Реакции лигнина при варке

Химические реакции лигнина имеют важное практическое значение в технологии химической переработки древесины реакции, протекающие при делигнификации древесины в процессах варки целлюлозы и технических целлюлоз в процессах их отбелки реакции лигнина при гидролизе древесины, приводящие к образованию многотоннажного отхода гидролизных производств - технического гидролизного лигнина реакции при переработке технических лигнинов, их химическом модифицировании реакции лигнина при термическом разложении древесины в пиролизных [c.422]

Схема 13.4. Реакции лигнина при натронной варке [c.477]

Реакции лигнина при сульфатной варке [c.478]

Схема 13.6. Реакции лигнина при сульфатной варке [c.479]

С другой стороны, проведено значительное количество научных работ по выяснению влияния природных фенольных составных частей древесины на сульфирование лигнина в процессе сульфитной варки. Сульфирование ингибируется или затрудняется конденсацией этих фенольных соединений с природным лигнином в условиях нормальной бисульфитной варки. Относящиеся к процессу сульфирования работы детально представлены в главе 12. Материалы обсуждения научных работ по конденсации фенола в связи с цветными реакциями лигнина включены в главу 3. [c.548]

Химические реакции древесины — это преимущественно реакции основных макромолекулярных компонентов клеточных стенок, т. е. целлюлозы, полиоз и лигнина, хотя в них могут принимать участие и экстрактивные вещества. Для практики наиболее важное значение имеют реакции лигнина и полисахаридов, происходящие при варке и отбелке целлюлозы, главным образом реакции делигнификации. [c.216]

Реакции лигнина в щелочной среде имеют наибольшее значение для процессов сульфатной (крафт-процесс) и натронной варки (см. 16.4). При сульфатной варке в реакциях с лигнином участвуют [c.245]

Делигнификация протекает как гетерогенная реакция в три стадии. При температуре ниже 140 С происходит начальная делигнификация. Основная делигнификация протекает при температуре выше 140 °С, пока не перейдет в раствор примерно 90 % лигнина. Последнюю стадию удаления лигнина называют остаточной делигнификацией [181]. Химические реакции лигнина и полисахаридов при щелочной варке рассмотрены в гл. И. [c.350]

При pH 2> 3,5 основными реакциями сульфитной варки изолированного лигнина являются сульфитирование и фрагментация Скорость процесса при pH 4,5 несколько снижается, а затем возрастает вплоть до pH 8,5 При зтом оказывается, что для растворения лигнина в его макромолекулу достаточно ввести всего 0,15 З/ОСНд [31] Реакции сшивки в этих условиях заметной роли не играют [c.316]

X 4 Реакции лигнина при варке [c.317]

Впервые на их участие в сульфитном варочном процессе обратил внимание Класон [60] Однако экспериментальное подтверждение бензильной гипотезы на длительный период времени заслонило немногочисленные факты, говорившие об участии карбонильных групп в реакциях лигнина при сульфитной варке, и их место в варочном процессе до сих пор остается неясным Между тем накапливаются новые данные, говорящие о необходимости учета их роли в процессах сульфитной делигнификации [61—65] [c.320]

Спиртовую гидроксильную группу в а-положении называют группой бензилового спирта. Эти группы очень реакционноспособны, особенно в том случае, когда фенольный гидроксил свободен. Они играют большую роль во многих реакциях лигнина и в том числе в процессе делигнификации при сульфитной и сульфатной варках целлюлозы. [c.151]

Как уже указывалось в гл. II, сульфитная варка является важнейшим техническим способом получения целлюлозы из древесины. Несмотря на громадное техническое значение этого процесса, реакция лигнина с сернистой кислотой еще далеко не изучена. Известно, что природный лигнин древесины при высокой температуре и под давлением присоединяет сернистую кислоту, образуя так называемые лигносульфоновые кислоты, которые в виде кальциевых солей растворяются в варочной жидкости. Способность растворяться в варочной жидкости в процессе сульфитной варки является специфическим свойством природного лигнина. Изолированные лигнины — солянокислотный, технический гидролизный лигнин, шелочный лигнин и лигнины, выделенные при помощи органических растворителей, не растворяются [c.617]

