автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Гидродинамические свойства и структура макромолекул лигнинов овса Avena Sativa и капусты Brassica Oleracea

4855974

Миронов Михаил Валериевич

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА МАКРОМОЛЕКУЛ ЛИГНИНОВ ОВСА A VENA SATIVA И КАПУСТЫ BRASSICA OLERACEA

05.21.03 - Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

2 4 0E3 2071

Архангельск 2011

4855974

Работа выполнена в лаборатории Экохимии растительных веществ Сыктывкарского лесного института - филиала Санкт-Петербургской лесотехнической академии им. С.М.Кирова

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Карманов Анатолий Петрович

Научный консультант:

доктор химических наук Кочева Людмила Сергеевна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Хабаров Юрнй Германович

кандидат химических наук, доцент Бровко Ольга Степановна

Ведущая организация: Алтайский государственный университет, г. Барнаул

Защита диссертации состоится «17 Февраля 2011 года в 13м» на заседании диссертационного совета Д.212.008.02 в Северном Арктическом Федеральном Университете по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17.

Тел. (8-8282) 21-89-48

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северного Арктического Федерального Университета.

Автореферат разослан «. » ЙНЪАРА 2011 года.

Отзывы на автореферат, заверенные подписями и печатью учреждения, в двух экземплярах просим направлять по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, САФУ, диссертационный совет Д.212.008.02.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент

Скребец Т.Э

Актуальность проблемы. Лигнины относятся к числу важнейших компонентов растительной ткани. Различные отходы сельскохозяйственного производства, технические отходы мукомольной промышленности и овощеводства, содержащие значительные количества растительных биополимеров, представляют собой потенциально ценное сырье для химической промышленности. В последние годы было показано, что лигнины - это перспективные природные соединения для создания нового класса биомедицинских препаратов полифункционального назначения, в том числе антиоксидантов, онко- и геропротекторов. Однако сегодня препараты на основе лигнинов, в основном хвойных пород древесины, применяются лишь в качестве энтеросорбентов. Лигнины других классов, в том числе травянистые, практически не используются, что обусловлено недостаточной их изученностью. В связи с этим исследования химической и топологической структуры макромолекул недревесных лигнинов являются весьма актуальными. Новые знания о строении этих биополимеров позволят расширить спектр продуктов, получаемых из растений. Одним из классических подходов к познанию строения органических высокомолекулярных соединений является исследование физико-химических свойств растворов методами молекулярной гидродинамики, которые позволяют получить надежные данные о конформациях и топологической структуре макромолекул. Результаты исследования ранее не изученных недревесных лигнинов имеет не только прикладное, но и теоретическое значение, в том числе для разработки концепции о топологической структуре природных лигнинов различных классов.

Целью диссертационной работы является характеристика химической и топологической структуры макромолекул лигнинов, выделенных из травянистых растений - капусты Brassica oleráceo и овса Avena sativa. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• исследование химического строения препаратов диоксанлигнинов физико-химическими методами;

• изучение гидродинамических свойств макромолекул в разбавленных растворах ДМФА методами капиллярной вискозиметрии, скоростной седиментации и поступательной диффузии;

• оценка молекулярных масс и определение конформационных и скейлинговых характеристик лигнинов.

Научная новизна. На основании анализа данных ЯМР-13С-, ИК-спектроскопии и химического анализа получены новые данные о химическом строении лигнинов из травянистых растений капусты Brassica oleráceo и овса Avena sativa и показано, что исследуемые полимеры относятся к классу лигнинов GSH-типа. Установлен функциональный и мономерный состав, вычислены брутто-формулы мономерного звена исследуемых полимеров. С использованием методов седиментационно-диффузионного анализа и современных гидродинамических теорий разбавленных растворов установлен ряд фундаментальных характеристик макромолекул, включая гидродинамические инварианты, фрактальные размерности и струкгурно-термодинамические параметры, что позволило впервые в химии лигнина экспериментально установить параметры равновесной гибкости полимерных цепей. Показано, что макромолекулы лигнина овса Avena sativa относятся к классу гибкоцепных линейных полимеров, а лигнина капусты Brassica oleráceo - к классу регулярно-разветвленных полимеров.

Практическая ценность работы. Результаты структурно-химических исследований могут быть использованы при совершенствовании технологий утилизации технических отходов растительного происхождения. Полученные данные о строении и физико-химических свойствах препаратов в сочетании с уже имеющимися сведениями о медико-биологическом применении лигнинов расширяют перспективы целенаправленного получения продуктов различного назначения при химической переработке травянистых растений. Результаты исследования найдут также применение при разработке теоретических основ структурной организации природных лигнинов.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на 2-й Международной конференции «Физикохимия лигнина» (г. Архангельск, 2008 г); на Международной молодежной конференции «Севергеоэкотех» (г. Ухта, 20062008 гг.); на Научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Сыктывкарского лесного института «Февральские чтения» (г. Сыктывкар, 2006-2008 гг.); на IV-ой Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (г. Сыктывкар, 2006 г.) и V-ой Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (г. Уфа, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 13 тезисов докладов.

Объем и структура работы. Работа изложена на 114 стр. машинописного текста, содержит 31 таблицу, 18 рисунков и состоит из введения, обзора литературы, методической части, обсуждения результатов и выводов. Список литературы содержит 150 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В литературном обзоре изложены современные представления о химической структуре природных лигнинов, выделенных из хвойных лиственных и травянистых растений. Приведены литературные данные об элементном и функциональном составе малоизмененных лигнинов. Проанализированы результаты исследования лигнинов методами вискозиметрии, скоростной седиментации и поступательной диффузии. Показано, что методы молекулярной гидродинамики позволяют установить конформацию макромолекул лигнинов в растворах и топологическую структуру полимерных цепей. Отмечено, что наибольшее число ранее проведенных работ посвящено изучению лигнинов гваяцильного типа, выделенных их древесины хвойных пород. На основе анализа литературных данных сформулированы цели и задачи исследования.

В методической части диссертационной работы даны характеристики недревесного сырья, использованного для выделения образцов лигнина. Приведены методики определения функциональных групп и проведения спектральных исследований. Рассмотрены экспериментальные основы гидродинамических методов исследования.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Исследование химической структуры лигнинов

В соответствии с целью работы основными объектами исследования являются диоксанлигнины, выделенные из капусты Brassica oleráceo (ДЛ-К) и оболочек зерен овса Avena sativa (ДЛ-Об). При обсуждении результатов были привлечены данные по исследованию диоксанлигнина, выделенного из стеблей (соломы) овса Avena sativa (ДЛ-О). Выход препаратов (% от лигнина, содержащегося в исходном сырье) составил, для образца ДЛ-К 11,0, для ДЛ-Об 41,6%.

В табл. 1 представлены данные, характеризующие химический состав усредненных структурных фенилпропановых единиц исследуемых образцов.

Вид Ботаническое название ОСНз, % С, % н, % С9-формула

Капуста Brassica oleráceo 20,5 59,6 6,6 С^^боОг,5г(ОСНз)|,38

Овес Avena sativa 16,1 60,5 5,3 С9Н7 39Оз21(ОСНз)]05

Элементный состав диоксанлигнинов исследуемых травянистых растений (табл. 1) свидетельствует о том, что образцы характеризуются высоким содержанием атомов кислорода, что указывает на достаточно большое количество кислородсодержащих функциональных групп. Образец ДЛ-К характеризуется относительно низким содержанием углерода - менее 60%. Показатели элементного состава для образца ДЛ-Об: С 60,5, О 34,2, Н 5,3 %. Анализ результатов определения основных функциональных групп свидетельствует о заметных различиях исследуемых лигнинов по химической структуре макромолекул. Препарат ДЛ-К отличается высоким содержанием метоксильных групп, что указывает на наличие в макромолекуле значительного количества сирингильных структурных единиц.

IjuhMliWüllih i Ш

ИРМ

WVMiМм.

Рисунок 1 -ЯМР-13С-спекгры ДЛ-К (верхний) и ДЛ-Об (нижний).

Количество кислых функциональных групп сравнительно невелико: ОНфС„ 3,65, СООН 2,96%. С9-формула мономерного звена ДЛ-К имеет вид

С9Н9.бо02,52(ОСНз)|,з8- Препарат ДЛ-Об характеризуется сравнительно высоким содержанием фенольных ОН-групп (6,64%), а также СООН-групп (4,34%) и небольшим количеством ОСН3-групп, что отражает С9-формула мономерного звена ДЛ-Об: С9Н7,39Оз,21(ОСНЗ),,05.

Спектры ЯМР-13С подтверждают наличие существенных различий по химической структуре препаратов лигнинов (рис. 1). Препарат ДЛ-К, в отличие от ДЛ-Об, характеризуется большим числом резонансных сигналов в интервале от 13,0 до 55,0 м.д., что указывает на наличие широкого набора алифатических фрагментов. Сигналы в области 53,5-54,0 м.д. указывают на присутствие пинорезинольных и фенилкумарановых структур. В спектре ЯМР-13С ДЛ-К и ДЛ-Об имеются два близких по химсдвигам (ХС) сигнала (56,3 и 56,6 м.д.), что подтверждает присутствие в обоих препаратах как гваяцильных, так и сирингильных единиц.

Важной особенностью спектров ЯМР-13С GS-лигнинов является присутствие интенсивных сигналов атомов С-З/С-5, связанных с метоксильными группами в диапазоне спектра 150-160 м.д. Как и следовало ожидать, и для образца ДЛ-Об и для другого препарата - ДЛ-К, на спектрах ЯМР-13С имеются характеристичные сигналы с химическими сдвигами 153,4 м.д. и 152,5 м.д. соответственно. К сигналам, типичным для л-кумаровых единиц, относятся пики с величиной ХС 125,0-133,0 м.д. (С-2, С-6 атомы в Н-единицах), а также сигналы с величиной ХС 156,0-164,0 м.д., связанные с С-4 атомами и Ср-атомами в эфирах п-кумаровых структур. К сигналам, характерным для гваяцильных единиц, относятся сигналы атомов С-6 при 119,8 (ДЛ-К) и 119,5 и 121,4 м.д. (ДЛ-О)."

Таким образом, анализ спектров ЯМР-13С по химическим сдвигам резонансных сигналов (рис. 1) свидетельствуют о том, что макромолекулы исследуемых лигнинов построены из структурных единиц всех трех основных типов: гваяцильного, сирингильного и и-кумарового.

ИК-спектры исследуемых препаратов содержат типичный для лигнинов ряд характерных полос в области: 3440-3450, 1710-1730, 1595-1610, 1500-1520, 14601470, 1425-1430, 1365, 1330-1340, 1270-1275, 1125-1135, 1035-1070,815-850 см-1. На основании данных ИК-спектроскопии, в рамках хемотаксономической классификации Кавамура-Хигуши, показано, что ДЛ-К относятся к типичным лигнинам гваяцилсирингильного типа, тогда как ДЛ-Об, существенно отличающийся от традиционных лигнинов G- и GS-типа, следует отнести к разновидности лигнинов L класса.

