АКАДЕМИЯ НАУК СССР
ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ химии им. Н. Д. ЗЕЛИНСКОГО
О. П. Трушников, В. В. Елкин
ДОСТИЖЕНИЯ
И ПРОБЛЕМЫ ХИМИИ ЛИГНИНА
в
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» МОСКВА 1973
УДК 547.992,3
Достижения и проблемы химии лигнина. О. II. Трушников, В. В. Елкин. М., «Наука», 1973, стр. 296.
Монография посвящена важным в теоретическом и практическом отношении вопросам образования, строения и свойств природного полимера— лигнина, являющегося важным компонентом растительных тканей. Книга содержит подробную библиографию но рассматриваемому вопросу, отражающую современное состояние исследований в этой области.
Монография рассчитана на специалистов — химиков, биологов, биохимиков, работающих в области химии древесины и природных полимеров, на инженерно-технических работников целлюлозно-бумажных предприятий и гидролизных заводов.
Таблиц 53. Иллюстраций 24. Библ. 1648 назв.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР доктор химических наук профессор
Н. И. ШОРЫГИНА
0253-0363 /к- -о
------------ 465-/3
042 (02J-73
© Издательство «Наука», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Последние 10—15 лет характеризуются рядом значительных достижений в области химии лигнина. Разработан метод выделения лигнина, который состоит в механическом размоле лигнифицированного материала на шаровой вибромельнице и не включает использования кислот или щелочей, позволяя тем самым получить продукт, наиболее близкий к «природному», т. е. не изолированному из растительной ткани, лигнину. Осуществлен лабораторный синтез «дегидрополимера», во многих отношениях аналогичного природному лигнину древесины хвойных пород. Этот препарат получен дегидрированием in vitro очень разбавленной смеси кониферилового, n-кумарового и синапового спиртов при действии дегидрогеназ.
В значительной степени выяснены вопросы биосинтеза лигнина в растениях. Несомненны успехи в области изучения строения лигнина, ис-следовария его функциональных групп и типов внутримолекулярных связей. Значительно продвинулось вперед и изучение процессов, связанных с превращениями лигнина при сульфитной и сульфатной варках древесины, а также в реакциях электрофильного замещения — хлорировании и нитровании. Можно отметить и некоторый прогресс в области промышленного использования лигнина, который, как известно, является многотоннажным отходом целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности.
Тем не менее, несмотря на неоспоримые успехи химии лигнина, и сейчас ряд вопросов вызывает оживленную дискуссию среди исследователей, работающих в этой области, причем вопросы эти являются одними из наиболее важных в практическом и теоретическом отношениях. В первую очередь это относится к проблеме лигноуглеводных связей в растительных тканях и связанному с ней вопросу о количественном содержании лигнина в лигнифицированных материалах, к проблеме неоднородности природного лигнина и ряду других вопросов.
Число монографий по химии лигнина за последние 20 лет мало. Известные монографии Браунса х, опубликованные в 1952 и 1960 гг., носят справочно-реферативный характер и охватывают литературу по 1958 г. Опубликованные позднее монографии Фрёйденберга и Нейша, Пирла, В. М. Никитина написаны в более или менее популярной форме. Наконец, книга М. И. Чудакова посвящена в основном проблемам промышленного использования лигнинов. Издан также ряд сборников с материалами международных конгрессов и всесоюзных совещаний по химии лигнина, однако представленные в них материалы носят характер журнальных публикаций.
1 F. Е. Brauns. The chemistry of lignin. N. Y., Acad. Press, 1952; Ф. Э. Браунс, Д. А. Браунс. Химия лигнина. M., «Лесная промышленность», 1964; К. Freudenberg, A.C.Neish. Constitution and biosynthesis of lignin. Berlin—Heidelberg;—N. Y—L., Springer-Verlag, 1968; I. A. Pearl. The chemistry of lignin. N. Y., Marcel Dekker, 1967; В. M. Никитин. Лигнин,- M.—Л., Гослесбумиздат, 1961; М. И. Чудаков. Промышленное использование лигнина. М., «Лесная промышленность», 1972.
1*
3
Классическая теория биосинтеза и строения лигнина, выдвинутая Фрёй-денбергом и окончательно сформулированная в середине 60-х годов, явилась основой современных представлений о лигнине. Позднейшие исследования, подтвердив основные положения этой теории, показали наличие ряда новых, неизвестных ранее аспектов формирования и строения лигнина. Следует подчеркнуть все возрастающую в последние годы роль физических методов в исследованиях строения лигнина и его превращений в химических реакциях. Применение этих, методов позволило идентифицировать ряд димерных и олигомерных продуктов деструкции лигнина, что дало ценную информацию о строении его макромолекулы.
В связи с изложенным основное внимание в настоящей монографии уделено работам, опубликованным в течение последних 5 лет и касающимся кардинальных проблем химии лигнина. В связи с ограниченным объемом монографии вне рассмотрения оказался ряд вопросов, которые, по нашему мнению, носят более или менее частный характер.
В настоящей монографии рассмотрены вопросы выделения лигнина из растительных тканей, его связи с углеводными компонентами в клетках растений, а также современные представления о биосинтезе лигнина в природе. Особенно много внимания уделено строению этого природного полимера.
В заключение следует остановиться на терминологии, которая будет использована в процессе дальнейшего изложения. Термин «природный лигнин» применяется для обозначения лигнина, не изолированного из растительной ткани. Лигнин, выделенный из древесины по методу Бьёрк-маца, будет обозначаться как лигнин механического размола (ЛМР), а лигнин, выделенный по методу Браунса, — как нативный лигнин (см. раздел III.1). Для лигносульфоновых кислот нами принято обозначение ЛСК, а для лигносульфонатов — ЛС.
Предисловие, главы I, II, V и VI написаны О. П. Трушниковым, глава III — В. В. Елкиным, глава IV — А. Д. Алексеевым (молекулярный вес и полидисперсность препаратов лигнина), Л. П. Гольманом (ИК-спектры лигнина) и В. М. Резниковым (УФ- и ЯМР-спектры лигнина).
Глава I
ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЛИГНИНЕ
1.1.	Ф ункции лигнина в растении	_
Лигнин представляет собой одну из основных составных частей клеточных стенок растительных тканей. Еще в 1838 г. французский исследователь Пайей [1—5] в результате попеременной обработки древесины азотной кислотой и концентрированной щелочью, а затем этанолом и диэтиловым эфиром выделил вещество, устойчивое к действию этих реагентов. Это вещество получило название целлюлозы. В процессе выделения целлюлозы Пайен наблюдал растворение другого вещества, которое обладало более высоким по сравнению с целлюлозой содержанием углерода. Это вещество, первоначально названное «присущим растению материалом», позднее получило название «инкрустирующий материал», поскольку, по мнению автора, оно иммобилизует целлюлозу в древесных растениях. Пайен предпринял попытку выделить этот инкрустирующий материал, но она оказалась безуспешной. Однако модификация метода экстракции позволила автору получить серию препаратов, содержащих целлюлозу и инкрустирующий материал в различных соотношениях. Эти препараты получили названия «лигноза», «лигнон», «лигниреоза» и «лигнин». Позднее термин «лигнин» был использован для обозначения всего инкрустирующего материала [6].
По мере развития химии древесины понятие «лигиин» приобретало более узкий и определенный смысл, однако и в настоящее время отсутствует строгое определение лигнина. Это связано с недостаточным знанием его химического строения, что в свою очередь обусловлено отсутствием метода выделения лигнина из растительных материалов, который не включал бы использования концентрированных кислот или щелочей или механического воздействия, в той или иной степени изменяющих природный лигнин, а также со сложностью и нерегулярностью строения этого природного полимера, которая вытекает из функций лигнина в растении.
В настоящее время очевидно, что термин «лигнин» вряд ли может быть использован для обозначенйя индивидуального химического соединения, а скорее относится к группе структурно родственных полимерных веществ. Общим признаком лигнинных веществ является то, что они не растворяются при обработке древесины концентрированной (72 %-ной) серной или сверхконцентрированной (41 %-ной) соляной кислотой.
В настоящее время можно считать установленным, что лигнинные вещества различных растений построены из кислородсодержащих производных фенилпропана с различной степенью метоксилирования ароматических ядер. В табл. I. 1 приведены полуэмпирйческие формулы ряда препаратов лигнина, рассчитанные на средний состав элементарного звена лигнина С6—С3. Эти препараты выделены из различных растительных материалов по методу Бьёркмана.(размол на шаровой вибромельнице с последующей экстракцией ацетоном или диоксаном) и затем подвергнуты обработке концентрированной серной кислотой в условиях определения согласно стандартному методу Класрна. Фрёйденберг [7] на основании исследования процесса биосинтеза лигнина in vitro предложил относить
5
Таблица 1.1
Состав элементарных звеньев полилигнолов, выделенных из различных растений [7]
Растение	Полуэмпирическая формула лигнина	Содержание лигнина Класона в растении, 7о
Бук (Fagus silvatica)	СЛ, 57°2(Н2°)о,в4(ОСНз) 1,41	22
Ель (Picea excelsa)	С9Н7,1202(Н20)о>4й(ОСН3)й92	27
Древовидная люцерна (Medicago sativum.)	С0Н7 ,22°2(Н2°)о,41(ОСНз)о,84	23
Плаун (Lycopodium obscurum)	С9Н7,37О2(Н2О)0,49(ОСНз)0,73	37
Кукушкин лен (Polytrichum commune)	С9^7,94°2(Н2°)о, 7в(ОСНз)о, 25	38
Сфагнум (Sphagnum)	С9®7,96®2(Н2®)о,9о(^СНз)о.,25	4,5
к группе «полилигнолов» вещества, удовлетворяющие составу в пределах С9Н8_осщО2(Н20)<1(0СН3)<1,5.
Лигнин составляет в среднем около г/4 древесины. По своему распространению на земном шаре он занимает второе место среди органических веществ после целлюлозы. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что полилигнолы никогда не встречаются в природе без полисахаридов, в то время как последние часто встречаются без лигнина. Полилигнолы входят в состав одревесневших клеточных стенок всех наземных растений (табл. 1.1).
Согласно данным большинства исследователей, лигнин впервые обнаруживается в растениях семейства папоротниковых и его появление связывается с выходом растений на сушу и возникшей в связи с этим необходимостью обеспечения механической прочности стеблей и стволов., Фрёйденберг [8] еще в 1931 г. высказал предположение, что лигнин играет роль наполнителя, пронизывающего стенки растительных клеток и вместе с гемицеллюлозами заполняющего пространство между целлюлозными фибриллами, и в этом отношении его можно сравнить с цементом в армированном бетоне.
Роль клея предопределяет и структуру лигнинов. Она может быть менее правильной, менее регулярной. Молекулы полилигнолов, имея трехмерную структуру, должны заполнять пространство между пучками целлюлозных цепей. Если от целлюлозы, играющей роль основного строительного материала в растительных тканях и обусловливающей прочность стволов и стеблей на разрыв, требуется регулярная линейная структура молекул с возможностью осуществления большого количества водородных связей между ними, то для клея такой регулярности строения не требуется. Поэтому, как будет показано ниже, в процессе биосинтеза лигнина в растении в какой-то мере играет роль случайность, которая в свою очередь обусловливает нерегулярность и трехмерность строения макромолекул лигнинов.
Работы последних лет свидетельствуют о том, что функции лигнина в растительном организме, очевидно, более многообразны, чем роль цементирующего материала, обеспечивающего механическую прочность стволов. Так, Фурст [9], исследуя процесс лигнификации у различных по устойчивости к ложной мучнистой росе видов лука, показал, что проводящая система листьев устойчивых и слабопоражаемых видов по сравнению с восприимчивыми видами раньше дифференцируется и в стенках ее элементов степень лигнификации выражена сильнее. На основании полученных результатов автор пришел к заключению, что одновременность протекания процессов дифференциации пррводящих элементов и лигнификации трахеид является одним из признаков, обусловливающих устойчивость некоторых видов лука к ложной мучнистой росе.
6
Результаты, полученные рядом исследователей, показали, что воздействие низких температур на древесные растения как в естественных условиях [10, 11], так и при искусственном промораживании [10, 12] приводит к увеличению содержания лигнина. Исследуя изменения в содержании лигнина в однолетних побегах винограда и яблони в течение осенне-зимне-весеннего периода, Канцер [10] показал, что процесс лигнификации является динамичным и не ограничивается периодом вегетации древесных растений, а продолжается в течение осени и зимы. На основании результатов сравнительного исследования динамики содержания лигнина у различных по морозостойкости сортов винограда и яблонь авторы работ [10,11 ] пришли к заключению о том, что степень лигнификации (особенно в критические периоды зимовки) является признаком степени морозостойкости исследуемых пород и сортов древесных культур. Наблюдаемое уменьшение содержания лигнина на ранних стадия^ вегетации Канцер [10] связывает с тем, что продукты распада части лигнина в этот период, используются в процессе биосинтеза лигнина во вновь образуемых клетках растущих тканей древесных растений. Аналогичный процесс «раздревеснения» или естественной делигнификации наблюдался ранее рядом исследователей [13—15].
Следует отметить, что в последнее время предпринимались попытки изучить зависимость между образованием лигнина и ростом колеоптилей пшеницы [16], а также между содержанием протекторов ауксина и лигни-фикацией в тканях подсолнуха [17]. Кроме того, высказано предположение [17а] о том, что лигнин может играть роль антиоксиданта по отношению к углеводным составляющим клеточных стенок. Результаты рассмотренных исследований позволяют заключить, что в настоящее время роль и функции лигнина в растительной ткани, по-видимому, еще не могут быть в достаточной степени оценены.
Еще одним аспектом рассматриваемой проблемы является выдвинутая Гиббертом [18, 19] и поддержанная Манской [20, 21] гипотеза, согласно которой мономерные предшественники лигнина играют в развивающихся клетках камбиального слоя, роль катализаторов дыхания — переносчиков водорода. После отмирания клетки эти соединения в результате различных трансформаций превращаются в полимерный лигнин. Эти вопросы подробно рассматриваются в главе V.
1.2.	Распределение лигнина
в клеточных стенках растительной ткани
Согласно современным представлениям об анатомическом строении древесины хвойных пород, клеточные стенки сформировавшихся трахеид состоят из двух онтогенетически отличных структурных частей : первичной и вторичной стенки. Первичная стенка, представляющая собой наружную оболочку клетки, играет важную роль в период поверхностного роста, в то время как вторичная стенка образуется после прекращения поверхностного роста. В свою очередь вторичная стенка состоит из трех слоев, различающихся по оптическим свойствам (рис. 1.1 и 1.2). Помимо морфологических подразделений, обозначенных на рис. 1.1 и 1.2, имеются данные [26] о существовании так называемого бородавчатого слоя, покрывающего третичную стенку со стороны люмена.
Одну из первых попыток исследования количественного распределения лигнина в клеточной стенке предпринял Риттер [27]. С целью удаления углеводных компонентов автор обрабатывал трехмиллиметровые срезы древесины серной кислотой согласно стандартной методике Класона для определения лигнина и установил, что в древесине следует различать лигнин срединной пластинки и лигнин клеточной стенки: первый из них после удаления углеводов сохраняет структуру исходной древесины, а второй является бесструктурным. Проведенное механическое разделение полученного таким образом лигнинного остатка показало, что — 75%
7
Рис. 1.1. Схема поперечного разреза сформировавшихся трахеид древесины хвойных пород [22—24]
1 — срединная пластинка или межклеточное вещество; 2 — первичная стенка; вторичная стенка, состоящая из трех слоев: 3 — внешнего или наружного (S,), 4 — среднего или центрального (S2) и 5 — внутреннего (S3); 6 — люмен или клеточная полость волокна
Рис. 1.2. Схема поперечного разреза сформировавшихся трахеид древесины хвойных пород [25]
1 — срединная пластинка; 2 — первичная стенка; 3 — переходная пластинка; 4 — вторичная Стенка; 5 — третичная стенка; 6 — люмен
лигнина древесины локализовано в веществе срединной пластинки, а ~ 25% — в клеточной стенке, причем лигнины, локализованные в этих двух местоположениях растительной ткани, значительно различаются по содержанию метоксильных групп (табл. 1.2). Хотя низкое содержание метоксильных групп свидетельствует о недостаточной чистоте препаратов, то обстоятельство, что они выделены в одинаковых условиях и в то же время столь заметно различаются по содержанию ОСН3-групп, по мнению автора, указывает на значительное различие между лигнином вещества срединной пластинки и лигнином клеточной стенки.,
Таблица 1.2
Распределение лигнина между вторичной клеточной стенкой и веществом срединной пластинки [27]
Характеристика	Красная ольха			Западная белая сосна		
	вторичная клеточная стенка	вещество срединной пластинки	общее количество лигнина	вторичная клеточная стенка	вещество срединной пластинки	общее количество лигнина
Содержание лигнина, % от древесины	7,3	19,5	26,8	6,9	23,4	30,3
Содержание лигнина, % от общего количества лигнина в древесине	27,3	72,7		22,7	77,3.	
Содержание метоксильных групп в лигнине, %	4,8	13,6		4,3	10,8	
Учитывая объем, занимаемый веществом срединной пластинки в древесной ткани, Риттер высказал сомнение по поводу достоверности полученных им величин,, характеризующих количественное распределение лигнина. Данные, полученные в ходе дальнейших исследований, позволили Риттеру [28] заключить, что в веществе срединной пластинки локализовано только около половины всего лигнина древесины. Однако в в 1934 г. Риттер [29] подтвердил свой первоначальный вывод о том, чти основная масса лигнина локализована в веществе срединной пластинки.
8
Позднее этот вывод нашел подтверждение в ходе исследования, проведенного Харлоу [30]. Полученные Риттером и Харлоу результаты связаны, по-видимому, с неполным разделением обоих типов лигнина, поскольку использованный для разделения механический метод весьма несовершенен, а также с неполным удалением углеводов, что очевидно из упомянутого выше низкого содержания метоксильных групп в препаратах лигнина.
Бейли [31, 32] при помощи микроманипулятора смог отделить 0,5 мг вещества срединной пластинки древесины дугласовой пихты и установил, что пыделенный ' препарат содержит 71% лигнина, 14% пентозанов и 4%целлюлозы. Ланге [33], используя УФ-микроскопию , вычислил , что весовая концентрация лигнина во вторичной клеточной стенке составляет 10—20%, а в веществе срединной пластинки — 60—90%. Средние величины, полученные на основании 50 измерений, составили 16 и 73% соответственно, причем автор предполагал постепенное уменьшение концентрации лигнина от вещества срединной пластинки к люмену. В работах ряда исследователей [34—36] показано, что распределение лигнина в клеточной стенке более равномерно, чем это предполагал Ланге. Результаты электронномикроскопических исследований [37—39] на препаратах древесины, из которых углеводные компоненты удалялись различными химическими обработками или же действием ферментов, показали, что распределение лигнина во вторичной клеточной стенке неравномерно: концентрация лигнина выше во внутреннем слое (53), вблизи люмена, и во внешнем слое (5!), соседнем с первичной стенкой.
Исследования распределения лигнина в клеточных стенках растительной ткани, опубликованные до 1963 г., подробно рассмотрены в обзорах Норкота [40], а также Милютиной и Сергеевой [41].
Проблему количественного распределения лигнина в клеточных стенках растительной ткани критически рассмотрели Берлин и Марк [42], которые подчеркнули, что результаты Бейли—Ланге являются диаметрально противоположными результатам Риттера. Отмечая, что объем фракции вещества срединной пластинки и первичной стенки в древесине хвойных пород составляет только 10—12% объема древесной ткани, Берлин и Марк путем расчета показали, что даже если бы указанная область целиком состояла из лигнина, она не могла бы содержать более 40% всего лигнина древесины. Это предположение нашло экспериментальное подтверждение в ходе исследования, осуществленного Горингом и сотр. [43]. Использованная авторами методика представляла комбинацию УФ-микроскопии и денситометрического анализа негативов полученных УФ-микрофотографий. Специальное детальное рассмотрение этого метода [44] показало обоснованность его применения, поскольку при соблюдении определенных экспериментальных условий метод позволяет с достаточной точностью определять концентрации лигнина в различных частях клеточной стенки. Кроме того, следует отметить, что расчет концентрации лигнина во вторичной стенке авторы [43] провели двумя способами: 1) на основании величин относительного поглощения в УФ-области и объемов фракций различных частей клеточной стенки и 2) непосредственно на основании данных поглощения в УФ-области, используя отношение Ламберта—Бера. Результаты, полученные обоими способами, показали хорошую сходимость, что также свидетельствует о надежности использованного авторами метода.
Некоторые результаты, полученные Горингом и сотр., сведены в табл. 1.3. Как видно из приведенных в ней данных, вещество срединной пластинки более лигнифицировано по сравнению со вторичной стенкой, но, несмотря на это, оно содержит только незначительное количество всего лигнина еловой древесины.
Скотт и Горинг [45] использовали УФ-микроскопию в сочетании с ден-ситометрическим анализом полученных УФ-микрофотографий и при исследовании концентрации лигнина в слое S3 древесины хвойных пород.
&
Таблица 1.3
Распределение лигнина в трахеидах ели [43]
Древесина	Морфологическая дифференциация *	Относительное поглощение в УФ-области	Объем фракции, %	Содержание лигнина, %	Концентрация лигнина, г/г древесины
Ранняя	вс	1	87,4	72,1	0,225
	СП(р) (т)	2,21	8,7	15,8	0,497
	СП (ук)	3,77	3,9	12,1	0,848
Поздняя	ВС	1	93,7	81,7	0,222
	СП(р) (т)	2,7	4,1	9,7	0,60
	СП (ук)	4,5	2,2	8,6	1.0
* ВС — вторичная стенка; СП — срединная пластинка; р — радиальное направление; т — тангентальное направление; ук — углы клеток.