Гидролиз древесины и другого растительного сырья используют в гидролизных производствах, а также в анализе древесины (для определения содержания и состава полисахаридов и определения лигнина). При варке целлюлозы в кислой среде (например, при кислой сульфитной варке) протекают реакции гидролитической деструкции гемицеллюлоз, приводящие к их удалению, и нежелательные реакции частичной деструкции целлюлозы, приводящие к снижению выхода, СП и потере прочности. Перед сульфатной варкой целлюлозы для химической переработки, как уже упоминалось выше, проводят предгидролиз растительного сырья. [c.297]

Любой варочный процесс представляет собой сложный комплекс различных процессов, на которые оказывают влияние морфологические, физические и химические факторы. При делигнификации как в условиях варки, так и отбелки, воздействию подвергаются не только лигнин, но и углеводная часть древесины. Реакции углеводов, главным образом деструкция полисахаридов, будут определять выход и качество получаемого волокнистого полуфабриката. Реакции же продуктов деструкции полисахаридов, переходящих в варочный раствор, будут определять направление их утилизации. При производстве целлюлозы для бумаги добиваются максимально возможного сохранения углеводной части древесины, тогда как при производстве целлюлозы для химической переработки целлюлоза должна быть освобождена не только от лигнина, но и от гемицеллюлоз. [c.342]

Фенольные гидроксильные группы лигнина обладают всеми свойствами фенолов. Наибольшее практическое значение в химии лигнина имеет реакция образования фенолятов под действием щелочей, играющая важную роль при варке целлюлозы щелочными способами (см. 13.2.1). [c.379]

Нуклеофильный характер данных реакций обусловлен наличием неподеленной электронной пары на атомах кислорода и серы. Подобные реакции нуклеофильного замещения у Са происходят при сульфировании лигнина в ходе сульфитной варки целлюлозы в кислой среде (см. 13.11). [c.436]

Очень важное значение реакции конденсации имеют в процессах делигнификации древесины при получении технической целлюлозы (см. главу 13). Формальдегид, отщепляющийся от ФПЕ лигнина в кислой или щелочной средах, также способен принимать участие в реакциях конденсации. При высоких температурах, например, в процессах пиролиза и варки целлюлозы протекают реакции конденсации и по свободнорадикальному механизму. [c.455]

Делигнификация (удаление лигнина) - один из важнейших процессов химической переработки растительного сырья. Делигнификацию древесины и прочих видов растительного сырья осуществляют при получении технической целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов с помощью варочных процессов (варки целлюлозы). Дополнительная делигнификация технических целлюлоз проводится при получении беленой целлюлозы для бумаги и целлюлозы для химической переработки в процессе отбелки. В химии процессов делигнификации обычно рассматривают две группы реакций реакции, приводящие к растворению лигнина, и реакции, затрудняющие этот процесс (реакции конденсации). В ходе варочных процессов и отбелки лигнин и продукты его деструкции могут вступать в реакции нуклеофильного и электрофильного замещения, элиминирования, восстановительного расщепления и изомеризации. Кроме гетеролитических (ионных) реакций могут протекать и свободнорадикальные, например, окисление, рекомбинация. [c.462]