2. Исследование гидродинамических свойств системы лигнин-ДМФА

Фракционирование лигнинов осуществляли методом дробного осаждения в системе диоксан - бензол. Каждую из фракций, а также нефракционированный образец исследовали с помощью методов молекулярной гидродинамики. Растворитель - ДМФА. Измерения выполняли при температуре 298 К. Коэффициенты скоростной седиментации S измеряли на ультрацентрифуге МОМ-3180 в двухсекторной полиамидной кювете с образованием искусственной границы при 48000 об/мин. Определения проводили при одной концентрации растворов ЗхЮ'3 г/см3. Влияние концентрации на значение коэффициента седиментации не учитывали, поскольку критерий Дебая с[г|] «1. На рис. 2 представлен пример смещения седиментационной кривой в ходе проведения эксперимента для одной из фракций образца лигнина ДЛ-К.

б

Рисунок 2 - Седиментограмма фракции №4 ДЛ-К в ДМФА.

Цифрами обозначены номера снимков, интервал между снимками - 10 мин.

Коэффициенты поступательной диффузии определяли классическим методом максимальной ординаты и площади с использованием аналитической ультрацентрифуги при 5000 об/мин. Коэффициент диффузии £> находили из экспериментальных данных (рис. 3 и 4) по формуле: (4я£>/)0 5= 5УЯ, где в -площадь под контуром интерференционной полосы; Я- максимальная ордината.

Рисунок 3 - Диффузионный профиль фракции №4 ДЛ-К в ДМФА.

7

(Э/Н)1, см1

Рисунок 4 - Зависимость скорости размывания диффузионной границы от времени для некоторых фракций ДЛ-К.

Вязкости растворов измеряли стандартным методом в капиллярном вискозиметре Оствальда при 298К. Временем истечения растворителя 51,3 сек. Концентрацию растворов изменяли в интервале от 0,025 до 0,087 г/см3, что обеспечивает соблюдение неравенств с[т|]«1 и т}^ >1,1. Расчет [г|] проводили стандартным методом по уравнению Хаггинса с учетом поправки на плотность растворов: [т1]=[т1]тм/ро (рис. 5).

Рисунок 5 - Зависимость приведенной вязкости от весовой концентрации для фракций ДЛ-К.

Молекулярные массы (ММ) фракций определяли методом неустановившегося равновесия (метод Сведберга), используя ряд независимо определяемых экспериментальных характеристик: коэффициенты диффузии D и седиментации S, параметр плавучести (архимедов множитель).

3. Топологическая структура макромолекул лигнина ДЛ-Об

В табл. 2 представлены значения ММ и основных гидродинамических параметров для системы: ДЛ-Об - ДМФА. Молекулярные массы MDn фракций ДЛ-Об изменяются в пределах от 7,7х103 до 18,9х103. По результатам фракционирования рассчитывали молекулярные массы разного усреднения и параметры полидисперсности, которые составили следующие величины: М,=14,9х103, 14,ОхЮ3, M/A/„ =1,06.

Таблица 2. Гидродинамические характеристики ДЛ-Об в ДМФА

№ W. см /г £1x107, см2/с SxlO13, с MSDX ю-3 Мд,х10"3 Л<,х10ш, эргК"''моль"

1 7,8 10,4 2,53 18,3 18,9 3,1

2 7,4 11,3 2,40 16,0 15,6 3,2

3 7,2 11,8 2,31 14,7 14,0 3,2

4 6,9 12,1 2,22 13,8 13,6 3,2

5 6,4 12,7 2,10 12,4 12,7 3,2

6 5,8 13,3 2,06 11,7 12,2 3,1

7 5,5 14,9 - - 9,1 -

8 5,1 16,2 - - 7,7 -

Полученные результаты показывают, что характеристическая вязкость [г|] каждой последующей фракции меньше, чем предыдущей, и, соответственно, последняя фракция имеет наименьшее значение 5,1 см3/г. Как и следовало ожидать, значения коэффициентов поступательной диффузии изменяются в обратном порядке, что отражает закономерности изменения гидродинамических радиусов и величины коэффициента вращательного трения макромолекул. Значение О для наименее подвижной фракции равно 10,4x10'7 см2/с с Л/зв= 18,3x103, максимальное значение составляет 16,2х10"7 см2/с. В сравнении с хаотически разветвленными полимерами, например, хвойными лигнинами, диффузионная подвижность макромолекул лигнина ДЛ-Об достаточно мала, что позволяет высказать предположение об отсутствии узлов разветвлений в макромолекулах.

Совокупность таких параметров, как характеристическая вязкость [г)], коэффициенты поступательной диффузии И и седиментации 5 с молекулярной массой фракций, позволяет оценить конформационное состояние и топологическую структуру макромолекул полимера. Зависимость между этими параметрами выражается соотношениями типа Марка-Куна-Хаувинка (М-К-Х), которые устанавливают зависимость между гидродинамическими характеристиками и молекулярной массой.

Логарифмические зависимости (рис. 6) аппроксимируются прямыми линиями (коэффициент корреляции Я > 0,95). Это показывает, что фракции ДЛ-Об являются топологически подобными, и есть основания для применения уравнения М-К-Х.

ig(M.s,D)

1.0

0,8-

0,6-

0,4-

Рисунок 6 - Зависимость характеристической вязкости, коэффициентов седиментации и диффузии от молекулярной массы фракций ДЛ-Об.

Вискозиметрический параметр а, вычисленный по зависимости от Mos, составляет величину 0,62 ±0,09. Значения диффузионного параметра Ъ равны соответственно -0,52±0,02, что согласуется с результатами вискозиметрических и седиментационных измерений в рамках проверочных тестов: (1-е) = 1/3(а+1) [0,52 =0,54] и КпшК0=А0Т/щ [1,0-10'3=1,2-10'5]. Поэтому можно утверждать, что гидродинамическое поведение в седиментационно-диффузионных экспериментах (явление поступательного трения макромолекул) и в вискозиметрических экспериментах (явление вращательного трения) эквивалентно, а фактор асимметрии полимерного клубка отсутствует.

Таблица 3. Параметры уравнений [77] = К,,Ма, D = KDM~b, S = KSMC для

Характеристика Скейлинговые индексы

а Ъ с

М-А/да D-Msd S-Msd 0,62±0,09 0,52±0,02 0,48±0,02

к, 1,75x10" 1,81 х 104 2,40x104

Значения параметров уравнений М-К-Х отвечают линейным полимерам в конформации набухшего непротекаемого клубка. Любая другая конформация характеризуется иными значения этих показателей, к тому же последовательность этих индексов по численным значениям, а>\Ь\>с, отражает типичную для линейных полимеров закономерность по факту чувствительности к изменению ММ соответствующих гидродинамических свойств.

Величина гидродинамического инварианта Цветкова-Кленина Лй=3,2х 10"'° эргК"'-моль"|/3 (табл. 2) указывает на выполнимость свойств самоподобия для фракций с различной молекулярной массой и в точности совпадает с

ю

литературными данными по значениям Аа для синтетических линейных полимеров с гибкими цепями.

Одной из важных характеристик полимеров с линейной структурой является термодинамическая (равновесная) гибкость макромолекул, которая оценивается с помощью параметров заторможенности внутреннего вращения а, величины статистического сегмента Куна или персистентной длины. Параметр а вычисляли по уравнению

3,08-1(ГФ1'

Мо - молекулярная масса усредненного мономерного звена; Ф© - коэффициент Флори равный 2,1х1021; Кв - структурно-термодинамический параметр. Для повышения достоверности значение структурно-термодинамического параметра К® определяли по нескольким известным уравнениям: Штокмайера-Фиксмана (Ш-Ф), Богданецки (Б) и Флори-Фокса-Шефгена (Ф-Ф-Ш). Значения молекулярных масс усредненного мономерного звена определяли из результатов элементного и функционального анализа.

По результатам расчета молекулярная масса усредненного мономерного звена М0 ДЛ-Об составила -199, а усредненное значение Кв - 0,56 1 03 дл/г (табл. 4), что существенно отличается от значений, определенных ранее для разветвленных полимеров, в том числе хвойных лигнинов. Установлено, что параметр заторможенности внутреннего вращения а ДЛ-Об равен 2,84. Следует отметить, что для образца лигнина из соломы овса этот параметр равен 2,47. Это означает, что и ДЛ-Об и ДЛ-О попадают в класс гибкоцепных полимеров, которые характеризуются, как правило, величиной 2<а<3. В частности, этот показатель для полистирола равняется 2,1, а для целлюлозы - жесткоцепного полимера а= 4,0.

Таблица 4. Значение структурно-термодинамического параметра К& для образцов диоксанлигнинов__

Образец ЛГ@х103 дл/г

Ш-Ф Ф-Ф-Ш Б среднее

ДЛ-Об 0,50 0,60 0,58 0,56

ДЛ-О 0,35 0,30 0,29 0,31

Одна из характеристик линейных полимеров - длина статистического сегмента Куна ¿к. которая отражает степень гибкости полимера и представляет собой длину самостоятельной кинематической единицы полимерной цепи. Чем меньше значение ¿к> тем выше степень гибкости макромолекулы. Другая характеристика цепной молекулы - гидродинамический диаметр полимерной цепи с1. Для расчета ¿к и с/ необходимо значение массы единицы длины М/, которое можно определить из уравнения Бушина, применимого в области сравнительно малых молекулярных масс.

^ = - \&М,с1 + 0,165;

кТ 3 щ„Ыа

Размер гидродинамического диаметра с! определяли экстраполяцией в координатах МО=Щ^М). Величину сегмента ¿к. определяли из уравнения

И

Ъ - тангенс угла наклона из построения Штокмайера-Фиксмана [7]/Л/'5=ДЛ/°'5).

В табл. 5 приведены характеристики термодинамической гибкости ДЛ-Об, а также результаты наших расчетов указанных параметров для ряда других лигнинов, выделенных из стеблей овса (ДЛ-О), пшеницы (ДЛ-П), ржи (ДЛ-Р) и ячменя (ДЛ-Я).

Таблица 5. Характеристики гибкости макромолекул диоксанлигнинов

Образец Л^х 10'8,см-1 а, к ¿к, А

ДЛ-Об 140,6 26,6 54,0

ДЛ-О 128,7 22,2 36,0

ДЛ-П 121,9 20,3 29,5

ДЛ-Р 148,8 26,7 43,3

ДЛ-Я 131,3 22,3 39,8

Как показывают результаты, по величине статистического сегмента Куна 1К =54 А ДЛ-Об также относится к гибкоцепным полимерам, поскольку жесткоцепные полимеры имеют ¿к более 100 А. Это подтверждается известными результатами оценки этого параметра для целлюлозы (/.« =140 А) и типичных гибкоцепных линейных полимеров. Так, полистиролы характеризуются величинами ¿к в пределах 35-40 А, полиакриламиды между 45 и 49 А, полиглицины - до 56,2 А.

Итак, на основании анализа значений скейлинговых параметров а, Ъ, с, инварианта Цветкова-Кленина, параметра заторможенности внутреннего вращения а и других характеристик установлено, что макромолекулы ДЛ-Об относятся к классу гибкоцепных линейных полимеров с параметрами термодинамической гибкости цепи <¿=26,6 А и £к=54,0 А.