*- От общего количества лигнина в древесине.
Полученные авторами результаты показали, что в древесине ствола в большинстве случаев наблюдается равномерное распределение лигнина во вторичной стенке. С другой стороны, в древесине ветвей часто наблюдается более высокая концентрация лигнина в слое 53.
Таким образом, рассмотренные выше данные убедительно свидетельствуют о неравномерности распределения лигнина в клеточных стенках растительной ткани, причем интересно отметить, что, согласно данным ряда исследователей [46—49], неравномерность наблюдается и в распределении углеводных компонентов (гемицеллюлоз и целлюлозы) растительной ткани.
Заканчивая рассмотрение вопросов, связанных' с распределением лигнина в клеточных стенках растительной ткани, следует отметить, что, согласно представлениям Норкота [40], клеточную стенку можно рассматривать как двухфазную систему, состоящую из микрофибрилл, иммобилизованных непрерывной матрицей. Микрофибриллы сконцентрированы вблизи люмена, причем их плотность убывает по направлению к внешним частям клетки, где превалирует другая фаза. Норкот предложил следующую классификацию материала клеточной стенки.
1. Непрерывная матрица: а) пектиновые вещества; б) лигнин; в) возможно, полисахариды из группы гемицеллюлоз.
2. Микрофибриллы: а) полисахариды, содержащие глюкозу (целлюлоза); б) полисахарид (полисахариды), содержащий ксилозу; в) полисахарид (полисахариды), содержащий маннозу; г) возможно, полисахариды из группы гемицеллюлоз.
Схема, представленная на рис. 1.3, дает наглядное представление о распределении различных компонентов клеточной стенки растительной ткани.
।	, МикродриВриллы I
; (организованная дюза) 'Непрерывная матрица (аморр-| н , ная таза) ___________|
$53
Вторичная стенка
ос-Целлюлоза
I Гемицеллюлозы । \пектиноВые ВещестВа I I Лигнин I
Рис. 1.3. Распределение составных частей сформировавшейся клеточной стенки [40]
Стрелки указывают направления увеличения относительных концентраций отдельных компонентов
%
5
10
В заключение следует отметить, что древесина лиственных пород по ' сравнению с древесиной хвойных обладает более сложным анатомическим строением, а также отличается по характеру распределения лигнина в растительной ткани [50].
1.3. Неоднородность лигнина в древесине
Начиная с работ Класона [51—53], опубликованных в 1920 г., неоднократно выдвигались предположения относительно неоднородности лигнина в растительной ткани. Эти предположения получили подтверждение в результате исследований молекулярных весов препаратов лигнина, выделяемых на последовательных стадиях делигнификации древесины различными методами. Установлено, что по мере делигнификации древесины молекулярный вес выделяемых препаратов увеличивается. Исследования различных аспектов неоднородности лигнина в древесине исчерпывающе рассмотрены в обзоре [54], поэтому в настоящем разделе бупут освещены лишь основные положения указанной проблемы.
Показанная в предыдущем разделе неоднородность распределения лигнина в растительной ткани позволила некоторым исследователям [55—57] предположить локализацию лигнинов с различным молекулярным весом в различных- частях клеточных стенок древесной ткани: Аргументация этих исследователей основывалась на ряде рассматриваемых ниже предпосылок.
Согласно современным представлениям [58—61], первые следы лигни-фикации наблюдаются в первичной стенке в углах клеток, затем процесс накопления и отложения лигнина распространяется на вещество срединной пластинки и по всей первичной стенке, далее в углы клеток срединной пластинки и, наконец, во вторичную стенку (последовательно слои Slt А2 и S3, см. рис. 1.1). Исходя из этого логично предположить, что молекулярный вес лигнина будет наибольшим в тех частях клеточной стенки, где концентрация предшественников лигнина наиболее высока и где, следовательно, увеличивается степень конденсационной полимеризации. Такими частями клеточной стенки являются первичная стенка и вещество срединной пластинки.
В то же время, согласно данным Каулинга [62], полученным при исследовании энзиматического выделения лигнина грибом коричневой гнили, микроорганизмы первоначально оккупируют люмены клеток древесной ткани. Логично предположить, что в связи с этим энзиматическое «переваривание» углеводов происходит постепенно по направлению к веществу срединной пластинки, и, следовательно, лигнин на ранних стадиях энзиматического разложения древесины экстрагируется из вторичной стенки, а на более поздних стадиях — из вещества срединной пластинки. Такая последовательность энзиматического воздействия показана рядом исследователей [25, 63, 64]. На основании этого Браун и сотр. [57] предположили, что низкомолекулярный лигнин, экстрагируемый на начальных стадиях энзиматического разрушения углеводов древесины, локализован во вторичной стенке, в то время как высокомолекулярный лигнин, выделяемый на более поздних стадиях удаления углеводов, экстрагируется из вещества срединной пластинки.
И, наконец, в результате исследования путей проникновения различных жидкостей в древесину и влияния на этот процесс морфологических факторов Уордроп и Дэвис [65] показали, что после проникновения в люмены клеток применяемые реагенты диффундируют через клеточные стенки, так что срединная пластинка и особенно районы углов клеток срединной пластинки являются последними участками, реагирующими с проникающими агентами. При варке древесины пути проникновения варочных растворов оставались теми же, но скорость проникновения значительно увеличивалась. Эти результаты дают основание предположить, что низко
11
молекулярный лигнин, выделяемый на ранних стадиях делигнификации древесины различными способами, локализован во вторичной стенке, а высокомолекулярный — в веществе срединной пластинки.
Специальное исследование [66] топохимии делигнификации еловой древесины в ходе промышленных варок показало следующие закономерности. На ранних стадиях крафт- и кислой сульфитной варок лигнин предпочтительно удаляется из вторичной клеточной стенки. После ~ 50 %-ной делигнификации быстро растворяется лигнин срединной пластинки, оставляя остаточный лигнин во вторичной стенке. При нейтральной сульфитной варке удаление лигнина из вторичной клеточной стенки и срединной пластинки происходит с приблизительно одинаковыми скоростями вплоть до 50 %-ной делигнификации. Примерно аналогичные топохимические модели делигнификации наблюдались при крафт- и нейтральной сульфитной варках древесины березы [61]: на ранних стадиях варки происходит предпочтительная делигнификация вторичных стенок волокон и сосудов. Интересно отметить, что последовательность делигнификации различных морфологических частей как еловой [66], так и березовой [61] древесины в ходе исследованных варочных процессов: ВС > СП (ук) )> СП (р) (т)-(условные обозначения см. в табл.1.3) противоположна рассмотренной выше последовательности отложения лигнина в ходе лигнификации древесной ткани.
Согласно данным Горинга и сотр. [61, 66], указанные морфологические различия в скорости делигнификации не связаны с диффузией активного реагента в клеточную стенку или с диффузией макромолекул лигнина па-стенок клеток, а обусловлены, по-видимому, различной устойчивость!» лигнинов во вторичной клеточной стенке и в срединной пластинке к действию варочных растворов.
ЛИТЕРАТУРА
1.	А. Рауеп. Compt. rend., 7, 1052, 1125 (1838).
2.	А. Рауеп. J. prakt. Chem., 16, 436 (1838).
3.	А. Рауеп. Compt. rend., 8,	51,
169 (1839).
4.	А. Рауеп. Compt. rend., 9, 149 (1839).
5.	А. Рауеп. Compt. rend., 10, 941 (1840).
6.	F. Schulze. Chem. Centr., 28, 321 (1857).
7.	K. Freudenberg, J. M. Harkin. Holz-forschung, 18, 166 (1964).
8.	K. Freudenberg. Cellulosechem., 12, 263 (1931).
9.	Г. Г. Фурст. Сб. «Физиология иммунитета растений». М., «Наука», 1968, стр. 91.
10.	А. Н. Канцер. Физиология и биохимия культ, раст., 4, 92 (1972).
И. X. Мийдла, Т. Вардъя. Уч. зап. Тартуского гос. ун-та, 151, 124 (1964).
12.	К. Brass, W. Ehm. Cellulosechem., 12, 173 (1931).
13.	В. Г. Александров, Л. И. Джапаридзе. Ж. Русского бот. об-ва, 12, 307 (1927).
14.	В. Г. Александров, О. Г. Александрова. Изв. Главн. бот. сада СССР, 28, 535 (1929).
15.	А. М. Палеев. Докт. дисс. М., Ин-т физиологии растений АН СССР, 1955.
16.	F. W. Whitmore. Plant Physiol., 48, 596 (1971).
17.	Т. Stonier, Н.-М. Yang. Physiol. Plant., 25, 474 (1971).
17a. О. П. Голова, В. И. Иванов, И. И-Николаева. Сб. «Труды 4-й конференции по высокомолекулярным соединениям». М.—Л., Изд-во АН СССР, 1948, стр. 27.
18.	Н. Hibbert. Paper Trade J., 113, N 4, 35 (1941).
19.	H. Hibbert. Ann. Rev. Biochem., 11, 183 (1942).
20.	С. M. Манская. Усп. совр. биол.,. 23, 203 (1947);
21.	С. М. Манская. Ферментативное окисление фенольных соединений. М.—Л., Изд-во АН СССР, 1949, стр. 24.
22.	Т. Kerr, I. W. Bailey. J. Arnold Arboretum, 15, 327 (1934).
23.	I. W. Bailey, T. Kerr. J. Arnold Arboretum, 16, 273 (1935).
24.	A. D. J. Meeuse. Rec. trav. botaniques-Neerlandais, 38, 18 (1942).
25.	H. Meier. Holz Roh- Werkstoff, 13, 323 (1955).
26.	W. Liese. J. Polymer Sci., C, N 2, 213 (1963).
27.	G. J. Ritter. Ind. Eng. Chem., 17, 1194 (1925).
28.	G. J. Ritter. Ind. Eng. Chem., 20, 941 (1928).
29.	G. J. Ritter. Paper Ind., 16, 178 (1934).
30.	W. M. Harlow. Paper Trade J., 109, N 18, 38 (1939).
31.	A. J. Bailey. Ind. Eng. Chem., Anal-Ed., 8, 52 (1936).
12
32.	A. /. Bailey. Paper Ind., 18, 379 (1936).
33.	P. W. Lange. Svensk Papperstidn., 57, 525 (1954).
34.	H. P. Frey. Holz Roh-Werkstoff, 17, 313 (1959).
35.	F. Ruch, H. Hengartner. Beih. Z. Schweiz. Forstver., 30, 75 (1960).
36.	A. J. Stamm, H. T. Sanders. Tappi, 49, 397 (1966).
37.	G. Jay me, D. Fengel. Holzforschung, 15, 97 (1961).
38.	I. B. Sachs, I. T. Clark, J. C. Pew. J. Polymer Sci., C, N2, 203 (1963).
39.	W. A. Cote, Jr., T. E. Timell, R. A. Zabel. Holz Roh-Werkstoff,	24,
432 (1966).
40.	D. H. Northcote. Biol. Rev., 33, 53 (1958).
41.	С. В. Милютина, В. H. Сергеева. Сб. «Химическая переработка и защита древесины». Рига, Изд-во АН ЛатвССР, 1964, стр. 115.
42.	G. Р. Berlyn, R. Е. Mark. Forest Prod. J., 15, 140 (1965).
43.	В. J. Fergus, A. R. Procter, J. A. N. Scott, D. A. I. Goring. Wood Sci. Technol., 3, 117 (1969).
44.	J. A. IV. Scott, A. R. Procter, B. J. Fergus, D. A. I. Goring. Wood Sci. Technol., 3, 73 (1969).
45.	J. A. N. Scott, D. A. I. Goring. Cell. Chem. Technol., 4, 83 (1970).
46.	S. Asunmaa, P. W. Lange. Svensk Papperstidn., 55, 217 (1952).
47.	S. Asunmaa, P. W. Lange. Svensk Papperstidn., 57, 501 (1954).
48.	II. Meier, К. С. B. Wilkie. Holzforschung, 13, 177 (1959).
49.	H. Meier. J. Polymer Sci., 51, 11 (1961).
50.	B. J. Fergus, D. A. I. Goring. Holzforschung, 24, 118 (1970).
51.	P. Klason. Вег., 53B, 706 (1920).
52.	P. Klason. Там же, стр. 1864.
53.	P. Klason. Cellulosechem., 13, 113 (1932).
54.	О. П. Г рушников, H. H. Шорыгина. Усп. химии, 40, 1394 (1971).
55.	W. Q. Yean, D. A. I. Goring. Pupl Paper Mag. Can., 65, T127 (1964).
56.	W. Q. Yean, D. A. I. Goring. Svensk Papperstidn., 71, 739 (1968).
57.	W. Brown, E. B. Cowling, S. I. Fal-kehag. Svensk Papperstidn., 71, 811 (1968).
58.	В. И. Шарков, E. С. Цветкова. Сб. трудов ВНИИ гидролизы, и сульфитио-спирт. пром., 3, 69 (1950).
59.	А. В. Wardrop. Tappi, 40, 225 (1957).
60.	Т. М. Saleh, L. Leney, К. V. Sar-kanen. Holzforschung, 21, 116 (1967).
61.	В. J. Fergus, D. A. I. Goring. Pulp Paper Mag. Can., 70, T314 (1969).
62.	E. B. Cowling. U. S. Dept. Agr., Tech. Bull., N 1258 (1961).
63.	M. P. Levi. J. Inst. Wood Sci., N 12, 56 (1964).
64.	W. W. Wilcox. Forest Prod. J., 15, 255 (1965).
65.	A. B. Wardrop, G. W. Davies. Holzforschung, 15, 129 (1961).
66.	A. R. Procter, W. Q. Yean, D. A. I. Goring. Pulp Paper Mag. Can., 68, T445 (1967).
Глава II
ЛИГНОУГЛЕВОДНЫЕ СВЯЗИ В РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЯХ
Как отмечалось во введении, в последнее’ время вопрос о возможных типах и количестве химических связей между лигнином и углеводными компонентами растительной ткани привлекает внимание многих исследователей, работающих в области химии древесины. Этот вопрос представляет значительный интерес для понимания многих аспектов химии древесины, в том числе процессов, протекающих при формировании древесины, закономерностей молекулярно-весового распределения полисахаридов и лигнина in situ, вопросов набухаемости и доступности компонентов древесной ткани, а также скорости растворения лигнина и полисахаридов в процессах варки и отбелки.
Две противоположные точки зрения по данному вопросу были высказаны еще в прошлом веке. В 1838 г. Пайен [1—6] впервые выделил целлюлозу и показал наличие в древесине инкрустационного материала. Поскольку установлено, что целлюлоза в клеточных стенках не дает характерных реакций, пока не будет удален нецеллюлозный материал, автор выдвинул так называемую инкрустационную теорию, согласно которой древесина представляет собой физическую смесь компонентов, в которой целлюлоза механически инкрустирована лигнином. В 1866 г. Эрдман [7, 8] постулировал существование в растительной ткани «гликолигнозы», в которой целлюлоза связана сложноэфирной или простой эфирной связью с неуглеводным компонентом (лигнином). В последующий период было опубликовано значительное количество данных, поддерживающих как ту, так и другую теорию. Однако в последние десятилетия большинство исследователей явно склоняется в пользу признания наличия химических связей между лигнином и полисахаридами в растительных тканях. Работы в указанном направлении рассмотрены в ряде обзоров [9—13].
В настоящей главе основное внимание будет уделено работам, опубликованным в течение последних 10—15 лет, однако в некоторых случаях для полноты изложения будут использованы и более ранние публикации.
II. 1. Химические связи между лигнином
и углеводными компонентами растительных тканей
В настоящее время твердо установлено существование лигноуглевод-ных комплексов (Лу-комплексов), представляющих собой растворимые фрагменты древесины, которые содержат как лигнин, так и углеводы в неразделимой физическими методами форме. В литературе сообщалось о выделении Лу-комплексов при нагревании древесины с водой [14, 15], при хлорировании [14, 16 J, алкоголизе [14, 17—20], ацетилировании [21— 28], многократном метилировании диазометаном [29—31], гидролизе смесью диоксан—вода [32] иозонировании [33, 34] древесины, при сульфитной [35—38], сульфатной [39—43], полисульфидной [44, 45], щелочной [46—49] и хлоритной [27, 50—53] варках древесины, а также в результате энзиматического разрушения древесины [54—58], экстракции разбавленной щелочью [59 ] и обработки гидротропным нейтральным рас
14
творителем [60]. Однако основная заслуга в исследовании этих комплексов, несомненно, принадлежит шведскому химику Бьёркману.
В 1954 г. Бьёркман [611 предложил новый метод выделения лигнина из лигнифицированных материалов, согласно которому предварительно экстрагированные еловые опилки подвергали размолу на шаровой вибрационной мельнице в среде толуола или другого растворителя, не вызывающего набухания размалываемого материала (см. параграф III.1.1). Экстракция молотой древесины влажным диоксаном позволила выделить до 50% от содержащегося в древесине лигнина в виде лигнина механического размола (ЛМР) [62]. Дальнейшая экстракция молотой древесины диметил-формамидом (ДМФ), диметилсульфоксидом (ДМСО) и водой давала дополнительное количество материала, содержавшего наряду с лигнином и значительное количество углеводов. Эти. компоненты не могли быть разделены с помощью колоночной, бумажной и тонкослойной хроматографии с использованием различных систем проявителей и разделялись лишь после кислотного гидролиза [63]. Фракционирование полученных экстрактов привело к получению серии Лу-комплексов, содержавших от 16 до 34% лигнина. Состав их углеводной части всегда одинаков и соответствует составу гемицеллюлоз древесины (табл . II .1).
Таблица II.1
Углеводный состав (в отн. %) гемицеллюлоз (Гем.) и ЛУ-комплексов, экстрагированных ДМФ из различных древесных пород [63]
Углевод	Ель (Picea abies)		Сосна (Pinus silvestris)	Береза (Betula verrucosa)	
	Лу-комп-лекс	Гем.	Лу-комп-- леке	Лу-комплекс	Гем.
Галактан	10	8	15		4
Глюкан	17	18	25	У	7
Маннан	50	46	32	3	7
Арабан	4	4	13	2	7
Ксилан	19	24	15	86	75
Дальнейшее измельчение выделенных Лу-комплексов на вибрационной мельнице привело к получению 40% от содержавшегося в них лигнина в виде ЛМР, идентичного по элементному составу и содержанию функциональных групп, а также молекулярному весу ЛМР, выделенному при размоле древесины [64]. Кроме того, Бьёркман [63] провел специальные эксперименты с целью установить, не образовывался ли комплекс во время размола.
После обычной обработки на вибрационной мельнице смеси ЛМР и гемицеллюлоз из Picea abies в соотношении 1 : 3 было выделено — 85% от взятого лигнина. На основании этого был сделан вывод о том, что Лу-комплекс присутствует в древесине, а не образуется во время ее размола на вибромельнице.
Последнее было убедительно подтверждено данными Линдгрена [65], который провел исследование электрофоретической подвижности ЛМР и Лу-комплекса, выделенных из еловой древесины по методу Бьёркмана. В результате электрофореза фракции, обозначенной Бьёркманом как Лу-комплекс, получены две подфракции: более медленная, углеводная и более быстрая, содержавшая как лигнин, так и углеводы. Последняя показывала положительные реакции на лигнин и образовывала при гидролизе глюкозу, маннозу и ксилозу. Соотношение между лигнином и углеводами в ней составляло ~1 : 1. Кроме того, Линдгрен установил, что ЛМР, получен-
15
ный при дополнительном измельчении Лу-комплекса, имел электрофоретическую подвижность, примерно равную подвижности первоначально выделенного ЛМР, что является еще одним подтверждением образования ЛМР при расщеплении Лу-комплекса х.
Таким образом, в результате размола на вибромельнице удается выделить до 50% от содержавшегося в древесине лигнина в виде ЛМР. Трудности извлечения больших количеств лигнина нейтральными растворителями можно объяснить, согласно Бьёркману [62], либо существованием прочных химических связей лигнина с углеводами, либо высоким молекулярным весом лигнина и возможностью образования трехмерных сетчатых структур. Бьёркман указывал также и на возможность влияния более слабых сил, а именно водородных связей, поскольку применяемые для выделения ЛМР и Лу-комплекса растворители должны обладать высокой способностью к образованию водородных связей, что необходимо для разрыва водородных связей лигнина с углеводами 1 2.
Хаяши и Тачи [69] показали, что разбавленная щелочь экстрагирует из муки пшеничной срломы лигноксилозный комплекс (так называемый ксило-лигнин), разрушающийся при продолжительной обработке щелочью. Аналогичный комплекс экстрагируется бутанолом, ацетоном или этанолом, содержащими воду и NaOH. Установлено, что углеводная часть комплекса, состоящая в основном из ксилозы, содержит в небольших количествах глюкозу и арабинозу. Из ацетилированной муки пшеничной соломы ацетоном и хлороформом экстрагировали ацетилированный ксило-лигнин [70, 71]. Углеводная ,часть этого комплекса по составу аналогична углеводам ксило-лигнина. В результате омыления ацетилированного ксилолигнина метанольным раствором NaOH наблюдается не только его деацетилирование, но и разрыв лигноуглеводных связей [72]. В последующих сообщениях Хаяши и Тачи [73—76] показали, что диоксан, 50%-ная уксусная кислота и ДМФ экстрагируют Лу-комплекс из муки пшеничной соломы, не подвергнутой предварительному размолу на вибромельнице. По составу углеводной части (ксилоза, глюкоза, арабиноза и галактоза) Лу-комплексы, экстрагированные этими растворителями, отличались от ксило-лигнина.