Для делигнификации древесины необходимо не только фрагментировать сетку лигнина и освободить его от связей с углеводами, но и создать в древесине достаточно развитую капиллярную систему для обеспечения проникновения реагентов и вывода продуктов, сообщить лигнину гидрофильные свойства и растворить продукты деструкции лигнина. На делигнификацию древесины в значительной степени влияют пути и скорости проникновения химических реагентов в клеточную стенку. Имеются два различных механизма движения варочных реагентов проникновение вместе с варочным раствором в пустоты древесины на стадии пропитки древесины диффузия реагентов из варочного раствора в воду, содержащуюся в древесине, под влиянием градиента концентрации. Поскольку коэффициент диффузии в жидкостях и твердых материалах невелик, скорость диффузионного процесса ниже скорости пропитки древесины. При варке реагенты, поступившие в древесину при пропитке, быстро расходуются при повышении температуры. Далее реагенты вводятся в щепу диффузией. Варочные процессы относятся к гетерогенным процессам, при которых возможны различные топохимические эффекты, обусловленные надмолекулярной структурой клеточных стенок и микроструктурой древесины, влияющими на скорость диффузии реагентов и продуктов реакций. Задержка в поступлении реагентов может привести к нежелательным процессам, что следует учитывать при составлении режима варки. [c.463]

Сложнее ведут себя при натронной варке структуры со связями р-О-4 в фенольных единицах. Реакция идет по двум направлениям (см. схему 13.4, г). По первому направлению, как и в случае нефенольных единиц (см. схему 13.4, в), идет реакция деструкции через промежуточные алкоксид-анион и оксиран, но защиты от конденсации нет. Однако в большей степени реакция идет по второму направлению с образованием через феноксид-анион хинонметида. Последний в отсутствии сильного внешнего нуклеофила либо вступает в реакции конденсации, либо претерпевает реакцию элиминирования с отщеплением у-углеродного атома в виде формальдегида с образованием Р-арилового эфира енола. В отличие от сольволиза в кислой среде эта структура устойчива к щелочной деструкции. Следовательно, второе направление не ведет к деструкции сетки лигнина и бесполезно для делигнификации. Кроме того, отщепляющийся формальдегид может принимать участие в конденсации с лигнином. [c.476]

Кроме гетеролитических реакций при щелочных варках при температурах 160... 180°С могут протекать и свободнорадикальные процессы. В свое время предполагали, что радикалы образуются в результате гомолитического расщепления сетки лигнина, и их рекомбинация приводит к конденсации лигнина. Однако в настоящее время выдвинута теория образования свободных феноксильных радикалов под действием присутствующего в капиллярах древесины и варочном растворе кислорода воздуха, который в щелочной среде на начальной стадии варки при взаимодействии с компонентами древесины восстанавливается до таких активных форм, как супероксид-анион-радикал Oj и гидроксильный радикал Н0 , которые и являются инициаторами свободнорадикальных процессов (см. [c.480]

Эффективность действия АХ может быть обусловлена также его влиянием на нежелательные процессы, протекающие при щелочных варках из-за остаточного кислорода в древесине и варочном растворе. Восстановленные формы катализатора, взаимодействуя с кислородом и его активными формами (см. 13.3.2), ослабляют окислительную деструкцию полисахаридов и препятствуют образованию в лигнине феноксильных радикалов, способных к реакциям рекомбинации, приводящим к конденсации лигнина. [c.484]

Реакции рекомбинации феноксильных радикалов приводят к образованию новых С-С- и С-О-связей в структуре лигнина, что затрудняет делигнификацию. Рекомбинация же с участием пероксильных радикалов не может дать стабильных связей. Это различие в характере взаимодействия лигнина с кислородом при избытке и недостатке последнего приводит к тому, что присутствующий в древесине и в варочном растворе кислород при обычных щелочных варках может послужить причиной конденсации фрагментов лигнина, в том числе и с участием продуктов окислительного распада углеводов. Не исключается возможность радикальной прививки лигнина к полисахаридам. Поэтому, как уже указывалось ранее, роль вводимых при делигнификации в щелочную среду химических реагентов заключается также в ингибировании окислительных процессов. [c.492]

