Целлюлоза
Идентификаторы | |
---|---|
ХЭМБЛ | |
ХимическийПаук |
|
Информационная карта ECHA | 100.029.692 |
Номер ЕС |
|
номер Е | Е460 (загустители, ...) |
КЕГГ | |
ПабХим CID
|
|
НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
Характеристики | |
( С 12 ч. 20 О 10 ) н | |
Молярная масса | 162,1406 г/моль на единицу глюкозы |
Появление | белый порошок |
Плотность | 1,5 г/см 3 |
Температура плавления | 260–270 °С; 500–518 ° F; 533–543 К (разлагается) [ 2 ] |
никто | |
Термохимия | |
Стандартная энтальпия
образование (Δ f H ⦵ 298 ) |
−963 кДж/моль [ нужны разъяснения ] |
Стандартная энтальпия
горение (Δ c H ⦵ 298 ) |
−2828 кДж/моль [ нужны разъяснения ] |
Опасности | |
NFPA 704 (огненный алмаз) | |
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
ПЭЛ (допустимо)
|
СВВ 15 мг/м 3 (всего) TWA 5 мг/м 3 (соответственно) [ 2 ] |
РЕЛ (рекомендуется)
|
СВВ 10 мг/м 3 (всего) TWA 5 мг/м 3 (соответственно) [ 2 ] |
IDLH (Непосредственная опасность)
|
без даты [ 2 ] |
Родственные соединения | |
Родственные соединения
|
Крахмал |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
|
Целлюлоза представляет собой соединение формулы органическое ( C
66Ч
10 О
5 )
n , полисахарид , состоящий из линейной цепи от нескольких сотен до многих тысяч β(1→4) связанных D -глюкозы . единиц [ 3 ] [ 4 ] Целлюлоза — важный структурный компонент первичной клеточной стенки зеленых растений , многих форм водорослей и оомицетов . Некоторые виды бактерий выделяют его с образованием биопленок . [ 5 ] Целлюлоза — самый распространенный органический полимер на Земле. [ 6 ] Содержание целлюлозы в хлопковом волокне составляет 90 %, в древесном — 40–50 %, в сушеной конопле — около 57 %. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
Целлюлоза в основном используется для производства картона и бумаги . Меньшие количества перерабатываются в широкий спектр производных продуктов, таких как целлофан и вискоза . Преобразование целлюлозы из энергетических культур в биотопливо, такое как целлюлозный этанол, разрабатывается в качестве возобновляемого источника топлива . Целлюлозу для промышленного использования получают в основном из древесной массы и хлопка . [ 6 ] На целлюлозу также сильно влияет прямое взаимодействие с некоторыми органическими жидкостями. [ 10 ]
Некоторые животные, особенно жвачные и термиты , могут переваривать целлюлозу с помощью симбиотических микроорганизмов, живущих в их кишечнике, таких как трихонимфа . В питании человека целлюлоза представляет собой неперевариваемый компонент нерастворимых пищевых волокон , действующий как гидрофильный наполнитель для фекалий и потенциально способствующий дефекации .
История
[ редактировать ]Целлюлоза была открыта в 1838 году французским химиком Ансельмом Пайеном , который выделил ее из растительного сырья и определил ее химическую формулу. [ 3 ] [ 11 ] [ 12 ] Целлюлоза была использована для производства первого успешного термопластичного полимера , целлулоида , компанией Hyatt Manufacturing Company в 1870 году. Производство вискозы («искусственного шелка ») из целлюлозы началось в 1890-х годах, а целлофан был изобретен в 1912 году. Герман Штаудингер определил полимерную структуру целлюлозы. в 1920 году. Соединение было впервые химически синтезировано (без использования каких-либо ферментов биологического происхождения ) в 1992, Кобаяши и Шода. [ 13 ]
Структура и свойства
[ редактировать ]Целлюлоза не имеет вкуса, запаха, гидрофильна с углом смачивания 20–30 градусов. [ 14 ] нерастворим в воде и большинстве органических растворителей , является хиральным и биоразлагаемым . было показано, что он плавится при температуре 467 °C. В ходе импульсных испытаний, проведенных Дауэнхауэром и др., (2016). [ 15 ] Его можно химически разложить на глюкозные единицы, обработав его концентрированными минеральными кислотами при высокой температуре. [ 16 ]
Целлюлоза образуется из единиц D -глюкозы , которые конденсируются посредством β(1→4) -гликозидных связей . Этот мотив связи контрастирует с мотивом α(1→4)-гликозидных связей, присутствующих в крахмале и гликогене . Целлюлоза представляет собой полимер с прямой цепью. В отличие от крахмала, не происходит скручивания или разветвления, и молекула принимает вытянутую и довольно жесткую стержнеобразную конформацию, чему способствует экваториальная конформация остатков глюкозы. Множественные гидроксильные группы глюкозы из одной цепи образуют водородные связи с атомами кислорода в той же или соседней цепи, прочно удерживая цепи бок о бок и образуя микрофибриллы с высокой прочностью на разрыв . Это придает прочность на растяжение клеточным стенкам , где микрофибриллы целлюлозы вплетены в полисахаридный матрикс . Высокая прочность на разрыв стеблей растений и древесины деревьев также обусловлена расположением целлюлозных волокон, плотно распределенных в матрице лигнина . Механическую роль целлюлозных волокон в древесной матрице, ответственную за ее сильную структурную прочность, можно в некоторой степени сравнить с ролью арматурные стержни в бетоне , лигнин здесь играет роль затвердевшего цементного теста, действующего как «клей» между целлюлозными волокнами. Механические свойства целлюлозы в первичной клеточной стенке растений коррелируют с ростом и расширением растительных клеток. [ 17 ] Методы живой флуоресцентной микроскопии перспективны для изучения роли целлюлозы в растущих растительных клетках. [ 18 ]
По сравнению с крахмалом целлюлоза гораздо более кристаллична . В то время как крахмал претерпевает кристаллический переход в аморфное при нагревании в воде выше 60–70 ° C (как при кулинарии), целлюлоза требует температуры 320 ° C и давления 25 МПа , чтобы стать аморфной в воде. [ 19 ]
Известно несколько типов целлюлозы. Эти формы различают по расположению водородных связей между нитями и внутри них. Природная целлюлоза представляет собой целлюлозу I со структурами Iα и Iβ . Целлюлоза, вырабатываемая бактериями и водорослями, обогащена Iα , тогда как целлюлоза высших растений состоит в основном из Iβ . Целлюлоза в регенерированных целлюлозных волокнах представляет собой целлюлозу II. Превращение целлюлозы I в целлюлозу II необратимо, что позволяет предположить, что целлюлоза I метастабильна , а целлюлоза II стабильна. С помощью различных химических обработок можно получить структуры целлюлозы III и целлюлозы IV. [ 20 ]
Многие свойства целлюлозы зависят от длины ее цепи или степени полимеризации , количества единиц глюкозы, входящих в состав одной молекулы полимера. Целлюлоза из древесной массы имеет типичную длину цепей от 300 до 1700 звеньев; хлопок и другие растительные волокна, а также бактериальная целлюлоза имеют длину цепей от 800 до 10 000 единиц. [ 6 ] Молекулы с очень маленькой длиной цепи, образующиеся в результате распада целлюлозы, известны как целлодекстрины ; В отличие от длинноцепочечной целлюлозы целлодекстрины обычно растворимы в воде и органических растворителях.
