2. Химия гемицеллюлоз

2.1. Общие понятия о гемицеллюлозах и их свойствах

Гемицеллюлозы – это нецеллюлозные полисахариды, входящие в состав холоцеллюлозы. По химическому строению к гемицеллюлозам близки некоторые полисахариды, растворимые в воде (арабиногалактан, крахмал), также полиурониды (камеди, пектиновые вещества). Но по свойствам (растворимости в воде) эти вещества относят к водорастворимым экстрактивным веществам.

В состав макромолекул гемицеллюлоз входят звенья простых сахаров, содержащих пять или шесть атомов углерода, т.е. звенья пентоз и гексоз.

Большая часть гемицеллюлоз представляет собой нерегулярные смешанные полисахариды (гетерополисахариды). Цепи макромолекул гемицеллюлоз разветвлены и состоят из остатков различных моносахаридов. Это делает невозможным кристаллизацию нецеллюлозных полисахаридов в древесине. Гемицеллюлозы аморфны. Цепи их значительно короче цепей целлюлозы (СП в среднем 100–200).

Гемицеллюлозы могут растворяться в холодных и горячих разбавленных растворах щелочей.

Гемицеллюлозы в основном относятся к легкогидролизуемым полисахаридам и гидролизуются минеральными кислотами при кипячении (из-за аморфной структуры и небольшой длины цепей). Небольшая часть гемицеллюлоз попадает в кристаллические участки целлюлозного волокна между ориентированно расположенными цепями целлюлозы. Эта часть гемицеллюлоз оказывается трудногидролизуемой и называется целлюлозанами.

Названия гемицеллюлоз как смешанных полисахаридов указываются в виде приставок в порядке увеличения доли элементарных звеньев. Последним указывается преобладающий моносахарид с заменой окончания «оза» на «ан». Например, в состав арабиноглюкуроноксилана входят звенья арабинозы, глюкуроновой кислоты и ксилозы. Однако в литературе употребляют краткие названия смешанных полисахаридов, например ксиланы, маннаны.

Содержание гемицеллюлоз в древесине различных пород колеблется в очень широких пределах (массовая доля от 17 до 43%), причем лиственные породы содержат примерно в 1,5 раза больше гемицеллюлоз, чем хвойные.

Гемицеллюлозы, поскольку они имеют смешанное строение, условно подразделяют на пентозаныигексозаны. Древесина лиственных пород содержит больше пентозанов (17–25%, иногда до 30%), а хвойных – меньше (5–13%).

Содержание гексозанов выше в древесине хвойных пород (8–14%) по сравнению с лиственными (0,5–6,0 %).

2.2. Пентозаны

К

Н⁺

пентозанамотносят полисахариды, макромолекулы которых состоят, главным образом, из звеньев пентоз. Их условная суммарная формула (С₅Н₈О₄)_n. Реакцию гидролиза пентозанов можно выразить в виде условного уравнения:

(С₅Н₈О₄)_n +nН₂ОnС₅Н₁₀О_{5 .}

пентозаны пентозы

Основными представителями пентозанов являются ксиланыиарабинаны, которые при гидролизе образуютD-ксилозуиL-арабинозу:

L-арабиноза D-ксилоза

(α-L-арабинофураноза) (β-D-ксилопираноза)

Арабинан гидролизуется легко, часть ксилана гидролизуется трудно вместе с целлюлозой, так как он ориентирован совместно с целлюлозой.

В древесине лиственных пород содержится преимущественно глюкуроноксилан– это смешанный полисахарид, состоящий из звеньевD-ксилозы и 4-метил-D-глюкуроновой кислоты. Хвойные породы древесины содержатарабиноглюкуроноксилан, который дополнительно содержит звеньяL-арабинозы (рис. 1).

Рис. 1. Фрагмент макромолекулы арабиноглюкуроноксилана