Тиосульфат образуется и в реакциях бисульфита как окислителя с органическими продуктами - терпенами, фенолами, различными альдегидами и т.д., которые накапливаются в щелоке в процессе варки. Однако общий баланс тиосульфата и политионатов в щелоке, как показано в [13], складывается таким образом, что их содержание в результате потребления ЗзОз" на реакции с лигнином незначительно. При оценке содержания компонентов в водных сульфитных растворах установлено [14], что концентрация (массовая доля) бисульфит-иона в варочной кислоте превышает максимальное содержание всего образовавшегося тиосульфата в 20-30, а концентрация растворенного ЗОз - в 120-200 раз. При такой огромной разнице в показателях тиосульфат, по-видимому, не может сколько-нибудь заметно конкурировать с равновесными формами оксисоединений серы в реакциях сульфитирования лигнина. Следовательно, основное внимание исследователей должно быть направлено на изучение механизма взаимодействия последних в реакции нуклеофильного сульфитирования лигнин-ного субстрата. [c.10]

Наличие бензольного кольца и различных функциональных групп делают лигнин способным к большому числу разнообразных реакций, характерных для различных классов органических соединений. Так, реакция образования фенолятов имеет важное значение при щелочных методах делигнификации древесины. Все свободные гидроксильные фуппы способны к реакциям алкилирования и ацилирования (этерификации). Гидроксилы бензнлового спирта и бензилэфирные фуппы во многом определяют поведение лигнина при сульфитных и щелочных методах варки целлюлозы. Фенольные гидроксилы способствуют реакциям окисления лигнина, а также активируют бензилспиртовые гидроксильные фуппы и определенные положения бензольного кольца к реакциям замещения. Во многих реакциях лигнина, в том числе при делигнификации, принимают участие карбонильные фуппы. Наиболее характерная реакция бензольного кольца [c.423]

При натронной варке варочный раствор содержит гидроксид натрия NaOH, а при сульфатной варке - гидроксид натрия и сульфид натрия (NaOH + Na2S). Преобладает точка зрения, что, как и при сульфитных методах, основные реакции лигнина - деградация и конденсация - при щелочных методах варки идут по механизму нуклеофильного замещения Sn 1. [c.473]

При pH > 3,5 основные реакции сульфитной варки изолированного лигнина - это сульфитирование и фрагментация. Скорость процесса при pH 4,5 несколько снижается, а затем возрастает вплоть до pH 8,5. При этом оказывается, что для растворения лигнина в его макромолекулу достаточно ввести всего 0,15 5/ОСНз [55]. Реакции сшивки в этих условиях заметной роли не играют. Между тем, промышленные бисульфитная и моносульфитная варки осуществляются в очень жестких температурных условиях (160-170 С). [c.279]

Образование сероводородного лигнина и тиолигнина. Пытаясь выяснить реакционный механизм процесса крафт-варки, Хегглунд [53, 54, 57] и Хегглунд и Энквист [32, 58] детально изучили реакцию лигнина и его производных с сероводородом и сернистым натрием при разных величинах pH. [c.465]

Основная цель варочного процесса — удаление из древесины лигнина для получения более или менее делигнифицированного волокнистого полуфабриката. Для делигнификации необходимы реакции деградации лигнина, придающие ему растворимость, которые, однако, сопровождаются конкурирующими реакциями. Согласно общепринятой точке зрения реакции лигнина при варке ограничиваются реакциями нуклеофильного присоединения и замещения [25]. [c.228]

Изолированный пз древесины лигни] не всегда показывает цветные реакции. Так, лигнин, выделенный из древесины обработкой ее сверхконцентрированной соляной кислотой, способен давать цветные реакции лигнин, выделенный из древесины варкой со щелочью, не показывает цветных реакций. [c.565]

Фрейденберг рассматривает присоединение сернистой кислоты к лигнину, основываясь на своей теории строения лигнина (см. стр. 634)" Он считает, так же, как и Хеглунд, что при реакции лигнина с бисульфитом натрия образуются новые гидроксильные группы и что эти гидроксильные группы имеют фенольный характер Реакция с сернистой кислотой в процессе сульфитной варки протекает с разрывом эфирной связи между фенольной гидроксильной группой, с одной стороны, и гидроксильной группой боковой цепи — с другой. [c.623]