Химическая формула целлюлозы: (C 6 H 10 O 5 ) n , где n — степень полимеризации и представляет собой количество глюкозных групп. [ 21 ]
Целлюлоза растительного происхождения обычно находится в смеси с гемицеллюлозой , лигнином , пектинами и другими веществами, тогда как бактериальная целлюлоза достаточно чистая, имеет гораздо большее содержание воды и более высокую прочность на разрыв из-за большей длины цепей. [ 6 ] : 3384
Целлюлоза состоит из фибрилл с кристаллическими и аморфными участками. Эти целлюлозные фибриллы можно индивидуализировать путем механической обработки целлюлозной массы, часто сопровождаемой химическим окислением или ферментативной обработкой, с получением полугибких целлюлозных нанофибрилл обычно длиной от 200 нм до 1 мкм в зависимости от интенсивности обработки. [ 22 ] Целлюлозную массу также можно обработать сильной кислотой для гидролиза аморфных участков фибрилл, в результате чего образуются короткие жесткие нанокристаллы целлюлозы длиной несколько 100 нм. [ 23 ] Эти наноцеллюлозы представляют большой технологический интерес из-за их самосборки в холестерические жидкие кристаллы . [ 24 ] производство гидрогелей или аэрогелей , [ 25 ] использование в нанокомпозитах с превосходными термическими и механическими свойствами, [ 26 ] и использовать в качестве Пикеринга стабилизаторов для эмульсий . [ 27 ]
Обработка
[ редактировать ]Биосинтез
[ редактировать ]У растений целлюлоза синтезируется на плазматической мембране розетко-терминальными комплексами (РТК). RTC представляют собой гексамерные белковые структуры примерно 25 нм диаметром , которые содержат ферменты целлюлозосинтазы , синтезирующие отдельные цепи целлюлозы. [ 28 ] Каждый RTC плавает в плазматической мембране клетки и «вкручивает» микрофибриллу в клеточную стенку .
RTC содержат по крайней мере три различные целлюлозосинтазы , кодируемые генами CesA ( Ces — сокращение от «целлюлозосинтаза»), в неизвестной стехиометрии . [ 29 ] Отдельные наборы генов CesA участвуют в биосинтезе первичной и вторичной клеточной стенки. Известно, что в суперсемействе CesA растений существует около семи подсемейств , некоторые из которых включают более загадочные ферменты с предварительным названием Csl (целлюлозо-синтазоподобные). В этих синтезах целлюлозы используется УДФ-глюкоза для образования β(1→4)-связанной целлюлозы. [ 30 ]
Бактериальная целлюлоза производится с использованием того же семейства белков, хотя во многих случаях этот ген называется BcsA (синтаза бактериальной целлюлозы) или CelA (целлюлоза). [ 31 ] Фактически, растения приобрели CesA в результате эндосимбиоза, в результате которого образовались хлоропласты . [ 32 ] Все известные целлюлозосинтазы принадлежат к семейству глюкозилтрансфераз 2 (GT2). [ 31 ]
Синтез целлюлозы требует инициирования и удлинения цепи, и эти два процесса различны. Целлюлозосинтаза ( CesA ) инициирует полимеризацию целлюлозы с использованием стероидного праймера, ситостерин -бета- глюкозида и УДФ-глюкозы. Затем он использует предшественники UDP -D-глюкозы для удлинения растущей целлюлозной цепи. Целлюлаза может отщеплять праймер от зрелой цепи. [ 33 ]
также синтезируют оболочники животных, особенно в панцирях асцидий Целлюлозу (где целлюлозу исторически называли «туницином» (туницином)). [ 34 ]
Распад (целлюлозолиз)
[ редактировать ]Целлюлолиз — это процесс расщепления целлюлозы на более мелкие полисахариды, называемые целлодекстринами , или полностью на глюкозы единицы ; это реакция гидролиза . Поскольку молекулы целлюлозы прочно связываются друг с другом, целлюлолиз относительно сложен по сравнению с расщеплением других полисахаридов . [ 35 ] Однако этот процесс можно существенно интенсифицировать в подходящем растворителе , например в ионной жидкости . [ 36 ]
Большинство млекопитающих имеют ограниченную способность переваривать пищевые волокна, такие как целлюлоза. Некоторые жвачные животные , такие как коровы и овцы, содержат симбиотические анаэробные бактерии (такие как Cellulomonas и Ruminococcus spp. во флоре рубца определенные ) , и эти бактерии вырабатывают ферменты, называемые целлюлазами , которые гидролизуют целлюлозу. Продукты распада затем используются бактериями для размножения. [ 37 ] Бактериальная масса позже переваривается жвачными животными в пищеварительной системе ( желудке и тонком кишечнике ). Лошади используют целлюлозу в своем рационе путем ферментации в задней кишке . [ 38 ] Некоторые термиты содержат в своих задних кишечниках определенные жгутиковые простейшие, продуцирующие такие ферменты, тогда как другие содержат бактерии или могут вырабатывать целлюлазу. [ 39 ]
Ферменты, используемые для расщепления гликозидной связи в целлюлозе, представляют собой гликозидгидролазы, в том числе эндодействующие целлюлазы и экзодействующие глюкозидазы . Такие ферменты обычно секретируются в составе мультиферментных комплексов, которые могут включать докерины и углеводсвязывающие модули . [ 40 ]
Распад (термолиз)
[ редактировать ]При температуре выше 350 °C целлюлоза подвергается термолизу (также называемому пиролизом ), разлагаясь на твердый уголь , пары, аэрозоли и газы, такие как углекислый газ . [ 41 ] Максимальный выход паров, которые конденсируются в жидкость, называемую биомаслом, достигается при 500 °C. [ 42 ]