4. Топологическая структура макромолекул лигнина ДЛ-К

В табл. 6 представлены значения гидродинамических характеристик образца ДЛ-К в ДМФА. По результатам фракционирования, используя данные о массовых долях Щ и М0п фракций, рассчитали средневесовую и среднечисловую массу, а также параметры полидисперсности, которые составили следующие величины: А/и=28,Зх103, М„=19,9х103, МУМ„ =1,42.

Таблица 6. Гидродинамические характеристики ДЛ-К в ДМФА

№ М, см /г .0x107, см2/с 5х1013, с Л/даХ Ю'3 Л/^хЮ"3 Л0хЮ10, эрг-К''-моль"|/3

1 10,5 6,9 3,03 34,1 34,9 2,8

2 8,0 7,8 2,93 29,1 31,8 2,8

3 5,5 10,2 2,16 15,5 20,7 2,6

4 5,3 10,9 2,04 15,4 17,6 2,7

5 5,2 13,5 1,89 10,9 9,4 3,0

6 5,0 15,5 1,83 9,2 6,5 3,2

7 4,8 16,4 - - 5,7 -

8 4,7 16,8 - - 5,4 -

Как видно из представленных результатов, молекулярные массы Л/0;; фракций ДЛ-К изменяются в достаточно широких пределах от 5,4х103 до З4,9х103.

Конформация макромолекул полимера в растворе может быть установлена путем построения корреляционных соотношений между [т)], коэффициентами диффузии Д седиментации 5 и молекулярной массой М в рамках степенных соотношений типа Марка-Куна-Хаувинка:

[г?] = Кг,Ма Б = К5МС О = К„М~Ь

На рис. 7 представлены зависимости 1в[т|], 1&5 и 1 от \gMso . которые можно аппроксимировать уравнениями прямых линий.

Рисунок 7 - Зависимость характеристической вязкости, коэффициентов седиментации и диффузии от молекулярной массы фракций ДЛ-К.

По тангенсу угла наклона были вычислены значения степенных показателей уравнений М-К-Х. Значение вискозиметрического степенного индекса а равняется 0,54±0,1. Для зависимости коэффициента диффузии от молекулярной массы оказалось, что А=-0,59±0,04. Скейлинговый коэффициент по седиентационным данным составляет 0,41±0,04. Таким образом, гидродинамическое поведение образца ДЛ-К характеризуется следующими уравнениями Марка-Куна-Хаувинка:

[г)]=3,3x10"4Л/°'54 .9=4,05x10'^А/0,41 Я=3,14х10-4М-а59

Скейлинговые параметры свидетельствуют о том, что лигнин ДЛ-К существенно отличается от лигнинов гваяцильного (хвойного) типа, но в определенной степени напоминает лигнины лиственных пород древесины.

Значения показателей степени а в вискозиметрическом соотношении Марка-Куна-Хаувинка отвечают линейным макромолекулам в конформации набухшего непротекаемого клубка. Однако утверждать, что лигнин ДЛ-К относится к линейным полимерам было бы неверно, поскольку значения гидродинамического инварианта Цветкова-Кленина А о, существенно отличаются от типичных значений для линейных полимеров. Если для линейных полимеров параметр ^»=3,2 х10"'° эргхК"'хмоль"|/3, то для препарата ДЛ-К он составляет в среднем - 2,85, т.е. заметно (на 10-15%) ниже. Таким образом, можно сделать вывод о том, что лигнин

13

ДЛ-К относится к разветвленным полимерам. Это подтверждается и относительно невысокими значениями характеристической вязкости, во всяком случае, более низкими, чем для лигнина ДЛ-Об. Так, вязкость фракции ДЛ-Об с МО5=14х103 имеет значение 7,2 см3/г, тогда как для близкой по ММ фракции ДЛ-К (Мду=15,4х103) вязкость заметно меньше - 5,3 см3/г.

Таким образом, комплекс физико-химических свойств и значений гидродинамических параметров обнаруженный для исследуемого лигнина ДЛ-К, указывает на то, что топология его макромолекул не отвечает ни линейной, ни хаотически разветвленной конфигурации. При этом обнаружены свойства, характерные для линейной топологии, в первую очередь - это значения параметров М-К-Х; другие результаты свидетельствуют о разветвленности ДЛ-К. Особенности гидродинамического поведения лигнинов позволяют сделать предположение о звездообразной топологической структуре макромолекул этих полимеров.

Предложенная гипотеза о звездообразной структуре макромолекул подтверждается результатами ранее проведенных исследований лигнина осины, который характеризовался уравнениями М-К-Х, практически совпадающими с уравнениями для ДЛ-К:

[г|]=2,9х10"4М0,59

£>=1,6x10"4ЛГ

•0,53

¿■=5,2х10-,5М°'47

Количественное определение степени разветвленности макромолекул с различной ММ позволяет оценить реалистичность предложенной гипотезы о звездообразной структуре ДЛ-К.

Фактор ветвления или ^-фактор определяли как отношение характеристической вязкости разветвленного полимера к характеристической вязкости линейного аналога.

\л\ш.

Значения [г|]ли„ вычисляли по уравнениям М-К-Х, подставляя вместо предэкспоненциального множителя Кп средние значения Кв, полученные экстраполяцией значений молекулярных масс фракций и их характеристических вязкостей в координатах уравнения Штокмайера-Фиксмана.

2 ■

.Л

1

1

1

I g-фaктop число ветвлений Г

3 4

№ фракции

Рисунок 8 - Значения ^-фактора и числа ветвлений фракций лигнина ДЛ-К.

На рис. 8 приведены значения факторов ветвления и соответствующих им значения количества ветвлений для ДЛ-К. Как видно, образец ДЛ-К имеет среднее значение ^0,72 в интервале от 0,63 до 0,81, что соответствует полимерам с трех- и тетрафункциональным узлом ветвления. Таким образом, ДЛ-К представляет собой смесь макромолекул с трех- и тетрафункциональными узлами ветвления.

ВЫВОДЫ

1. Методами химического и физико-химического анализа проведено исследование диоксанлигнинов, выделенных из оболочек зерен Avena sativa и стеблей Brassica oleráceo. Установлены элементный и функциональный состав ДЛ-К и ДЛ-Об, определены усредненные брутто-формулы мономерного звена: ДЛ-К - C9H9,60O2,32(OCH3)U8, ДЛ-Об - С^зАи^ОСНз),,«. Установлено, что ДЛ-К и ДЛ-Об относятся к композиционно неоднородным биополимерам, состоящим из мономерных единиц гваяцильного, сирингильного и n-кумарового типа.

2. Методами скоростной седиментации, диффузии и вискозиметрии исследованы гидродинамические свойства фракционированных препаратов в ДМФА, определены молекулярные массы и параметры полидисперсности образцов ДЛ-К и ДЛ-Об, которые составили Mw =28,Зх103 (МУЛ/„=1,42) для ДЛ-К и М„= 14,9 хЮ3 (MJM„ =1,06) для ДЛ-Об, соответственно.

3. В ходе исследования ДЛ-Об проведена оценка гидродинамического инварианта Цветкова-Кленина ^й=3,2-10'0 эргК''-моль""3 и скейлинговых индексов Марка-Куна-Хаувинка: а=0,62 ¿>=-0,52 с=0,48 , которые указывают на принадлежность этого лигнина к классу полимеров с линейной топологией макроцепей.

4. На основании определения структурно-термодинамических параметров и параметра заторможенности внутреннего вращения а установлено, что макромолекулы ДЛ-Об относятся к классу гибкоцепных линейных полимеров с параметрами термодинамической гибкости цепи иН26,6 А и £к=58,0 А.

5. В ходе исследования ДЛ-К проведена оценка скейлинговых индексов уравнений Марка-Куна-Хаувинка: а=0,54, ¿=-0,59, с=0,41 и установлено, что макромолекулы образуют в ДМФА набухшие непротекаемые клубки асимметричной формы.

6. На основании анализа значений гидродинамического инварианта Цветкова-Кленина /4о=2,8'1010 эргК"'-моль'"3, фактора разветвленности (g< 1) установлено, что макромолекулы ДЛ-К следует отнести к разветвленным структурам с линейными ветвями. Высказано предположение, что ДЛ-К представляет собой смесь макромолекул с трех- и тетрафункциональными узлами ветвления.

Список публикаций по теме диссертации

1. Кочева, JI. С. Лигнины из соломы: гидродинамические и конформационные свойства макромолекул [Текст] / Л. С. Кочева, А. П. Карманов, М. В. Миронов, В. А. Белый, В. Ю. Беляев, Ю. Б. Монаков // Журнал прикладной химии. -2008.-Т. 81.-Ха 11.-С. 1918-1923.

2. Карманов, А. П. Гидродинамические свойства макромолекул лигнинов из соломы пшеницы и овса [Текст] / А. П. Карманов, Л. С. Кочева, М. В. Миронов, В. А. Белый, В. Ю. Беляев // Химия растительного сырья. - 2008. - № 3. -С. 33-38.

3. Миронов, М. В. Применение полимерных методов для исследования лигнинов Avena sativa L. и Brassica oleráceo L. [Текст] / M. В. Миронов, А. П. Карманов, И. Н. Полина // Аграрная Россия. Специальный выпуск. - 2009. - С. 127-128.

4. Карманов, А. П. Скейлинговые свойства макромолекул лигнинов в разбавленном растворе ДМФА по данным седиментационно-диффузионного анализа и вискозиметрии [Текст] / А. П. Карманов, В. Ю. Беляев, Л. С. Кочева, Д. В. Кузьмин, М. В. Миронов, Т. А. Махова, К. Г. Боголицын. - Химия растительного сырья. - 2010. - № 3. - С. 47-54.

5. Миронов, М. В. Выделение и исследование лигнинов из однолетних растений [Текст] / М. В. Миронов, В. А. Белый // Х-ая Юбилейная межрегиональная научно-практическая конференция для студентов и аспирантов «Исследования молодежи экономике, производству, образованию»: сборник материалов - Сыктывкар. - 2006. - С. 99-102.

6. Миронов, М. В. Исследование структуры лигнина недревесных растений [Текст] / М. В. Миронов, В. А. Белый // Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава Сыктывкарского лесного института «Февральские чтения»: сборник материалов. Научное электронное издание. - Сыктывкар. - 2006. - С. 287-290.

7. Миронов, М. В. Исследования лигнина однолетних растений физическими и физико-химическими методами [Текст] / М. В. Миронов, В. А. Белый // VII-ая Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2006»: материалы конференции; ч. 1. - Ухта. - 2006. - С. 369-371.

8. Белый, В. А. Изучение спектральных характеристик лигнина, выделенного из растительных отходов [Текст] / В. А. Белый, М. В. Миронов И VII-ая Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2006»: материалы конференции; ч. 1. - Ухта. - 2006. - С. 350-352.