Так, в Лу-комплексе, экстрагированном ДМФ, преобладала глюкоза, а комплексы, экстрагированные диоксаном и водной уксусной кислотой, в которых ксилоза составляла большую часть углеводов, по сравнению с ксило-лигнином были обогащены галактозой и арабинозой. На основании полученных результатов Хаяши и Тачи [75] высказали предположение о наличии в пшеничной соломе Лу-комплексов разного типа.
Браунелл и Вест [66] предложили сравнительно мягкий способ растворения лигнина и углеводов древесины без применения сильных кислот, щелочей или окислителей. Предварительно экстрагированные спирто-бен- , зольной смесью воздушно-сухие опилки в течение 21 суток размалывали ж на обычной ротационной шаровой мельнице (см. параграф III.1.2). В ре-^г зультате размола степень полимеризации углеводов3 достигала ~40г После этого молотую древесину растворяли путем обработки окисью этилена в ДМФ. Растворенную оксиэтилированную древесину подвергали фракционному осаждению, разделению с помощью бумажной и колоночной хроматографии, электрофорезу и разделению в системе двух несме-шивающихся жидкостей. В результате исследования установлено, что
1 Впоследствии метод электрофореза широко использовался для исследования препаратов, содержащих как лигнин, так и полисахариды [30, 42, 43, 66—68].
2 Метод механического размола в настоящее время рассматривается в качестве метода, в наименьшей степени изменяющего лигноуглеводные связи, содержащиеся в исходной древесине (обсуждение этого вопроса см. ниже). Поэтому Лу-комплекс, выделенный из древесины по методу Бьёркмана, равно как и ЛМР, в какой-то мере является стандартным препаратом для исследовательских целей.
3 Степень полимеризации древесной целлюлозы составляет 2500—3000 (по данным определения в ультрацентрифуге).
16
основная часть лигнина не может быть в таких условиях освобождена от углеводов.
В последующих публикациях Браунелл [77—80] сообщил о новой методике разделения древесины, подвергнутой размолу на шаровой мельнице. Эта методика заключается в разделении молотой древесины в системе водный раствор тиоцианату натрия—бензиловый спирт—ДМФ. Полученные в результате лигнин и Лу-комплекс были аналогичны препаратам, выделенным по методу Бьёркмана.
Браунелл [77, 78] исследовал также возможность образования лигно-углеводных связей в процессе размола в результате свободнорадикальной прививки. Для этого стандартный размол древесины провели в присутствии 2,6-ди-тпренг-бутилкрезола, препятствующего свободнорадикальной прививке. Поскольку выход лигнина в этом случае не увеличивался по сравнению с обычной процедурой, очевидно, что свободнорадикальная прививка во время размола не играет заметной роли в образовании лигно-углеводных связей. Кроме того, обычному размолу были подвергнуты смесь холоцеллюлозы и лигнина, выделенного из древесины методом ацидолиза (в том же соотношении, как и в исходной древесине), а также эти компоненты по отдельности. Результаты последующего разделения свидетельствуют о том, что менее 5% комплекса могло образоваться во время размола.
Хотя и Браунелл [77, 78], и Бьёркман [63] на основании результатов рассмотренных исследований пришли к заключению о том, что Лу-комплекс не образуется во время размола путем свободнорадикальной прививки, этот вывод, по нашему мнению, требует дополнительных экспериментальных подтверждений, поскольку в процессе интенсивной механической деструкции (размол на вибрационной или ротационной шаровой мельнице) происходит разрыв химических связей различного типа и возникающие в результате макрорадикалы способны к рекомбинации, которая может привести к образованцю новых химических соединений, отличающихся по типу связи и составу от исходных полимеров.
Тот факт, что Лу-комплексы выделяются из древесины столь различными методами, которые включают многообразные химические обработки, размол на вибрационной или шаровой мельнице, а также энзиматическое разрушение лигнифицировэнных материалов, несомненно доказывает, что по крайней мере часть составных элементов клеточных стенок древесины существует в виде Лу-комплексов. В то же время невозможность выделения отдельных компонентов таких комплексов в чистом виде без применения сильных химических реагентов (кислоты, щелочи) или без приложения механической энергии, энергии света, облучения, ультразвука является одним из наиболее убедительных доказательств существования химических связей между лигнином и углеводами в растительных тканях.
Интересные данные о наличии лигноуглеводных связей получены в последние годы при исследовании лигнина физическими методами (спектры ЭПР, ИК-спектроскопия и т. д.).
Рекс [81 ] показал, что природный лигнин не содержит свободных радикалов. В то же время свободные радикалы в изолированных лигнинах сохраняются в течение длительных периодов гумификации и углеобразо-вания. Клейнерт и Мортон [82 ] обнаружили, что свободные радикалы содержатся в древесине, подвергнутой размолу, причем измельченная древесина дает примерно в 10 раз больший сигнал ЭПР по сравнению с измельченной целлюлозой. На основании этого авторы пришли к выводу, что наличие свободных радикалов обусловлено присутствием лигнина, обладающего более жесткой структурой по сравнению со структурой целлюлозы. Предполагалось, что при размоле происходит разрыв как углерод-углеродных, так и углерод-кислородных эфирных связей. Стилинк и сотр. [83] показали, что лигнины, выделенные в результате воздействия на растительную ткань кислот, щелочей, ферментов или в результате механо-
2 О. П. Трушников, В. в. Елкин
17
химической деструкции растительных материалов, дают более или менее значительные сигналы ЭПР.
С точки зрения Чудакова и сотр. [84], эти данные свидетельствуют о том, что свободные радикалы в лигнине образуются за счет разрыва лигноуглеводных связей. В результате химического, ферментативного или механо-химического воздействия на растительную ткань возможно образование в лигнине свободных радикалов типа ароксила за счет разрыва р-фенолгликозидных связей, являющихся, по мнению авторов, наиболее вероятным типом связи между лигнином и углеводами. Другое возможное объяснение [83 ] заключается в том, что в результате указанных обработок происходит деметилирование лигнина и получаемые препараты содержат орто-хиноидные и хинонметидные структуры, которые могут служить источником образования свободных радикалов.
Хачихама и Такамуку [85] исследовали влияние у-радиации на древесину и лигнин. Установлено, что облучение древесной муки красной сосны у-лучами (4 • 106—108 ф. э. р.) заметно уменьшает содержание в ней холоцеллюлозы и а-целлюлозы, но оказывает незначительное влияние на содержание лигнина. При сульфитной варке древесины, подвергнутой действию у-радиации, выход ЛСК увеличивался по сравнению с контрольным образцом в 3 раза (варку проводили в принятых авторами условиях). В то же время лигнин из облученной древесины аналогичен по свойствам лигнину из обычной древесины. Облучение древесины вызывает также увеличение выхода нативного лигнина, экстрагируемого 95%-ным этанолом, а также увеличение выхода Лу-комплексов [86]. Последние экстрагировали ДМФ из облученной древесины после .удаления из нее нативного лигнина. Экстракцию проводили в течение 12 дней при комнатной температуре. Выход Лу-комплексов увеличивался с 0,3% (от исходной древесины) для необлученного образца до 1,7% (при облучении 8-10’ ф. э. р.) и'6,9% (при облучении 1,1 -108 ф. э. р.). Установлено, что содержание углеводов в Лу-комплексах значительно меняется в различных фракциях, в то же время их состав почти одинаков и соответствует гемицеллюлозам древесины. Полученные данные интерпретировались авторами на основании того, что при действии у-радиации происходит частичный разрыв лигноуглеводных связей.
Информация о лигноуглеводных связях получена также при спектральном исследовании древесины и ее компонентов. Волкер [87, 88], исследуя ИК-спектры древесин, древесных целлюлоз, содержавших различные количества остаточного лигнина, а также изолированных лигнинов, установил, что все изолированные лигнины обладают полосой поглощения при 1710	(+15 сщ-1) большей или меньшей интенсивности, в зависимости
от метода их выделения, но эта полоса отсутствует во всех спектрах древесин и целлюлоз. Примененный Волкером метод дифференциальной спектроскопии (в качестве образца сравнения использовали эквивалентное количество выделенной стандартным методом холоцеллюлозы) позволил получить ИК-спектры содержащегося в древесине лигнина без его модификации химическими реагентами. Наряду со значительными преимуществами этот метод обладает и рядом существенных недостатков, связанных с тем, что используемая в качестве образца сравнения холоцеллюлоза отличается от природной вследствие деградации, имеющей место при ее выделении. Кроме того, невозможно достичь точного количественного Соответствия холоцеллюлозы в канале сравнения и в исследуемой древесине или древесной целлюлозе.
Полоса при 1710 см~г отнесена Волкером к неконъюгированной p-кетогруппе, образующейся в процессе выделения лигнина в результате разрыва лигноуглеводных связей. Экспериментальные данные Волкера подтверждены последующими исследованиями'Хиггинса и сотр. [89, 90]. Пилипчук, Пен и Финкельштейн [91 ] исследовали ИК-спектры еловой древесины, ацетилированного ЛМР, холоцеллюлозы, ЛМР и смеси ЛМР
18
и холоцеллюлозы (в соотношении 3 : 7) в области 1735—1750 см~г и на основании полученных результатов пришли к заключению о существовании химических связей между лигнином и углеводными компонентами растительной ткани. Спектральные методы широко использовались также для установления возможных типов химической связи между лигнином и полисахаридами. Эти работы рассматриваются в разделе II.3.
В заключение следует отметить, что при исследовании Лу-комплексов в самое последнее время нашел широкое применение метод гель-фильтрации на сефадексах [19, 20, 32, 68, 92—95]. Впервые этот метод использован для исследования Лу-комплексов Крингстедом [51—53]. Автор подверг гель-фильтрации на сефадексе G-100 водорастворимые лигногемицеллю-лозные комплексы, выделенные из хлоритной еловой холоцеллюлозы и содержавшие в среднем 25% лигнина, и установил, что кривая молекулярно-весового распределения полисахаридов всегда сопровождается кривой распределения лигнина аналогичной формы i. Поскольку обнаруженную закономерность можно объяснить как наличием химических связей между лигнином и полисахаридами в комплексе, так и существованием какой-либо формы физической ассоциации между этими компонентами, Крингстед провел специальные эксперименты с целью установить, какое из этих объяснений является правильным. Когда смесь елового ЛМР и свободного от лигнина галактоглюкоманнана, обработанную раствором хлорита натрия и затем щелочью в условиях, аналогичных условиям выделения исходных лигногемицеллюлозных комплексов, подвергли гельфильтрации на сефадексе G-100, наблюдалось разделение обоих компонентов. Кроме того, при постепенном гидролизе комплекса разбавленной H2SO4, а также при его энзиматическом гидролизе смесью нескольких полисахаридаз наблюдалось, что не только полисахаридная, но и соответствующая кривая распределения лигнина сдвигалась в сторону более низких размеров молекул. Результаты рассмотренных экспериментов являются еще одним убедительным доказательством наличия химически связанных Лу-комплексов. Поскольку невероятно, что эти связи могли образоваться в процессе хлоритной обработки, очевидно, что они первоначально присутствовали в древесине.
Следует отметить, что в настоящее время метод гель-фильтрации используется как для доказательства наличия химически связанных Лу-комплексов, так и для характеристики различных препаратов и их разделения по величине молекулярного веса.
II.2. Водородные связи и возможность образования трехмерных сетчатых структур
Наряду с химическими связями между лигнином и углеводами, наличие которых, как показано в предыдущем разделе, можно считать установленным, и Бьёркман [62], и Браунелл [78] указывали на большую роль водородных связей в образовании единого комплекса компонентов растительной ткани.
Известно, что лигнин содержит большое количество фенольных и спиртовых, эфирных и карбонильных групп, а также некоторое количество карбоксильных групп, которые могут включаться в образование внутримоле-
4 При гель-фильтрации Лу-комплексов определенные трудности связаны с построением кривой молекулярно-весового распределения их полисахаридной части. Для количественного определения полисахаридов в элюатах были предложены бихроматное окисление [51—53], фенол-сернокислотный метод с определением величины абсорбции при 490 им [93], спектрофотометрическое определение при 625 нм после добавления антронового реагента [94], автоматизированная трехступенчатая процедура, заключающаяся в гидролизе гемицеллюлозы раствором НС1, в освобождении продуктов гидролиза от выпавшего в осадок лигнина путем диализа и в колориметрическом определении углеводов после реакции с орсинолом [96] и ряд других методов.
2*
19
кулярных водородных связей, а также водородных связей между лигнином и углеводами. Специально изучая внутримолекулярные водородные связи в макромолекуле лигнина, Линдберг [97, 98] отметил их влияние на такие важные характеристики лигнина, как растворимость и осаждаемость. Линдберг установил наличие в лигнине водородных связей со средней энергией 2—3 ккал/молъ. Для того чтобы растворитель мог проникнуть в макромолекулу лигнина и растворить ее, он должен преодолеть этот барьер, т. е. он должен быть способным образовать водородные связи с соответствующими группами лигнина, причем энергия этих связей должна быть равна или выше 2—3 ккал/молъ. Эти данные были подтверждены ИК-спектрами лигнинов и его модельных соединений в области 3600— 3000 см'1, т. е. в области поглощения гидроксильных групп, а также термодинамическими исследованиями на мономерных моделях.
Что же касается водородных связей между лигнином и углеводами в'растительных тканях, которым придавал большое значение Бьёркман, то Линдберг пришел к заключению, что в комплексе связей между компонентами растительной ткани они играют лишь второстепенную роль. И действительно, несмотря на большую вероятность образования водородных связей между лигнином и углеводами в древесине, вследствие аморфного характера лигнина трудно представить, что эти связи ориентированы вдоль молекул, как это имеет место у целлюлозных цепей, а как известно, эффект нерегулярно расположенных водородных связей мал.
Кошиджима и Танака [68] в результате фракционирования Лу-ком-плекса, полученного по методу Бьёркман^ из древесины японской красной -сосны, выделили водорастворимый ацетилглюкоманнан, содержавший 2—5% лигнина. Выделенный ацетилглюкоманнан оказался электрофоре-тически единообразным, кривая его молекулярно-весового распределения на сефадексе G-100 показала один пик. Кроме того, авторы [93] получили водорастворимые комплексы ацетилглюкоманнана и поликониферилового спирта, а также ацетилглюкоманнана и ЛМР путем выдерживания компонентов в ДМСО в течение 24 час при комнатной температуре. Следует отметить, что и поликонифериловый спирт, и ЛМР нерастворимы, в воде. Другими словами, водорастворимость синтезированных комплексов, равно как и ацетилглюкоманнана, выделенного при фракционировании Лу-комплекса, обусловлена взаимодействием лигнина (или поликониферилового спирта) с глюкоманнаном. На основании полученных предварительных данных (ИК-спектроскопия и гель-фильтрация) авторы пришли к заключению, что взаимодействие между ацетилглюкоманнаном и лигнином в Лу-комплексе обусловлено главным образом водородными связями между карбонильной группой в лигнине и водородом гидроксильной труппы в ’ацетилглюкоманнане.
То обстоятельство, что древесина лишь в очень незначительной степени подвергается ферментативному воздействию, тогда как ее углеводные компоненты и лигнин по отдельности легко разрушаются при действии микроорганизмов, многие исследователи [54—58, 99, 100] рассматривали как доказательство наличия связей между лигнином и углеводами в растительных тканях. Несколько иную интерпретацию получили данные по микробиологической деструкции древесины в работах Пью [101, 102].
Отмечая несомненное наличие водородных и химических связей между компонентами растительной клетки, Пью подчеркивал, что иммобилизация углеводных цепей трехмерной сетчатой структурой лигнина подобно системе «змейка в клетке» оказывает большое влияние на свойства лигни-фицированных материалов и вносит свой вклад в образование единого комплекса компонентов клеточной стенки растения. Исследуя помол древесины на вибрационной мельнице и ее «переваривание» целлолитическими ферментами, Пью показал, что в то время как обычная древесина устойчива к действию ферментов, десятиминутное измельчение на вибромельнице позволяет удалить — 2/3 углеводов древесины, а б олее продолжи-20
||ль]Ьое предварительное измельчение приводит к полному «перевариванию» углеводов древесины целлолитическими ферментами, оставляя лигнин в качестве остатка (см. раздел III.2).
Любопытно, что обработка еловой муки 1%-ной НС1, которая должна была бы гидролизовать химические связи между лигнином и углеводами, не увеличивала ее восприимчивости к действию ферментов, в то время как действие реагентов, вызывающих набухание древесины, оказывало резко выраженный эффект. Аналогичное поведение по отношению к тонкому из
мельчению и энзиматическому «перевариванию» показала еловая холоцеллюлоза, которая была пропитана водорастворимой фенольной смолой, а затем подвергнута отверждению при 110° С. На основании полученных данных Пью пришел к выводу, что лигнификации является тем фактором, который препятствует воздействию целлолитических ферментов на углеводы древесины. Трехмерная сетчатая структура лигнина, иммобилизующая углеводные цепи, препятствует большим молекулам ферментов проникнуть в систему. Делигнификация полностью устраняет этот барьер, тогда как измельчение древесины или ее набухание облегчает контакт ферментов с углеводами древесины.
II.3. Возможные типы
химических лигноуглеводных связей
Несмотря на то, что большинство появившихся за последние 10 лет исследований почти не ставит под сомнение наличие химической связи между углеводами и лигнином, по-прежнему остаются открытыми вопросы о типах лигноуглеводной связи, а также относительно их количества в растительнои"ткани.
Известно, что после удаления экстрагируемых веществ древесины (очевидно, не связанных с лигнином, поскольку они удаляются простыми физическими методами без удаления заметных количеств лигнина) в древесине остаются три компонента, имеющие углеводную природу: целлюлоза, гемицеллюлозы и полиурониды. Реакционноспособные группы в углеводных компонентах растительной ткани, которые могут участвовать в образовании лигноуглеводных связей, включают первичные и вторичные гидроксильные группы, карбонильные группы и, наконец, карбоксильные группы в полиуроновых кислотах. В то же время к реакционноспособным группам лигнина относятся фенольные и спиртовые гидроксильные группы разного типа, а также способные к енолизации карбонильные группы. Именно между этими реакционноспособными группами лигнина и углеводных компонентов растительной ткани и могут возникать рассматриваемые ниже типы химических лигноуглеводных связей.
П.3.1. Сложноэфириыс и простые зфирные связи
На наличие сложноэфирных и простых эфирных связей между лигнином и углеводами, постулированных еще Эрдманом [7, 8], указывают результаты, полученные рядом исследователей. Так, Хоппе-Зейлер [103] и Ланге [104] на основании результатов щелочных варок древесины пришли к заключению, что между обоими компонентами существует сложно-эфирная связь. Аналогичных взглядов на природу лигноуглеводной связи придерживались Чапек [105] и Графе [106]. Класон [107, 108] полагал, что « [З-лигнин» содержит карбоксильную группу, которая, не будучи свободной в древесине, должна быть связана с целлюлозой, Филлипс [109] при исследовании экстракции кукурузных кочерыжек в различных условиях пришел к выводу, что лигнин связан с углеводами по крайней мере двумя способами: часть его непрочно связана, вероятно, в форме сложных эфиров уроновых кислот, а остаток присутствует в комбинации типа простых эфиров. Хоулей и Норман [НО], используя метод Кросса—Бивена
21
для определения целлюлозы, выделили две группы гемицеллюлоз, <4|д1^| из которых не содержала уроновой кислоты и оставалась с целлюлозным остатком, а вторая, обычно содержавшая уроновую кислоту, удалялась в условиях данного определения. Именно с последней группой гемицеллюлоз и связан, по мнению авторов, лигнин.
Концепция о простой эфирной или сложноэфирной связи между лигнином и полисахаридами поддержана Лизером и Швиндом [111] на основании опытов по ацетолизу еловой древесины. Саркар и сотр. [112, ИЗ] обнаружили, что при обработке джута 0,25 %-ной щелочью кислотное число удваивается. По мнению авторов, дополнительная свободная кислота образуется при гидролизе сложноэфирных связей между лигнином и полиуронидами. Позднее Баттачари и Цалов [114] также наблюдали увеличение количества свободных карбоксилов в джуте, подвергнутом как кислотной (разбавленная НС1), так и щелочной (0,25 %-ная NaOH) обработке. Кроме того, Саркар [112] для джута, а Тачи и Ямамори [115] для бука и вяза отмечали более высокое содержание карбоксильных групп в холоцеллюлозе по сравнению с исходным джутом или древесиной. Это наблюдение также объяснялось на основании гипотезы о наличии сложноэфирной лигнин-полиуронидной связи. Наличие сложноэфирной связи между карбоксилом уроновой кислоты и гидроксильной группой лигнина Фостер и сотр. [116] считали вероятной причиной различной скорости освобождения уроновой кислоты из древесины эвкалипта и из холоцеллюлозы этой древесины в одинаковых условиях (1 N H2SO4; 91 — 92° С; 3 час).