Полукристаллические полимеры целлюлозы реагируют при температуре пиролиза (350–600 ° C) в течение нескольких секунд; Было показано, что это преобразование происходит посредством перехода из твердого состояния в жидкость и в пар, при этом жидкость (называемая промежуточной жидкой целлюлозой или расплавленной целлюлозой ) существует лишь доли секунды. [ 43 ] Расщепление гликозидных связей приводит к образованию коротких целлюлозных цепей, состоящих из двух-семи мономеров , составляющих расплав. Барботирование пара промежуточной жидкой целлюлозы дает аэрозоли , которые состоят из ангидроолигомеров с короткой цепью, полученных из расплава. [ 44 ]
Продолжающееся разложение расплавленной целлюлозы приводит к образованию летучих соединений, включая левоглюкозан , фураны , пираны , легкие оксигенаты и газы, в результате первичных реакций. [ 45 ] В образцах толстой целлюлозы летучие соединения, такие как левоглюкозан, подвергаются «вторичным реакциям» с летучими продуктами, включая пираны и легкие оксигенаты, такие как гликольальдегид . [ 46 ]
Гемицеллюлоза
[ редактировать ]Гемицеллюлозы — это полисахариды, родственные целлюлозе, составляющие около 20% биомассы наземных растений . В отличие от целлюлозы, гемицеллюлозы, помимо глюкозы , производятся из нескольких сахаров , особенно ксилозы , но также включают маннозу , галактозу , рамнозу и арабинозу . Гемицеллюлозы состоят из более коротких цепочек – от 500 до 3000 сахарных единиц. [ 47 ] Кроме того, гемицеллюлозы разветвлены, тогда как целлюлоза неразветвлена.
Регенерированная целлюлоза
[ редактировать ]Целлюлоза растворима в нескольких видах сред, некоторые из которых являются основой коммерческих технологий. Эти процессы растворения обратимы и используются при производстве регенерированной целлюлозы (например, вискозы и целлофана ) из растворимой целлюлозы .
Наиболее важным солюбилизирующим агентом является сероуглерод в присутствии щелочи. Другие агенты включают реагент Швейцера , N -метилморфолина N -оксид и хлорид лития в диметилацетамиде . Как правило, эти агенты модифицируют целлюлозу, делая ее растворимой. Затем агенты удаляются одновременно с образованием волокон. [ 48 ] Целлюлоза также растворима во многих видах ионных жидкостей . [ 49 ]
История регенерированной целлюлозы часто упоминается как начало Джорджа Одемара, который впервые произвел регенерированные нитроцеллюлозные волокна в 1855 году. [ 50 ] Хотя эти волокна были мягкими и прочными, напоминая шелк, у них был недостаток: они были легко воспламеняемыми. Илер де Шардонне усовершенствовал производство нитроцеллюлозных волокон, но производство этих волокон по его способу было относительно неэкономичным. [ 50 ] В 1890 году Л. Х. Деспеисси изобрел медно-аммониевый процесс , в котором для растворения целлюлозы используется медно-аммонийный раствор – метод, который до сих пор используется для производства искусственного шелка . [ 51 ] В 1891 году было обнаружено, что обработка целлюлозы щелочью и сероуглеродом приводит к образованию растворимого производного целлюлозы, известного как вискоза . [ 50 ] Этот процесс, запатентованный основателями компании Viscose Development Company, является наиболее широко используемым методом производства продуктов из регенерированной целлюлозы. Курто приобрел патенты на этот процесс в 1904 году, что привело к значительному росту производства вискозного волокна. [ 52 ] К 1931 году истечение срока действия патентов на вискозный процесс привело к его распространению во всем мире. Мировое производство регенерированного целлюлозного волокна достигло пика в 1973 году и составило 3 856 000 тонн. [ 50 ]
Регенерированную целлюлозу можно использовать для производства самых разнообразных продуктов. Хотя первое применение регенерированной целлюлозы было в качестве текстиля для одежды , этот класс материалов также используется в производстве одноразовых медицинских устройств, а также при изготовлении искусственных мембран . [ 52 ]
Сложные и простые эфиры целлюлозы
[ редактировать ]Гидроксильные и группы (-OH) целлюлозы могут частично или полностью вступать в реакцию с различными реагентами с получением производных с полезными свойствами, такими как, главным образом, сложные эфиры целлюлозы простые эфиры целлюлозы ( -OR). В принципе, хотя и не всегда в современной промышленной практике, целлюлозные полимеры являются возобновляемыми ресурсами.
Производные сложных эфиров включают:
Эфир целлюлозы | Реагент | Пример | Реагент | Группа Р |
---|---|---|---|---|
Органические эфиры | Органические кислоты | Ацетат целлюлозы | Уксусная кислота и уксусный ангидрид | H или -(C=O)CH 3 |
Триацетат целлюлозы | Уксусная кислота и уксусный ангидрид | −(С=О)СН 3 | ||
Целлюлоза пропионат | Пропионовая кислота | H или -(C=O)CH 2 CH 3 | ||
Ацетат пропионат целлюлозы (CAP) | Уксусная кислота и пропановая кислота | H или -(C=O)CH 3 или -(C=O)CH 2 CH 3 | ||
Ацетат-бутират целлюлозы (CAB) | Уксусная кислота и масляная кислота | H или -(C=O)CH 3 или -(C=O)CH 2 CH 2 CH 3 | ||
Неорганические эфиры | Неорганические кислоты | Нитроцеллюлоза (нитрат целлюлозы) | Азотная кислота или другой мощный нитрующий агент. | Н или −NO 2 |
Сульфат целлюлозы | Серная кислота или другой мощный сульфатирующий агент. | H или −SO 3 H |
Ацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы представляют собой пленко- и волокнообразующие материалы, которые находят множество применений. Нитроцеллюлоза первоначально использовалась в качестве взрывчатого вещества и была одним из первых пленкообразующих материалов. При пластификации камфорой нитроцеллюлоза дает целлулоид .