9. Миронов, М. В. Структурно-химические особенности лигнина, выделенного из однолетних растений [Текст] / М. В. Миронов, В. А. Белый, А. П. Карманов, Л. С. Кочева // IV-ая Всероссийская научная конференция «Химия и технология растительных веществ»: тезисы докладов конференции. - Сыктывкар. - 2006. - С. 134.

Ю.Миронов, М. В. Структура и свойства макромолекул лигнина Avena sativa [Текст] / М. В. Миронов, 3. В. Иванова, А. П. Карманов // Региональная научно-практическая конференция «Февральские чтения»: сборник материалов. Научное электронное издание. - Сыктывкар. - 2007. - С. 210-213.

11. Миронов, М. В. Изучение полимерных свойств лигнина, выделенного из овса [Текст] / М. В. Миронов, В. А. Белый // VIII-ая Международная молодеж-

ная научная конференция «Севергеоэкотех-2007»: материалы конференции; ч. 1,-Ухта.-2007.-С. 348-350.

12. Белый, В. А. Сравнительная характеристика недревесных лигнинов [Текст] / В. А. Белый, А. П. Карманов, Л. С. Кочева, М. В. Миронов // II-ая Международная конференция Физикохимия лигнина, сборник материалов. - Архангельск. - 2007. - С. 53-56.

13. Миронов, М. В. Конформационные свойства диоксанлигнина Brassica [Текст] / М. В. Миронов, В. А. Белый // IX-ая Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2008»: материалы конференции; ч. 1.

- Ухта. - 2008. - С. 355-357.

14. Миронов, М. В. Исследование структуры макромолекул диоксанлигнина Brassica [Текст] / М. В. Миронов, А. П. Карманов, В. Ю. Беляев // Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава Сыктывкарского лесного института «Февральские чтения»: сборник материалов. Научное электронное издание. - Сыктывкар, 2008. - С. 611-613.

15. Миронов, М. В. Характеристика гидродинамических свойств лигнина методом седиментационно-диффузионного анализа и вискозиметрии [Текст] / М. В. Миронов, В. Ю. Беляев, Л. С. Кочева, А. П. Карманов // V-ая Всероссийская научная конференция «Химия и технология растительных веществ»: тезисы докладов конференции. - Уфа. - 2008. - С. 161.

16. Миронов, М. В. Исследование структуры макромолекул лигнина Avena sativa L. методами молекулярной гидродинамики [Текст] / М. В. Миронов // Х-ая Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2009»: материалы конференции; ч. 1. - Ухта. - 2009. - С. 340-343.

17. Миронов, М. В. Гидродинамические и конформационные свойства макромолекул лигнинов однолетних растительных отходов [Текст] / М. В. Миронов, А. П. Карманов, В. Ю. Беляев // Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава Сыктывкарского лесного института «Научные чтения»: сборник материалов. Научное электронное издание.

- Сыктывкар. - 2009. - С. 293-298.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.х.н., профессору Карманову А.П., научному консультанту д.х.н. Кочевой Л.С. и старшему научному сотруднику Института химии Коми НЦ УрО РАН к.х.н. Беляеву В. Ю.

Сан.-эпид. заключение 11РЦ.09.953.П.000015.01.09. Подписано в печать 21.12.2010. Формат 60x84 1/16 Бумага «Снегурочка». Гарнитура «Times». Печать - ризофафия. Усл. п. л. 1,1 Заказ 57 Тираж 100 экз. Отпечатано в СЛИ 167982, Сыктывкар, ул. Ленина, д, 39

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Исследования лигнинов хвойной древесины

1.2 Исследования лигнинов лиственной древесины

1.3 Исследования недревесных лигнинов

Актуальность проблемы. Лигнины относятся к числу важнейших компонентов растительной ткани. Различные отходы сельскохозяйственного производства, технические отходы мукомольной промышленности и овощеводства, содержащие значительные количества растительных биополимеров, представляют собой потенциально ценное сырье для химической промышленности. В последние годы было показано, что лигнины - это перспективные природные соединения для создания нового класса биомедицинских препаратов полифункционального назначения, в том числе антиоксидантов, онко- и геропротекторов. Однако сегодня препараты на основе лигнинов, в основном хвойных пород древесины, применяются лишь в качестве энтеросорбентов. Лигнины других классов, в том числе травянистые, практически не используются, что обусловлено недостаточной их изученностью. В связи с этим исследования химической и топологической структуры макромолекул недревесных лигнинов являются весьма актуальными. Новые знания о строении этих полимеров позволят расширить спектр продуктов, получаемых из растений. Одним из классических подходов к познанию строения органических высокомолекулярных соединений является исследование физико-химических свойств растворов методами молекулярной гидродинамики, которые позволяют получить надежные данные о конформациях и топологической структуре макромолекул. Результаты исследования ранее не изученных недревесных лигнинов имеет не только прикладное, но и теоретическое значение, в том числе для разработки концепции о топологической структуре природных лигнинов различных классов.

Целью работы является характеристика химической и топологической структуры макромолекул лигнинов, выделенных из травянистых растений — капусты Brassica oleracea и овса Avena sativa. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• изучение гидродинамических свойств макромолекул в разбавленных растворах ДМФА методами капиллярной вискозиметрии, скоростной седиментации и поступательной диффузии;

• оценка молекулярных масс и определение конформационных и скейлинговых характеристик лигнинов;

• исследование химического строения препаратов диоксанлигнинов физико-химическими методами.

Научная новизна. На основании анализа данных ЯМР-13С, ИКспектроскопии и химического анализа получены новые данные о химическом строении лигнинов из травянистых растений капусты Brassica oleracea и овса Avena sativa и показано, что исследуемые полимеры относятся к классу лигнинов GSH- типа. Установлен функциональный и мономерный состав и вычислены брутто-формулы мономерного звена исследуемых полимеров.

С использованием методов седиментационно-диффузионного анализа и современных гидродинамических теорий разбавленных растворов установлен ряд фундаментальных характеристик макромолекул, включая гидродинамические инварианты, фрактальные размерности и структурнотермодинамические параметры, что позволило впервые в химии лигнина экспериментально установить параметры равновесной гибкости полимерной цепи. Показано, что макромолекулы лигнина овса Avena sativa относятся к классу гибкоцепных линейных полимеров, а лигнина капусты

Brassica oleracea - к классу регулярно-разветвленных полимеров.

Практическая ценность работы. Результаты структурно-химических исследований могут быть использованы при совершенствовании технологий утилизации технических отходов растительного происхождения.

Полученные данные о строении и физико-химических свойствах препаратов в сочетании с уже имеющимися сведениями о медико-биологическом применении лигнинов расширяют перспективы целенаправленного получения продуктов различного назначения при химической переработке травянистых растений. Результаты исследования найдут также применение 5 при разработке теоретических основ структурной организации природных лигнинов.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на П-ой Международной конференции «Физикохимия лигнина» (г. Архангельск, 2007 г.); Международной молодежной конференции «Севергеоэкотех» (г. Ухта, 2006-2009 гг.); Научно-практической конференции «Февральские чтения» (г. Сыктывкар, 2006-2009 гг.); IV-ой Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (г. Сыктывкар, 2006 г.) и V-ой Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (г. Уфа, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 13 тезисов докладов.

Объем и структура работы. Работа изложена на 114 страниц машинописного текста, содержит 31 таблицу, 18 рисунков и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов и выводов. Список литературы содержит 150 наименований.

выводы

1. Методами химического и физико-химического анализа проведено исследование диоксанлигнинов, выделенных из оболочек зерен Avena sativa и стеблей Brassica oleracea. Установлены элементный и функциональный состав ДЛ-К и ДЛ-Об, определены усредненные брутто-формулы мономерного звена: ДЛ-К - СдНу^оОг^гСОСНз)^, ДЛ-Об - С9Н7,з9Оз,21(ОСНз)1,05- Установлено, что ДЛ-К и ДЛ-Об относятся к композиционно неоднородным биополимерам, состоящим из мономерных единиц гваяцильного, сирингильного и я-кумарового типа.

2. Методами скоростной седиментации, диффузии и вискозиметрии исследованы гидродинамические свойства фракционированных препаратов в ДМФА, определены молекулярные массы и параметры полидисперсности образцов ДЛ-К и ДЛ-Об, которые составили Mw =28,3 xlO3 (MJMn= 1,42) для ДЛ-К и Mw= 14,9 xlO3 {MJM„ =1,06) для ДЛ-Об, соответственно.

3. В ходе исследования ДЛ-Об проведена оценка гидродинамического инварианта Цветкова-Кленина Л0=3,2-Ю10 эрг-К'^моль"173 и скейлинговых индексов Марка-Куна-Хаувинка: <я=0,62 ¿=-0,52 с=0,48 , которые указывают на принадлежность этого лигнина к классу полимеров с линейной топологией макроцепей.

4. На основании определения структурно-термодинамических параметров и параметра заторможенности внутреннего вращения а установлено, что макромолекулы ДЛ-Об относятся к классу гибкоцепных линейных полимеров с параметрами термодинамической гибкости цепи d-26,6 Á H¿k=58,0Á.

5. В ходе исследования ДЛ-К проведена оценка скейлинговых индексов уравнений Марка-Куна-Хаувинка: а=0,54, ¿=-0,59, с=0,41 и установлено, что макромолекулы образуют в ДМФА набухшие непротекаемые клубки асимметричной формы. 6. На основании анализа значений гидродинамического инварианта Цветкова-Кленина Д,=2,8-1010 эрг-К^моль173, фактора разветвленности 1) установлено, что макромолекулы ДЛ-К следует отнести к разветвленным структурам с линейными ветвями. Высказано предположение, что ДЛ-К представляет собой смесь макромолекул с трех- и тетрафункциональными узлами ветвления.

1.4 Заключение

Литературные данные свидетельствуют, что лигнин состоит из трех типов мономерных единиц. Применяя традиционные методы изучения структуры лигнина, такие как НБО, ПМО, ЯМР- и ИК-спектроскопия, элементный и функциональный анализ, исследователям удалось установить многие важные аспекты строения лигнина на химическом уровне. Было определено, что лигнины хвойной древесины состоят, главным образом, из гваяцильных структурных единиц. Лиственные лигнины -гваяцилсирингильные биополимеры. Для недревесных лигнинов, как видно из обзора литературы, характерно наличие в структуре трех типов фенилпропановых единиц. Здесь важно отметить, что для лиственных и недревесных лигнинов может иногда наблюдаться преобладание сирингильных или я-кумаровых единиц, что не позволяет идентифицировать их как вЗ- или ОБН-лигнин. Кроме того, необходимо напомнить, что до настоящего времени не разработан метод выделения неизмененного лигнина. Наиболее близкими, по строению, к природному лигнину, являются лигнины механического размола и диоксанлигнины. Применение же других методов, для получения препарата, может дать результат отличный от результатов, полученных большинством исследователей.