Харрис [117] с целью удаления гемицеллюлоз обрабатывал предварительно экстрагированную древесную муку холодным 17,5 %-ним раствором NaOH и затем экстрагировал ее четыре раза кипящим метанолом. Выделение метанолрастворимого лигнина (24% для ели, 70% для клена и осины, считая на лигнин Класона) является, согласно представлениям Харриса, доказательством расщепления сложноэфирных связей между лигнином и полиуронидами. Стюарт и сотр. [118, 119] осуществили серию метанольных экстракций древесины эвкалипта при 150° С. Глюкоурониды, найденные в метанольных экстрактах холоцеллюлозы или предварительно обработанной щелочью древесины, отсутствовали в экстрактах исходной древесины. Авторы предположили, что они образуются в результате гидролиза лигнин-полиуронидного комплекса. На основании результатов экспериментов по варке древесины осины с нейтральной смесью бутанол— вода при 158° С Аалтио [120] пришел к выводу о наличии сложноэфирных связей между цепями кислого ксилана и лигнином. При исследовании ИК-спектров еловой древесины, ацетилированного ЛМР, холоцеллюлозы, ЛМР и смеси ЛМР и холоцеллюлозы (в соотношении 3 : 7) Пилипчук, Пен и Финкельштейн [91] установили, что в области 1735—1750 см~г в ИК-спектрах ЛМР, холоцеллюлозы и их смеси полосы поглощения практически отсутствуют или выражены очень слабо. В то же время в ИК-спектрах древесины и ацетилированного ЛМР в указанной области наблюдаются очень интенсивные полосы поглощения. Поскольку ранее было показано [121], что полоса в области 1735—1750 см.-1 обусловлена сложноэфирной группой, авторы пришли к заключению о наличии сложноэфирной связи между лигнином и углеводными компонентами растительной ткани (количество ацетильных групп в еловой древесине очень незначительно, поэтому только их присутствие не может объяснить столь интенсивное поглощение в указанной области, которое имеет место в спектре древесины), не исключая возможности существования и других типов лигноуглеводной связи.	-—-J
Бленд и Миншан [122] показали, что эффективным методом выделения, лигнина является сухой размол древесины на вибрационной шаровой мельнице с последующей экстракцией ацетоном. Лигнин, выделенный согласно, этому методу из эвкалиптовой древесины, содержал некоторое количество 22
примесей, образующих фурфурол при солянокислотной обработке. На основании того, что при мягкой щелочной обработке полученного лигнина эти примеси удаляются, авторы пришли к заключению, что они связаны с лигнином сложноэфирными связями, расщепляемыми действием щелочи. Кошикова и сотр. [31 ] на основании результатов спектральных исследований Лу-комплексов, выделенных многократным метилированием еловой древесины диазометаном, а также продуктов их щелочного и кислотного гидролиза пришли к выводу о возможности существования сложноэфир-ных связей между лигнином и уроновыми кислотами.
Давыдов и сотр. [28 ] провели исследование стабильности Лу-комплекса, выделенного из еловой древесины обработкой 7,9%-ным раствором хлористого водорода в абсолютной уксусной кислоте при —10 4- 12° С. Выделенный Лу-комплекс обрабатывали 0,5 N NaOH и 1 N раствором метилата натрия в метаноле. На основании полученных результатов авторы пришли к заключению о наличии двух типов связи гемицеллюлоз с лигнином. Спектральное исследование исходного Лу-комплекса, а также комплекса, обработанного метилатом натрия, и сернокислотного лигнина, позволило авторам заключить, что одним из этих типов связи являются сложноэфирные связи, образующиеся за счет карбоксильных групп лигнина и гидроксильных групп гемицеллюлоз. Этот вывод, несомненно, нуждается в дополнительном экспериментальном подтверждении.
В 1954 г. Фрёйденберг [123] высказал предположение, что в растительной ткани между лигнином и полисахаридами могут существовать простые эфирные связи типа бензиловых эфиров. Эта гипотеза позднее нашла экспериментальное подтверждение в ходе работ Фрёйденберга [124—126] по получению и исследованию биосинтетического лигнина (см. раздел V.3).
Фрёйденберг и сотр. [127, 128] установили, что при энзиматическом дегидрировании кониферилового спирта, проводимом в растворе водного метанола, наряду с другими димерами и олигомерами образуется а-мети-ловый эфир гваяцилглицерин-p-кониферилового эфира (II, В = СН3). Образование этого эфира происходит через промежуточный хинонметид I.
Если энзиматическое дегидрирование кониферилового спирта проводили в концентрированном растворе сорбита или тростникового сахара, наблюдалось образование соответствующего a-эфира гваяцилглицерин-(3-кониферилового эфира (II, R = QH,.A или R = C12H21O10). По Содержа-
H.,СОН	Н2СОН
' I	'I
СИ	сн
у\осн,	'/ ОСН.,
о	он
I	и
нию метоксильных групп (10, 21%) можно подсчитать, что, по-видимому, соединяются 2 моля хинонметида и 1 моль тростникового сахара. Эфир сахара легко гидролизуется минеральной кислотой до соединения II (R = H) и глюкозы и фруктозы.
23
Хачихама и Такамуку [85], исследуя действие у-радиации на древесину, установили, что в облученной древесине наблюдается увеличение содержания гваяцилкарбинольных групп. Поскольку авторы считают, что у-радиация приводит к разрыву лигноуглеводных связей, можно полагать, что эти связи имеют характер бензиловых эфиров. Мереветер [59] выделил Лу-комплекс экстракцией древесины эвкалипта разбавленной щелочью и на основании результатов исследования дифференциальных ИК-спектров этого комплекса и продуктов его кислотного гидролиза приЩел к выводу о возможности существования бензилэфирной лигноуглеводной связи.
II.3.2. Фенолгликозидные связи
Гибберт и сотр. [129, 130] синтезировали ряд соединений, моделирующих гликозиды с алифатическими и фенольными аглюконами: а-окси-пропиованилон- р-Л-ксилозид, а-оксипропиосирингон- p-D-ксилозид, а-ок-сипропиовератрон- p-D-глюкозид, ацетованилон- р-Л-ксилозид, ацетова-нилон- p-D-глюкозид, ацетованилон- р-Л-целлобиозид, фенил- p-D-ксило-зид, фенил-p-D-глюкозид, гваяцил- р-Л-ксилозид. Скорости гидролиза этих соединений в условиях, применяемых для выделения лигнина из древесины, показали, что более вероятным типом связи между лигнином и полисахаридами в растительной ткани является фенол- (З-гликозиднаЯ связь.
Фрёйденберг и Планкенхорн [131] при обработке древесины уксусной кислотой с MgCl2 в качестве катализатора выделили уксуснокислотный лигнин, который содержал 11% гексозана и после омыления NaOH в атмосфере азота давал продукт с более высоким содержанием фенольных гидроксилов. Аналогичные результаты получили Паули и сотр. [132, 133] которые последовательно обрабатывали древесную муку СН3ОН, 1,5%-ной NaOH при комнатной температуре и 85 %-ной СН3СООН, содержавшей каталитические количества H2SO4, и на основании анализа полученных препаратов пришли к выводу о наличии фенолгликозидной связи между лигнином и полисахаридами. Кавамура и Хигучи [134] продемонстрировали наличие лигнин-ксилозного комплекса в диоксан-лигнине, выделенном из древесины бука. Полученный диоксан-лигнин с помощью бумажной хроматографии отделяли от сахаров, затем исчерпывающе метилировали и подвергали гидролизу 5 %-ной НС1. Из продуктов гидролиза с помощью бумажной хроматографии была выделена 2,3,4-триметилксилоза, а не диметилксилоза, что, по мнению авторов, подтверждает наличие гликозидных связей в Лу-комплексе.
Эксперименты Одинцова и Шишковой [135] по расщеплению древесины ферментами, термофильными целлюлозными бактериями, почвенными бактериями и эмульсином показали, что имеет место расщепление Лу-комплекса, сопровождающееся возникновением новых свободных фенольных гидроксильных групп. Хеггрот и Линдберг [136] провели исследование с целью объяснить различия между сульфитной и сульфатной целлюлозами. Согласно гипотезе Мак-Кинни [137], в процессе сульфатной варки остатки гемицеллюлоз, первоначально связанные с лигнином фенолгликозидными связями, мигрируют в целлюлозные цепи сульфатной целлюлозы. С этим, в частности, связано повышенное содержание пентозанов в сульфатной целлюлозе.
Используя в качестве модели лигнин-гемицеллюлозного комплекса фенил-p-D-ксилопиранозид (III), Хеггрот и Линдберг исследовали его взаимодействие с различными спиртами и полисахаридами (метанол, глицерин, амилоза, хлопковая целлюлоза). При действии на соединение III метилата натрия в абсолютном метаноле в атмосфере азота с хорошим выходом получен метил-|3-£)-ксилопиранозид, а при взаимодействии соединения III с моноглицератом натрия в безводном глицерине получена 24
смесь глицерил-П-ксилопиранозидов. При щелочном гидролизе соединения III в присутствии амилозы, равно как и в присутствии хлопковой целлюлозы, получены полисахариды, содержавшие связанную ксилозу. Так, хлопковая целлюлоза после указанной обработки содержала 2,4% ксилозы.
Таким образом, при обработке фенилксилопиранозида в присутствии целлюлозы фенолгликозидная связь разрывается и ксилоза мигрирует к целлюлозе за счет трансгликозидирования, что подтверждает гипотезу Мак-Кинни.
Хаяши и Тачи [26, 138] в ходе исследования выделенных ими из пшеничной соломы Лу-комплексов (ксило-лигнин; ацетилированный ксилолигнин; комплексы, экстрагированные диоксаном, 50%-ной СН3СООН и ДМФ) экспериментально подтвердили наличие фенолгликозидных связей. При щелочном гидролизе выделенных комплексов отмечалось увеличение содержания свободных фенольных гидроксилов, которые определяли по батохромному сдвигу в УФ-области (при аналогичной обработке лигнина количество фенольных гидроксилов остается неизменным). При обработке Лу-комплексов [3-глюкозидазой увеличивалось содержание как фенольных гидроксилов лигнина, так и восстанавливаемых групп сахаров. И наконец, при щелочной варке (10% NaOH; 100° С; 24 час) Лу-комплексов в присутствии очищенной хлопковой целлюлозы наблюдалась миграция углеводов комплекса к целлюлозе за счет трансгликозидирования (при аналогичной обработке смеси целлюлозы и свежеприготовленной холоцеллюлозы пшеничной соломы трансгликозидирования не наблюдалось).
Кирюшина и Тищенко [47] фракционировали лигнины, полученные в результате кратковременных щелочных варок древесины клена, по растворимости в ацетоне. Анализ нерастворимой в ацетоне фракции показал, что она состоит из лигнина и углеводов (главным образом пентозанов) и ведет себя подобно химически связанному комплексу [48]. Повторными щелочными варками, кислотным гидролизом, озонированием и ИК-спек-троскопией экспериментально подтверждено предположение о существовании фенолгликозидной связи между лигнином и углеводами в нерастворимой в ацетоне фракции щелочного лигнина [49].
Кошикова и сотр. [31], а также Давыдов и сотр. [28] пришли к заключению о возможности существования фенолгликозидной связи между лигнином и полисахаридами на основании результатов ИК-спектрального исследования Лу-комплекса и продуктов его гидролиза. Результаты исследования дифференциальных ИК-спектров Лу-комплекса, выделенного из древесины эвкалипта экстракцией разбавленной щелочью, а также продуктов его кислотного гидролиза позволили Мереветеру [59] высказать предположение о существовании бензилгликозидной лигноуглеводной связи. Этот вывод, несомненно, требует дополнительного экспериментального подтверждения.
П.3.3. Ацетальные связи
Предположение о наличии ацетальной (кетальной) или полуацетальной (гемикетальной) связи между лигнином и углеводами, которая осуществляется за счет карбонильных групп боковых цепей фенилпропановых структурных элементов лигнина и гидроксильных групп полисахаридных цепей, впервые было сделано Холмбергом и Рюниусом [139] на основании результатов исследования алкоголиза древесины. Известно, что при обработке древесины спиртом в присутствии кислотного катализатора спирт реагирует с лигнином с образованием растворимого в спирте алкоголь-лиг-нина. Авторы предположили, что реакция заключается в трансацетализа-ции: в древесине лигнин связан с углеводами, образуя ацеталь, а во время алкоголиза используемый спирт замещает углевод.
25
Для подтверждения этой гипотезы Маеда и Кобаяши [140] провели эксперименты, которые показали, что природный лигнин не содержит свободных карбонильных или кислых гидроксильных групп. Для проверки этих результатов Нокихара и сотр. [141] подвергли этанолизу древесину, холоцеллюлозу и вискозную целлюлозу в присутствии гидроксиламина. Различие в скоростях реакций этих препаратов дало основание предположить, что образованию в древесине оксима лигнина предшествует гидролиз других соединений, предположительно являющихся Лу-ком-плексом, который включает ацетальные связи.
Берлин [142] провел серию опытов по окислению древесины перекисью водорода и па основании полученных результатов пришел к заключению, что низкомолекулярная часть природного лигнина, локализованная во вторичной клеточпо!! стенке, связана с углеводами ацетальной или полуацетальной связью, которая легко расщепляется горячей водой или разбавленными кислотами. Гипотезу о наличии ацетальной связи между компонентами растительной ткани поддержали также Шорыгина и сотр. [143] на основании результатов, полученных при разложении лигнина и древесины металлическим натрием в жидком аммиаке.
В последнее время эта гипотеза нашла серьезное подтверждение в серии работ, опубликованных Волкером. Как уже указывалось выше, Волкер и Сомервилл [87, 88] обнаружили, что в ПК-спектрах изолированных лигнинов содержится полоса поглощения при 1710 еж-1, которая отсутствует в спектрах древесин и древесных целлюлоз, содержащих остаточный лигнин. Отмеченная полоса поглощения отнесена авторами к пеконъюгированной р-кетогруппе, образующейся в процессе выделения лигнина. Поскольку p-кетогруппы появляются только в процессе выделения лигнина, Волкер предположил, что в древесине и древесных целлюлозах эти группы присутствуют в виде производных, не поглощающих в указанной области, т. е. в виде ацетальных или енольных простых эфирных групп. Естественно, полученные спектры не позволяют судить о том, включены ли эти группы во внутримолекулярные связи лигнина (между фенилпропановыми звеньями) или же в связь между лигнином и углеводами. Однако существование зависимости между выделением лигнина и накоплением в нем кетогрупп, а также тот факт, что p-кетогруппы никогда не обнаруживались в древесине и в древесных целлюлозах, свидетельствует, по мнению Болкера, в пользу второй возможности.
Болкер и сотр. [144, 145] предложили механизм разложения как ацетальной (VII), так и бензилэфирпой (IV) связи между лигнином и углеводом, в результате которого образуются p-кетогруппы (V) (см. стр. 27).
Механизм разложения бензилэфирной лигноуглеводной связи (IV), постулированной Фрёйденбергом и сотр. [127, 128], может, согласно представлениям Болкера, состоять из следующих стадий: 1) гидролиз до бензилового спирта; 2) дегидратация до формы енол-эфира и 3) дальнейший гидролиз до p-кетогруппы (V). Аналогичный механизм предложен и для случая, когда углевод связан с лигнином через p-углеродный атом (VI), однако налично такой структуры гораздо менее вероятно, чем бензилового эфира (IV). Как отмечает и сам Болкер, наиболее уязвима для критики стадия дегидратации, имеющая место в водной среде в мягких условиях. Помимо этого, Болкер выдвинул и ряд других, правда косвенных, доказательств наличия ацетальной связи между лигнином и углеводом (отсутствие p-кетогруппы у лигнинов, выделенных этанолизом, и ее появление после кислотного гидролиза этанол-лигнина [144]; исследование скорости экстракции лигнина из древесины при помощи кислых безводных смесей 2,2-диалкоксипропана и диоксана [145] и т. д.). В последнем сообщении Болкер [146] приводит данные о взаимодействии двух систем растворителей: диоксан—2,2-диметоксипропан—НС1 и диоксан—метанол —HG1 с простейшими моделями возможных лигноуглеводных связей: фенил-p-D-
глюкозидом (VIII; гликозидная связь), 1-(3',4'-диметоксифенил)-1-этокси-2-(2"-метоксифенокси)этаном (IX; бензилэфирная связь) и 2-метил-2-бензил-1,3-диоксоланом (X; кетальная связь):
VIII
Как и следовало ожидать, на основании исследования кинетики этих реакций не удалось сделать никаких определенных выводов, однако Болкер сообщает о продолжении работы с более сложными соединениями, моделирующими различные типы лигноуглеводных связей.
Полученные Волкером данные представляют несомненный интерес, хотя их однозначная интерпретация вызывает возражения. Во-первых, представляется спорным однозначное отнесение полосы при 1710 елл1 к (3-кетогруппе [147 —152]. Во-вторых, согласно данным Адлера и сотр. [153—155], |3-кетогруппы могут образовываться в результате ацидолиза структур арилглицерин-|3-ариловых эфиров, который протекает в кислой среде, наиболее часто используемой для выделения лигнина (см. параграф VI.2.3).
*
При анализе результатов рассмотренных выше работ следует отметить противоречивость сделанных на их основе выводов о возможных типах химических связей между лигнином и полисахаридами. Так, Бленд и Миншан [122], показав, что щелочная обработка удаляет углеводный материал, содержащийся в лигнине, выделенном методом механического размола, а также установив, что щелочная обработка древесины перед
27
размолом увеличивает выход лигнина, пришли к заключению о наличии сложноэфирных связей между лигнином и полисахаридами. С другой стороны, Болкер и Ванг [67] в результате исследования устойчивости лигнинполисахаридных препаратов к щелочным обработкам пришли к выводу об отсутствии в них сложноэфирных связей между лигнином и полисахаридами. Аналогичные примеры можно привести и в отношении остальных рассмотренных выше типов лигноуглеводной связи.
В какой-то мере указанная противоречивость может быть связана с тем, что объектом этих исследований служили Лу-комплексы, выделенные в различных условиях и из различных растительных материалов и, вероятно, в связи с этим отличающиеся по типу лигноуглеводной связи. В то же время для большинства исследований по установлению типов химической связи между лигнином и полисахаридами характерен недостаток экспериментального материала, являющегося основой для заключений авторов, а также отсутствие экспериментов на соединениях, являющихся моделями рассмотренных выше типов лигноуглеводной связи. Кроме того, следует указать на отсутствие методов, позволяющих селективно разрывать лигноуглеводные связи различного типа, что также затрудняет точное установление их характера.
Однако, несмотря на указанные недостатки, исследование стабильности Лу-комплексов в процессе различных химических обработок позволяет сделать ряд предварительных заключений о вероятности рассмотренных выше типов лигноуглеводной связи.
С целью выяснения причин противоречивых сообщений об устойчивости Лу-комплексов в условиях кислотного и щелочного гидролиза Браунелл [156] исследовал стабильность комплекса, выделенного из размолотой на шаровой мельнице еловой древесины. В ходе этого исследования установлено, что предварительная мягкая щелочная обработка древесины существенно увеличивает эффективность последующего размола на щаровой мельнице и выход лигнина. В то же время обработка щелочью после, размола приводила к значительно меньшему увеличению выхода лигнина. Исследование влияния температуры, концентрации щелочи, восстановительных и окислительных обработок на освобождение лигнина из размолотой древесины, а также из изолированного Лу-комплекса показало, что освобождение лигнина и щелочелабильность Лу-комплекса при температурах ниже 100° С являются результатом концевого отщепления звеньев гемицеллюлозной части комплекса, а не гидролиза сложноэфир-ной или других щелочелабильных лигноуглеводных связей.
Болкер и Ванг [67] исследовали продукты аммонолиза двух Лу-комплексов, выделенных из древесины березы. Первый из них был экстрагирован из размолотой на вибрационной шаровой мельнице древесины горячей водой (выход 22,1 %, содержание лигнина 4,2 %), а второй был выделен по методу Бьёркмана (содержание лигнина 11,3%). В результате аммонолиза обоих препаратов получены продукты, содержавшие одинаковое количество амидного азота. Это свидетельствует о том, что исходные препараты содержали одинаковое количество сложноэфирных групп. Очевидно, что если бы сложноэфирные связи связывали лигнин с полисахаридами, то препарат, содержавший больше лигнина, содержал бы и пропорционально большее количество сложноэфирных групп. Полученные данные, наряду с результатами исследования щелочной стабильности Лу-комплексов, привели авторов к заключению о том, что присутствующие в этих препаратах сложноэфирные связи представляют собой внутренние связи в отдельных цепях ксилана или же поперечные связи между цепями ксилана, а не поперечные связи ксилана с лигнином.
Браунелл [156] исследовал влияние мягких кислотных обработок на изменение вязкости Лу-комплекса, гемицеллюлозы и лигнина и на основании полученных результатов пришел к заключению, что кислото-лабильность Лу-комплексов является лабильностью гемицеллюлозы, 28
ИИ ой ;ти 1Ы-1И-1Ь-
на Ш-и, 1И. ов 50-ю-[В-
1И.
!К-ia-
ти ет JX
ти ил ой а-
У-ой 3-
Е'Цне лабильностью лигноуглеводной связи. Кроме того, Браунелл показал, Кчто боргидридное восстановление размолотой древесины не увеличивает ЙВыхода лигнина. Другими словами, лигноуглеводная связь устойчива Mg обработке боргидридом натрия, которая, согласно данным Мартона и К.Сотр. [157], расщепляет гемиацетальные связи в использованных усло-Цвиях. И наконец, Браунелл выделил лигнин повторным размолом Лу-Ккомплекса, предварительно обработанного NH4OH, и показал, что при Цэтом не происходит расщепления ацетальных или гемиацетальных лигно-Е- углеводных связей.