Эфир целлюлозы [ 53 ] производные включают в себя:
Эфиры целлюлозы | Реагент | Пример | Реагент | Группа R = H или | Растворимость в воде | Приложение | номер Е |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Алкил | Галогеналканы | Метилцеллюлоза | хлорметан | −СН 3 | Растворимый в холодной/горячей воде [ 54 ] | Е461 | |
Этилцеллюлоза (ЭК) | хлорэтан | −СН 2 СН 3 | Водонерастворимый | Коммерческий термопласт, используемый в покрытиях, чернилах, связующих веществах и таблетках лекарств с контролируемым высвобождением. [ 55 ] | Е462 | ||
Этилметилцеллюлоза | Хлорметан и хлорэтан | -СН 3 или -СН 2 СН 3 | Е465 | ||||
Гидроксиалкил | Эпоксиды | Гидроксиэтилцеллюлоза | Оксид этилена | −СН 2 СН 2 ОН | Растворимый в холодной/горячей воде | Желирующий и загуститель [ 56 ] | |
Гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ) | Оксид пропилена | −СН 2 СН(ОН)СН 3 | Растворимый в холодной воде | пленочные свойства, свойства покрытия, фармацевтика, реставрация культурного наследия, электронные приложения, косметический сектор [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] | Е463 | ||
Гидроксиэтилметилцеллюлоза | Хлорметан и оксид этилена | −CH 3 или −CH 2 CH 2 OH | Растворимый в холодной воде | Производство целлюлозных пленок | |||
Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) | Хлорметан и оксид пропилена | −CH 3 или −CH 2 CH(OH)CH 3 | Растворимый в холодной воде | Модификатор вязкости, гелеобразователь, пенообразователь и связующий агент. | Е464 | ||
Этилгидроксиэтилцеллюлоза | Хлорэтан и оксид этилена | −CH 2 CH 3 или −CH 2 CH 2 OH | Е467 | ||||
Карбоксиалкил | Галогенированные карбоновые кислоты | Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) | Хлороуксусная кислота | −СН 2 СООН | Растворимый в холодной/горячей воде | Часто используется в качестве натриевой соли , натрийкарбоксиметилцеллюлозы (NaCMC). | Е466 |
Карбоксиметилцеллюлозу натрия можно сшить с получением кроскармеллозы натрия (Е468) для использования в качестве разрыхлителя в фармацевтических составах. Кроме того, путем ковалентного присоединения тиоловых групп к простым эфирам целлюлозы, таким как натрийкарбоксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза или гидроксиэтилцеллюлоза, мукоадгезивные свойства и свойства, усиливающие проницаемость. могут быть приданы [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] Тиолированные производные целлюлозы (см. Тиомеры ) также проявляют высокие свойства связывания ионов металлов. [ 65 ] [ 66 ]
Коммерческие приложения
[ редактировать ]Целлюлозу для промышленного использования получают в основном из древесной массы и хлопка . [ 6 ]
- Бумажная продукция: Целлюлоза является основным компонентом бумаги , картона и картона . Электроизоляционная бумага : Целлюлоза используется в различных формах в качестве изоляции в трансформаторах, кабелях и другом электрооборудовании. [ 67 ]
- Волокна: Целлюлоза является основным ингредиентом текстиля . Хлопок и синтетика (нейлон) занимают около 40% рынка по объему. Другие растительные волокна (джут, сизаль, конопля) составляют около 20% рынка. Вискоза , целлофан и другие «регенерированные целлюлозные волокна » составляют небольшую часть (5%).
- Расходные материалы: Микрокристаллическая целлюлоза ( E460i ) и порошкообразная целлюлоза (E460ii) используются в качестве неактивных наполнителей в таблетках лекарственных средств. [ 68 ] и широкий спектр растворимых производных целлюлозы, номера E от E461 до E469, используются в качестве эмульгаторов, загустителей и стабилизаторов в обработанных пищевых продуктах. Например, порошок целлюлозы используется в плавленых сырах для предотвращения слеживания внутри упаковки. Целлюлоза естественным образом встречается в некоторых продуктах питания и является добавкой в промышленных продуктах, внося неперевариваемый компонент, используемый для текстуры и объема, потенциально способствуя дефекации . [ 69 ]
- Строительный материал: Гидроксильные связи целлюлозы в воде позволяют получить распыляемый формовочный материал в качестве альтернативы использованию пластмасс и смол. Перерабатываемый материал можно сделать водо- и огнестойким. Он обеспечивает достаточную прочность для использования в качестве строительного материала. [ 70 ] Целлюлозная изоляция, изготовленная из переработанной бумаги, становится популярной как экологически предпочтительный материал для изоляции зданий . Его можно обработать борной кислотой в качестве антипирена .
- Разное: Целлюлозу можно превратить в целлофан , тонкую прозрачную пленку. Это основной материал для целлулоида , который использовался для фото- и кинопленок до середины 1930-х годов. Целлюлоза используется для производства водорастворимых клеев и связующих, таких как метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза , которые используются в обойном клее . Целлюлоза далее используется для изготовления гидрофильных и хорошо впитывающих губок . Целлюлоза является сырьем для производства нитроцеллюлозы (нитрата целлюлозы), которая используется в бездымном порохе .
