Химический состав древесинного вещества

Древесина на 99% состоит из органических веществ: углерода 49...50 %, кислорода 43...44 %, водорода 6 % и азота 0,1...0,3 %. В состав минера­льной её части – золы – входят: кальций, калий, натрий, магний, фосфор и сера... Они образуют 75...90 % нерастворимых в воде веществ (например, солей кальция) и рас­творимых щелочных веществ (поташ, сода – углекислые калий и натрий).

Основные составляющие клеточных стенок древесины хвойных и лиственных пород различны и составляют соответственно: целлюлоза 50 и 43 %, лигнин 30 и 22 % и гемицеллюлоза 20 и 30 %, остальные экстрактив­ные вещества (до 5 %) составляют смолы, камеди ("коммидон" (гр.) – гус­той сок, быстро затвердевающий), жиры, танниды ("таннер" (фр.) – дубить кожу), пектины ("пектос" (гр.) – студнеобразный) и пр.

Целлюлоза представляет собой линейный кристаллический полимер полисахарид, имеющий как и крахмал формулу (C₆H₁₀О₅)_n, где п – сте­пень полимеризации. Макромолекула её имеет вид цепи из множества звеньев – глюкозных остатков длиной 0,0005 мкм в количестве 5... 10 ты­сяч штук в цепи. Структурная формула целлюлозы имеет вид, показанный на рис. 1.14.

Вся макромолекула имеет длину 3...5 мкм и поперечник размером 0,0004 х 0,0008 мкм. При её нагревании до температуры разложения она сохраняет свойства стеклообразного тела со свойственными ему упругими деформациями и высокой стойкостью; она не растворяется в воде и боль­шинстве органических растворителей. Благодаря наличию в молекуле цел­люлозы гидроксилов СН₂ОН и СНОН, она как полиатомный спирт вступа­ет в реакцию со щелочно-земельными металлами и основаниями. В при­сутствии кислот происходит гидролиз целлюлозы с разрушением цепей макромолекул. Гидроксильные группы в элементарных звеньях макромо­лекул обеспечивают образование как простых эфиров (этилцеллюлоза, метилцеллюлоза), так и сложные (нитраты целлюлозы, ацетаты целлюло­зы). Плотность целлюлозных полимеров 1,54...1,58 г/см³.

Гемицеллюлозы – это сахариды в клеточных стенках, отличающиеся от целлюлозы большей гидролизуемостью в кислотах и растворимостью в щелочах. Сюда входят не только так называемые гомополимеры из одина­ковых звеньев (пентозаны (С₅Н₈04)_П и гексозаны (C₆H₁₀0₅)_n, но и сополи­меры из разных звеньев, например, арабиногалактан (С₅Ню05)_п, раствори­мый в воде.

Лигнин – высокомолекулярное соединение ароматической природы (полифенол), представляющий собой аморфный полимер сложного строе­ния от светло-жёлтого до тёмно-коричневого цвета, соответствующего цвету древесины, плотностью 1,25...1,45 г/см³. В отличие от целлюлозы лигнин, имея ароматическую природу, содержит метоксильные ОСН₃-группы, карбонильные СО-группы и др. Он состоит из 63 % угле­рода, 6 % водорода и 31 % кислорода. Лигнин легко окисляется, взаимо­действует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных рас­творах сернистой кислоты и её кислых солей. Эти его свойства химической нестойкости используются для выделения из древесины целлюлозы. С со­лянокислым раствором флюроглицина приобретает пурпурнокрасный цвет, свойственный лигнину.

Суберин – смесь веществ с органическими кислотами и метиловыми эфирами. Находится только в коре и вызывает опробковение её клеточных стенок.

Экстрактивные вещества, извлекаемые из древесины и коры водой и органическими растворителями. Дубильные вещества для выделки кож со­держат активную часть – танниды – производные многоатомных фенолов, аморфные полимеры и углеводы, простейшие полифенолы, органические кислоты, минеральные и азотосодержащие вещества. Водные экстракты дубителей имеют кислую реакцию. Они обладают вяжущим действием. Танниды легко окисляются в присутствии щелочей. Фенольные группы таннидов, взаимодействуя с аминогруппами белковых молекул, образуют нерастворимые соединения. На этой реакции и основано дубление кожи - придание ей эластичности, мягкости, ненабухаемости в воде, стойкости против гниения. Камеди – водорастворимые смолообразные вещества, со­стоящие из арабогалактана и других полисахаридов. Красящие вещества жёлтого, коричневого, красного и синего цвета содержатся в полостях кле­ток древесины (особенно ядра) и коры.

Органическими растворителями (эфиром, спиртом, ацетоном, бензо­лом) из древесины выделяют разные химвещества: смоляные и жирныекислоты, воски, стерины (высокомолекулярные спирты, входящие в состав всех жиров и масел, например холестерин). Смолы хвойных пород содер­жат около 40 % смоляных кислот и те рпенов (углеводородов C₁₀H₁₆) – бес­цветных спирто- и эфирорастворимых жидкостей с температурой кипения 150...180°С, обеспечивающих аромат цветов, смолистый запах и состав­ляющих основу технического скипидара. Они получаются из живицы ра­неного дерева (рис. 1.15), из которой кроме жидкой, легко подвижной и летучей части выделяется и смоляная часть трудноразделимых смоляных кислот (С₂₀Н₃₀О₂), при уваривании которых получается канифоль.

Кроме смоляных кислот в древесине содержатся и жирные кислоты: олеиновая, линолевая. В состав коры ряда пород входят алкалоиды (вида щёлочи – от "алкали"(лат), растительного происхождения) – хинин, стрих­нин, и витамины (С, В₁, В₂...).

Древесина некоторых тропических пород содержит ядовитые вещества. При шлифовании такой древесины её пыль и опилки могут вызвать кожные заболевания и отравления. Эфирные масла, смолы (терпены) и танниды (дуби­тели) содержат летучие вещества, обусловливающие запах древесины.