При использовании древесины в качестве волокнистого сырья в первую очередь оценивают тип и содержание волокон и их ультраструктуру, от которых зависят бумагообразующие свойства. Для получения целлюлозы и бумаги наибольщую ценность представляют прозенхимные клетки, среди которых лучшими бумагообразующими свойствами отличаются трахеиды и волокна либриформа. Как уже отмечалось, из древесины хвойных пород получаются длинноволокнистые полуфабрикаты, а из древесины лиственных - коротковолокиистые. Содержащиеся в древесине лиственных пород сосуды ухудшают прочностные свойства волокнистых полуфабрикатов, но придают хорошую впитывающую способность бумаге. Паренхимные клетки при варке частично теряются, но содержимое сохранившихся в целлюлозной массе паренхимных клеток может создавать в производстве бумаги смоляные затруднения (ухудшать показатели качества бумаги, вызывать отложение смол на оборудовании и т.д.) В древесине лиственных пород по сравнению с хвойными содержится меньше волокон и больше коротких клеток, теряющихся при варке целлюлозы, но сильнее развита проводящая система, вследствие чего древесина некоторых лиственных пород имеет лучшую проницаемость и требует меньшего времени на варку. Лигнин древесины лиственных пород вследствие большей доли фенилпропановых единиц с двумя метоксильными группами имеет более редкую сетчатую структуру и менее способен к реакциям сшивания, чем лигнин древесины хвойных. Это в некоторой степени облегчает делигнификацию древесины лиственных пород. Все эти различия между древесиной лиственных и хвойных пород требуют разных технологических режимов при их переработке в целлюлозу и бумагу и создают трудности при совместной варке древесины лиственных и хвойных пород. [c.224]

Природный лигнин древесины и выделенные лигнины в присутствии кислотного или щелочного катализатора вступают во взаимодействие с фенолами. Так, при нагревании древесины с избытком фенола в присутствии кислоты лигнин переходит в раствор с образованием феноллигнина. Реакция идет, как и при конденсации лигнина, по механизму ну1Слеофиль-ного замещения через промежуточный бензильный карбкатион. Фенол выступает в роли внешнего нуклеофильного реагента, присоединяющегося к карбкатиону (схема 12.43, а). Фенол в присутствии кислотного катализатора расщепляет связи а-О—4 в фенилкумарановых структурах (см. схему 12.43, б). В щелочной среде взаимодействие фенолов с лигнином происходит через промежуточный хинонметид. Подобные реакции происходят при получении лигнинфенолоформальдегидных смол с заменой на лигнин части фенола. Лигнин, как фенол, и полученный феноллигнин далее конденсируются с формальдегидом. Получаемые термореактивные смолы могут использоваться в качестве связующих (исходное сырье технический щелочной лигнин) и для получения пластмасс (исходное сырье гидролизный лигнин). Многоатомные фенолы, со структурой типа резорцина, имеющие не менее двух активных положений в бензольном кольце, могут в результате реакции конденсации с лигнином сшивать его фрагменты. Поэтому некоторые фенольные экстрактивные вещества затрудняют кислую сульфитную варку (см. 13.1.2). [c.456]

Основные варочные процессы сульфатный, натронный и различные виды сульфитной варки. В настоящее время разрабатывают технологические процессы, основанные на окислительной делигнификации и на использовании органических растворителей (органосольвентная делигнификация). Окислительную делигнификацию проводят главным образом кислородом в щелочной среде (в водных растворах гидроксида натрия, карбоната натрия и т.д.), а также кислородом в водно-органических растворителях. Использование в варочных растворах органических растворителей позволяет повысить растворимость фрагментов лигнина, защитить его от реакций конденсации, и, что очень важно, органические растворители могут повысить избирательность окислительных процессов. [c.464]