- Фармацевтические препараты. Производные целлюлозы, такие как микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ), обладают преимуществами удержания воды, будучи стабилизатором и загустителем , а также укрепляют таблетки с лекарственными средствами. [ 71 ]
Желательный
[ редактировать ]Энергетические культуры:
Основным горючим компонентом непищевых энергетических культур является целлюлоза, на втором месте – лигнин . Непродовольственные энергетические культуры производят больше полезной энергии, чем съедобные энергетические культуры (в которых содержится большое количество крахмала ), но по-прежнему конкурируют с продовольственными культурами за сельскохозяйственные земли и водные ресурсы. [ 72 ] Типичные непищевые энергетические культуры включают техническую коноплю , просо , мискантус , Salix ( ива ) и Populus ( тополь ). Штамм бактерий Clostridium , обнаруженный в навозе зебры, может превращать практически любую форму целлюлозы в бутаноловое топливо . [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]
Другое возможное применение — средства от насекомых . [ 77 ]
См. также
[ редактировать ]- Глюконовая кислота
- Изосахариновая кислота — продукт распада целлюлозы.
- Лигнин
- Зеоформ
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Нисияма Ю., Ланган П., Чанзи Х. (2002). «Кристаллическая структура и система водородных связей в целлюлозе Iβ по данным синхротронного рентгеновского излучения и дифракции нейтронного волокна». Дж. Ам. хим. Соц . 124 (31): 9074–9082. дои : 10.1021/ja0257319 . ПМИД 12149011 .
- ^ Jump up to: а б с д Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0110» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Jump up to: а б Кроуфорд, РЛ (1981). Биодеградация и трансформация лигнина . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-05743-7 .
- ^ Апдеграф Д.М. (1969). «Полумикроопределение целлюлозы в биологических материалах». Аналитическая биохимия . 32 (3): 420–424. дои : 10.1016/S0003-2697(69)80009-6 . ПМИД 5361396 .
- ^ Ромео Т. (2008). Бактериальные биопленки . Берлин: Шпрингер. стр. 258–263. ISBN 978-3-540-75418-3 .
- ^ Jump up to: а б с д и Клемм Д., Хойблен, Бриджит, Финк, Ханс-Петер, Бон, Андреас (2005). «Целлюлоза: увлекательный биополимер и устойчивое сырье». Энджью. хим. Межд. Эд . 44 (22): 3358–3393. дои : 10.1002/anie.200460587 . ПМИД 15861454 .
- ^ Целлюлоза. (2008). В Британской энциклопедии . Получено 11 января 2008 г. из Британской энциклопедии Online.
- ^ Химический состав древесины . Архивировано 13 октября 2018 года в Wayback Machine . ipst.gatech.edu.
- ^ Пиотровски, Стефан и Карус, Майкл (май 2011 г.) Многокритериальная оценка лигноцеллюлозных нишевых культур для использования в процессах биопереработки. Архивировано 3 апреля 2021 г. в Wayback Machine . nova-Institut GmbH, Хюрт, Германия.
- ^ Мантанис Г.И., Янг Р.А., Роуэлл Р.М. (1995). «Набухание спрессованных полотен из целлюлозных волокон в органических жидкостях». Целлюлоза . 2 (1): 1–22. дои : 10.1007/BF00812768 . ISSN 0969-0239 .
- ^ Пайен, А. (1838) «Mémoire sur la Composition du tissu propre des plantes et du ligneux» (Мемуары о составе тканей растений и древесного [материала]), Comptes rendus , vol. 7, стр. 1052–1056. Пайен добавил к этой бумаге приложения 24 декабря 1838 г. (см.: Comptes rendus , т. 8, стр. 169 (1839)) и 4 февраля 1839 г. (см.: Comptes rendus , т. 9, стр. 149 (1839)). ). Комитет Французской академии наук рассмотрел выводы Пайена в: Жан-Батист Дюма (1839) «Rapport sur un mémoire de M. Payen, reltes rendus , vol. 8, pp. 51–53. В этом отчете слово» «целлюлоза» и автор указывает на сходство эмпирической формулы целлюлозы и формулы «декстрина» (крахмала). Вышеуказанные статьи перепечатаны в: Броньяр и Гиймен, ред., Annales des Sciences naturallles ..., 2-я серия. , том 11 (Париж, Франция: Crochard et Cie., 1839), [ https://books.google.com/books?id=VDRsFWwgUo4C&pg=PA21 С. 21–31].
- ^ Молодой Р. (1986). Модификация структуры и гидролиз целлюлозы . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-82761-0 .
- ^ Кобаяши С, Касива, Кейта, Симада, Дзюнджи, Кавасаки, Тацуя, Шода, Синитиро (1992). «Ферментативная полимеризация: первый синтез целлюлозы in vitro небиосинтетическим путем, катализируемым целлюлазой». Макромолекулярная химия. Макромолекулярные симпозиумы . 54–55 (1): 509–518. дои : 10.1002/masy.19920540138 .
- ^ Бишоп, Чарльз А., изд. (2007). Вакуумное осаждение на полотна, пленки и фольгу . Эльзевир Наука. п. 165. ИСБН 978-0-8155-1535-7 .
- ^ Дауэнхауэр П., Крумм С., Пфаендтнер Дж. (2016). «Фильмы с миллисекундным импульсом объединяют механизмы фрагментации целлюлозы». Химия материалов . 28 (1): 0001. doi : 10.1021/acs.chemmater.6b00580 . ОСТИ 1865816 .
- ^ Ваймер CE (1994). «Этанол из лигноцеллюлозной биомассы: технология, экономика и возможности». Биоресурсные технологии . 50 (1): 5. Бибкод : 1994BiTec..50....3W . дои : 10.1016/0960-8524(94)90214-3 .
- ^ Биденди А.Дж., Гейтманн А. (январь 2016 г.). «О механических свойствах первичной клеточной стенки растений» (PDF) . Журнал экспериментальной ботаники . 67 (2): 449–461. дои : 10.1093/jxb/erv535 . ПМИД 26689854 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 января 2018 г.
- ^ Биденди А.Дж., Чебли Й., Гейтманн А. (май 2020 г.). «Флуоресцентная визуализация целлюлозы и пектина в первичной клеточной стенке растений». Журнал микроскопии . 278 (3): 164–181. дои : 10.1111/jmi.12895 . ПМИД 32270489 . S2CID 215619998 .
- ^ Дегучи С., Цудзи К., Хорикоши К. (2006). «Приготовление целлюлозы в горячей и сжатой воде». Химические коммуникации (31): 3293–5. дои : 10.1039/b605812d . ПМИД 16883414 .
