ХИМИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Л. Ф. ХАУЛЕИ и Л. Е. УАИЗ

>’местпо будет кратко изложить цель настоящей книги, се содержание и при­менение.

Поскольку нал известно, до сих пор не было сделано попытки объединить в рамках одной книги данные, касающиеся исключительно химии древесины. Таким образом, делал попытку написать монографию по данному предмету, мы являемся до некоторой степени пионерами. В своей работе мы не пытались подражать нашим предшественникам в этой области, и если в ней и содержатся многочисленные ошибки и промахи, то все же мы надеемся, что она может служить для подведения итогов наиболее выдающимся вкладам в изучение того предмета, которому в Соединенных штатах уделялось лишь весьма скудное внимание. Резуль­татам чисто научных исследований в области химии древесины мы уделяли особое внимание и пытались выявить многочисленные пропуски и пробелы, существующие в знании этого предмета. Это между прочим привело нас к необходимости указать на то, сколько новых и благодарных областей для исследования открывается здесь в будущем. В случае спорных вопросов мы делали попытку собрать данные, .полученные экспериментальным путем, и беспристрастно обсудить точки зрения различных исследователей. С другой стороны, мы пытались установить различие между умозрительными заключениями и экспериментальным исследованием. Мы стремились также показать, что химия древесины является интересной и быстро растущей областью исследования и что изыскания в этой области существенно полезны как для биологик, так и для промышленное™. Мы однако не уделили внимания врактической стороне химической утилизации древесины и читатель не должен искать здесь детальных описаний промышленных процессов. К задаче своей мы подошли с точки зрения критики, но в то же время и созидания. Б то время как мы г удовольствием отмечаем тот факт, 4fo мы многим обязаны таким класси­ческим трудам, как С г а р е k, «Biochemie der РИапгеп» и S с h w а 1 b е, «Cheraie iler СеНаЫе» (я ряду других трудов, упомянутых в соответственных местах текста), большая часть нашего материала заимствована непосредственно из литературных первоисточников. Нередко мы подробно приводим данные и методы, собранные в течение последних 12 лет Северо-америкапской лабораторией лесных материа­лов (United States Forest Product Laboratory). Упомянутые выше источники были критически рассмотрены, прежде чем включить данные нз них в настоящую мо­нографию, Причиной неудачи многих исследователей в области технологии и хи­мии лесных материалов послужило то обстоятельство, что они пытались выводить исчерпывающие заключения на основе весьма скудных экспериментальных данных. Чтобы избежать подобной ошибки, нам приходилось пересматривать опытную часть многих статей, прежде чем согласиться с выводами авторов.

При изложении материала в связной н ясной форме, мы встречались с труд­ностями, которые сначала казались непреодолимыми. Как на пример можно указать на то, что две главы о лигнине писались и переписывались несколько разт прежде чем было достигнуто удовлетворительное изложение материала, так как последний является чрезвычайно запутанным благодаря бесконечной поленике в литературе по этик вопросам.

Задача наша заключалась в том, чтобы сделать настоящую книгу прежде всего полезной и заинтересовать читателя, а не в том, чтобы исчерпать весь отно­сящийся к данному вопросу материал. Мы позволили себе опустить многочисленные ссылки на статьи по химии древесины, не имеющие непосредственного отношения к данной теме или отражающие личные мнения авторов, не подтвержденные экспе­риментальными данными.

Далеко не легким делом является точное определение того, какое растение — можно назвать деревом. Дендрологи, задача которых состоит в изучении и классификации деревьев, вполне это осознали и подошли к своей задаче с надле­жащей осторожностью и сдержанностью Деревья, представляющие значитель­ную экономическую ценность, принадлежат к сперматофитам (SperMtophytes). Эти сперматофиты включают все цветковые растения. я нх группа, разделяется на два класса:

1) голосемянные,

2) покрытосемянные.

