Введение к работе
Актуальность темы
Использование ряда апротонных растворителей и их смесей с водой ускоряет процесс растворения лигнина. Такие растворители, в первую очередь, диполярные апротонные, наиболее перспективны с термодинамических позиций. К ним относятся диметилсульфоксид (ДМСО), Ы,№диметилформамид (ДМФА), ацетонитрил, а также аполярный апротонный растворитель 1,4-диоксан (диоксан). Лигнин содержит значительное количество фенольных гидроксильных групп, являющихся активными реакционными центрами макромолекулы. Их диссоциация в растворе в значительной степени определяет реакционную способность полимера в целом. При этом кислотно-основные свойства фенольных структурных единиц (ФСБ) лигнина в таких средах изучены крайне мало. В связи с вышесказанным, актуальным является изучение про-толитических равновесий лигнина в системах растворителей вода - ДМСО, вода - ДМФА, вода - диоксан и вода - ацетонитрил, позволяющие построить модель сольватационных взаимодействий лигнин - растворитель и предсказать поведение природного полимера в растворах.
Цель диссертационной работы - изучение влияния процессов сольватации на кислотно-основные свойства лигнина в системе вода - апротонный растворитель.
4 В связи с поставленной целью определены следующие задачи:
Разработать методику дифференцированного определения рКа основных ФСЕ препаратов лигнина в системе вода- апротонный растворитель.
Определить величины рКа основных ФСЕ препаратов нативного и технического лигнина.
Установить влияние состава растворителя и молекулярной массы на кислотность основных ФСЕ лигнина.
Установить взаимосвязь величин рКа ФСЕ лигнина со способностью растворителя к специфическим и неспецифическим взаимодействиям.
Установить роль эффектов преимущественной сольватации и определить составы сольватных оболочек фенольных структур лигнина.
Научная новизна
Впервые определены рКа основных ФСЕ лигнина в системах растворителей вода - ДМСО, вода - ДМФА, вода - диоксан и вода - ацетонитрил. Установлены незначительные различия протолитических свойств нативного и технического лигнинов в изучаемых системах растворителей. Проанализировано влияние состава и природы растворителя в изучаемых системах растворителей с современных позиций теории растворов. Определены вклады неспецифических и специфических взаимодействий фенольных структур лигнина с растворителем. Рассчитаны составы сольватных оболочек образцов лигнина в изучаемых растворителях.
Практическая ценность
Разработана и предложена для использования в практике научных исследований в химии лигнина методика дифференцированного определения вели-
чин рКа основных ФСЕ лигнина в ряде неводных растворителей. Получены справочные величины констант кислотности препаратов лигнина, имеющие важное значение для научно-исследовательских работ в области химии древесины.
На защиту выносятся
Разработанная методика спектрофотометрического определения величин рКа основных ФСЕ лигнина.
Результаты определения величин рКа основных ФСЕ препаратов нативно-го и технического лигнина.
Результаты исследования влияния состава и природы растворителя, мак-ромолекулярных свойств лигнина на величины рКа основных ФСЕ лигнина.
Результаты исследования эффектов преимущественной сольватации фенольных структур лигнина в изучаемых системах растворителей
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международных конференциях: «Физикохимия лигнина» (Архангельск, 2007, 2009 г.), «The Problems of Solvation and Complex Formation in Solutions» (Суздаль, 2007 г.), «Ломоносов-2008» (Москва, 2008 г.), «Химия и технология растительных веществ» (Уфа, 2008 г.), «Северные территории России: проблемы и перспективы развития» (Архангельск, 2008 г.), «10 European workshop on lignocellulosics and pulp», (Stockholm, Sweden, 2008 г.), a также на научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета (2008,2009 г.).
На разных этапах работа была поддержана грантами: администрации Архангельской области (№03-17), РФФИ (№08-03-00427-а и №06-03-32075-а).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в журналах списка ВАК.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, включающей 7 разделов, 5 выводов, списка литературы. Содержание работы изложено на 148 страницах, включая 28 рисунков и 46 таблиц, библиография содержит 117 наименований.