- ↑ Структура и морфология целлюлозы. Архивировано 26 апреля 2009 г. в Wayback Machine Сержем Пересом и Уильямом Маки, CERMAV- CNRS , 2001. Глава IV.
- ^ Чен Х (2014). «Химический состав и структура природной лигноцеллюлозы». Биотехнология лигноцеллюлозы: теория и практика (PDF) . Дордрехт: Спрингер. стр. 25–71. ISBN 978-94-007-6897-0 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 декабря 2016 г.
- ^ Сайто Т., Кимура С., Нисияма Ю., Исогай А. (август 2007 г.). «Целлюлозные нановолокна, полученные путем TEMPO-опосредованного окисления нативной целлюлозы» . Биомакромолекулы . 8 (8): 2485–2491. дои : 10.1021/bm0703970 . ПМИД 17630692 . Архивировано из оригинала 7 апреля 2020 года . Проверено 7 апреля 2020 г.
- ^ Пэн, Б.Л., Дхар, Н., Лю, Х.Л., Тэм, К.К. (2011). «Химия и применение нанокристаллической целлюлозы и ее производных: взгляд на нанотехнологии» (PDF) . Канадский журнал химической инженерии . 89 (5): 1191–1206. doi : 10.1002/cjce.20554 . Архивировано из оригинала (PDF) 24 октября 2016 года . Проверено 28 августа 2012 г.
- ^ Револ Дж. Ф., Брэдфорд Х., Гиассон Дж., Маршессо Р., Грей Д. (июнь 1992 г.). «Геликоидное самоупорядочение микрофибрилл целлюлозы в водной суспензии» . Международный журнал биологических макромолекул . 14 (3): 170–172. дои : 10.1016/S0141-8130(05)80008-X . ПМИД 1390450 . Архивировано из оригинала 7 апреля 2020 года . Проверено 7 апреля 2020 г.
- ^ Де Франс К.Дж., Хоар Т., Крэнстон Э.Д. (26 апреля 2017 г.). «Обзор гидрогелей и аэрогелей, содержащих наноцеллюлозу» . Химия материалов . 29 (11): 4609–4631. doi : 10.1021/acs.chemmater.7b00531 .
- ^ Прэнгер Л., Танненбаум Р. (2008). «Нанокомпозиты на биологической основе, полученные путем полимеризации in situ фурфурилового спирта с усами целлюлозы или монтмориллонитовой глины» . Макромолекулы . 41 (22): 8682–8687. Бибкод : 2008МаМол..41.8682P . дои : 10.1021/ma8020213 . Архивировано из оригинала 30 декабря 2023 года . Проверено 19 июня 2023 г.
- ^ Калашникова И., Бизо Х., Катала Б., Капрон И. (21 июня 2011 г.). «Новые эмульсии Пикеринга, стабилизированные нанокристаллами бактериальной целлюлозы». Ленгмюр . 27 (12): 7471–7479. дои : 10.1021/la200971f . ПМИД 21604688 .
- ^ Кимура С., Лаосинчай В., Ито Т., Цуй Икс, Линдер Ч.Р., Браун-младший Р.М. (1999). «Иммунозолотое мечение розетовидных концевых целлюлозо-синтезирующих комплексов в сосудистом растении vigna angularis» . Растительная клетка . 11 (11): 2075–86. дои : 10.2307/3871010 . JSTOR 3871010 . ПМК 144118 . ПМИД 10559435 .
- ^ Тейлор Н.Г. (2003). «Взаимодействия между тремя различными белками CesA, необходимыми для синтеза целлюлозы» . Труды Национальной академии наук . 100 (3): 1450–1455. Бибкод : 2003PNAS..100.1450T . дои : 10.1073/pnas.0337628100 . ПМК 298793 . ПМИД 12538856 .
- ^ Ричмонд, штат Техас, Сомервилл, Чехия (октябрь 2000 г.). «Суперсемейство целлюлозосинтазы» . Физиология растений . 124 (2): 495–498. дои : 10.1104/стр.124.2.495 . ПМЦ 1539280 . ПМИД 11027699 .
- ^ Jump up to: а б Омаджела О, Нарахари А, Струмилло Дж, Мелида Х, Мазур О, Булоне В и др. (29 октября 2013 г.). «BcsA и BcsB образуют каталитически активное ядро бактериальной целлюлозосинтазы, достаточное для синтеза целлюлозы in vitro» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (44): 17856–61. Бибкод : 2013PNAS..11017856O . дои : 10.1073/pnas.1314063110 . ПМЦ 3816479 . ПМИД 24127606 .
- ^ Поппер З.А., Мишель Г., Эрве С., Домозич Д.С., Уиллатс В.Г., Туохи М.Г. и др. (2011). «Эволюция и разнообразие стенок растительных клеток: от водорослей до цветковых растений». Ежегодный обзор биологии растений . 62 : 567–90. doi : 10.1146/annurev-arplant-042110-103809 . hdl : 10379/6762 . ПМИД 21351878 . S2CID 11961888 .
- ^ Пэн Л., Каваго Ю., Хоган П., Делмер Д. (2002). «Ситостерин-бета-глюкозид как праймер для синтеза целлюлозы в растениях». Наука . 295 (5552): 147–50. Бибкод : 2002Sci...295..147P . дои : 10.1126/science.1064281 . ПМИД 11778054 . S2CID 83564483 .
- ^ Эндин, Р. (1961). «Испытание асцидии Phallusia mammillata » (PDF) . Ежеквартальный журнал микроскопической науки . 102 (1): 107–117. Архивировано (PDF) из оригинала 26 октября 2014 г.
- ^ Баркалоу, Дэвид Г., Уистлер, Рой Л. (2014). "Целлюлоза". ДоступНаука . дои : 10.1036/1097-8542.118200 .
- ^ Игнатьев И, Дорслаер, Чарли Ван, Мертенс, Паскаль Г.Н., Биннеманс, Коэн, Вос, Дирк. Э. де (2011). «Синтез эфиров глюкозы из целлюлозы в ионных жидкостях» . Хольцфоршунг . 66 (4): 417–425. дои : 10.1515/hf.2011.161 . S2CID 101737591 . Архивировано из оригинала 30 августа 2017 года . Проверено 30 августа 2017 г.