Главная характеристики любого полимера - молекулярная масса. Большинство ДЛ и ЛМР имеют молекулярную массу от 2,0хЮ3 до З5,0х103,

3 3 иногда достигая 50,0x10 -60,0x10 . Такие значения были получены методом ультрацентрифугирования. Другие методы исследования дают часто более низкие значения молекулярных масс. В отличие от синтетических полимеров, лигнинные препараты характеризуются небольшой степенью полидисперсности М^Мп= 1-1,5. В ряде работ были получены важные величины, характеризующие структуру полимерных цепей лигнина, такие как гидродинамические инварианты, скейлинговые индексы, фрактальные размерности, факторы ветвления, вычисляемые на основании зависимости свойств поступательного и вращательного трения от молекулярной массы. Все перечисленные величины необходимы для определения топологии любого полимера. Было установлено, что хвойные лигнины имеют хаотическую структуру, а лиственные лигнины — полимеры с тетрафункциональным узлом ветвления. О полимерной структуре недревесных лигнинов, в сравнении с данными о лиственных и хвойных лигнинах, известно крайне мало.

Таким образом, анализ имеющихся в настоящее время данных показывает, что к числу наиболее актуальных задач в области химии лигнина относятся следующие:

• исследование химического строения препаратов лигнинов физико-химическими методами.

• изучение гидродинамических свойств макромолекул в разбавленных растворах ДМФА методами капиллярной вискозиметрии, скоростной седиментации и поступательной диффузии;

• оценка молекулярных масс и определение конформационных и скейлинговых характеристик лигнинов.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Характеристика сырья

Объектами исследования являлись диоксанлигнины, выделенные из стеблей (кочерыжек) капусты Brassica oleracea (ДЛ-К) и оболочек зерен овса Avena sativa (ДЛ-Об). Стебли кочерыжки капусты были заготовлены на предприятии ОАО «Совхоз Пригородный» г. Сыктывкар, а оболочки зерен овса на предприятии «Сысольская сортоиспытательная станция» с. Визинга, Сысольского района республики Коми. Содержание основных компонентов в растительном сырье: целлюлоза - 51,0 % и 34,2 % для В. oleracea и оболочки зерен A. Sativa; лигнина — 12,2 и 21,3 % соответственно. При обсуждении результатов привлекались также данные по исследованию диоксанлигнинов, выделенных из стеблей (соломы) овса A. sativa (ДЛ-О). Препараты лигнинов представляли собой порошки светло-кремового цвета. Выход лигнинов составил: ДЛ-К - 11,0% , ДЛ-Об - 41,6% от содержания лигнина в растительном сырье.

Определение содерлсания лигнина по методу Комарова. Навеску воздушно-сухого обессмоленного растительного препарата массой около 1 г о помещали в коническую колбу вместимостью 50 см с притертой пробкой. К

3 3 навеске добавляли 15 см 72%-ной H2SO4 (плотностью 1,64 г/см ) и выдерживали в термостате при температуре 24.25°С в течение 2,5 ч при осторожном периодическом помешивании во избежание образования комков. Затем смесь лигнина с кислотой переносили в коническую колбу

3 3 вместимостью 500 см , смывая лигнин 200 см дистиллированной воды. Разбавленную смесь кипятили с обратным холодильником на электрической плитке в течение 1 ч. Частицам дали укрупниться и осесть. Затем лигнин отфильтровывали на пористом стеклянном фильтре, высушенном до постоянной массы. Фильтр с лигнином сушили в сушильном шкафу при температуре (103±2)°С до постоянной массы и взвешивали. По отношению массы полученного лигнина к массе исходного сырья определяли содержание лигнина в исходном растительном сырье. Параллельно проводили три эксперимента.

Определение содержания целлюлозы по методу Кюршнера. Для анализа использовали азотно-спиртовую смесь, состоящую из одного объема концентрированной азотной кислоты (плотностью 1,4 г/ см3) и четырех объемов 95%-ного этанола. Навеску сырья около 1 г помещали в коническую

3 3 колбу вместимостью 250 см и добавляли мерным цилиндром 25 см азотно-спиртовой смеси. Кипятили на водяной бане в течение 1 ч с обратным холодильником. После окончания кипячения давали опилкам осесть и о осторожно сливали жидкость. Далее добавляли 25 см свежей азотпо-спиртовой смеси, и снова кипятили в течение 1 ч. Такую обработку проводили 4 раза. После последней обработки отфильтровывали на высушенном до постоянной массы пористом стеклянном фильтре, о промывали 10 см свежей спирто-азотной смеси, и горячей водой. После промывки тщательно отсасывали воду и сушили в сушильном шкафу при температуре (103±2) °С до постоянной массы и взвешивали. По отношению массы полученной целлюлозы к массе исходного сырья определяли содержание целлюлозы в исходном растительном сырье. Параллельно проводили три эксперимента.

Определение содержания золы. Содержание золы проводили сжиганием навески образца, помещенного в фарфоровый тигель, с последующим прокаливанием золы в муфельной печи при температуре 550.600°С. После чего тигель охлаждали в эксикаторе и взвешивали. Содержание золы в процентах определяли по отношению массы исходной навески к массе полученной золы. Параллельно проводили три эксперимента.

2.2 Выделение препарата

Подготовка сырья состояла из следующих этапов: экстракция сырья смесью этанол-бензол (1:2 по объему) и экстракция холодной водой.

Сырье засыпали в колбу и заливали смесью диоксапа и воды (9:1 по объему) с добавлением соляной кислоты 0,7%. Смесь кипятили в течение 2-х часов. По истечении времени полученный раствор отфильтровывали и фильтрат нейтрализовали бикарбонатом натрия, раствор оставляли на сутки, затем отфильтровывали от осадка. Отфильтрованный раствор упаривали в вакууме до сиропообразного состояния. Полученный таким образом раствор выливали в 1%-ый раствор сульфата натрия, осадок отфильтровывали, промывали дистиллированной водой и высушивали.

Для очищения препарата от примесей его растворяли в небольшом количестве диоксана и высаживали в диэтиловый эфир. Переосаждение проводили три раза. Полученный препарат хранили в эксикаторе над твердой щелочью.

2.3 Исследование химической структуры лигнинов физико-химическими методами

Элементный анализ выделенных препаратов лигнинов проводили на анализаторе фирмы Hewlett Packard (США).

ИК-спектры снимали с помощью прибора IR prestige 21 фирмы Shimazu (Япония) в таблетках КВг. Обработку спектров проводили по известной методике с применением метода базисной линии и внутреннего стандарта (полоса поглощения 1600 см"1).

ЯМР-13С-спектры регистрировали в импульсном режиме (спектрометр Bruker АМ-300) с рабочей частотой 75,5 МГц. Ширина спектров 18000 Гц. Длительность импульса 2 мкс. Интервал между импульсами 4 сек. Растворитель - ДМСО дейтерированный. Концентрация раствора 30%. Добавляли релаксант - трисацетилацетонат хрома, 0,02 моль/л. Число сканов для ДЛ-К - 49000, для ДЛ-Об - 44000.

2.4 Исследование химической структуры лигнинов химическими методами

Определение силънокислых карбоксильных групп. В мерную колбу 25 мл помещали навеску лигнина 40-60 мг, прибавляли 20 мл 0,4 н. Са(СН3СОО)2. Колбу нагревали в течение 30 минут при 85 °С с неплотно закрытой пробкой. Затем колбу закрывали и оставляли на 15 минут для охлаждения. Смесь доводили дистиллированной водой до метки, перемешивали и фильтровали через бумажный фильтр. Из фильтрата отбирали аликвоту 20 мл и титровали свободную уксусную кислоту 0,05 н. ЫаОН в присутствии фенолфталеина. Параллельно проводили холостой опыт, расчет:

-0,85-100 = )./■!,062 ш0%

А А здесь: а - объем 0,05 н. №ОН, израсходованного на титрование пробы, мл. а0 — объем 0,05 н. 1ЧаОН, израсходованный на титрование холостой пробы, мл.

- поправка к титру 0,05 н. №ОН. 1,25 - коэффициент пересчета на полный объем. 0,85 - количество ОН-групп, соответствующее 1 мл 0,05н ШОН, мг; А - навеска лигнина, мг. Затем вели пересчет на карбоксильные группы в % по формуле: соон]=Шфоон\ 1 J м[он} где:

ОН] — содержание в пробе гидроксильных групп, %. М[СООН] ~ молярная масса карбоксильной группы, г/моль. М[ОН] - молярная масса гидроксильной группы, г/моль.

Определение феиолъных гидроксильных групп. Приведенная ниже методика предназначена для определения содержания суммы карбоксильных и фенольных гидроксильных групп. Содержание фенольных ОН-групп определяется по разнице суммы всех кислых групп и карбоксильных групп. Дегазированный дистиллят, необходимый для проведения опыта, получали кипячением с обратным холодильником в течение 2 часов.

В сухую мерную колбу 25 мл помещали навеску лигнина 40-60 мг, прибавляли из микробюретки (защита от С02) точно 5 мл 0,1 н. NaOH и 2 мл этанола. Ставили колбу на 3 минуты в водяную баню, нагретую до 85 °С. К горячему раствору или суспензии прибавляли 1 мл 10% раствора ВаСЬ, закрывали колбу пробкой и оставляли на 15 минут для охлаждения. Затем смесь доводили до метки дегазированной дистиллированной водой (не содержащей ССЬ), перемешивали, быстро выливали в пробирку, закрывали пробкой и центрифугировали в течение 3-5 минут. Затем пипеткой отбирали 20 мл прозрачного центрифугата и выливали его в коническую колбу, в которой предварительно было налито 5 мл 0,1 н. HCl. Прибавляли индикатор. Избыток кислоты оттитровывали из микробюретки 0,1 н. NaOH. Параллельно ставили холостой опыт, расчет:

ОН 6 ](д-^о>/-1>7-1)25-100 ^(а-ао)-/-2,125 1QQ% j4. А где: а - объем 0,1н NaOH, израсходованного на титрование пробы, мл; ао - объем 0,1н NaOH, израсходованного на титрование холостой пробы, мл;

- поправка к титру 0,1н NaOH;

1,7 - количество ОН-групп, соответствующее 1 мл 0,1 н NaOH, мг;

1,25 - коэффициент пересчета на полный объем;

А - навеска лигнина, мг Расчет содержания фенольных гидроксильных групп вели по следующей формуле:

ОН феи\=[0Н овщ\-[ОН сооп] 52

При проведении функционального анализа все опыты ставились в трех повторах.

2.5 Гидродинамические методы исследования

По данным седиментационно-диффузионного анализа определяли молекулярные массы фракций препаратов ДЛ-К и ДЛ-Об из уравнения Сведберга здесь:

5 - коэффициент седиментации;

В - коэффициент диффузии;

1-ур) — архимедов множитель системы полимер - растворитель;

7? - универсальная газовая постоянная;

Т- температура.

Поступательнаядиффузия. Измерения коэффициентов поступательной диффузии образцов ДЛ-К и ДЛ-Об проводили на аналитической ультрацентрифуге МОМ-3180 при 25°С. Диффузионную границу образовывали в полиамидной кювете наслаивающего типа, рабочие полости которой имеют секториальную форму. Искусственную границу между раствором и растворителем создавали путем наслоения растворителя на раствор. Коэффициенты диффузии измеряли при

3 3 концентрациях раствора 3x10" г/см.