У голосемянных завязи нет и семяпочка лежит открыто. Они включают все хвойные (мягкие) породы. У покрытосемянных семяпочка заключена в завязь. Сюда входят лишенные породы умеренного пояса (твердые древесные породы). Ввиду того что в нашу задачу не входит обсуждение терминов «мягкие» и «твердые* древесные породы, скажем только, что термины эти не всегда соответствуют физи­ческим свойствам древесины данных пород. Деревья растут периодически с годич­ным периодом роста. Затем они обладают специальной проводящей тканью (извест­ной также под названием сосудистой ткани). Древесная часть этой ткани по мере созревания претерпевает некоторые физико-химические изменения, которые были объединены под общим туманным термином «одревеснение», о чем нам придется гово­рить более подробно в главе III части II. Благодаря процессу одревеснения клеточ­ные стенки укрепляются и затвердевают, и все древесные ткани более или менее одревесневают, вскоре после того как клетки их достигают предельной величины. Хотя одревеснение не ограничивается лишь одними деревьями, но ткани деревьев, одревесняются в большей степени, чем у растений травянистых, что является для них характерной чертой. Если бы отсутствовал процесс одревеснения, то де­ревья не были бы в состоянии поддерживать ствол, который растет и укрепляется из года в год. Отвод состоят из трех различных частей: сердцевины, древесины и коры. Сердцевина образует узкий цилиндр мягкой ткани, проходящий вертикально’ через центральную часть ствола. Внешняя часть ствола покрыта корой, а в про­странстве между сердцевиной и корой находится древесина2. Благодаря деятельности растущего слоя (называемого камбий — cambium) тшшчпые деревья способны утолщать свой ствол. Камбий отделяет последний слой древесины от коры н ежегодно — дает начало новой коре о новой древесине. Древесная ткань, возникающая из кам­бия, называется «вторичной древесиной» и с точки зрения технологии представляет собой наиболее важную часть ствола 3. Химия этой вторичной древесины и является темой настоящей книги.

Если мы сделаем поперечный разрез ствола дерева (выросшего в умеренном поясе), то заметим образование вторичной древесины по целому ряду концентри­ческих полос (обычно называемых годичными кольцам я). Каждое

«дельное кольцо состоит из двух частей: 1) внутренняя часть, обращенная к серд — «
цевнне (называемая ранней древесиной), н2) внешняя часть, обращен­ная к коре (называемая поздней древесиной)4. Ранняя, или весеяняя» древесина легче и обычно состоит из тонкостенных клеток со сравнительно большими отверстиями. Поздняя, или летняя, древесина часто обладает более плотной струк­турой и более толстостенными клетками с меньшими отверстиями. Во время роста наружные слон древесины (т. е. лежащие ближе к камбию) содержат больший процент живых клеток, и эти слои объединены (в связи с движением соков внутри их) под условным названием заболони. Древесина, лежащая ближек сердцевине, не деятельная физиологически и выполняющая чисто механические функции, называется ядром. Последнее часто бывает темнее и тяжелее заболони и неред­ко содержит скопление посторонних веществ. До настоящего времени нет данных, Указывающих на то, что при пе­реходе от заболони к сердцевине [ , одревеснение усиливается. ;

Древесина далеко не является веществом однородным. Она обла­дает волокнистым строением и состоит из клеток, которые в по­перечном разрезе имеют харак­терный пористый вид. Взаимная связь этих клеток (существующая по крайней мере первоначально) доказывается тем, что у них имеется общий средний слой (на­зываемый средней пластинкой), на котором расположены вторичные слои, а также наличием в их стен­ках нор и более тонких мест. Среднюю пластинку иожпо считать связующим слоем, который скреп­ляет вместе смежные клетки. Хи­мические свойства средней пла­стинки зз последнее время подвер­гались новым исследованиям 5. В каждой клетке имеются в качестве вторичного слоя клеточной стенки вещества, состав которых еще в точности не выяснен, но которые включают целлюлозу, по­лисахариды, отличающиеся от целлюлозы, it лигнин. С химической точки зрения эти составные части будут рассмотрены в главах I—IV части II. В стенке клетки имеется просвет или центральная пустота, обычно содержащая посторонние ве­щества, ввиду того что эта пустота служит для транспортирования и накопление воды и питательных веществ и т. д. в. Древесная ткань состоит из различных видов клеток, называемых ботаниками элементами м разделенных на два общих типа:

1) прозеихиматические элементы,

2) наренхиматические элементы.

ХИМИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Рис. 1.

Я

Прозеихиматические элементы служат отчасти для транспортирования воды и разбавленных водных растворов, отчасти для сообщения древесине крепости и упругости. Паренхиматпческие элемента главным образом содействуют про­ведению и накоплению углеводных питательных веществ, выработанных расте­нием 7. У голосемянных древесина более неоднородна, чем у покрытосемянных.

Мы упомянули об этой неоднородности древесины в виду того, что химики рабо­тали почти исключительно с древесиной в целом. Им не удавалось расчленить и "исследовать химические элементы данного типа. Другими словами, они знали очень мало о химических свойствах ботанических элементов, найденных в дре­весине 8. Быть может более легкой оказалась бы проблема изучения хвойных пород, которые более просты и могут быть подвергнуты химическому воздействию таким образом, чтобы удалить почти все кроме трахеидов (прозенхиматических элементов). Здесь однако мы также не располагаем сравнительными данными о химических свойствах хвойных трахеидов к свойствах сердцевинного луча или продольной паренхимы (паренхиматических элементов). Читатель должен иметь это в виду, когда он будет приступать к изучению химии древесины. Следует обратить

Внимание также на другое явление: в настоящей книге мы имеем дело с химией древесины, — продукта, который уже был выработан расте­нием. Предмет нашего изучения является следова­тельно статичным, ане дина­мичным. Нам остается лишь немного сказать о механизме роста, и мы также не будем вдаваться в подробности при обсуждении синтеза различ­ных составных частей дре­весины. Хотя мы и сознаем всю важность той области, кщпроп мы позволяем сеое не касаться, мы все же находим оправдание в том, чт" :*та область еще совершенно не исследована. Синтетические реакции энзим, ихсющне отношение к образованию веществ в клеточных стенках, еще не изу­чены.

Хотя мы не предполагали обсуждать химическое использование древесины с точки зрения технологии, все же кажется совершенно естественным попутно упомянуть о тех отраслях химической промышленности (существующих или наме­чающихся), которые целиком или частично зависят от древесины, как от сырья.

ХИМИЯ ДРЕВЕСИНЫ

NftJBOUtroiWW

*я<р« jfta

Еем*

V

Г

Рис. 2.

Сухая перегонга 9 применяется при получении метилового спирта, уксу — нлй кислоты, ацетона, древесного угля, дегтя н т. д. из древесины лиственных пород, как например бук, клен и береза. В то время как при промышленном полу­чении метилового спирта еще два года тому назад в качестве единственного сырого материала применялась древесина, в настоящее время имеется возможность полу­чать синтетический метанол из окиси углерода и водорода под высоким давлением и в присутствии соответствующих катализаторов 10. В 1924 г, в Соединенные штаты было ввезено всего лишь 180 л метанола. За первые десять месяцев 1925 г. импорт выразился в цифре около 1600 ООО A Пока можно только гадать отно­сительно окончательных результатов влияния производства синтетического метанола на будущность лесохимической промышленности. В прошлом промы­шленное получение солей щавельной кислоты почти всецело базировалось на спла­влении древесных отбросов с щелочами 1г. Более совершенные промышленные методы заключаются однако в дегидрогенизации муравъинонатриевойсолисобра-
зованиеи щавелевонатриевой соли. При кислотном гидролизе древесины полу­чаются моносахариды, что дает возможность применять частично гидролизован — ную древесину в качестве корма для скота и для винокурения Эти виды про­мышленного использования древесины еще не применялись в Соединенных шта­тах в сколько-нибудь значительной мере.