- ^ Ла Реау А, Суен Джи (2018). «Руминококки: ключевые симбионты кишечной экосистемы». Журнал микробиологии . 56 (3): 199–208. дои : 10.1007/s12275-018-8024-4 . ПМИД 29492877 . S2CID 3578123 .
- ^ Боуэн Р. «Пищеварительная функция лошадей» . www.vivo.colostate.edu . Архивировано из оригинала 12 ноября 2020 года . Проверено 25 сентября 2020 г.
- ^ Токуда Г., Ватанабэ Х. (22 июня 2007 г.). «Скрытые целлюлазы у термитов: пересмотр старой гипотезы» . Письма по биологии . 3 (3): 336–339. дои : 10.1098/rsbl.2007.0073 . ПМЦ 2464699 . ПМИД 17374589 .
- ^ Пейн СМ, Нотт BC, Мэйс Х.Б., Ханссон Х., Химмель М.Е., Сандгрен М. и др. (2015). «Грибковые целлюлазы» . Химические обзоры . 115 (3): 1308–1448. дои : 10.1021/cr500351c . ПМИД 25629559 .
- ^ Меттлер, Мэтью С., Влахос, Дионисиос Г., Дауэнхауэр, Пол Дж. (2012). «Десять основных фундаментальных проблем пиролиза биомассы для производства биотоплива». Энергетика и экология . 5 (7): 7797. дои : 10.1039/C2EE21679E .
- ^ Черник С., Бриджуотер А.В. (2004). «Обзор применения масла быстрого пиролиза биомассы». Энергетика и топливо . 18 (2). Энергия и топливо, Американское химическое общество: 590–598. дои : 10.1021/ef034067u . S2CID 49332510 .
- ^ Дауэнхауэр П.Дж., Колби Дж.Л., Балонек К.М., Сушинский В.Дж., Шмидт Л.Д. (2009). «Реактивное кипячение целлюлозы для комплексного катализа через промежуточную жидкость». Зеленая химия . 11 (10): 1555. doi : 10.1039/B915068B . S2CID 96567659 .
- ^ Тейшейра А.Р., Муни К.Г., Крюгер Дж.С., Уильямс К.Л., Сушинский В.Дж., Шмидт Л.Д. и др. (2011). «Получение аэрозоля путем реактивного кипячения расплавленной целлюлозы» . Энергетика и экология . 4 (10). Энергетика и экологические науки, Королевское химическое общество: 4306. doi : 10.1039/C1EE01876K . Архивировано из оригинала 31 августа 2017 года . Проверено 30 августа 2017 г.
- ^ Меттлер М.С., Мушриф С.Х., Полсен А.Д., Джавадекар А.Д., Влахос Д.Г., Дауэнхауэр П.Дж. (2012). «Раскрытие химии пиролиза для производства биотоплива: преобразование целлюлозы в фураны и небольшие оксигенаты» . Энергетическая среда. Наука . 5 : 5414–5424. дои : 10.1039/C1EE02743C . Архивировано из оригинала 31 августа 2017 года . Проверено 30 августа 2017 г.
- ^ Меттлер М.С., Полсен А.Д., Влахос Д.Г., Дауэнхауэр П.Дж. (2012). «Пиролитическое преобразование целлюлозы в топливо: дезоксигенация левоглюкозана путем удаления и циклизации в расплавленной биомассе». Энергетика и экология . 5 (7): 7864. doi : 10.1039/C2EE21305B .
- ^ Гибсон ЖЖ (2013). «Иерархическая структура и механика растительного сырья» . Журнал интерфейса Королевского общества . 9 (76): 2749–2766. дои : 10.1098/rsif.2012.0341 . ПМЦ 3479918 . ПМИД 22874093 .
- ^ Стениус П (2000). «Ч. 1». Химия лесных продуктов . Наука и технология изготовления бумаги. Том. 3. Финляндия: Фапет О.Ю. п. 35. ISBN 978-952-5216-03-5 .
- ^ Ван Х., Гурау Дж., Роджерс Р.Д. (2012). «Ионно-жидкостная обработка целлюлозы». Обзоры химического общества . 41 (4): 1519–37. дои : 10.1039/C2CS15311D . ПМИД 22266483 .
- ^ Jump up to: а б с д Абец В. (2005). Энциклопедия полимерной науки и техники (Обновленная ред.). [Хобокен, Нью-Джерси]: Wiley Interscience. ISBN 978-0-471-44026-0 .
- ^ Вудингс С. (2001). Регенерированные целлюлозные волокна . [Манчестер]: Текстильный институт. ISBN 978-1-85573-459-3 .
- ^ Jump up to: а б Борбели Э (2008). «Лиоцелл, новое поколение регенерированной целлюлозы». Acta Polytechnica Hungarica . 5 (3).
- ^ «Эфир целлюлозы» . метилцеллюлоза.net . 5 марта 2023 года. Архивировано из оригинала 7 марта 2023 года . Проверено 7 марта 2023 г.
- ^ «Метилцеллюлоза» . kimaцеллюлоза.com . Архивировано из оригинала 15 апреля 2023 года . Проверено 15 апреля 2023 г.
- ^ Майта П. (2023). «На пути к устойчивой электронике: использование потенциала биоразлагаемой смеси целлюлозы для фотолитографических процессов и экологически чистых устройств». Передовые технологии материалов . 1 (9). дои : 10.1002/admt.202301282 . hdl : 2108/345525 .
- ^ Орландуччи П. (2022). «Инженерная поверхность для высокопроизводительных электродов на бумаге». Прикладная наука о поверхности . 608 . дои : 10.1016/j.apsusc.2022.155117 .
- ^ Майта П. (2023). «На пути к устойчивой электронике: использование потенциала биоразлагаемой смеси целлюлозы для фотолитографических процессов и экологически чистых устройств». Передовые технологии материалов . 1 (9). дои : 10.1002/admt.202301282 . hdl : 2108/345525 .
- ^ Орландуччи П. (2022). «Инженерная поверхность для высокопроизводительных электродов на бумаге». Прикладная наука о поверхности . 608 . дои : 10.1016/j.apsusc.2022.155117 .