R Таким образом, рассмотренные выше результаты не согласуются | « существованием кислотолабильных (ацетальные, гемиацетальные или | ’ кетальные) и щелочелабильных (сложноэфирные) лигноуглеводных свя-I зей. Следовательно, эти связи могут относиться к гликозидному или эфир-I ному типу. Однако на гемицеллюлозную молекулу может приходиться ₽ только одна гликозидная связь. Поскольку степень полимеризации всех I основных гемицеллюлоз древесины хвойных выше 100 [158], одна глико-if видная связь приходится более чем на 100 гемицеллюлозных углеводных В' звеньев. Как будет показано ниже, количество лигноуглеводных связей Г в древесине выше и поэтому, следовательно, они не могут быть пред-| ставлены лишь гликозидными связями. По мнению Браунелла [156], t наиболее вероятным типом лигноуглеводной связи является простая ; эфирная связь.
Браунелл [159] предпринял исследование с целью установить размер и форму молекул лигнина и Лу-комплекса, выделенных из размолотой на шаровой мельнице древесины черной ели, а также оценить количество лигноуглеводных связей в исходной древесине. Автор определил величины характеристической вязкости и молекулярного веса подвергнутых фракционированию препаратов лигнина и Лу-комплекса.
В установленном диапазоне молекулярных весов лигнина и Лу-ком-
а.	плекса возможно существование нескольких структур комплекса.
и_	1. Молекула комплекса может состоять из простой, приблизительно
о-	сферической молекулы лигнина, связанной или просто спутанной с про-
о	стой линейной молекулой углевода подобно бусине на нитке. В этом случае
м_	разрыв связи привел бы к образованию одной молекулы лигнина и одной
1Я	молекулы углевода с молекулярными весами, равными молекулярным
р_	весам лигнинной и углеводной части комплекса.
2. Простая молекула лигнина может быть связана с двумя или не-сколькими мелкими молекулами углевода; в этом случае разрыв связи а- ^В: освободил бы углевод более низкого молекулярного веса.
я- ^^В	3. Молекула комплекса может состоять из двух или нескольких мо-
;н <^В лекул лигнина, связанных с одной или неско лькими молекулами углевода. 0_ ^В В этом случае освободился бы лигнин более низкого молекулярного веса. )е ^В С целью установления истинной структуры комплекса Браунелл обра-е- ]^В ботал нефракционированный Лу-комплекс раствором хлорита и определил а- '^В| степень полимеризации (СП) освобожденных углеводных фракций, реге-з- ^В* нерированных с выходом 83 %, а также молекулярные веса лигнинных )_ .^В фракций комплекса. Полученные данные позволили автору заключить, ie	что макромолекулы Лу-комплекса состоят из простых молекул лигнина,
и '^В связанных с простыми молекулами углеводов.
)-	^В Браунелл рассчитал количество лигноуглеводных связей в лигнине,
г-	^В	содержавшем примеси углеводов, в Лу-комплексе и в остатке древесины
У	и’ сДелав некоторые допущения, пришел к заключению о том, что в ис-
^В ходной древесине одна лигноуглеводная связь приходится приблизительно к ^В на 44 углеводных звена гемицеллюлозы.
а ;^В Определенная информация о характере и количестве лигноуглевод->-	^В) ных связей получена в ходе исследования различных гемицеллюлозных
^В; препаратов. Так, Майер [160, 161] на основании результатов исследования ^В| структуры глюкоманнанов, выделенных из древесины сосны и норвежской
29
ели хлоритиым методом, высказал предположение, что ксилановые и галактановые «примеси» некоторых препаратов глюкоманнана связаны с этим полимером посредством лигнинных фрагментов. Томпсон и Каусти-нен [162] разработали методику фракционирования полисахаридов, переходящих в раствор при обработке хвойной древесины хлоритом и 0,1 N NaOH. Одна из выделенных фракций, в углеводной части которой преобладала галактоза, содержала значительное количество неуглеводного материала (лигнина). По своим свойствам эта фракция была аналогична Лу-комплексу.
Линнелл и сотр. [163] в ходе исследования глюкоманнановой фракции хлоритной еловой холоцеллюлозы обнаружили зависимость между содержанием лигнина в этой фракции и ее среднечисловым молекулярным весом, а также рядом гидродинамических свойств (степень разветвления, растворимость, устойчивость к экстракции из холоцеллюлозы) и на основании этого пришли к заключению, что лигнин может образовывать разветвления, поперечно связывающие линейные молекулы глюкоманнана и приводящие к формированию лигнин-глюкоманнанового комплекса. Линнелл и Свенсон [164] вычислили количество лигнинных поперечных связей на молекулу глюкоманнана из черной ели. Эти вычисления сделаны па основании величин вязкости и молекулярных весов различных фракций ацетилированного глюкоманнана, а также па основе модели, состоящей из линейных цепей глюкоманнапа, поперечно связанных остаточным лигнином. Количество поперечных связей изменялось от 0,1 (для фракции с СП 82) до 7,06 (для фракции с СП 557), причем авторы полагают, что фракции с более низкой СП и пропорционально менее связанные поперечными связями являются производными фракций с высокой СП и образуются путем разрыва лигнинных поперечных связей. Следует отметить, что результаты Линнелла и Свенсона хорошо коррелируются с приводимой Браунеллом [159] оценкой количества лигноуглеводных связей и в пределах имевших место допущений, по-видимому, позволяют судить об истинном количестве этих связей в исследованных препаратах.
Согласно литературным данным [165—167], между целлюлозой и глюкоманнановыми компонентами хвойной древесины существует тесное взаимоотношение. Очевидно, поперечно связанные молекулами лигнина глюкоманнановые цепи в свою очередь поперечно связывают фибриллярный целлюлозный скелет волокон и тем самым увеличивают его прочность и несущую способность. Указанный механизм поперечного связывания хорошо согласуется с ролью волокна как структурного компонента древесины.
П.4. Лигноуглеводные связи и проблема неоднородности лигнина
В главе I рассмотрены некоторые аспекты неоднородности природного лигнина. Для более полной характеристики указанной проблемы необходимо также учитывать наличие связей лигнина с другими компонентами клеточной стенки.
В 1958 г. Аалтио [120, 168] опубликовал результаты обширного исследования типа связи лигнина с другими компонентами древесной ткани. Автор осуществил серию из девяти бутанольных варок древесины осины. Предварительно проэкстрагированные ацетоном тонкие опилки варили с нейтральной забуференной смесью бутанол—вода в течение 4 час при 158° С, причем каждую варку проводили с остатком от предыдущей. Растворимость древесины прослеживали, анализируя нерастворимый остаток и варочные растворы. Некоторые результаты этого исследования приведены в табл. II.2.
В результате проведенного исследования установлено, что древесина осины частично состоит из гомогенных лигноуронидных комплексов.
30
Таблица П.2
Некоторые результаты исследования последовательных варок древесины осины с забуференным водным бутанолом [120]
№ варки	Соотношение лигнина и пентозануронидов *	Содержание ОСН3-групп в растворенном лигнине, %		। № варки	Соотношение лигнина и пентозануронидов *	Содержание ОСН3-групп в растворенном лигнине, 7о	
		найдено	вычислено			найдено	вычислено
1	1,05	21,4	21,7 I	! 6	0,59		15,3
2	0,75	—	21,3	7	0,55	15,0	15,0
3	0,77	20,1	20,2	8	0,54	—	15,0
4	0,73	—	21,4	9	0,55	14,9	12,0
5	0,74	17,9	17,9				
Соотношение дано для комплексов, переходящих в раствор.
Первый из них легко растворяется, переходя в раствор в ходе начальных пяти варок, и локализуется в срединной пластинке. Соотношение лигнина и пентозануронидов в этом комплексе составляет — 0,75. Второй комплекс, переходящий в раствор при последующих варках, локализуется в клеточной стенке и характеризуется соотношением лигнина и пентозануронидов — 0,55. С этим комплексом, по-видимому, очень тесно связана целлюлоза.. Углеводная часть указанных комплексов включает гомогенный пентозануронид, в котором весовое соотношение пентозанов и уроновых кислот составляет примерно 7:1. Качественный анализ сахаров кислых гидролизатов водных фаз различных варочных растворов показал, что они содержат D-ксилозу, 4-О-метилглюкуронозидоксилозу, альдобиоуроновую кислоту, D-галактозу, D-галактуроновую кислоту, А-арабинозу и следы D-маннозы и А-рамнозы.
Фракции лигнина в обоих комплексах структурно различны. В то время как лигнин легко растворимого комплекса содержит примерно 20—21 % ОСН3-групп, лигнин более устойчивого комплекса имеет значительно более низкое содержание метоксильных групп (—15%). Это различие, согласно данным Аалтио, обусловлено различным распределением гваяциловых и сиреневых структур в молекулах этих лигнинных фракций.
Полученные данные Аалтио интерпретировал на основании того, что во время пяти первых варок постепенному воздействию варочного раствора подвергается срединная пластинка, что приводит к выделению высоко-метоксилированного лигнина и пентозануронидов в соотношении 0,75. После растворения всей срединной пластинки происходит дефибризация материала, и при последующих варках подвергается воздействию вторичная клеточная стенка. Это приводит к выделению пизкометоксилирован-ного лигнина и пентозануронидов опять в постоянном соотношении (0,55), которое, однако, отлично от соотношения, найденного при растворении срединной пластинки.
Следует отметить, что, по мнению Аалтио, большая часть лигнина в комплексе, выделяемом из срединной пластинки, находится в свободном состоянии и не имеет химических связей с углеводными компонентами. Это находится в соответствии с выводами Бейли [169], который на основании результатов исследования варки древесины с нейтральным водным бутанолом при 158° С пришел к заключению, что в древесине осины весь лигнин находится в свободном состоянии, в то время как в древесине сосны —20% лигнина химически связано с углеводами.
Согласно представлениям Бьёркмана [64], лигнин, находящийся в растительной ткани, можно разделить на две фракции, различающиеся по количеству его связей с гемицеллюлозами, а также по локализации в кле-
31
точной стенке. Одна фракция имеет очень незначительное количество связей с гемицеллюлозами или вовсе не имеет их и, по всей вероятности, локализована в срединной пластинке, где наблюдается наибольшая концентрация лигнина. Эта фракция выделяется в мягких условиях и соответствует ЛМР, получаемому по методу Бьёркмана. Другая фракция прочно связана с гемицеллюлозами и может быть выделена более жесткими методами. Эта фракция соответствует Лу-комплексам, получаемым по методу Бьёркмана. Соотношение между фракциями составляет примерно 1:1.
Браунелл и Вест [66] на основании рассмотренных выше экспериментов по фракционированию растворенной в ДМФ оксиэтилированной древесины, подвергнутой предварительному размолу на шаровой мельнице, также пришли к заключению, что в древесине примерно 3/4 общего количества лигнина химически связано с углеводами. Около х/4 лигнина можно легко отделить от углеводов. Авторы полагают, что эта часть лигнина не связана с углеводами химической связью, хотя внолне можно предположить, что эти связи разрываются во время обработки древесины на шаровой мельнице.
В результате исследования окисления древесины перекисью водорода Берлин [142] пришел к выводу, что лигнин межклеточного вещества (т. е. локализованный в срединной пластинке) более высокомолекулярен и не связан с полисахаридами. Тищенко [33] на основании результатов ступенчатого озонирования еловой древесины в этилацетате отметил, что в еловой древесине имеется как не связанный химически с углеводами лигнин (не менее 43% от всего лигнина), так и связанный.
Бленд и Миншан [122] установили, что предварительная мягкая ще- < лочная обработка древесины эвкалипта перед ее размолом на вибрацион- I ной шаровой мельнице приводит к увеличению выхода лигнина и к зна- . чительному уменьшению содержания в нем углеводных примесей. Однако этот метод не позволяет выделить весь лигнин. Примерно 30% лигнина оставалось в древесине и, как полагают, он был локализован в клеточной стенке. Авторы пришли к заключению, что щелочная обработка, по-видимому, гидролизует связи между лигнином срединной пластинки и полисахаридами, т. е. в местоположениях, где она одновременно ослабляет связи волокон и освобождает лигнин.
Крейцберг и соавт. [170] исследовали действие семи различных грибов бурой гнили на древесину ели и березы. Авторы установили, что основная часть углеводных компонентов древесины удаляется в течение трех первых месяцев, причем целлюлоза разрушается быстрее, чем гемицеллюлозы. После разрушения древесины остается Лу-комплекс, содержащий до 35% гемицеллюлоз (от их общего содержания в исходной древесине). По мнению авторов, это свидетельствует о том, что ~г/3 гемицеллюлоз древесины связана с лигнином довольно прочными химическими связями.
Суммируя сказанное выше, следует отметить, что «биологическая и структурная роль лигнийа, условия его образования и характер взаимодействия с другими компонентами клеточной стенки в первичном слое и вообще в срединной пластинке будут, конечно, отличаться от роли лигнина и характера его связи с другими веществами во вторичной клеточной 1 стенке. Поэтому надо признать необоснованными попытки установить] единую закономерность, определяющую характер связи целлюлозы и 3 других полисахаридов с лигнином во всех частях клеточной стенки без ' учета влияния особенностей ее структуры и взаимной связи компонентов  в различных частях клеточной стенки» [171]. Кроме того, следует иметь j 'в виду и нерегулярность структуры лигнина, которая вытекает из его ] роли в растении, а также из особенностей его биосинтеза.	i
Согласно данным Фрёйденберга [124—126], при биосинтезе лигнина^ из кониферилового спирта in vitro участвуют лишь дегидрогеназы, отни-1 .32	I
мающие водород от фенольного гидроксила мономера. Последующие стадии протекают без участия ферментов, в значительной степени по теории вероятности, что обусловливает многообразие как внутримолекулярных связей лигнина, так и связей лигнина с углеводами. Таким образом, вполне вероятно, что вклад химических связей в образование единого комплекса компонентов растительной ткани различен в срединной пластинке и во вторичной клеточной стенке. Кроме того, как указывалось выше, нельзя исключать из рассмотрения наличие водородных связей между лигнином и углеводами, а также возможность образования трехмерных сетчатых структур лигнина, иммобилизующих углеводные цепи.
Что касается вопроса о типе химической связи между лигнином и углеводами в растительных тканях, то, вероятнее всего, он может быть решен лишь в результате параллельных экспериментов на препаратах Лу-комплексов, изолированных из древесины, и на соединениях, моделирующих рассмотренные выше возможные типы химических лигноуглеводных связей. Поведение указанных типов соединений при различных обработках, проводимых в одинаковых условиях, несомненно, даст информацию, которая позволит в первом приближении решить эту проблему, являющуюся одной из интереснейших в химии древесины.
И, наконец, возвращаясь к вопросу об однородности лигнина, следует отметить, что, согласно справедливому замечанию Фрёйденберга [123], если в растительных тканях лишь часть лигнина связана с углеводами, то и инкрустационная теория, и теория, утверждающая наличие лигноуглеводных связей, являются правильными, а не взаимоисключающими, как это представлялось раньше.
ЛИТЕРАТУРА
1.	А. Рауеп. Compt. rend., 7, 1052 (1838).
2.	А. Рауеп. Там же, стр. 1125.
3.	А. Рауеп. Compt. rend., 8, 51 (1839).
4.	А. Рауеп. Там же, стр. 169.
5.	А. Рауеп. Compt. rend., 9, 149 (1839).
6.	4. Рауеп. Compt. rend., 10, 941 (1840).
7.	J. Erdmann. Liebigs Ann. Chem., 138, 1 (1866).
8.	J. Erdmann. Suppl., 5, 223 (1867).
9.	H. Richtzenhain. Z. Pflanzenernahrung, Diingung, Bodenkunde, 69, 25 (1955).
10.	J. W. T. Merewether. Holzforschung, 11, 65 (1957).
И. В. O. Lindgren. Svensk Papperstidn., 61, 669 (1958).
12.	J. M. Harkin. Holzzerstorung durch Pilse. Berlin, Acad.-Verlag, 1963, S. 131.
13.	О. П. Грушников, H. H. Шорыгина. Усп. химии, 39, 1459 (1970).
14.	P. Traynard, A. M. Ayroud, A. Eymery. Assoc. Tech. Ind. Pape-tiere Bull., 1953, 45.
15.	P. Traynard, A. Eymery. Holzforschung, 9, 172 (1955).
16.	P. Traynard, A. M. Ayroud. Bull. Soc. chim. France, 1954, 345.
17.	K. R. Gray, E. G. King, F. E. Brauns, H. Hibbert. Can. J. Bes., 13B, 35 (1935).
18.	J. W. T. Merewether. Holzforschung, 8, 116 (1954).
19.	L. Pavlickovd, M. Stolbova. Holzforschung, 22, 33 (1968).
20.	M. Stolbova, L. Pavlickovd. Holzforschung, 22, 116 (1968).
21.	W. H. Steeves, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 61, 2194 (1939).
22.	Q. P. Peniston, J. L. McCarthy, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 62, 2284 (1940).
23.	A. Bell, G. F. Wright. J. Am. Chem. Soc., 72, 1495 (1950).
24.	I. Kawamura, T. Higuchi. J. Soc. Text. Cell. Ind. (Japan), 8, 442 (1952).
25.	I. Kawamura, T. Higuchi. J. Soc. Text. Cell. Ind. (Japan), 9, 9 (1953).
26.	A. Hayashi, I. Tachi. Tappi, 41, N 9, A173 (1958).
27.	A. B. Sen Gupta, A. S. Dutt, W. G. Macmillan. Indian J. Chem., 2, 213 (1964).
28.	Во Д. Давыдов, Л. H. Веселова, И. И. Потемкина, Ю. М. Фролов. Химияприродн. соед.,№2, 257 (1970).
29.	В. Kosikovd, J. Polcin, М. Dandd-rovd-Vasdtkova. Chem. Zvesti, 21, 23 (1967).
30.	В. Kosikovd, J. Polcin, M. Danda-rova-Vasatkovd. Holzforschung, 23, 37 (1969).
31.	B. KosTkva', J. Po bin, M. Dan da-rovd-Vasatkovd, D. Joniak . Holzforschung, 23, 43 (1969).
32.	Y. Sana, 4. Sakakibara. J. Japan Wood Res. Soc., 17, 66 (1971).
33.	Д. В. Тищенко. Ж. прикл. химии, 32, 686 (1959).
34.	М. Ф. Кирюшина, Д. В. Тищенко. Ж. прикл. химии, 44, 159 (1971).
35.	F. Е. Brauns, D. S. Brown. Ind. Eng. Chem., 30, 779 (1938).
3 О. П. Трушников, В. В. Елки и
33
36.	E. Nokihara. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 26, 207 (1952).
37.	E. Nokihara. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 27, 41 (1953).
38.	H. Richtzenhain, B. Abrahamsson, E. Dryselius. Svensk Papperstidn., 57, 473 (1954).
39.	I. Kawamura, T. Higuchi. J. Soc. Text. Cell. Ind. (Japan), 9, 454 (1953).
40.	R. Simonson. Svensk Papperstidn., 66, 839 (1963).
41.	R. Simonson. Svensk Papperstidn., 68, 275 (1965).
42.	R. Simonson. Svensk Papperstidn., 72, 735 (1969).
43.	R. Simonson. Svensk Papperstidn., 74, 153 (1971).
44.	R. Simonson. Svensk Papperstidn., 67, 721 (1964).
45.	R. Simonson. Svensk Papperstidn., 68, 500 (1965).
46.	S. Axelsson, I. Croon, B. Enstrbm. Svensk Papperstidn., 65, 693 (1962).
47.	M. Ф. Кирюшина, Д. В. Тищенко. Ж. прпкл. химии, 41, 613 (1968).
48.	М. Ф. Кирюшина, Д. В. Тищенко. Там же, стр. 1596.
49.	М. Ф. Кирюшина, Д. В. Тищенко. Там же, стр. 1848.
50.	I. Kawamura, Т. Higuchi. J. Soc. Text. Cell. Ind. (Japan), 9, 157 (1953).
51.	K. Kringstad, 0. Ellefsen. Das Papier, 18, 583 (1964).
52.	K. Kringstad. Acta Chem. Scand., 19, 1493 (1965).
53.	К. P. Kringstad, C. W. Cheng. Tappi, 52, 2382 (1969).
54.	K. Freudenberg, T. Ploetz. Holz Roh-Werkstoff, 3, 105 (1940).
55.	T. Pl etz. Вег., 73B, 57(1940).
56.	T. Ploetz. Там же, стр. 61.
57.	T. Ploetz. Там же, стр. 74.
58.	Т. Ploetz. Там же, стр. 790.
59.	J. W. Т. Merewether, L. А. М. Sam-suzzaman. Holzforschung, 26, 11 (1972).
60.	А. В. Буевской, Г. А. Петропавловский. Труды Леиингр. лесотехп. акад., вып. 75, 17 (1956).
61.	А. Bjorkman. Nature, 174, 1057 (1954).
62.	A. Bjorkman. Svensk Papperstidn., 59, 477 (1956).
63.	A. Bjorkman. Svensk Papperstidn., '	60, 243 (1957).
64.	A. Bjorkman. Там же, стр. 329.
65.	В. О. Lindgren. Acta Chem. Scand., 12, 447 (1958).