Опыты проводили при скорости вращения ротора 5000 об/мин, интервал между снимками 10 мин. Количество снимков в опыте равнялось пяти. Обработку дифференциальных кривых проводили по стандартному методу максимальной ординаты и площади. Полученные значения принимали за экстраполированные к нулевой концентрации, поскольку концентрационная зависимость коэффициента диффузии, как для лиственных лигнинов, так и для препаратов хвойных лигнинов отсутствует.

Рисунок 4 - Диффузионный профиль фракции №4 ДЛ-К в ДМФА.

На рисунке 4 показан диффузионный профиль фракции №4 ДЛ-К в ДМФА. По данным диффузионного профиля для каждой фракции строили зависимости где: - площадь под кривой диффузионного профиля; Н— максимальная ордината кривой диффузионного профиля; ? - время, в которое был сделан снимок.

Б/Н)2, см2

Рисунок 5 — Зависимость скорости размывания диффузионной границы от времени для некоторых фракций ДЛ-К.

На рисунке 5 приведены зависимости (8/Н)2=:Р(1:). Из этих зависимостей, по отношения тангенса угла наклоняя прямой к 4жР, определяли коэффициенты поступательной диффузии где:

Е - увеличение оптической системы и фотоувеличителя

Скоростнаяседиментация. Коэффициенты скоростной седиментации измеряли на аналитической ультрацентрифуге МОМ-318С) в двухсекторной полиамидной кювете капиллярного типа, позволяющей проводить опыты с образованием искусственной границы. Опыты о л проводили в ДМФА при концентрациях 3x10" г/см при скорости вращения ротора 48000 об/мин, интервал между снимками 10 мин, количество снимков в опыте равнялось пяти

55

Цифры на рисунке — номера снимков при проведении опыта. д1пХ

Рисунок 7 - Зависимость скорости смещения седиментационной границы от времени седиментации для некоторых фракций ДЛ-К.

На рисунке 6 показана седиментограмма фракции №4 ДЛ-К в ДМФА. По данным еедиментограммы для каждой фракции строили зависимость скорости смещения максимума седиментационной границы от времени седиментации, рисунок 7. Величину коэффициента седиментации Б рассчитывали по отношению тангенса угла наклона прямой А1пх = к а/ (АЫх/А^со2, где: со - угловая скорость вращения ротора центрифуги, х - координата максимума еедиментограммы, А/ - время седиментации.

Определение фактора плавучести. Фактор плавучести (1^р0) или множитель Архимеда - величина, необходимая при определении значений молекулярных масс полимера в седиментационно-диффузионном анализе. Здесь (1-уро) определяли традиционно из пикнометрических измерений. Использовали пикнометр с маркировкой 25 и см , который градуировали по воде (дегазированный бидистиллят). Измерения проводили при температуре 25°С, значение архимедова множителя определяли из уравнения:

4 ' IV где:

АР=Р-Р0, Р и Р0- масса раствора и растворителя одного объема; Ар = р-р0 - разность плотностей раствора и растворителя; Ж- массовая доля растворенного образца

Исследование методом вискозиметрии. Вискозиметрические исследования проводили в капиллярном вискозиметре Оствальда с диаметром капилляра 0,56 мм. Измеряли время истечения растворителя (ДМФА) и раствора с разной концентрацией образца. Время истечения

57 чистого ДМФА составило 51,3 с. Концентрацию варьировали в пределах от 2,5 до 8,5 весовых %. В данной области соблюдаются критерии разбавленности: С[г|] < 1 и Т)0тн > 1,1- Измерения проводили в термостате при температуре 25 °С. По полученным значениям определяли относительную вязкость г оти

Т0 здесь: х - время истечения раствора, с; т0 - время истечения растворителя, с. Из значения относительной вязкости определяли относительное повышение вязкости в присутствии растворенного образца - удельную вязкость

Луд ~ Лот, ~ 1

Затем строили зависимость приведенной вязкости г)уд^ (XV - концентрация образца) от концентрации

Г|Лу, см3/г

Рисунок 8 - Зависимость приведенной вязкости от весовой концентрации для фракций ДЛ-К.

При экстраполяции приведенной вязкости к нулевой концентрации, рисунок 8, определяли значение приведенной вязкости (предельного числа вязкости) для каждой фракции.

ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЗЛ Исследование химической структуры лигнинов

Лигнины, как показано в литературном обзоре, относятся к химически неоднородным полимерам, и не исключено, что совершенно одинаковых по химическому строению лигнинов не существует. Детальные исследования лигнинов показывают, что деление лигнинов на гваяцильные и гваяцилсирингильные является недостаточным. Это подтверждается исследованиями японских ученых, которые показали, что лигнины растений можно подразделять на пять-семь типов в соответствие с систематикой растений, причем ими же показано, что существующая хемотаксономическая классификация лигнинов не в состоянии описать всего многообразия существующих лигнинов. Структурные особенности лигнинов связаны не только с композиционным составом макромолекул, но и количественным составом функциональных групп и межмономерных связей. Поскольку поведение лигнинов в процессах химической переработки растительного сырья определяется строением лигнинов, то дальнейшее детальное изучение строения лигнинов различного ботанического происхождения не теряет своей актуальности до настоящего времени.

Далее будут изложены результаты исследования образцов лигнинов, выделенных из стеблей (кочерыжек) капусты Brassica oleráceo (ДЛ-К) и оболочек зерен овса Avena sativa (ДЛ-Об). При обсуждении результатов привлекались также данные по исследованию диоксанлигнина, выделенного из стеблей (соломы) овса Avena sativa (ДЛ-О).

В таблице 14 представлены данные, характеризующие химический состав усредненных структурных фенилпропановых единиц исследуемых образцов. Элементный состав диоксанлигнинов исследуемых травянистых растений свидетельствует о том, что образцы характеризуются высоким содержанием атомов кислорода, что указывает на достаточно большое

1. Shao, S. Lignin characteristics of Abies beshanzuensis, a critically endangered tree species Text. / S. Shao, Z. Jin, Y. H. Weng // Journal of wood science. 2008. - V. 54. - P. 81-86.

2. Грушников, О. П. Достижения и проблемы химии лигнина Текст. / О. П. Грушников, В. В. Елкин. М. : Наука, 1973. - 296 с.

3. Bisho, J. G. Oxidative degradation of wood. II. Products of alkaline nitrobenzene oxidation by a methylation-gas chromatographic technique Text. / J. G. Bisho, E. Zavarin, D. L. Brink // TAPPI. 1966. - V. 49. - P. 218-226.

4. Balakshin, M. Y. NMR studies on Fraser fir Abies fraseri (Pursh) Poir Text. / M. Y. Balakshin, E. A. Capanema, B. Goldfabr, J. Frampton, J. F. Kadla // Holzforshung. 2005. - V. 59. - P. 488-496.

5. Donaldson, L. A. Lignification and lignin topochemistry an ultrastructural view Text. / L. A. Donaldson // Phytochemistry. - 2001. - V. 57. - P. 859873.

6. Ozava, S. Extractives of todomatsu sachalinensis masters. XI. Brauns lignin of todomatsu Abies sachalinensis Text. / S. Ozava, T. Sassaya // Mokuzai gakkaishi. 1991. -V. 37. - P. 847-851.

7. Виноградов, С. В. Поликонденсационные процессы и полимеры Текст. / С. В. Виноградов, В. А. Кучнев. М. : Наука, 2000. - 373 с.

8. Коршак, В. В. Равновесная поликонденсация Текст. / В. В. Коршак, С. В. Виноградова. -М. : Наука, 1972. 696 с.

9. Ю.Власов, Г. П. Синтез полифениленоксидов с использованиемпероксидазы хрена Текст. / Г. П. Власов, Г. А. Панкова //97

10. Высокомолекулярные соединения 2002. - Т. 44 (А). - № 5. - С. 743749.

11. П.Коршак, В. В. Поликонденсация Текст. / В. В. Коршак, Н. М. Козырева. М. : МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1984. - 79 с.

12. Афанасьев, Н. И. Вязкость водных растворов лигносульфонатов Текст. / Н. И. Афанасьев, Jl. Н. Парфенова // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 1995. - № 2-3. - С. 150-153.

13. Gupta, P. R. Lignin/ Gel chromatography and the distribution in molecular size of lignin sulphonate at several electrolyte concentrations Text. / P. R. Gupta, J. L. McCarty // Macromolecules. 1968. - V. 1. - № 3. - P. 236244.

14. Benko, J. Measurement of molecular weight of lignosulphonic acids and related materials by diffusion Text. / J. Benko // TAPPI. 1964. - V. 47. -№8.-P. 508-514.

15. Боголицын, К. Г. Химия сульфитных методов делигнификации древесины Текст. / К. Г. Боголицын, В. М. Резников. М. : Экология, 1994.-289 с.

16. Зоркий, П. М. Структурная химия на рубеже веков Текст. / П. М. Зоркий // Российский химический журнал. 2001. - № 2. - С. 3-10.

17. Afanasyev, N. I Text. : proceed. International symposium on cellulose and lignocellulosic chemistry / N. Afanasyev, E. Korobova, O. Korobova. -Guangzhou, China, 1991. P. 313-316.

18. Соколов, О. M. Макромолекулярные реакции лигнина при щелочных варках, полимолекулярный состав и гидродинамические свойства малоизмененных и технических лигнинов Текст. : автореферат дис. . докт. хим. наук / О. М. Соколов. Рига, 1988. - 44 с.

19. Богомолов, Б. Д. О зависимости между молекулярным весом и коэффициентом распределения лигнина при гель-фильтрации Текст. / Б. Д. Богомолов, О. М. Соколов, Н. Д. Бабикова // Химия ииспользование лигнина. Рига : Зинатне, 1974. - С. 107-112.98

20. Sarkanen, S. Lignin. 19. Kraft lignin component conformation and associated complex configuration in aqueous alkaline solution Text. / S. Sarkanen, D. C. Teller, E. Abramowski, J. L. McCarthy // Macromolecules. 1982. - V. 15. - № 4. - P. 1098-1104.

21. Каницкая, JI. В. Количественная 1Н и 13С спектроскопия лигнинов Текст. / Л. В. Каницкая, И. А. Козлов, В. А. Бабкин, Э. Н. Дерягина // Химия растительного сырья. 1998.-№ 3. - С. 35-40.

22. Калабин, Г. А. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки Текст. / Г. А. Калабин, Л. В. Каницкая, Д. Ф. Кушнарев. М.: Химия, 2000. - 408 с.

23. Карманов, А. П. Исследования топологической структуры лигнина Текст. / А. П. Карманов, В. Ю. Беляев // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 1999. - № 6. - С. 85-92.

24. Карманов, А. П. Структура и полимерные свойства природного лигнина и его биосинтетических аналогов дегидрополимеров Текст. : дис. . докт. хим. наук / А. П. Карманов. - Уфа, 1995. - 303 с.

25. Karmanov, А. P. Hydrodynamic property of lignins and dehydropolymers

26. Text. : proceed. VIII International Symposium on Wood and Pulping99

27. Chemistry / A. P. Karmanov, V. Yu. Belyaev, Yu. B. Monakov. Helsinki, 1995.-V. 2.-P. 41-46.

28. Шорыгина, H. H. Изучение лигнина лиственницы сибирской Текст. / Н. Н. Шорыгина, В. В. Елкин // Известия Академии наук СССР, Химическая серия. 1965. - № 7. - С. 1279-1280.

29. Кузьмин, Д. В. Исследование химической и топологической структуры лигнина древесины лиственницы и акации Текст. : дис. . канд. хим. наук / Д. В. Кузьмин. Сыктывкар, 2004. - 123 с.

30. Witten, Т. Space filling constraint on transport in random aggregates Text. / T. Witten, Y. Kantor // Journal of physical revive. Series B. 1984. - V. 30.-№7.-P. 4093-4095.

31. Sorvari, J. Attempt at isolating and characterizing secondary wall and middle lamella from spruce wood {Picea abies) Text. / J. Sorvari, V. Pietarila, A. Nygren-Konttinen, A. Klemola, J. E. Laine, E. Sjostorm // Papperstidnpuu. 1983.-V. 65.-P. 117-121.

32. Hardell, H.-L. Variations in lignin structure in defined morphological parts of spruce Text. / H.-L. Hardell, G. J. Leary, M. Stoll, U. Westermark // Svensk papperstidn. -1980. V. 83. - P. 44-49.

33. Erikson, M. Gaschomatographishe analyse von ligninoxydationprpdukten.

34. VII. Ein verbessertes verfahren zur characterisierung von ligninen durch100metylierung und oxydativen abbau Text. / M. Erikson, S. Larsson, G. Mikshe // Acta chemica Scandinavia. 1980. - V. 27. - P. 127-140.

35. Алексеев, А. Д. Исследование гидродинамических свойств лигнина Бьеркмана Текст. / А. Д. Алексеев, В. М. Резников, Б. Д. Богомолов, О. М. Соколов // Химия древесины. 1971. - № 7. - С. 31-36.

36. Карманов, А. П. Самоорганизация и структурная организация лигнина Текст. / А. П. Карманов. Екатеринбург : УрО РАН. - 2004. - 271 с.

37. Rokhin, А. V. Quantitative !Н- and 13C-NMR-spectroscopy of lignins isolated from aspen wood by various methods Text. / A. V. Rokhin, L. V. Kanitskaya, D. F. Kushnarev, G. A. Kalabin // Chemistry of natural compounds. 1995. - V. 31. - № 6. - P.740-745.

38. Марченко, Т. А. Топологическая структура макромолекул лиственных лигнинов Текст. : дис. . канд. хим. наук / Т. А. Марченко. -Сыктывкар, 2002. — 121 с.

39. Viebock, F. Eine neue methode zur mabanalytischen bestimmung der methoxyl und athoxylgmppe Text. / F. Viebock, A. Schwappach // Chemishe berichte 1930. - № 63. - S. 2818-2823.

40. Рафиков, С. В. Введение в физикохимию растворов полимеров Текст. / С. Р. Рафиков, В. П. Будтов, Ю. Б. Монаков. М. : Наука, 1978. - 328 с.

41. Твердохлебова, И. И. Конформация макромолекул (вискозиметрический метод оценки) Текст. / И. И. Твердохлебова. -М. : Химия, 1981.-284 с.

42. Yamakawa, H Modern theory of polymer solutions Text. / H. Yamakawa. N.Y. : Harper and Row, 1971. - 419 p.

43. Zimm, В. M. Dynamic of branched polymer molecules in dilute solution Text. / B. M. Zimm, R. W. Kilb // Journal of polymer science. 1959. - V. 37. -№ 137.-P. 19-42.

44. Jenkins, R Unperturbed dimensions of stereoregular polymers Text. / R.

45. Jenkins, R. S. Porter // In: Advances in polymer science. Properties of101polymers. Berlin : Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1980. - V. 39. - 20 P

46. Твердохлебова, И. И. Основные гидродинамические характеристики полимеров со звездной и гребнеобразной структурой макромолекул Текст. / И. И. Твердохлебова // Успехи химии. -1977. Т. 46. - № 7. -С. 1279-1301.

47. FreIre, J. J. Conformational properties of branched polymers: theory and simulations Text. / J. J. Freire // In: Advances in polymer science. Branched polymers II. Berlin : Springer-Verlag Berlin Heidelberg. - 1999. - V. 143. -78 p.

48. Burchard, W. Solution properties of branched macromolecules Text. / W. Burchard // In: Advances in polymer science. Branched polymers II. -Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 1999. - V. 143. - 82 p.

49. Lai, Y.-Z. Variation of the phenolic hydroxyl group content in wood lignins Text. / Y.-Z. Lai, X.-P. Guo // Wood science and technology. 1991. - V. 25. - P. 467-472.

50. Adler, E. Lignin chemistry past, present and future Text. / E. Adler // Wood science and technology. - 1977. - V. 11. - P. 169-218.

51. Gierer, J. Chemistry of delignification. Part 1 General concept and reactions during pulping Text. / J. Gierer // Wood science and technology. -1985.-V. 19.-P. 289-312.

52. Gierer, J. Chemistry of delignification. Part 2 Reactions of lignin during bleaching Text. / J. Gierer // Wood science and technology. - 1986. - V. 20.-P. 1-33.

53. Adler, E. Estimation of phenolic hydroxyl groups in lignin Text. / E. Adler, S. Hernestam, I. Wallden // Svensk papperstidn. 1958. - V. 61. - P. 641647.

54. Gierer, J. Reaction of lignin during sulfate cook. III. The splitting of arylalkyl ether bonds in milled wood by alkali Text. / J. Gierer, G. Lenz, I.

55. Noren, S. Soderberg // TAPPI. 1964. - V. 47. - P. 233-239.102

56. Sarkanen, K. V. Species variation of lignins. II. Conifer lignins Text. / K. V. Sarkanen, H.-M. Chang, G. G. Allan // TAPPI. 1967. - V. 50. - P. 583587.

57. Gellerstedt, G. Structural changes in lignins during kraft cooking. Part 4. Phenolic hydroxyl groups in wood and kraft pulps Text. / G. Gellerstedt, E. Lindfors // Svensk papperstidn. 1984. - V. 87. - P. 115-118.

58. Girardin, M. Microdosage rapide des groupements alkoxyles par Chromatographie en phase gazeuse. Application a' la lignine Text. / M. Girardin, M. Metche, // Journal of chromatography. 1983. - V. 264. - P. 155-158.

59. Gellerstedt, G. Structural changes in lignin during oxygen bleaching Text. / G. Gellerstedt, K. Gustafsson, E. L. Lindfors, // Nordic pulp and paper researchers journal. 1986. - V. 1. - P. 14-17.

60. Robert, D. Carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrometry Text. / D. Robert, S. Y. Lin, C. W. Dence // In: Methods in lignin chemistry. New York: Springer-Verlag. - 1992. - P. 250-273.

61. Kringstad, K. P. 13C-NMR-spectra of kraft lignins Text. / K. P. Kringstad, R. Morck, // Holzforshung. 1983. - V. 37. - P. 237-244.

62. Lapierre, C. Application of new methods for the investigation of ligninstructures Text. / C. Lapierre, G. H. Jung, D. R. Buxton, R. D. Hatfield, J.

63. Ralph // In: Forage cell wall structure and digestibility. Madison, WI:

64. ASA-CSSA-SSSA. 1993. - P. 133-166.103

65. Evans, R. J. Molecular characterization of the pyrolysis of biomass I. Fundamentals Text. / R. J. Evans, T. A. Milne // Energy Fuels. 1987. - V. l.-P. 123-137.

66. Raymond, C.A. Nondestructive sampling of Eucalyptus globulus and E. nitens for wood properties. I. Basic density Text. / C. A. Raymond, A. Muneri // Wood science and technology. 2001. - V. 35. P. 27-39.

67. Raymond, C. A. Within tree variation and genetic control of basic density, fibre length and coarseness in Eucalyptus regnans in Tasmania Text. / C. A. Raymond, P. Banham, A. Macdonald // Appita journal. 1998. V. 51. -P. 299-305.

68. Kleinert, T. N. Organosolv pulping with aqueous alcohol Text. / T. N. Kleinert // TAPPI. 1974. -V. 57. -№8. - P. 99-102.

69. Sarkanen, K. V. Acid-catalyzed delignification of lignocellulosic in organic solvents Text. / K. V. Sarkanen // Progress in biomass conversion. 1980. V. 2. - P. 127-145.

70. Faix, O. Molecular weight and weight distribution of milled wood lignins of some wood and bambusoideae species Text. / O. Faix, W. Lange, O. Beinhoff// Holzforshung. 1980. - V. 34. - P. 174-176.

71. Tirtowidjojo, S. Kinetics of Organosolv delignification in batch- and flow-through reactors Text. / S. Tirtowidjojo, K. V. Sarkanen, F. Pla, J. L. McCarty // Holzforshung. 1988. - V. 42. - P. 177-183.

72. Sarkanen, K. V. Species variation in lignins III. Hardwood lignins Text. / K. V. Sarkanen, H. M. Chang, G. G. Allan // TAPPI. 1967. - V. 50. - P. 587-590.

73. Shultz, T. P. Quantitative structural analysis of lignin by diffuse reflectance Fourier transform infrared spectrometry Text. / T. P. Shultz, W. G. Glasser // Holzforshung. 1986. - V. 40. - P. 37-44.

74. Hodges, K. L. Determination of alkokxyl substitution in cellulose ethers by Zeisel-Gas chromatography Text. / K. L. Hodges, W. E. Kester, D. L. Weiderrich, J. A. Glover // Analytical chemistry. 1969. - V. 51. - P. 21722176.

75. Chum, H. L. Some aspects of lignin characterization by high performance size exclusion chromatography using styrene divinylbenzen copolymers gels Text. / H. L. Chum, D. K. Johnson, M. P. Tucker, M. E. Himmel // Holzforshung. 1987. - V. 41. - P. 97-108.

76. Pla, F. Macromolecular characteristics of alkali lignin and Organosolv lignin from black cottonwood Text. / F. Pla, M. Dollc, J. F. Yan, J. L. McCarty // Macromolecules. 1986. - V. 19. - P. 1471-1477.

77. Flory, P. J. Principles of polymer chemistry Text. / P. J. Flory. Ithaca, New York: Cornell university press, 1953 - 668 p.

78. Fukugawa, N. A two-dimensional NMR study of birch milled wood lignin Text. / N. Fukugawa, G. Meshitsuka, A. Isuzu // Journal of wood chemistry and technology. 1991. - V. 11. - P. 373-396.

79. Ede, R. M. Homo- and hetero-nuclear 2D NMR techniques: unambiguous structural probes for non-cyclic benzyl-aryl ethers in soluble lignin samples Text. / R. M. Ede, I. Kilpelainen // Research on chemical intermediates. -1995.-V. 21.-P. 313-328.

80. Capanema, E. A. Quantitative characterization of a hardwood milled lignin by nuclear magnetic resonance spectroscopy Text. / E. A. Capanema, M. Yu. Balakshin, J. F. Kadla // Journal of agricultural and food chemistry. -2005. V. 53. - P. 9639-9649.

81. Bjorkman, A. Studies on finely divided wood. Part I. Extraction of lignin with neutral solvents Text / A. Bjorkman // Svensk papperstidn. 1956. -V. 59.-P. 477-485.

82. Zhang, L. NMR studies on the occurrence of spirodienone structures in107lignins Text. / L. Zhang, G. Gellerstedt, F. Lu, J. Ralph I I Journal of wood chemistry and technology. 2006. - V. 26. - P. 65-79.

83. Adler, E. Investigation of the acid-catalyzed alkylation of lignin by means of NMR spectroscopic methods Text. / E. Adler, G. Brunow, K. Lundquist // Holzforshung. 1987. - V. 41. - P. 199-207.

84. Browning, B. L. Methods in Wood Chemistry Text. / B. L. Browning // In: Methods in Wood Chemistry New York : Inter-science Publishers, 1967. -V. 2.-P. 732-734.

85. Zakis, G. F. Functional analysis of lignins and their derivatives Text. / G. F. Zakis. Atlanta: Tappi press, 1994. - 230 p.

86. Mahajan, S. Studies on the chemistry of lignin of Eucalyptus globulus Text. / S. Mahajan, R. N. Madan, J. Nand // In: Indian pulp and paper. -1985.-P. 32.

87. Yokoi, H. Characterization of within-tree variation of lignin components in Eucalyptus camaldulensis by pyrolysis-gas chromatography Text. / H. Yokoi, Y. Ishida, H. Ohtani, S. Tsuge T. Sonoda, T. Ona // Analyst. 1999. -V. 124.-P. 669-674.

88. Kuroda, K-I. Characterization of sago palm (Metoxylon sagu) lignin byanalytical pyrolysis Text. / K-I. Kuroda, O. Tetsuo, T. Ueno // Journal ofagricultural and food chemistry. 2001. - V. 49. - P. 1840-1847.108

89. Geronikaki, A. A. A study of dioxane lignins of Althea niidiflorci and Althea rosea Text. / Kh. A. Abduazimov, A. A. Geronikaki // Chemistry of natural compounds. 1976. - V. 12. - P. 622-623.

90. Dalimova, G. N. The structure of lcenaf lignin Text. / G. N. Dalimova, A. A. Geronikaki, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. -1978.-V. 14.-P. 663-666.

91. Smirnova, L. S. PMR spectra of the dioxane lignins of some plants of family Malvaceae Text. / L. S. Smirnova, G. N. Dalimova, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1980. - V. 16. - P. 409411.

92. Geronikaki, A. A. A comparative study of the dioxane lignins of Althea Text. / A. A. Geronikaki, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1977. - V. 13. - P. 80-86.

93. Kufchik, N. Ya. Isolation of individual fractions of dioxane lignin from kenaf stems and their study Text. / N. Ya. KuFchik, G. N. Dalimova, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1978. - V. 14. - P. 547-550.

94. Dalimova, G. N. Cleavage of the natural lignin and the dioxane lignin of kenaf by thioacetic acid Text. / G. N. Dalimova, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1986. - V. 22. - P. 218-219.

95. Yanishevskaya, E. N. Lignin of the cotton plant of variety Tashkent 6 Text. / E. N. Yanishevskaya, B. Kh. Pulatov, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1983. - V. 19. - P. 516-517.

96. Veksler, N. A. Isolation and study of individual fractions of dioxane lignin from cotton-plant stems Text. / N. A. Veksler, L. S. Smirnova, Kh. A.

97. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1978. - V. 14. - P. 98100.

98. Mukhamedova, S. Study of the lignin of a cotton plant of the variety S-6524 Text. / S. Mukhamedova, L. S. Smirnova, B. Kh. Pulatov, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1994. - V. 30. - P. 395396.

99. Abduazimov, Kh. A. Cotton plants lignin Text. / Kh. A. Abduazimov, L. S. Smirnova // Chemistry of natural compounds. 1997. - V. 33. - P. 357381.

100. Veksler, N. A. Study of the dioxane lignin of the cotton plant. Ill Text. / N. A. Veksler, L. S. Smirnova, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1974. - V. 10. - P. 652-654.

101. Geronikaki, A. A. An investigation of the lignin of the cotton plant. IV. Text. / A. A. Geronikaki, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1974. - V. 10. - P. 397-398.

102. Kuznetsova, N. V. A study of cotton lignin Text. / N. V. Kuznetsova, L. S. Smirnova, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1972. -V. 8.-P. 96-98.

103. Yanishevskaya, E. N. A study of the lignin of the cotton plant of the subspecies mexicamium Text. / E. N. Yanishevskaya, B. Kh. Pulatov, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1982. - V. 18. - P. 718-721.

104. Podgornova, G. G. A study of the dioxane and hydrolysis lignins from the seeds hulls of the cotton plant Text. / G. G. Podgornova, Z\ K. Saipov, L. S. Smirnova, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1976. -V. 12.-P. 364-365.

105. Mirzahmedova, M. K. A study of the lignin of the sea island cotton plant of variety S-6030 Text. / M. K. Mirzahmedova, L. S. Smirnova, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1983. - V. 19. - P. 591593.

106. Veksler, N. A. An investigation of the dioxane lignin of cotton bolls Text. / N. A. Veksler, L. S. Smirnova, Kli. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1976. - V. 12. - P. 621.

107. Shorygina, N. N. The determination of molecular weight and carbonyl groups of the lignin of the cotton plant Text. / N. N, Shorygina, Kh. R. Niyazov // Russian chemical bulletin. 1962. - V. 11. - P. 2002-2004.

108. Saipov, Z. K. A study of rice lignin Text. / Z. K. Saipov, E. V. Borodina, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. 1983. - V. 19. -P. 355-357.

109. Saipov, Z. A. The lignin of ripe rice-plant stems and of the rice husks Text. / Z. A. Saipov, Kh. A. Abduazimov // Chemistry of natural compounds. -1982.-V. 18.-P. 765-766.

110. Sun, X-F. Extraction and characterization of original lignin and hemicelluloses from wheat straw Text. / X-F. Sun, R-C. Sun, P. Fowler, M. S. Baird // Journal of agricultural and food chemistry. 2005. - V. 53. - P. 860-870.

111. Vazquez, G. FTIR, H-l and C-13 NMR characterization of acetosolv-solubilized pine and eucalyptus lignins Text. / G. Vazques, G. Antorrena, J. Gonzalez, S. Freire // Holzforshung. 1997. - V. 51. - P 158-166.

112. Jiang, Z. H. Correlation analysis of 31P-NMR chemical shifts with substituent effect of phenols Text. / Z. II. Jiang D. S. Argyropoulos, A. Granata // Magnetic resonance in chemistry. 1995. - V. 43. - P. 15381544.

113. Argyropoulos, D. S. Quantitative phosphorus-31 NMR analysis of lignins, anew tool for the lignin chemist Text. / D. S. Argyropoulos // Journal ofwood and chemical technology. 1994. - V. 14. - P. 45-63.1.l

114. Argyropoulos, D. S. 31P-NMR in wood chemistry: a review of recent progress Text. / D. S. Argyropoulos // Research on chemical intermediates. 1995. -V. 21. -P. 373-395.

115. Sun, R-C. Structural and physico-chemical characterization of lignins solubilized during alkaline peroxide treatment of barley straw Text. / R-C. Sun, X-F. Sun, P. Fowler, J. Tomkinson // European polymer journal. -2002.-V. 38.-P. 1399-1407.

116. Lu, F. Detection and determination of/>-coumarylated units in lignins Text. / F. Lu, J. Ralph // Journal of agricultural and food chemistry. 1999. - V. 47.-P. 1988-1992.

117. Fengel, D. Studies on the lignin of the bamboo species Phyllostachys makinoi Hay Text. / D. Fengel, X. Shao // Wood science and technology. -1985.-V. 19.-P. 131-137.

118. Shorygina, N. N. Investigation of the lignin of Phragmites communus trin Text. / N. N. Shorygina, T. S. Sdykov, A. K. Koshterov // Chemistry of natural compounds. 1965. -V. 1. - P. 335-336.

119. Sun, J-X. Inhomogeneities in the chemical structure of sugarcane bagasse Text. / J-X. Sun, X-F. Sun, R-C. Sun, P. Fowler, M. S. Baird // Journal of agricultural and food chemistry. 2003. - V. 51. - P. 6719-6725.

120. Himmelsbach, D. S. 13Cnuclear magnetic resonance of grass lignin Text. / D. S. Himmelsbach, F. E. Barton II // Journal of agricultural and food chemistry. 1980. - V. 28. - P. 1203-1208.

121. Кочева, JI. С. Структурная организация и свойства лигнина и целлюлозы травянистых растений семейства злаковых Текст. : дисс. . докт. хим. наук / Л. С. Кочева. Сыктывкар, 2007. - 355 с.

122. Козлов, Г. В. Оценка фрактальной размерности макромолекулярного клубка в разбавленном растворе по вязкостным характеристикам Текст. / Г. В. Козлов, К. Б. Темираев. В. А. Созаев // Журнал физической химии. 1999. - Т. 37. - № 4. - С. 766-768.

123. Баранов, В. Г. Мерность различных состояний линейной макромолекулы Текст. / В. Г. Баранов, С. Я. Френкель, Ю. В. Бресткин // Доклады Академии наук СССР. 1986. - Т. 290. - № 2. - С. 369-372.

124. Alexander, S. Density of states on fractals: "fractons" Text. / S. Alexander, R. Orbach // Journal of physical letters. 1982. - V. 43. - P. 625-631.

125. Marques, G. Chemical characterization of lignin and lipophilic fractions from leaf fibers of curaua {Ananas erectifolius) Text. / G. Marques, A. Gutierrez, J. C. del Rio // Journal of agricultural and food chemistry. 2007. -V. 55.-P. 1327-1336.

126. Bunzel, M. NMR characterization of lignins isolated from fruit and vegetable insoluble dietary fiber Text. / M. Bunzel, J. Ralph // Journal of agricultural and food chemistry. 2006. - V. 54. - P. 8352-8361.

127. Павлов, Г. M. Молекулярные характеристики фракций лигнина молотой древесины Текст. / Г. М. Павлов, Н. А. Михайлова, В. Ю. Беляев, В. Н. Сюткин // Журнал прикладной химии, 1995. Т. 68. - С. 316-320.

128. Карманов, А. П. Фрактальный анализ макромолекул лигнина Текст. / А. П. Карманов, JI. С. Кочева, Ю. Б. Монаков // Химия и химическая технология, 2007. №7. - Т.50. - С. 61-67.

129. Цветков, В. Н. Структура макромолекул в растворах Текст. / В. Н. Цветков, В. Е. Эскин, С. Я. Френкель. М.: Наука. - 1964. - 720 с.