Химия и химические технологии / 1.Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство.

к.х.н. А.В. Протопопов; д.х.н. В.В. Коньшин; аспирант М.В. Клевцова

Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова, Россия

Выбор ацилирующей смеси при ацилировании оболочки овса бензойной кислотой

Возросший в последние годы интерес к переработке растительного сырья обусловлен поиском новых источников композиционных и других материалов для различных отраслей промышленности. Получение недорогих и экологически чистых материалов – одна из главных задач современной науки. Наряду с этим достаточно остро стоит вопрос о переработке крупнотоннажных отходов растительного происхождения, а именно отходов сельского хозяйства, образующихся, главным образом, в процессе переработки однолетних культур.

В работах [1, 2, 3] описаны способы и методы получения сложных эфиров целлюлозы из однолетнего растительного сырья. В большинстве случаев сырьё для получения ценных замещенных продуктов и композитов основывается на взаимодействии лигноцеллюлозного материала с реагентами при высоких температурах, что в значительной степени вызывает деструкцию основных компонентов растительного сырья. Такая обработка также является не безопасной как для человека, так и для окружающей среды. Более того, немаловажным фактором в разработке способов модификации растительного сырья является доступность методов и средств обработки. Различие систем, в которых проводится модифицирование лигноцеллюлозного материала, позволяет получить материалы с различными свойствами. Изменение условий проведения синтеза также влияет на свойства целевого продукта.

На кафедре ХТ АлтГТУ была проведена серия опытов по ацилированию шелухи овса с целью получения сложных эфиров целлюлозы в различных реакционных средах и определения ацилирующей системы, в которой степень замещения ОН-групп в целлюлозе будет максимальной. В качестве ацилирующих систем выбраны следующие смеси реагентов: «тионилхлорид – серная кислота – бензойная кислота» (ТСБ), «тионилхлорид – толуол – бензойная кислота» (ТТБ), «тионилхлорид – хлорид алюминия (III) – бензойная кислота» (ТАБ), «тионилхлорид – бензойная кислота» (ТБ). Суммарно процесс ацилирования можно представить уравнением реакции:

Во всех случаях ацилирующим агентом является хлорангидрид бензойной кислоты. Реагенты, такие как серная кислота, толуол, хлорид алюминия (III) выполняют функцию катализатора и одновременно среды, в которой протекает реакция.

Синтезы проводились при температуре 55°С. В ходе проведения синтезов варьировалась их продолжительность от 2 до 5 часов. Полученный продукт осаждали в толуол, промывали от непрореагировавшей бензойной кислоты и высушивали до постоянной массы. С целью установления количества прореагировавших гидроксильных групп в целлюлозе определялось содержание связанной бензойной кислоты методом потенциометрического титрования. На основании содержания связанной кислоты в исследуемых продуктах была вычислена степень замещения в сложных эфирах целлюлозы. Данные расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Степень замещения в сложных эфирах целлюлозы, полученных при ацилировании овса

Время проведения синтеза, ч	Ацилирующая система
	ТСБ	ТТБ	ТАБ	ТБ
2	0,59	0,38	0,29	0,50
3	0,68	0,40	0,35	0,60
5	0,73	0,69	0,39	0,68

Как свидетельствуют полученные результаты, наиболее полно реакция ацилирования лигноцеллюлозного материала бензойной кислотой протекает в среде «тионилхлорид – серная кислота».

Образование сложноэфирной связи подтверждается и исследование продуктов методом ИК-спектроскопии. Для синтезированных сложных эфиров целлюлозы можно отметить наличие полос поглощения в области 3600-3200 см^-1 , характерных для валентных колебаний OH-групп. На всех ИК-спектрах присутствует полоса поглощения в области 1730 - 1750 см^-1, характерная для валентных колебаний СО – групп в сложных эфирах целлюлозы.

Литература

1. Dr. Xavier Farriol Roigés. Preparation of methylcellulose from annual plants/ A Dissertation Presented to the Graduate School of Rovira i Virgili University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy. – Tarragona, 2005. – 188 р.

2. V. K. Varshney and Sanjay Naithani. Chemical Functionalization of Cellulose Derived from Nonconventional Sources/ Cellulose Fibers: Bio- and Nano-Polymer Composites Green Chemistry and Technology Kalia. – GB, 2011. – 738 p.

3. Fedia Bettaieb, Ramzi Khiari, Mohammad L. Hassan, Mohamed Naceur Belgacem. Preparation and characterization of new cellulose nanocrystals from marine biomass Posidonia oceanica/ Industrial Crops and Products. – France, 2014 – Р. 8-18

4. А.В. Протопопов, В.В. Коньшин. Модифицирование древесины осины с целью получения м-аминобензоатов целлюлозы // Ползуновский вестник. – Барнаул: Изд-во Алт ГТУ, 2010, № 3. - С. 225-228.