66.	H. H. Brownell', K. L. West. Pulp Paper Mag. Can., 62, T374 (1961).
67.	H. I. Bolker, P. У. Wang. Tappi, 52, 920 (1969).
68.	T. Koshijima, R. Tanaka. J. Japan Wood Res. Soc., 16, 399 (1970).
69.	A. Hayashi, I. Tachi. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 30, 442 (1956).
70.	A. Hayashi, I. Tachi. Там же, стр. 445.
71.	A. Hayashi, I. Tachi. Там же, стр. 448.
72.	A. Hayashi, I. Tachi. Там же, стр. 791.
73.	A. Hayashi, I. Tachi. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 33, 806 (1959).
74.	A. Hayashi, I. Tachi. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 34, 462 (1960).
75.	A .H ayadii, I. T adit .Там же , стр .466 .
76.	A. Hayashi. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 35, 80 (1961).
77.	H. H. Brownell. Tappi, 48, 513 (1965).
78.	H. H. Brownell. Proceedings of the 1st Canadian Symposium of Wood Chemistry, Toronto, 1963. Publ. 1965, p. 99.
79.	H. H. Brownell. Tappi, 51, 298 (1968).
80.	H. H. Brownell. Там же, стр. 359.
81.	R. W. Rex. Nature, 188, 1185 (1960).
82.	T. N. Kleinert, J. R. Morton. Nature, 196, 334 (1962).
83.	C. Steelink, T. Reid, G. Tallin. J. Am. Chem. Soc., 85, 4048 (1963).
84.	M. И. Чудаков, В. E. Броновицкий, В. И. Мальцев, М. Г. Окунь. Сб. трудов ВНИИ гидролиза, и сульфитно-спирт. пром., 15, 276 (1966).
85.	У. Hachihama, S. Takamuku. J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Sect., 63, 1043 (1960).
86.	S. Takamuku, Y. Hachihama. J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Sect., 64, 1662 (1961).
87.	H. I. Bolker. Nature, 197, 489 (1963).
88.	H. I. Bolker, N. G. Somerville. Pulp Paper Mag. Can., 64, T187 (1963).
89.	K. J. Harrington, H. G. Higgins, A. J. Michell. Holzforschung, 18, 108 (1964).
90.	A . J. Michell, A . J. Watson, H. G. Higgins. Tappi, 48, 520 (1965).
91.	ТО. С. Пилипчук, P. 3. Пен, A. B. Финкельштейн. Изв. вузов, Лесной ж., № 3, 151 (1965).
92.	R. Simonson. Svensk Papperstidn., 70, 711 (1967).
93.	F. Yaku, T. Koshijima. J. Japan Wood Res. Soc., 17, 267 (1971).
94.	T. Koshijima, R. Tanaka. Cell. Chem. Technol., 5, 609 (1971).
95.	H. Ф. Эфендиева, О. П. Г рушников, И. Н. Шорыгина. Тезисы докладов 5-й Всес. конф, по химии лигнина. Рига, «Зинатве», 1971, стр. 6.
96.	R. Simonson. Svensk Papperstidn., 70, 537 (1967).
97.	J. J. Lindberg. Finska Kemist. Medd., 68, 5 (1959).
98.	J. J. Lindberg. Paperi ja Puu, 42, 193 (1960).
99.	F. R. Olson, W. H. Peterson, E. C. Sherrard. Ind. Eng. Chem., 29, 1026 (1937).
100.	A. J. Virtanen. Nature, 158, 795 (1946).
101.	J. C. Pew. Tappi, 40, 553 (1957).
102.	J. C. Pew, P. Weyna. Tappi, 45, 247 (1962).
103.	F. Hoppe-Seyler. Z. physiol. Chem., 13, 84 (1889).
104.	G. Lange. Z. physiol. Chem., 14, 19 (1890).
105.	F. Czapek. Z. physiol. Chem., 27, 165 (1899).
106.	V. Grafe. Monatsh., 25, 987 (1904).
107.	P. Klason. Вег., 53B, 1864 (1920).
108.	P. Klason. Вег., 55B, 455 (1922).
109.	M. Phillips. J. Am. Chem. Soc., 50, 1986 (1928).
110.	L. F. Hawley, A. G. Norman. Ind. Eng. Chem., 24, 1190 (1932).
34
111.	T. Lieser, V. Schwind. Liebigs Ann. Chem., 532, 104 (1937).
112.	P. B. Sarkar. Indian Textile J., 58, 145 (1947).
ИЗ. P. B. Sarkar, H. Chatterjee, A. K. Mazumdar, К. B. Pal. J. Textile Inst., 39, T1 (1948).
114.	H. P. Bhattacharjee, H. J. Callow. J. Textile Jnst., 43, T53 (1952).
115.	I. Tachi, N. Yamamori. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 25, 521 (1951).
116.	D. H. Foster, G. Schwerin, W. E. Cohen. Austr. J. Sci. Res., A3, 504 (1950).
117.	E. E. Harris. Tappi, 36, 402 (1953).
118.	С. M. Stewart, J. A. McPherson. Holzforschung, 9, 140 (1954).
119.	С. M. Stewart, J. A. McPherson, L. Frydman. Austr. Pulp and Paper Ind., Tech. Assoc. Proc., 10, 292 (1956).
120.	E. Aaltio. Ann. Acad. Sci. Fennicae, Ser. A, II, No. 88, 58 (1958).
121.	Ю. С. Пилипчук, P. 3. Пен, A. B. Финкельштейн. Сборник материалов конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1962 г. Сибирск. технол. ин-т, выи. 2. Красноярск, 1963, стр. 36.
122.	D. Е. Bland, М. Menshun. Appita, 21, 17 (1967).
123.	К. Freudenberg. Fortschr. Chem. Org. Naturstoffe, 11, 43 (1954).
124.	K. Freudenberg. Science, 148, 595 (1965).
125.	K. Freudenberg. Advan. Chem. Ser., 59, 1 (1966).
126.	K. Freudenberg, A. C. Neish. Constitution and biosynthesis of lignin. Berlin—Heidelberg— N.Y., Springer-Verlag, 1968.
127.	K. Freudenberg, G. Grion. Chem. Ber., 92, 1355 (1959).
128.	K. Freudenberg, J. M. Harkin. Chem. Ber., 93, 2814 (1960).
129.	J. H. Fisher, W. L. Hawkins, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 62, 1412 (1940).
130.	J. H. Fisher, W. L. Hawkins, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 63, 3031 (1941).
131.	K. Freudenberg, E. Plankenhorn. Ber., 75B, 857 (1942).
132.	H. Pauly, A. Foulon, O. Hansen, H. Bailom, J. Sextl. Ber., 67B, 1177 (1934).
133.	H. Pauly. Ber., 76B, 864 (1943).
134.	I. Kawamura, T. Higuchi. J. Soc. Text. Cell. Ind. (Japan), 8, 335 (1952).
135.	П. H. Одинцов, 3. П. Шишкова. Изв. АН ЛатвССР, № 12, 73 (1952).
136.	S. Hdggroth, В. Lindberg. Svensk Papperstidn., 59, 870 (1956).
137.	J. W. McKinney. Paper Trade J., 122. N 4, 58 (1946).
138.	A . Hayashi. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 35, 83 (1961).
139.	B. Holmberg, S. Bunius. Svensk Kem. Tidskr., 37, 189 (1925).
140.	H. Maeda, K. Kobayashi. J. Soc. Chem. Ind. Japan, 45, 425 (1942).
141.	E. Nokihara, A. Tanaka, B. Oe. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 26, 286 (1952).
142.	А. А. Берлин. Сб. «Труды 4-й конференции по высокомолекулярным соединениям». М.—Л., Изд-во АН СССР, 1948, стр. 172.
143.	Н. Н. Шорыгина, Т. Я. Кефели, А. Ф. Семечкина. Докл. АН СССР, 64, 689 (1949).
144.	Н. I. Bolker, L. М. Marraccini. Proc.ee dings оf the 1st Canadian Symposium of Wood Chemistry, Toronto, 1963. Publ. 1965, p. 107.
145.	H. I. Bolker, N. Terashima. Advan. Chem. Ser., 59, 110 (1966).
146.	H. I. Bolker, N. Terashima. Svensk Papperstidn., 70, 376 (1967).
147.	D. С. C. Smith. J. Chem. Soc., 1955 2347.
148.	D. С. C. Smith. Nature, 176, 267 (1955).
149.	J. Marton, E. Adler, K.-I. Persson. Acta Chem. Scand., 15, 384 (1961).
150.	H. L. Hergert. J. Org. Chem., 25, 405 (1960).
151.	К. V. Sarkanen, H.-M. Chang, G. G. Allan. Tappi, 50, 583 (1967).
152.	J. Polcin, B. Kosikovd, P. Sipos, M. Dandarova-Vasdtkovd, J. Suchy.
Chem. Zvesti, 17, 891 (1963).
153.	E. Adler, E. Eriksoo. Acta Chem. Scand., 9, 34 (1955).
154.	E. Adler, J. M, Pepper, E. Eriksoo.
Ind. Eng. Chem., 49, 1391 (1957).
155.	E. Adler, K. Lundquist, G. E. Mik-sche. Advan. Chem. Ser., 59, 22 (1966).
156.	H. H. Brownell. Tappi, 54,66 (1971).
157.	J. Marton, E. Adler, K.-I. Persson. Cm. [149].
158.	T. E. Timell. Wood Sci. Techno] ., 1, 45 (1967).
159.	H. H. Brownell. Tappi, 53, 1278 (1970).
160.	I. Croon, B. Lindberg, II. Meier. Acta Chem. Scand., 13, 1299 (1959).
161.	II. Meier. Acta Chem. Scand., 14, 749 (1960).
162.	N. S. Thompson, O. A. Kaustinen. Tappi, 49, 83 (1966).
163.	W. S. Linnell, N. S. Thompson, H. A. Swenson. Там же, стр. 491.
164.	W. S. Linnell, H. A. Swenson. Там же, стр. 494.
165.	В. Nelson. J. Polymer Sci., 51, 27 (1961).
166.	B. Leopold, D. C. McIntosh. Tappi, 44, 235 (1961).
167,	N. S. Thompson, O. A. Kaustinen. Paper! ja Puu, 46, 637 (1964).
168.	E. Aaltio, В. II. Roschier. Paperi ja Puu, 36, 157 (1954).
169.	A. J. Bailey. Paper Trade J., 110, N 1, 29 (1940).
170.	3. H. Крейцберг, В. H. Сергеева, Я. К. Грабовский, М. Я. Эйтвиде. Химия древесины, 6, 61 (1970).
171.	3. А. Роговин, Н. Н. Шорыгина. Химия целлюлозы и ее спутников. М.—Л., Госхимиздат, 1953, стр. 146.
3*
35
Глава III
МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ
И КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИГНИНА
В РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЯХ
Существование многочисленных методов выделения лигнина из растительных тканей объясняется отсутствием универсального способа, позволяющего выделять его количественно и без значительных изменений по сравнению с природным. Лигнин — весьма лабильное природное соединение, претерпевает необратимые изменения при воздействии кислот и щелочей, обычно используемых при его выделении. Так, например, сернокислотный лигнин, служащий количественным критерием содержания лигнина в растительных тканях, не растворяется в условиях обычной сульфитной варки и в органических растворителях. Еще не выяснена до конца природа лигноуглеводных связей, поведение которых также может существенным образом сказываться на качестве получаемого препарата. С другой стороны, методы, приводящие к получению препаратов, близких к природным, не позволяют выделить его количественно.
Классификация способов выделения лигнинов из различных растительных тканей довольно затруднительна, однако по способам выделения раз-
личают следующие препараты.
I. Лигнины, выделенные из тонко размолотой древесины экстракцией органическими растворителями в отсутствие кислотных агентов:
1)	лигнин Бьёркмана (ЛМР — лигнин механического размола);
2)	лигнин Браунелла (БЛМР — браунелловский лигнин механического размола);
3)	лигнин ультразвуковой.	4
II. Лигнины, выделенные с помощью органических растворителей без
предварительного помола исходного сырья на шарсЩой мельнице:
1)	лигнин нативный Браунса;
2)	диоксан-лигнин Пеппера;
3)	лигнин, выделенный с помощью ДМСО;
4)	препараты, выделенные с помощью других
органических
раство-
рителей: монометилового эфира этиленгликоля (метилцеллозольва), али-
фатических и ароматических спиртов, гидротропных растворителей.
III. Лигнины, выделенные с помощью неорганических реагентов:
1)	щелочной и сульфатный;
2)	лигносульфоновые кислоты.
Способы, позволяющие выделить-два последних вида лигнинов, яв-
ляются основными,
используемыми
промышленности для
делигнифика-
ции растительного сырья с целью получения целлюлозы. Щелочной способ
применяется промышленностью весьма редко, однако довольно часто используется в лабораторных условиях для получения щелочного лиг-
нина;
3)	медноаммиачный;
4)	парапериодатный;
5)	препараты, выделенные с помощью других реагентов:
фатный, хлорный, вероятно, лигнины,
персуль
азотнокислотный, фтористоводороднокислотный и,
выделенные с помощью тиогликолевой кислоты,
так




36
;как механизм образования этого препарата аналогичен образованию ЛС при сульфитной варке.
IV. Биолигнины.
V. Кислотные лигнины, выделенные в основном с целью определения количественного содержания лигнина в растении:
1)	сернокислотные лигнины: а) лигнин Класона, б) лигнин Кёнига, в) лигнин Комарова, г) лигнин Нолля и другие модификации-,
2)	солянокислотный лигнин (лигнин Вилыптеттера}-
3)	гидролизный лигнин.
III. 1. Методы выделения лигнинов, близких к природному
Препараты лигнина, предназначенные для исследования его строения и свойств, а также для сравнения лигнинов различного происхождения, должны быть наименее измененными по сравнению с имеющимися в исход -ном материале. Одним из методов, позволяющих выделять такие препараты, является метод Бьёркмана [1—4], заключающийся в экстракции лигнина органическими растворителями из предварительно тонко размолотой древесины. В последнее десятилетие этот метод получил очень широкое распространение и поэтому будет здесь описан более подробно.
III.1.1. Лигнин Бьёркмана '>
Подготовка растительного сырья заключается в измельчении его до размеров частиц, проходящих через сито (0,25 мм), последовательной экстракции спирто-бензольным азеотропом (1 : 2 по объему), затем этанолом. Часто экстракцию осуществляют и другими органическими растворителями: ацетоном, дихлорэтаном и, кроме того, водой. При этом удаляются смолы, жиры, воски, пектиновые вещества и т. д. Обычно экстракцию проводят в аппарате Сокслета в течение 3—4 суток. Тщательно проэкстрагированные опилки высушивают на воздухе и затем в ва-куум-эксикаторе над Р2О5 в течение довольно длительного времени (2—3 недели) при комнатной температуре. Описанная методика используется при подготовке растительного сырья и в процессе выделения лигнина другими способами.
Размол тщательно высушенных опилок производят на шаровой вибрационной мельнице в течение 10—48 час в среде абсолютного толуола. Необходимость тщательной сушки размалываемого сырья вытекает из того, что оставшаяся в опилках вода не растворяется в толуоле и может вызывать набухание древесины, что в свою очередь снижает эффективность размола и в конечном счете приводит к пониженному выходу препарата лигнина. Бьёркман указывал, что даже высушивания опилок в течение 3 недель над Р2О5 не всегда бывает достаточно.
Экстракция лигнина из тонкоразмолотых опилок осуществляется диоксаном, содержащим небольшое количество воды (обычно 4 мл воды смешивают с 96 мл диоксана). Отделенные центрифугированием размолотые опилки диспергируют в диоксане, и экстракция при энергичном взбалтывании продолжается несколько суток. После первых суток экстракции растворитель заменяют на свежий, основное количество выделяемого лигнина экстрагируется в течение 6—7 суток, однако и после 30 суток экстракции лигнин еще содержится в экстрагенте.
Очистка полученного препарата проводится путем многостадийного переосаждения. Экстракт упаривают досуха, и остаток растворяют в 90 %-ной СН3СООН. Раствор по каплям и при энергичном перемешивании выливают в воду. Лигнин высаживается в виде хлопьевидного осадка, и при этом отделяются водорастворимые примеси (таннины и частично Лу-комплекс). Хлопьевидный осадок отделяют центрифугированием, тщательно промывают от остатков уксусной кислоты и высушивают. Получен
ный препарат растворяют в слеси 1 ,2-дихлорэтан—этанол (1 : 1 по объему) и также при энергичном перемешивании, по каплям, вливают в сухой ди-этиловый эфир. При этом в растворе остаются низкомолекулярные примеси. Выпавший хлопьевидный лигнин отфильтровывают и промывают на фильтре серным и затем петролейным эфиром.
В табл. III.1 приведены древесные породы, лигнин которых был выделен и исследован Бьёркманом.
Таблица Ш.1
Древесные породы, лигнин которых был выделен и исследован Бьёркманом [1—4]
Род	Семейство	Вид древесины *
Голосемянные	Pinaceae	Ель обыкновенная (Picea abies Karst.) Ель черная (Picea mariana Britt.) Сосна обыкновенная (Pinas silvestris L.) Тсуга западная (Tsuga heterophylla Sarg.) Туйя складчатая (гигантская, или красный кедр) (Thuja plicata D. Don.).
Покрытосемянные /	Betuhceae Salicaceae	( Fagaceae	Береза бородавчатая (белая) (Betula verrucosa Ehrh.) Тополь дрожащий (осина) (Populus tremula L.) Зук (Fagus silvatica L.)
* Ботанические названия даны по кн.‘. В. М. Лазарев. И. Ф. Чеснокова, «Аигло-латино-русский словарь-справочник древесных и кустарниковых пород». М., «Лесная пром-сть», 1966.
Таблица III.2.
Влияние условий размола на элементный состав и содержание функциональных групп в ЛМР ели {Picea abies Karst.)
Условия размола	Состав, %				Содержание, моли в расчете на звено Сб—С3			
	с.	н	1 °	ОСНд	с	Н	1 °	осн.
В атмосфере азота	63,48	6,35	30,35	14,84	9	8,83	2,37	0,96
В присутствии воздуха	63,84	6,04	29,68	15,75	9	8,35	2,45	0,96
В табл. III.2 приведен элементный состав лигнинов, полученных механическим размолом древесины ели в отсутствие и в присутствии воздуха [1—4].
Как видно из приведенных данных, при размоле в присутствии кислорода воздуха в размалывающей ячейке происходит некоторое окисление лигнина. Чтобы избежать этого, Бьёркман рекомендовал производить размол в атмосфере азота. Однако при размоле происходит образование свободных радикалов [5], которые могут рекомбинироваться и образовывать новые, несвойственные данному виду лигнина структуры. Присутствие кислорода воздуха в какой-то мере может ингибировать образование вторичных структур, и, таким образом, выделенный лигнин должен быть ближе к природному. Однако этот вопрос в полной мере еще неясен. В табл. III.3 приведен элементный состав лигнинов, выделенных Бьёркманом.
Рассмотренный выше метод механического размола, позволивший Бьёркману выделить из еловой древесины примерно половину имевшегося в древесине лигнина, по-видимому, измененного в незначительной степени по сравнению с природным, получил широкое распространение, и в на-
Таблица Ш.З
Результаты аналитического исследования лигнинов, выделенных из различных древесных пород [1—4]
Вид древесины	Содержание, %				Содержание фенольных групп, моли в расчете на звено Сй—С3
	c	H	0	О CH,	
Picea abies Karst.	63,84	6,04	29,68	15,75	0,30
Picea mariana Britt.	63,66	6,29	29,39	15,41	0,28
Pinus Silvestris L.	63,96	6,10	29,82	15,74	0,27
Tsuga heterophylla Sarg.	63,35	6,30	29,76	15,76	0,29
Thuja plicata D. Don.	63,82	6,11	30,09	16,12	—
Betula verrucosa Ehrh.	58,82	6,49	33,95	21,54	—
Populus tremula L.	60,36	6,16	33,00	21,44	—
Fagus silvatica L.	60,33	6,27	33,35	21,39	—
стоящее время большая часть работ по исследованию лигнинов различного происхождения проводится на препаратах ЛМР.
Многие исследователи, использовавшие этот метод, вносили в него свои коррективы, обусловленные различными причинами.
Фрёйденберг и сотр. [6] предложили дополнительную очистку получаемого лигнина, которая заключается в следующем: препарат обрабатывают небольшим количеством н-бутанола на холоду для удаления низкомолекулярной части. Оставшуюся часть растворяют в смеси диоксан—вода (9 : 1 по объему) и разбавляют бензолом до появления мути. При добавлении небольших количеств окиси алюминия вновь получается прозрачный раствор. Углеводные примеси при этом осаждаются с потемневшей окисью алюминия. Используя эту дополнительную очистку, Фрёйденберг получил 28% очень светлого препарата с низким содержанием углеводов в расчете на лигнин, содержавшийся в исходной древесине бука.
Количество отделяемых при очистке по Фрёйденбергу примесей невелико. Так, Шорыгина и сотр. [7] получили ЛМР из ели с содержанием углеводов менее 2%. При этом растворимая в н-бутаноле часть составляет 2,36% от общего количества выделенного лигнина. Конструкция мельницы, используемой Шорыгиной и сотр. {7 —11 ], отличалась от бьёркмановской. Вибромельница модели ВНИИНСМ имела четыре камеры из нержавеющей стали, колеблющиеся в горизонтальной плоскости. Общий объем камер 400 мл, допустимая загрузка опилок 32 г (по 8 г в каждую камеру). Поскольку число оборотов этой мельницы выше (3000 об/мин), время размола сократилось до 10—15 час, чему способствовало также увеличение амплитуды колебаний до 5 мм. В качестве экстрагирующего агента Резников и сотр. [12] вместо диоксана использовали ацетон, содержащий 10—15% воды (по объему).
Широкое применение метода механического размола, несмотря на его трудоемкость и продолжительность, обусловлено очевидной близостью состава получаемого препарата к природному лигнину. В табл. III.4 приведены данные, полученные при изучении составов лигнинов механического размола из некоторых видов растительного сырья.
Исследовался состав ЛМР, выделенного из осины [22], лиственницы [23, 24], ели [10, 13,23, 24], эвкалиптов [25], секвойи [17], тростника [10], хлопчатника [8], трав [26], пихты [14], сфагнового мха [20, 21].
ЛМР широко используется в качестве препарата для изучения превращений лигнина при различных химических воздействиях: нитровании [10], кислотной конденсации [27—29], гидрировании [18, 19,38,39]
39
Таблица III.4
Результаты аналитического исследования и выходы препаратов ЛМР, выделенных из некоторых видов растений
Характеристика исходного сырья				Содержание, %						Выход, % от лигнина Класона	Содержание, моли в расчете на звено Се—С3				Литература
Растительный материал	Возраст, годы	Содержание лигнина Класона, %	Содержание ОСН3, %	С	н	о	осн3	ОНф	ОН0(5щ.		с	Н	О	ОСН3	
Ель	—	—	—	63,54	6,26	30,20	15,15	2,59	12,07	25	9	8,70	2,39	0,96	[12]
	—	27,98	—	62,38	6,17	31,45	15,03	2,91	10,45	21,2	9	8,95	2,74	0,96	[7]
	—	—	—	60,50	6,16	33,34	14,39	—	—	20,76	9	9,34	3,17	0,90	ИЗ]
Пихта	 108	30,6	—	62,29	6,12	31,59	15,70	—	--	40,0	9	8,70	2,7	0,99	[14]
Сосна	—	—	—	63,34	5,86	30,80	14,85	2,80	—	—	9	8,30	2,71	0,90	[15]
Лиственница:	217	24,5	4,12	62,79	6,01	31,20	14,70	2,57	12,70	11,1	9	8,68	2,79	0,90	[9]
заболонь	32	24,3	5,59	63,52	6,12	30,36	15,17	2,38	11,0	30,0	9	8,71	2,64	0,91	[16]
ядро	32	23,1	4,65	62,55	5,92	31,53	14,75	2,23	11,70	20,0	9	8,54	2,85	0,88	[16]
Метасеквойя	—	—	—	62,74	5,65	31,61	15,82	—	—	30,0	9	7,86	2,79	0,97	[17]
Дуб	—		—	58,60	6,40	35,00	19,5	—	—	40,0	9	9,54	3,28	1,33	[18, 19]
Береза	—		—	58,10	6,40	35,50	19,6	—	—	40,0	9	9,64	3,40	1,35	[18, 19]
Тростник	Одно-	20,12	5,07	61,01	6,23	32,76	17,59	—	10,39	11,12	9	9,03	2,94	1,11	[Ю]
Хлопчатник: стебли	летнее )>	24,5	4,46	60,30	6,10	33,60	17,5	—	' 12,2	13,0	9	8,89	3,04	1,14	[8]
коробочки	>>	25,2	3,42	60,25	6,11	33,64	17,8	—	11,5	10,0	9	8,90	3,08	1,15	[8]
Мох	—	—	—	65,94	6,32	27,74	2,33	1,30	8,89	0,4	9	11,60	1,45	0,13	[20, 21]
других реакциях, а также для физико-химических исследований [15, —37].
Бленд и Миншан [40] провели детальное исследование ЛМР, выделен-го из древесины эвкалипта (Eucalyptus regnans F. Muell.). Путем следовательного размола одной порции древесины в сухом состоянии экстракции лигнина ими были получены три фракции (I—III), вы-ленные из предварительно обработанной щелочью древесины, а также МР из необработанной древесины.
В табл. III.5—III.7 приведены выход, элементный и функциональный .составы полученных препаратов и их молекулярные веса. Можно видеть, что предварительная щелочная обработка приводит к выделению ЛМР меньшим содержанием углеводов.
Таблица III.5
Выход препаратов ЛМР, выделенных из древесины эвкалипта при последовательной экстракции [40]
ЛМР	Щелочной экстракт, % от исходной древесины	Выход ЛМР, % от исходной древесины	Выход фурфурола, % от ЛМР
Фракции: I II III	7,2 5,1 2,5	6,7 4,3 1,7	0,5 0,7 1,0
	Итого:	12,7	
ЛМР из необработанной древесины	—	12,9	4,4
По данным элементного, и функционального анализов, рассчитано, что ЛМР I на 100 фенилпропановых структурных звеньев содержит: сиреневых — 54, гваяцильных — 46, первичных спиртовых групп — 67, вторичных спиртовых групп — 41, фенольных гидроксилов — 37, кислорода альдегидных групп — 3, кислорода кетонных групп — 7, кислорода фенольного эфирного (помимо содержащегося в ОСН3-группах) — 63, кислорода алифатического эфирного — 57, ароматического водорода — 199, алифатического водорода — 573.
III.1.2. Лигнин Браунелла
Трудности, встречающиеся при выделении лигнина по методу Бьёрк-мана, а также недостаточно полное извлечение лигнина из размолотых опилок послужили толчком к поиску новых, более простых способов выделения лигнина, близкого к природному.
С 1961 г. начали появляться публикации Браунелла [41—46], посвященные этой проблеме. Метод Браунелла заключается в размоле проэкстра-гированных опилок на ротационной шаровой мельнице в сухом состоянии в течение 21—24 суток. Первые опыты [41] по извлечению лигнина были проведены со смесью окиси этилена и ДМФ. Размолотая древесина растворялась полностью при температуре 100° С и энергичном перемешивании в течение 3—4 час. Полученный раствор фракционировали осаждением из метанольного раствора эфиром, а также посредством колоночной и распределительной хроматографии и электрофорезом. В различных опытах Браунелл получил от 9 до 13 фракций, содержащих различное количество лигнина: наибольшее (30—40%) — в первых и последних, наименьшее (10%) — в средних. Низкомолекулярная часть содержала ~25% всего лигнина и могла быть разделена на компоненты.
41
Таблица III.6
Результа аналитического исследования препаратов ЛМР, выделенных из древесины эвкалипта [40]
Лигнин	Содержание, %					Содержание, моли в расчете на звено Св—С3					Мол. вес звена Се—Сз
	С	н	о	ОСН3	СОСНз —	С	Н	о	ОСН3	сосн3	
Исходная Древесина	61,78	6,13	32,2	22,92	—	9	7,90	2,60	1,51	—	204,5
ЛМР I	59,18	6,29	33,6	22,77	—	9	8,66	2,93	1,57	—	202,4
дЦетат I	59,05	5,62	33,6	17,50	22,9	9	6,27	2,75	1,54	1,45	268,6
Лк из I ( 6,6%)	61,67	5,89	31,8	23,50	—	9	7,33	2,52	1,55	—	203,9
ЛМР Ii	58,62	6,29	34,3	22,48	—	9	8,81	3,07	1,57	—	214,8
Адетат И	60,11	5.85	34,3	18.65	22,1	9	6,56	2,76	1,60	1,37	267,5
ЛК из I1 80,4%)	61,51	5,94	31,8	23,45	—	9	7,49	2,54	1,56	—	204,7
ЛМР II1	58,89	6,08	34,8	22,24	—	9	8,33	3,13	1,54	—	214,4
Адетат И	59,02	5,85	33,0	18,06	 23,2	9	6,75	2,60	1,61	1,49	270,6
Лк из I11 (74,4%)	60,42	5,94	32,4	23,08	—	9	7,68	2,69	1,56	—	203,3
ЛК из дреВесного остатКа	60,26	5,73	32,8	19,60	—	9	7,78	2,91	1,30	—	202,8
ПримечаНие. Здесь и в табл. ш. 7 Цифры 1-Ш - номера фракций. ЛК - лигнин Класона. В скобках указан выход.
Таблица Ш.7
Содержание функциональных групп и молекулярный вее фракций ЛМР, выделенных из древесины эвкалипта [40]
Функциональные группы	Содержание, моли в-расчете на звено Са—С,		
	I	II	III
ОН общие	1,45	1,37 '	1,49
ОН фенольные	0,37’	0,33	0,38
СО	0,10	0,10	0,11
Мол. вес	35 000	52 000	90000
Совершенствуя этот метод, Браунелл [42] использовал многоячейковую шаровую мельницу, каждый барабан которой имел объем ~5 л. В качестве размалывающего материала была использована галька. Размол продолжался 2—3 недели при скорости вращения 60 об/мин. Количество загружаемых опилок в каждую ячейку составляло 40 г. Браунелл считает, что в отношении затрачиваемого времени такой способ выделения сравнительно больших количеств лигнина (более 10 г) выгоднее способа Бьёркмана. В то же время получение препарата в количествах менее 10 г целесообразнее производить по методу Бьёркмана. Продолжительность размола не влияет на содержание метоксильных групп в получаемых препаратах, как это имело место и в препаратах Бьёркмана.
Тонко размолотая древесина полностью растворяется в четырехкомпонентной системе, состоящей из воды, изотиоцианата натрия, бензилового спирта и ДМФ. Фазовая диаграмма этой системы, полученная Браунеллом [44] при температуре 28° С, представляет собой тетраэдр (рис. III.1). Кривая, растворимости 3-компонентной двухфазной системы вода—бензиловый спирт—ДМФ при добавлении четвертого компонента становится поверхностью растворимости 51; которая заканчивается при пересечении с почти вертикальной и плоской поверхностью 52. Эта поверхность представляет растворимость изотиоцианата натрия в трехкомпонентной системе. Смесь, состав которой представлен какой-либо точкой выше поверхности 51; существует в виде одной фазы, ниже поверхности SY — в виде двух фаз.
Чем больше в системе ДМФ, тем большая часть размолотой древесины экстрагируется органической фазой. Таким образом, Браунеллом было выделено ~86% от содержащегося в древесине лигнина. Однако с увеличением количества ДМФ в системе и растворенного вещества древесины увеличивается количество углеводов в выделяемом лигнине, что является свидетельством растворения Лу-комплекса, состав которого определяется соотношением компонентов. Материал, выделенный в присутствии малого количества ДМФ, соответствует ЛМР, полученному по методу Бьёркмана; при большем количестве ДМФ выделяются Лу-комплексы, также аналогичные бьёркмановским.
Результаты проведенного исследования [41—46] показывают, что тонко размолотая древесина представляет собой набор Лу-комплексов: от почти свободного лигнина, количество которого составляет ~20% от всего содержащегося в древесине лигнина, до почти чистых углеводов. Полученные Браунеллом препараты почти не содержат примесей (содержание тиоцианата натрия менее 0,1%). F'зультаты этого исследования положены в основу разработки стандартных условий размола и выделения препаратов. В дальнейшем в эти стандартные условия были внесены некоторые изменения [43]. В качестве размалывающего материала были
43
Рис. III.1. Фазовая диаграмма системы: вода—тиоцианат натрия—бензиловый спирт— ДМФ [44]
использованы металлические цилиндрики диаметром и длиной 1,5 дюйма, изготовленные из нержавеющей стали. Размол в этом случае был более интенсивным.
В табл. III.8 и III.9 представлены данные, характеризующие влияние условий размола на выход БЛМР из ели и сравнение результатов размола по стандартной и модифицированной методике.
Таблица III.8
Влияние условий размола на выход БЛМР из ели черной [43]
Условия размола 	i				Выход БЛМР*1, % от общего содержания лигнина Класона
Размалывающий материал	Влажность древесины*, %	Время размола, дни	
Галька *3	9,1	21	39,6
	6,8	21	44,5
	Высушенная в вакууме над Р2О5	21	47,5
Мелкая галька *4	6,5	21	49,1
Мелкие цилиндрики *5	6,4	14	41,6
	5,7	16	50,1
	7,1	21	56,9
Средние цилиндрики* 8	5,7	14	44,6
	6,7	21	55,9
* Воздушно-сухая древесина.
*! Все выходы БЛМР рассчитаны исходя из содержания в БЛМР лигнина Класона (87"/0).
*’ Галька, общий вес 8 фунтов, средний диаметр 0,75 дюйма, 50 штук на фунт.
Мелкая галька, общий вес 8 фунтов, средний диаметр 0,59 дюйма, 100 штук на фунт.
*5 Мелкие цилиндрики, общий вес 10 фунтов, диаметр 0,50 дюйма, 100 штук на фунт.
*’ Средние цилиндрики, общий вес 10 фунтов, диаметр 13/16 дюйма, длина 13/16 дюйма, 18 штук на фунт.
Браунелл [46] исследовал выход БЛМР из ели (Picea mariana Britt.) в зависимости от предварительной обработки опилок растворами щелочей, кислот, водой и другими реагентами. Полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее заметные изменения в выходе БЛМР являются результатом обработки опилок растворами гидроокиси натрия или аммония до размола на ротационной мельнице, после чего выход БЛМР увеличи-
44
Т а б л и ц а 111.9
Сравнение результатов размола по стандартной и модифицированной методике [43]
Показатель	Е ль черная		О сина
	стандартный метод	модифицирован -ный метод	стандартный метод
Содержание лигнина Класона в дре-	27,68	27,68	17,65
весине, %* Вес БЛМ.Р, полученного из 100 г древесины, г Содержание лигнина Класона в БЛМР, %	'10,8	15,8	9,7
	90	90	82,5
Содержание лигнина Класона в БЛМР, % от общего содержания лигнина Класона в древесине	35,1	51,4	45,2
Содаржашв метоксильных групп в лигнине Класона * Анализ немолотой древесины.	14 34		20 62
вается с 44 до 60%. Действие щелочи проявляется наиболее отчетливо в первые 0,5 час обработки и мало зависит от концентрации щелочи и температуры (в пределах 1—6% и 48—86° С), хотя выход и возрастает с ростом температуры от 48 до 86° С. Очевидно, что такая обработка способствует более эффективному размолу.
Предложенный способ размола на шаровой ротационной мельнице был использован Сарканеном и сотр. [47, 48] для выделения лигнина из некоторых видов хвойных и лиственных пород. Однако экстракцию лигнина из размолотых опилок авторы проводили по методике Бьёркмана. Лигнин экстрагировали диоксаном в течение всего лишь 2 час. В табл. III.10 приведены данные элементного анализа, содержание метоксильных групп и средний состав структурного звена Св—С3.
Обращает на себя внимание тот факт (см. табл. III.10), что лигнины, выделенные из всего образца лиственницы (Larix occidentalis Nutt.) и из заболонной части отдельно, значительно различаются по содержанию метоксильных групп. Если в лигнине из всего образца их только 0,77 на структурное звено, то в лигнине из заболони — 1,03 на С6—С3. Такое различие Сарканен и сотр. объясняют тем, что при выделении лигнина из всего образца лиственницы вместе с лпгнином экстрагируются также полифенольные вещества нелигнинного характера, находящиеся в ядре и связанные с лигнином химическими связями, что не дает возможности освободиться от них в процессе очистки переосаждением.
Однако результаты аналогичных экспериментов [16], проведенных с лиственницей сибирской (Larix sibtrica Ldb.), показали, что лигнин из всего образца содержит значительно большее количество метоксильных групп, приближаясь к значению, полученному Бьёркманом для этого же вида лиственницы. Кроме того, образцы, выделенные отдельно из ядра и заболони лиственницы сибирской (см. табл. III.4), по своему составу близки между собой и наиболее значительно различаются только по выходу. Содержание метоксильных групп во всех образцах лигнинов, выделенных из лиственницы, примерно одинаково и близко к соотношению ОСН3/Сд = 0,9. Очевидно, в этом случае выделяемые препараты свободны от фенольных веществ нелигнинного характера. Окисление нитробензолом в щелочной среде дало значительный выход и-оксибензальдегида [49], и среди продуктов расщепления этого лигнина металлическим натрием в жидком аммиаке был найден и-оксифенилпропанол-1 [50 ].
45
Таблица ШЛО
Результаты аналитического исследования препаратов ЛМР, выделенных из различных хвойных и лиственных древесных пород [47, 48]
Древесная порода	Содержание, %				Содержание, моли в расчете на звено С6—С3			
	с	н	О	ОСНз	с	н	О	осн3
Лигнины,, выделенные из древесины хвойных пород
а) Заболонная часть								
Пихта Дугласа	63,37	6,07	30,56	15,07	9	8,45	2,86	0,91
Кедр красный	61,78	5,79	32,43	15,73	9	8,05	2,94	0,98
Лиственница западная	61,64	5,84	32,52	16,16	9	8,67	2,78	0,89
Сосна (молодая)	63,13	6,03	30,84	14,37	9	8,67	2,78	0,89
б) Весь образец
Сосна желтая	62,45	6,03	31,52	15,05	9	8,72	2,83	0,93
Тсуга	62,97	5,61	31,42	14,29	9	7,93	2,83	0,87
Лиственница западная	63,70	6,11	30,19	12,94	9	8,91	2,71	0,77
Кедр красный	64,08	6,02	29,90	15,00	9	8,48	2,68	0,89
Секвойя вечнозеленая	64,63	5,76	29,61	12,48	9	8,20	2,62	0,73
Лигнины, виде.	генные	из dpet	лесины	листве	LHblX ПО	род		
Тополь	59,28	5,70	35,02	18,05	9	7,90	3,33	1,20
Клен	60,37	5,86	33,95	20,02	9	7,84	3,02	1,34
Крушина Пурша	60,22	6,05	33,37	21,43	9	8,26	2,95	1,44
Земляничное дерево Менциза	58,24	6,98	34,78	22,58	9	10,44	3,15	1,59
Ш.1.3. Диокеан-лигнин, или лигнин Пеппера
В 50-х годах широкое развитие получил метод выделения лигнина, основанный на извлечении его из древесины органическими растворителями после мягкого ацидолиза. В качестве растворителя в основном используется диоксан. Впервые диоксановый метод для выделения лигнина из растительной ткани был предложен Энгелем и Ведекиндом [51—53] и затем использован Никитиным и сотр. [54—56] для выделения лигнина из ели и бука. Эти авторы получили лигнин почти белого цвета. Содержание метоксильных групп для лигнина ели и бука соответственно 15,8 и 20,88%. Позднее Пеппер и сотр. [57] внесли в методику выделения этого препарата изменения, заключающиеся в использовании в качестве растворителя смеси диоксан—вода (9 : 1 по объему) и проведении экстракции в атмосфере азота. Процедура выделения лигнина довольно проста и менее продолжительна по сравнению с выделением по методу Бьёркмана.
Проэкстрагированные опилки осторожно кипятят со смесью, состоящей из воды, диоксана и хлористого водорода (на 200 мл смеси диоксан— вода в соотношении 9 : 1 добавляется 1,46 г сухого НС1) в токе азота. По истечении определенного времени (обычно г/,2—2 часа) оставшуюся массу отфильтровывают в токе азота, фильтрат нейтрализуют бикарбонатом натрия и оставляют на ночь. Затем раствор упаривают в вакууме в токе азота до сиропообразного состояния, растворяют в небольшом количестве диоксана и тонкой струей выливают под поверхность 1%-ного водного раствора сульфата натрия. Осадок отделяют центрифугированием, тщательно промывают водой декантацией и высушивают. Препарат, выделенный в результате короткого времени обработки (1/2—1 час), светлого цвета; более длительная обработка приводит к получению более темных препаратов.
46
. В табл. III.11 и III.12 приведены данные, полученные Пеппером сотр. [57] при выделении лигнина из ели (27, 55% лигнина Класона 4,85% метоксильных групп) и осины (18,2% лигнина Класона и 5,13%
Я Я
метоксильных групп).
Таблица III.11
Влияние продолжительности обработки на выход лигнина и содержание метоксильных групп в препаратах, выделенных из древесины ели [57]
Время обработки, час	Целлюлоза		Лигнин		Время обработки, час	Целлюлоза		Лигнин	
	Выход, % от исходной древесины	ОСН3, °/о	Выход, % от лигнина Класона	ОСНз, %		Выход, % от исходной древесины	ОСНз, %	Выход, % от лигнина Класона	ОСНз, "/о
1	73	3,26	32,5	16,1	4,0	50,5	2,20	74,5	14,4
2,5	62	2,44	55	15,0	8,0	42,5	1,16	95	12,7
4,0	52	1,73	72	14,3					
Таблица III.12
Влияние продолжительности обработки на выход лигнина и содержание метоксильных групп в препаратах, выделенных из древесины осины [57]
Время обработки, час	Целлюлоза		Лигнин			осн3	
	Выход, °/0 от исходной древесины	ОСНз, %	А, %	В, “/о	Выход, % от лигнина Класона	А, %	В, %
0,5	80,5	2,63	1,75	0,17	42,2	21,0	15,9
1,0	73,0	1,87	2,36	0,11	54,3	21,5	12,8
2,5	64,0	0,77	2,71	0,42	68,8	20,8	15,6
4,0	61,2	0,30	3,22	0,01	71,0	20,3	12,9
8,0	56,9	0,32	3,34	0,13	76,3	19,5	15,6
48,0	46,5	0,69	4,85	0,02	107,0	16,3	—
В случае осины часть лигнина осаждалась с избытком прибавляемого бикарбоната. Для извлечения этой части бикарбонатный слой растворяли в небольшом избытке воды и раствор подкисляли соляной кислотой. Полученный препарат в отличие от основной части лигнина, обозначенной индексом А, обозначен индексом В (см. табл. III.12).