Делигнификация древесины 14 играет однако громаднейшую роль в произ­водстве целлюлозы. Древесная целлюлоза является важным сырьем в промышлен­ности бумажной н искусственного шелка. Она обещает сделаться еще более полез­ной в производстве нитратов целлюлозы, ацетатов и эфиров, а также при получе­нии специальных продуктов вроде вулканизированной фибры, искусственной шерсти и пленок из гидрат-целлюлозы (целлофан). В некоторых отраслях промы­шленности древесная целлюлоза применятся наравне с хлопком, причем соотноше­ние между количествами этих материалов, применяемых в качестве сырья, зави­сит от экономических условий страны, в которой ведется производство, и от лег­кости снабжения сырьем. Например, в Германии во время войны высокосортная древесная целлюлоза применялась в производстве взрывчатых веществ. В Соеди­ненных штатах хлопок является единственно важным видом сырья, применяе­мым в производстве высших нитратов целлюлозы.

Химические процессы, о промышленном значении которых мы кратко упоми­нали выше, касаются главным образом стенок клеток древесины. Те составные части древесины, которые не являются собственно частью клеточной стенки, также играют роль в промышленности. Эти составные части включают дубильные веще­ства, смолы, красители (или их «сходные вещества), эфирные масла, камеди, алкалоиды и т. д. Все они должны быть признаны химическими продуктами жизне­деятельности дерева. В качестве специфического примера использования таких продуктов мы могли бы упомянуть о белой американской сосне, которая после экстрагирования и перегонки паром дает канифоль и скипидар 15. Целый ряд посторонних веществ был найден в тропических деревьях, и некоторые их них могут служить для характеристики данной породы. Только что начавшееся хими­ческое исследование этих составных частей является богатым и интересным полем для исследования в области технологии органических веществ.

Примечаний к введению.

1 См Н. P. Brown, «Trees of New York State, Native and Naturalized», Tech­nical Publication of the New York State College of Forestry No. 15, pp. 9—2u (1921), откуда заимствована часть данного материала. Приносим нашу бла­годарность Д-ру Брауну за тщательное ознакомление с этой частью вве­дения.

1 С*. С. J. Record, «Economic Woods of the U. S.A.», 2-ndEdition, John Wiley & Sons (1019), Part 1. Более подробное описание сл. у Eames and Mac DanieJs. «Introductionto Plant Anatomy», McGraw-Hill (1925),chap­ter 1.

3 В деревьях первичная древесина смен;на с сердцевиной и встречается в столь незначительных количествах, что ее можно не принимать во вни­мание.

1 Мы не делали попытки дать различие менщу весенней и летней древеси­ной голосемянных и характерные различия между ранне» и поздней дре­весиной покрытосемянных. См. R eco rd, «Economic Wood of the U. S.», pp. 40 — 41, н Koehler, «Properties and Uses of Wood», pp. 8—15, Mc Graw — Hill Book Co (1924).

1 См. главы U в IK, части П.

U

* Определение посторонних веществ древесины приведено в главе 5 части 11 1 Описание микроскопической структуры древесины см. в главе I части V. 8 Приблизительно 60 лет тому назад французский химик Фремн сделал по­пытку разделить и изучить эти различные (ботанические) элемента, не по­лучив однако при этом удовлетворительных результатов. Си. га. 3 ча­сти II.

I С*. Н a w 1 е у, «Wood Distillation», Monograph Series А. С. 8., Chemical Catalog Co. (1923), см. также главу 2 части IV данной монографии.

М Уксусную кислоту можно также получать синтетически, переходя от аце­тилена к уксусному альдегиду и окисляя его в кислоту. !1 Н а е г t е 1, Chem. Met. Eng., 33. 15 [1926). 1- См. главу V части IV.

II См. главу III части IV. м См. главу IV части IV.

См. главу Участи JJ.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить отзыв