При сульфитных методах варки с лигнином протекают три основных реакции сульфирование статистическая сольволитическая деструкция (деградация) конденсация. В результате реакции сульфирования в лигнин вводятся сульфогрупны, отличающиеся повышенной гидрофильностью. Такая функционализация лигнина способствует его переходу в водный варочный раствор. Сольволитическая деструкция необходима для разрушения сетчатой структуры лигнина. Однако, условия, необходимые для деструкции, способствуют протеканию конкурирующих реакций конденсации, которые приводят к образованию новых С-С-связей, увеличению молекулярной массы, снижению растворимости и реакционной способности. Иначе говоря, реакции деструкции необходимы для делигнификации, а реакции конденсации ей препятствуют. Реакции сульфирования защищают лигнин от конденсации, и, наоборот, реакции конденсации препятствуют реакциям сульфирования, т.е. реакции сульфирования и конденсации также конкурирующие. Все эти три вида реакций являются ге-теролитическими реакциями, протекающими по механизму N1. [c.466]

Сольволитическая деструкция. В кислой среде сольволитическая деструкция сетчатой структуры лигнина осуществляется преимущественно в результате расщепления связей бензилового эфира как в фенольных, так и нефенольных единицах расщепляются и химические связи лигнина с углеводами. Реакция также идет по механизму SNl через промежуточный бензильный карбкатион с последующим присоединением внешнего нуклеофила. Особенность деструкции лигнина при сульфитной варке -сольволиз простых эфирных связей происходит с одновременным сульфированием (см. схему 13.1, а, где Са-ОК - связь а-О-4 и др.). Деструкция связей а-О-4 в фенольных и нефенольных единицах приводит к существенной фрагментации сетки лигнина, увеличению его гидрофильности в результате введения сульфофупп. Все это обеспечивает достаточную степень делигнификации при получении технической целлюлозы. [c.469]

Реакции конденсации. С реакциями сульфирования и деструкции, как уже отмечалось, конкурируют реакции конденсации. Конденсации способствуют кислая и щелочная среды и повышенная температура. По усилению реакций конденсации сульфитные методы варки можно расположить в следующий ряд нейтрально-сульфитная < щелочно-сульфитная < кислая сульфитная. В реакциях конденсации участвуют те же промежуточные активные частицы, которые взаимодействуют с нуклеофильными сульфирующими реагентами - бензильный карбкатион в кислой среде и хинонметид в нейтральной и щелочной средах. При щелочно-сульфитной и особенно при нейтрально-сульфитной варках реакции конденсации имеют меньшее значение, чем при кислой сульфитной варке. Чем ниже pH, тем интенсивнее могут протекать реакции конденсации. Структурные единицы лигнина, имеющие слабые нуклеофильные центры у С(6), С(з) и С( ), могут конкурировать с варочными нуклеофилами в реакциях нуклеофильного присоединения к карбкатиону и образовывать при этом новые углерод-углеродные связи с С (см. схему 12.32) в дифенилметановых структурах. [c.471]

При щелочных методах варки с лигнином протекают две конкурирующие реакции статистическая сольволитическая деструкция (дефада-ция) и конденсация. Однако при натронной варке в варочном растворе нет сильного нуклеофила, который бы обеспечил защиту от конденсации. Поэтому натронную варку применяют ограниченно лишь для получения технической целлюлозы из древесины лиственных пород и некоторых видов однолетнего растительного сырья. Лигнин лиственных пород содержит значительную долю сирингилпропановых единиц, в которых 5-е положение защищено от конденсации метоксильной группой. [c.474]

Сульфатная варка дает определенные преимущества по сравнению с натронной. Сульфид натрия служит как бы резервной щелочью. По мере расходования NaOH на варку равновесие реакции гидролиза сульфида натрия сдвигается вправо. Поэтому варку можно вести при меньшей щелочности, т.е. в более мягких условиях. Предполагают, что N328 в какой-то мере как восстановитель защищает полисахариды от щелочной деполимеризации. Все это способствует увеличению выхода технической целлюлозы. И самое главное, присутствующий в сульфатном варочном растворе сильный внешний нуклеофил HS существенно изменяет поведение лигнина - обеспечивает защиту от конденсации и более полную его деструкцию, т.е. способствует делигнификации. [c.474]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология