Гидролитическая деструкция лигнина

С теоретической и практической точек зрения наибольшее значение имеют реакции гидролитической деструкции лигнина происходящие:

под действием водных растворов кислот и оснований (гидролиз);

под действием органических растворителей в присутствии кислотных и щелочных катализаторов, например этанолиз, деструкция под действием водно-диоксановой смеси (ацидолиз) и др.;

с одновременным гидрированием (гидрогенолиз).

Гидролитическая деструкция под действием водных раство­ров кислот. Реакция гидролиза лигнина в древесине может идти даже под действием воды при повышенных температурах за счет катализирующего влияния органических кислот, отщеп­ляющихся от гемицеллюлозных компонентов древесины. Более сильное гидролизующее действие оказывают минеральные кис­лоты. Гидролитическая деструкция идет по простым эфирным связям лигнина, причем простая эфирная связь в α-положенни расщепляется значительно легче β-эфирной связи. При расщеп­лении этих связей могут образовываться активные группировки n-оксибензилового спирта.

Образовавшиеся группировки в дальнейшем могут вступает в реакции конденсации.

С увеличением температуры и кислотности среды реакции кон­денсации усиливаются и в определенных условиях становятся преобладающими. Поэтому при гидролизе древесины концен­трированными кислотами в растворимое состояние переходят лишь углеводы, а лигнин получается в виде негидролизуемого остатка, так как реакции конденсации доминируют и полностью перекрывают эффект гидролитического расщепления. Однако выделенный из древесины кислотным гидролизом лигнин лишь по количеству соответствует исходному природному лигнину, а химическое строение и свойства такого лигнина оказываются значительно измененными.

Подобное явление существования двух конкурирующих про­цессов наблюдается и при гидролитической деструкции лигнина водными растворами оснований.

Эти особенности поведения лигнина в кислой и щелочной средах проявляются и в процессах делигнификации древесины. Для их успешного проведения необходима защита активных группировок лигнина от конденсации. Следует заметить, что при действии некоторых органических растворителей, например этанола, в присутствии кислотных и щелочных катализаторов реакции конденсации подавляются в результате блокирования реакционноспособных бензильных гидроксилов.

Гидрирование и гидрогенолиз лигнина.

При гидрировании лигнина водородом под давлением в присутствии катализаторов получаются различные производные пропилциклогексана и глав­ным образом пропилциклогексанол

Исследования по гидрированию лигнина, проведенные Гиббертом, подтвердили данные, полученные при изучении лигнина методом этанолиза.

Гидрирование модельных соединений показало, что при этой реакции могут расщепляться лишь кислородные связи. Такая реакция расщепления кислородных связей с одновре­менным гидрированием называется гидрогенолизом.

Гибберт с сотрудниками разработали метод извлечения лигнина из древесины с помощью реакции гидрогенолиза. Древесину гидрируют в этиловом спирте в присутствии Nj -катализатора под давлением водорода при температуре 165—170° С в те­чение нескольких часов. Лигнин при этом переходит в раствор. Часть растворенного лигнина можно осадить. Этот препарат лигнина называют гидроллигнином.

Как показали работы японских исследователей, применение при гидрогенолизе специальных катализаторов позволяет полу­чать из лигнина с большим выходом мономерные фенолы (n-крезол и др.), являющиеся ценным химическим сырьем.