- ^ Орландуччи П. (2022). «Устойчивый композит гидроксипропилцеллюлоза-наноалмаз для гибкого электронного применения» . Гели . 12 (8): 783. doi : 10.3390/gels8120783 . ПМЦ 9777684 . ПМИД 36547307 .
- ^ Орландуччи П. (2022). «Наноалмазные композиты: новый материал для консервации пергамента». Журнал прикладной науки о полимерах . 32 (139). дои : 10.1002/app.52742 . S2CID 249654979 .
- ^ Брунетти П. (2020). «Сепараторы на основе наноалмазов для суперконденсаторов, реализованных на бумажных подложках». Энергетические технологии . 6 (8). дои : 10.1002/ente.201901233 .
- ^ Клаузен А, Бернкоп-Шнурх А (2001). «Тиолированная карбоксиметилцеллюлоза: оценка in vitro ее эффекта увеличения проницаемости пептидных препаратов». Eur J Pharm Биофарм . 51 (1): 25–32. дои : 10.1016/s0939-6411(00)00130-2 . ПМИД 11154900 .
- ^ Рахмат Д., Девина С. (2022). «Синтез и характеристика катионного тиомера на основе этилцеллюлозы для изготовления мукоадгезивных таблеток и наночастиц» . Международный журнал наномедицины . 17 : 2321–2334. дои : 10.2147/IJN.S321467 . ПМК 9130100 . ПМИД 35645561 . S2CID 248952610 .
- ^ Леонавичуте Г., Боненгель С., Махмуд А., Ахмад Идрис М., Бернкоп-Шнурх А. (2016). «S-защищенная тиолированная гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ): новый мукоадгезивный наполнитель с улучшенной стабильностью». Углеводы Полим . 144 : 514–521. дои : 10.1016/j.carbpol.2016.02.075 . ПМИД 27083843 .
- ^ Лейхнер С., Йелькманн М., Бернкоп-Шнурх А. (2019). «Тиолированные полимеры: биоинспирированные полимеры, использующие одну из наиболее важных мостиковых структур в природе». Обзоры расширенной доставки лекарств . 151–152: 191–221. doi : 10.1016/j.addr.2019.04.007 . ПМИД 31028759 . S2CID 135464452 .
- ^ Сейди Ф, Саеб М.Р., Хуан Й, Акбари А, Сяо Х (2021). «Тиомеры хитозана и целлюлозы: эффективные биосорбенты для обнаружения, удаления и восстановления ионов металлов из водной среды». Химические записи . 21–152 (7): 1876–1896. дои : 10.1002/tcr.202100068 . ПМИД 34101343 . S2CID 235368517 .
- ^ Кохман, GT (июль 1939 г.). «Целлюлоза как изоляционный материал». Промышленная и инженерная химия . 31 (7): 807–817. дои : 10.1021/ie50355a005 .
- ^ Вайнер М.Л., Коткоски, Лоис А. (2000). Токсичность и безопасность наполнителя . Нью-Йорк: Деккер. п. 210 . ISBN 978-0-8247-8210-8 .
- ^ Дхингра Д., Майкл М., Раджпут Х., Патил Р.Т. (2011). «Пищевые волокна в пищевых продуктах: обзор» . Журнал пищевой науки и технологий . 49 (3): 255–266. дои : 10.1007/s13197-011-0365-5 . ПМК 3614039 . ПМИД 23729846 .
- ^ «Зеоформ: экологически чистый строительный материал будущего?» . Gizmag.com. 30 августа 2013. Архивировано из оригинала 28 октября 2013 года . Проверено 30 августа 2013 г.
- ^ Туренс Г., Криер Ф., Леклерк Б., Карлин Б., Эврард Б. (2014). «Микрокристаллическая целлюлоза, связующее для прямого прессования с качеством, разработанным в среде разработки — обзор» . Международный фармацевтический журнал . 473 (1–2): 64–72. doi : 10.1016/j.ijpharm.2014.06.055 . ПМИД 24993785 .
- ^ Холт-Хименес, Эрик (2007). Биотопливо: мифы о переходе на агротопливо . Справочник . Институт политики продовольствия и развития , Окленд, Калифорния. 13:2 Холт-Хименес Э. «Биотопливо – мифы о переходе на агротопливо: части I и II» . Архивировано из оригинала 16 ноября 2009 года . Проверено 5 сентября 2013 г. Холт-Хименес Э. (13 ноября 2009 г.). «Биотопливо – мифы о переходе на агротопливо: части I и II» . Архивировано из оригинала 6 сентября 2013 года . Проверено 5 сентября 2013 г.
- ^ MullinD, Velankar H.2012. Выделенные бактерии, методы использования и методы выделения. Мировой патент WO 2012/021678 A2.
- ^ Сампа Маити и др. (10 декабря 2015 г.). «Поиски устойчивого биопроизводства и восстановления бутанола как многообещающего решения проблемы ископаемого топлива» . Энергетические исследования . 40 (4): 411–438. дои : 10.1002/er.3458 . S2CID 101240621 .
- ^ Хобгуд Рэй, Кэтрин (25 августа 2011 г.). «Автомобили могут ездить на переработанной газете, говорят ученые из Тулейна» . Веб-страница новостей Тулейнского университета . Тулейнский университет . Архивировано из оригинала 21 октября 2014 года . Проверено 14 марта 2012 г.
- ^ Бальбо, Лори (29 января 2012 г.). «Поместите зебру в свой аквариум: химическая чушь?» . Greenprophet.com. Архивировано из оригинала 13 февраля 2013 года . Проверено 17 ноября 2012 г.
- ^ Томпсон Б. (13 апреля 2023 г.). «Натуральное лечение может сделать вас практически незаметным для укусов комаров» . Новый Атлас . Архивировано из оригинала 17 апреля 2023 года . Проверено 17 апреля 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Британская энциклопедия . Том. 5 (11-е изд.). 1911. .
- Структура и морфология целлюлозы Сержа Переса и Уильяма Маки, CERMAV- CNRS.
- Целлюлоза , Мартин Чаплин, Лондонский университет Саут-Бэнк.
- Четкое описание метода анализа целлюлозы в отделении бионаук по хлопковому волокну Министерства сельского хозяйства США .
- Целлюлозные пленки могут обеспечить роботам машущие крылья и дешевые искусственные мышцы – TechnologyReview.com