты, проходящие через очистные сооружения, повышают токсичность потока, сбрасываемого в принимающие воды.

Вариации в зависимости от вида и биогеоклиматической зоны.

Химический состав таллового масла варьируется в зависимости от породы деревьев, используемых для производства целлюлозы, и, в свою очередь, от географического положения. Например, в прибрежных районах юго-востока США высока доля сосны Слэш ( Pinus elliottii ); во внутренних районах того же региона преобладает сосна Лоблолли ( Pinus taeda ). Сосна Слэш обычно содержит более высокую концентрацию смоляных кислот, чем сосна Лоблолли.

В целом талловое масло, производимое в прибрежных районах юго-востока США, содержит более 40% смоляных кислот, а иногда и 50% и более. Фракция жирных кислот обычно ниже, чем смоляных кислот, а неомыляемые вещества составляют 6-8%. Дальше на север, в Вирджинии , где преобладают сосна смолистая ( Pinusrigida ) и сосна коротколистная ( Pinus echinata ), содержание смоляных кислот снижается до 30-35% с соответствующим увеличением содержания жирных кислот.

В Канаде , где заводы перерабатывают сосну лоджполовую ( Pinus contorta ) во внутренних районах Британской Колумбии и Альберты , от Джека Пайна ( Pinus Banksiana ), от Альберты до Квебека , а также сосну восточную белую ( Pinus strobus ) и красную сосну ( Pinus Reinosa ), от Онтарио до Нью-Брансуика , Уровень смоляной кислоты обычно составляет 25%, а содержание неомыляемых веществ - 12-25%. Подобные вариации можно найти в других частях Соединенных Штатов и в других странах. Например, в Финляндии , Швеции и России содержание смоляной кислоты сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris ) может варьироваться от 20 до 50%, жирных кислот от 35 до 70%, а неомыляемых веществ от 6 до 30%.

Безопасность

Смоляные кислоты очень плохо растворимы в воде (миллиграммы на литр) и обладают низкой острой токсичностью. ^[3]

Дальнейшее чтение

обсуждение раннего этапа этой области: Цейсс, Гарольд Х. (1948). «Химия смоляных кислот». Химические обзоры . 42 (1): 163–187. дои : 10.1021/cr60131a004 . ПМИД 18904922 . </ref>

Ссылки

^ Фибах, Клеменс; Гримм, Дитер (2000). «Смолы натуральные». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a23_073 . ISBN 3-527-30673-0 .
^ Норлин, Ларс-Хьюго (2000). «Талловое масло». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a26_057 . ISBN 978-3-527-30385-4 .
^ Пэн, Гуомей; Робертс, Джон К. (2000). «Растворимость и токсичность смоляных кислот». Исследования воды . 34 (10): 2779–2785. Бибкод : 2000WatRe..34.2779P . дои : 10.1016/s0043-1354(99)00406-6 .

[1] Фибах, Клеменс; Гримм, Дитер (2000). «Смолы натуральные». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a23_073 . ISBN 3-527-30673-0 .

[2] Норлин, Ларс-Хьюго (2000). «Талловое масло». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a26_057 . ISBN 978-3-527-30385-4 .

[3] Пэн, Гуомей; Робертс, Джон К. (2000). «Растворимость и токсичность смоляных кислот». Исследования воды . 34 (10): 2779–2785. Бибкод : 2000WatRe..34.2779P . дои : 10.1016/s0043-1354(99)00406-6 .

[1]

[2]

[3]