В дальнейшем эта методика была несколько модифицирована Пеппером и сотр. [58—60]. Были выделены и исследованы лигнины некоторых древесных и однолетних растений (табл. III.13).
Резников и сотр. [61 ] усовершенствовали этот способ с тем, чтобы получать препараты наименее измененными. С этой целью был сконструирован прибор, позволяющий проводить все операции без доступа воздуха в среде азота вплоть до промывки окончательно полученного препарата. Выделенный таким образом препарат был назван «диоксан-лиг-нин, выделенный в атмосфере азота», или сокращенно ДЛА, как мы его в дальнейшем и будем называть в отличие от обычного диоксан-лиг-нина — ДЛ.
Свойства и состав ДЛ явились объектом многочисленных исследований. Так, было проведено определение растворимости в бинарных смесях [15], изучены состав невысаживаемой эфиром фракции [62], фракционный
47
Таблица III.13
Результаты аналитического исследования диоксан-лигнинов, выделенных из различных видов древесных и однолетних растений [60]
Вид растений	Содержание лигнина Класона, %	Выход, % от лигнина Класона	Содержание, %		
			ОСН3	с	н
Осина (Populus tremuloides Michx.)	17,7	35,4	22,0	58,31	5,61
Эвкалипт царственный (Sorbus аисира-ria L.)	19,7	28,5	22,4	—	—
Черешня (Prunus sp.)	18,2	21,8	21,1	—	—
Ива (Salix sp.)	23,2	30,4	21,0	59,48	6,20
Лиственница Лапэля (Larix Layllii Pari)	28,9	10,3	15,3	—	—
Пихта бальзамическая (Abies balsamea Mill.)	28,4	10,6	15,6	—	—
Ель черная (Picea mariana Britt.)	28,1	12,7	15,4	63,41	6,27
Сосна Бенкса (Pinus banksiana Lamb.)	27,0	11,2	15,4	62,58	6,34
Лиственница американская (Larix laricina Koch.)	25,7	11,7	15,5	—	—
Туйя гигантская (Thuja plicata D. Don.)	31,3	18,3	15,1	—	—
Ель белая (Picea glauca Voss.)	26,4	13,9	14,6	63,91	6,27
Ячмень (Hordeum vulgare)	17,9	48,2	16,4	—	—
Овес посевной [Avena sativa(Exeter variety)]	19,0	43,9	16,7	59,26	5,71
Рожь [Secale cercale (Prolific variety)]	19,8	44,3	16,6	—	—
Пшеница [Triticum vulgare (Thatcher variety) ]	21,0	51,7	15,6	59,50	5,61
состав [63], ИК-спектры [31, 32, 64]. Исследовались ДЛ и ДЛА, выделенные из различного природного сырья: из древесины различных пород [15, 31, 32, 37, 62—66], из кукурузной кочерыжки [67], из мха [21].
Однако Экман и Линдберг [37], исследуя фракционный состав различных видов лигнина, выделенных из березы и сосны, путем гель-фильтрации через сефадексы G-25 и G-50, пришли к выводу, что ДЛ не очень пригоден для проведения исследования структуры лигнина, так как содержит большое количество низкомолекулярных фракций. Согласно данным авторов [37], нативный лигнин более гомогенен и, следовательно, более подходит для такого рода исследований. Алексеев, Матусевич и Резников [64], напротив, исследуя физико-химические свойства ЛМР, ДЛА и ДЛ, выделенные из ели путем гель-фильтрации через сефадекс G-75, показали, что ДЛА более высокомолекулярен, чем ЛМР, а полидисперсность препаратов близка. Сравнение данных УФ- и ИК-спектроскопии, а также химического анализа указывает на близость структур ДЛ и ЛМР. Однако следует помнить, что а-алкиларильные эфирные связи в условиях выделения ДЛ (кислотность среды) гидролизуются (см. .параграфы VI.2.3 и VI.3.6). Равным образом может иметь место разрыв р-алкиларильных эфирных связей с образованием кетонов Гибберта, а также образование кумароновых структур из кумарановых (см. параграфы VI.2.3 и VI.3.2). Эти данные свидетельствуют о преимуществах ЛМР по сравнению с препаратами ДЛ и ДЛА. Нужно учитывать также и тот факт, что в кислой среде могут иметь место процессы конденсации.





Ш.1.4. Ультразвуковой лигнин
Препарат, выделенный Янковским и Першиной [68, 69] экстракцией органическими растворителями опилок древесины сосны (Pinus Silvestris L.) после обработки их ультразвуком, оказался сравнительно близким по

48
своим свойствам ЛМР. «Озвучивание» древесины проводилось на установке, состоящей из ультразвукового генератора УЗГ-25А и магнитострикционного преобразователя ПМС-6 с экспоненциально-цилиндрическим акустическим трансформатором. .Частота колебаний составляла ~19 кгц, интенсивность 23—25 вт/см2.
Опилки суспендировали в ацетоне, содержащем 15% воды (по объему), и облучали в течение 8 —10 мин. Ацетон удаляли в вакууме, а оставшийся продукт очищали переосаждением ио методу Бьёркмана. Выделенный таким образом лигнин содержал (в %): С 62,55; Н 6,35; О 31,1. Количество метоксильных групп 13,9 —14,3%, общее содержание гидроксильных — 10,4, фенольных — 2,73%. По своему составу и УФ-спектру этот препарат близок ЛМР, есть небольшие различия в области 1710—1730 сяГ1 в ИК-сиектре. Исследовались также лигнины, выделенные после озвучивания в различных средах: в 4%-ном NaOH, 90%-ной СН3СООН, в ацетоне, содержавшем различные количества воды. Изменялась продолжительность озвучивания, однако выход лигнина был невысоким и составлял 6—7% от содержания лигнина по Класону. Молекулярный вес ультразвукового лигнина (УЗЛ) невелик, составляет всего 2000, что соответствует примерно 10 структурным звеньям С6 — С3. Следовательно, УЗЛ является препаратом, значительно деструктированным и может рассматриваться в качестве олигомера, вероятно не содержащего всех типичных для лигнина структурных элементов. УЗЛ еще недостаточно исследован, й поэтому большой интерес иредставляет более детальное изучение этого препарата с ирименением физических и особенно химических методов, оправдавших себя при исследовании лигнинов.
gill.1.5. Нативный лигнин Браунса] 1
Большая часть исследований свойств и реакций лигнина проводится с'препаратом, который широко известен как «нативный лигнин Браунса». Методика выделения этого препарата, предложенная Браунсом в 1939 г. [70], несложна и заключается в следующем; опилки (100— 150 меш) экстрагируют холодной водой, эфиром и затем этанолом до тех пор, пока спирт не убудет бесцветным. После удаления спирта в вакууме оставшийся осадок (громывают водой и эфиром, отфильтровывают, растворяют в диоксане и высаживают в воду. В получающийся коллоидный раствор добавляют поваренную соль для коагуляции лигнина. Осадок отфильтровывают и сушат. Вновь растворяют в диоксане (10%-ный раствор лигнина), отфильтровывают и по каплям выливают в абсолютный эфир при энергичном перемешивании. Осадок отфильтровывают, промывают диэтиловым и петролейным эфиром. Переосаждение в эфир и промывку эфирами повторяют до получения постоянного содержания метоксильных групп в препарате. Таким образом, Браунсу удалось выделить препараты с выходом 2—3% от исходной древесины ели (Picea mariana Britt.) и тсуги (Tsuga heterophylla Sarg.) [71]. Сравнив нативный лигнин с ЛМР и биосинтетическим лигнином (состав, функциональные группы, структурные данные), Браунс [72] подтвердил пригодность этого препарата в качестве объекта для исследования природного полимера.
Однако этот вывод подвергается критике со стороны многих исследователей, в первую очередь со стороны Фрёйденберга [73—75]. Фрёйден-1 берг, исследуя нативный лигнин, пришел к выводу, что последний в зна-Ьчительной степени загрязнен примесями нелигнинного характера, в том Числе смолами, лигнанами и др., и поэтому не может использоваться в ка-Гчестве препарата для исследований природного лигнина.
В настоящее время большая часть исследователей не склонна рассматривать этот препарат как продукт, характеризующий весь лигнин, имеющийся в растении. Тем не менее часть исследований лигнина проведена именно с этим препаратом [37, 63, 66, 76].	•
4 О. П. Трушников, В. В. Елкин	49
273.	R. H. J. Creighton, J. L. McCarthy, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 63, 3049 (1941).
274.	R. H. J. Creighton, R. D. Gibbs, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 66, 32 (1944).
275.	R. H. J. Creighton, H. Hibbert. T ам же, стр . 37 .
276.	К. Freudenberg, W. Lautsch, К. Engler. Вег., 73В, 167 (1940).
277.	В. Leopold, I.-L. Malmstrom. Acta Chem. Scand., 6, 49 (1952).
278.	G. H. N. Towers, R. D. Gibbs. Nature, 172, 25 (1953).
279.	С. M. Манская. ДАН СССР, 54, 611 (1946).
280.	С. М. Манская, М. Н. Кочнева. Докл. АН СССР, 62, 505 (1948).
281.	С. М. Манская. Труды Бцогеохим. лаб., 10, 98 (1954).
282.	S. М. Manskaia. См. [50], стр... 215.
283.	К. Kratzl, J. Eibl. Mitt. (isterr. Ges. Holzforsch., 3, 77 (1951).
284.	В. M. Резников, H. Ф. Сорокина. Ж. прикл. химии, 41, 176 (1968).
285. К. К. Лебедев, О. И. Черняева, М. А. Ракитина, 3. Н. Железнякова. Сб. трудов ЦНИПИ лесохим. пром., вып. 16, 259 (1965).
286. R. Ripa, L. М. Borquez. Scientia, 34,
36 (1967)
287.	J. Е. Stone, М. J. Blundell, К. G. Tanner. Can. J. Chem., 29, 734 (1951).
288.	K. Freudenberg, J. Torres-Serres. Liebigs Ann. Chem., 703, 225 (1967).
289.	E. Beckmann, O. Liesche, F. Lehmann. Biochem. Z., 139, 491 (1923).
290.	M. Phillips, J. Davidson, H. D. Weihe. J. Agr. Research, 43, 619 (1931).
291.	M. Phillips, M. J. Goss. J. Agr. Research, 51, 301 (1935).
292.	Л. II. Жеребое. Бум. пром., № 9, 27 (1936).
293.	M. Phillips, М. J. Goss, В. L. Davis, H. Stevens. J. Agr. Research, 59, 319 (1939).
294.	В. И. Шарков, А. Л. Гирчиц. Лесохим. пром., № 6, 2 (1940).
295.	A. M. Палеев. Биохимия, 5, 93 (1940).
Глава VI
СТРОЕНИЕ ЛИГНИНА
V	I. 1. Функциональные группы лигнина и методы их определения
Точное ц дифференцированное определение содержания всех функциональных групп лигнина является одной из наиболее сложных задач химии лигнина. Решение этой задачи имеет очень большое значение, поскольку точная информация о типах и количестве функциональных групп даст возможность не только охарактеризовать свойства лигнина и превращения, претерпеваемые им в процессе взаимодействия с различными реагентами, но и определить способность лигнина к дальнейшим реакциям модификации и, следовательно, пригодность препаратов лигнина для практического использования.
Сложность определения количественного содержания функциональных групп связана в первую очередь с тем, что лигнин представляет собой многофункциональный полимер, содержащий различные функциональные группы. В то же время, поскольку макромолекулы лигнина (особенно технических лигнинов) обладают жесткой трехмерной пространственной структурой, определенная часть функциональных групп может оказаться экранированной, что сказывается на их реакционной способности. Такие группы из-за пространственных затруднений малодоступны для реагентов, и практически их невозможно определить. В случае нерастворимых и не-набухающих в данном реагенте лигнинов реакционноспособны только группы, находящиеся на поверхности полимерной молекулы. Следовательно, в различных препаратах лигнина могут присутствовать функциональные группы с различной степенью доступности для реагирующего агента.
С точки .зрения возможности количественного определения эти группы можно разделить на легко и трудно определяемые.
В препаратах модифицированных лигнинов дополнительно к основным группам лигнина появляются новые функциональные группы, введенные реагентами (галоиды, азотсодержащие, серусодержащие группы). В результате анализ функциональных групп осложняется тем, что часто одна функциональная группа мешает определению другой и многие методы определения, разработанные для определенной группы, не могут быть использованы из-за присутствия других. Вообще с возрастанием количества функциональных групп отмечается сужение круга методов анализа, применяемых для данной функциональной группы.
V	I. 1.1. Метоксильные группы
Метоксильные группы,'впервые обнаруженные в лигнине еще в 1890 г. Бенедиктом и Бамбергером [1], являются наиболее характерными функциональными группами лигнина, количество которых часто используют в качестве критерия чистоты препаратов лигнина. Метоксильные группы лигнина связаны с ароматическими ядрами в его гваяциловых и сиреневых структурных звеньях, соотношение которых определяет различия в содержании ОСН3-групп в лигнине хвойной и лиственной древесины (лигнины хвойной древесины содержат 14—16% метоксильных групп, лигнины лиственной древесины — 17—22%).
И*
163
Г Для количественного определения метоксильных групп в препаратах лигнина применяются различные модификации метода Цейзеля [2, 3], основанного на отщеплении этих групп в виде йодистого метила при кипячении исследуемого препарата с иодистоводородной кислотой. В качестве поглотительных растворов при определении метоксильных групп используют раствор азотнокислого серебра [2, 3], пиридин [4, 5], раствор уксуснокислого натрия в ледяной уксусной кислоте, содержащий небольшое количество брома [6, 7]. В последние годы для количественного определения отщепляющегося йодистого метила предложены метод газожидкостной хроматографии [8, 9], спектрофотометрический метод [10], метод сжигания йодистого алкила в токе воздуха в присутствии платины [11] н метод неводного титрования [12].
V	I. 1.2. Гидроксильные группы
В лигнине установлено наличие алифатических (первичных и вторичных), енольных и фенольных гидроксильных групп.
1. Определение общего содержания гидроксильных групп. Основным методом, применяемым для определения общего содержания гидроксильных групп в препаратах лигнина, является метод ацетилирования смесью уксусного ангидрида и пиридина с последующим титрованием освобождающейся уксусной кислоты [13, 14]. Метод ацетилирования, предложенный Берлеем, применительно к исследованию лигнина несколько раз видоизменялся [15—22], но только в последнее время утвердилось мнение [19, 22, 23], что избыток пиридина, применяемый согласно методу Берлея, тормозит реакцию ацетилирования. Было показано, что наилучшие результаты получают с ацетилирующей смесью, состоящей из эквимолекуляр- : ных количеств пиридина, уксусного ангидрида и диоксана, причем послед-ний служит и растворителем [22].	1
Однако, согласно литературным данным [21, 23], фенолы не реагируют 1 с этим реагентом полностью. Кроме того, пространственно экранированные ] гидроксильные группы очень медленно реагируют с ацетилирующей | смесью, и, наконец, в большинстве модификаций метода Верлея примени- 1 тельно к лигнину время реакции остается весьма длительным (от 24 час до 7 суш). Можейко, Яунземс и Упите [24] показали, что эти недостатки ] могут быть до некоторой степени устранены добавлением в ацетилирующую I смесь хлорной кислоты, играющей роль катализатора. Авторами уста- j новлено, что оптимальной температурой ацетилирования при использова- j нии катализатора является 50° G, а продолжительность реакции при этой | температуре составляет 2 час. Преимущества предложенного метода за- j ключаются в возможности определения мало реакционноспособных ОН- | групп и значительном сокращении продолжительности анализа.	|
Используя метод ацетилирования с добавкой НС1О4, необходимо учи- | тывать, что, согласно данным Фрёйденберга и сотр. [25], циклические бен- | зилэфирные структуры типа фенилкумарана и пинорезинола способны рас- | щепляться уксусным ангидридом при каталитическом действии НС1О4 1 и таким образом давать завышенное содержание ОН-групп. Однако Яун- 1 земс [26] показал, что в случае гидротропного и сернокислотного лигни- | нов ацетилирование с НС1О4 и без нее приводит к результатам, имеющим j незначительные расхождения.	j
Следует отметить, что Фрёйденберг указал на возможность определения Я общего содержания гидроксильных групп на основании количества аце-  тильных групп в полностью ацетилированном лигнине. Для количествен- Я ного определения ацетильных групп Фрёйденберг [27, 28] предложил ме-тод переэтерификации, заключающийся в кипячении этанольного раствора Я ацетилированного лигнина с n-толуолсульфокислотой. Позднее был раз- Я работай [29, 30] микрометод определения ацетильных групп.	1
Вторым методом, широко применявшимся для количественного опре- Я деления общего содержания гидроксильных групп в лигнине, является Я
164	S
] ]
I-J
1
метод метилирования диметилсульфатом с последующим определением прироста ОСНа-групп [16, 20, 31—34]. Однако в настоящее время этот метод почти не используется в аналитических целях, поскольку он дает неопределенные результаты вследствие возможности реакции диметилсульфата с другими функциональными группами лигнина [35—37]. Кроме того, метилирование диметилсульфатом является весьма трудоемким и многостадийным методом.
Макаров-Землянский и сотр. [38] предложили метод количественного определения общего содержания гидроксильных групп в лигнине, основанный на реакции переэтерификации алкилборатов спиртами и фенолами согласно уравнению
п I3(OR')., + R"[(OH)3|„	R"(OB)„4-3ra R'OH.	(1)
Вследствие обратимости реакции (1) ее проводят ср значительным избытком алкилбората (для аналитических целей наиболее удобен триметил-борат). Выделившийся спирт и не вступивший в реакцию алкилборат отгоняют и разлагают последний водой до борной кислоты, содержание которой определяют титрованием щелочью в присутствии нейтрального глицерина или маннита. Авторами работ [39, 40] установлено, что гидроксильные группы различных полиоксисоединений этерифицируются нацело, независимо от их пространственного расположения. При этом присутствие других функциональных групп — простых и сложных эфиров, ацеталей, гликозидов и кеталей — не мешает проведению переэтерификации, так как они устойчивы по отношению к алкилборатам и не вступают в реакцию.
Ганьер и Робер [41] предложили использовать для определения общего содержания гидроксильных групп в лигнине метод ЯМР. ЛМР, выделенный из секвойи, растворяли в дейтерированном ДМСО и добавляли к раствору пиразин и незначительное количество дейтерированной трифтор-уксусной кислоты, которая путем обмена смещает сигналы протонов ОН -групп в область спектра, не содержащую никаких других сигналов. Определение проводили в многоканальных анализаторах. В качестве эталона использовали пиразин. Величины, полученные методом ЯМР, несколько превышают количество гидроксильных групп, определенное другими методами (см. раздел IV.4).
2. Алифатические гидроксильные группы. Основную часть гидроксильных групп лигнина составляют алифатические гидроксилы, содержание которых обычно определяют по разности между общим количеством гидроксильных групп и количеством фенольных гидроксилов. Таким образом для лигнина ели получают величину 1,32—0,32 = 1,0 в расчете на структурное звено С6—С3 [42].
В лигнине установлено наличие первичных и вторичных алифатических гидроксильных групп.
а.	Первичные алифатические ОН-группы. В результате ряда исследований [43—46] установлено, что при нагревании препаратов лигнина с 12%-ной соляной или с 28%-ной серной кислотой отщепляется формальдегид. Результаты экспериментов с модельными соединениями [47—49], а также с биосинтетическим лигнином, полученным из [ у-С14]-кониферилового спирта [50], показали, что формальдегид образуется из первичной спиртовой гидроксильной группы. Однако указанный метод, равно как и рассматриваемый ниже метод тозилирования лигнина с последующим нуклеофильным замещением тозильных групп на иод, в настоящее время не применяется для количественного определения первичных алифатических гидроксилов. Количество этих групп обычно оценивают [42] по разности между общим количеством алифатических гидроксилов и количеством вторичных гидроксилов или же по разности между количеством первичных гидроксилов в исходном кониферилспир-товом звене (1,0) и суммой коричноальдегидных, лактонных и диалкилэфирных группировок. Оба расчета дают для лигнина ели одинаковую
1651
величину, равную 0,75 первичных гидроксилов в расчете на структурное звено Се—С3 [42].
б.	Вторичные алифатические ОН-группы. Из вторичных алифатических гидроксильных групп лигнина наиболее важными являются бензилспиртовые группы.
В 1935 г. Холмберг [51—54] на основании результатов экспериментов
с модельными соединениями высказал предположение о наличии в лигнине чрезвычайно реакционноспособных бензилспиртовых и бензилэфирных групп. Это предположение было подтверждено результатами последующих исследований, которые показали, что бензилспиртовые и бензилэфирные группы в значительной степени ответственны за некоторые характерные реакции лигнина: сульфитирование в процессе сульфитной варки древесины [55—57], реакцию с тиогликолевой кислотой [58, 59], алкилирование при обработке СН3ОН-[-НС1 при 20J С [60—62] и др. Кроме того, установлено, что в макромолекулах лигнина содержатся бен-
зилспиртовые группы разных типов.
Для определения количества бензилспиртовых групп в структурных звеньях лигнина со свободным фенольным гидроксилом Гирер [63] предложил так называемую индофенольную реакцию. Эта реакция основана на хорошо известном в органической химии [64] взаимодействии хинонмойо-хлоримида (I) с фенолами в слабощелочной среде, в результате которого образуются темно-синие красители (индофенолы), легко определяемые колориметрически. Гирер [65] показал, что нативный лигнин, а также обессмоленная древесная мука ели и осины в результате обработки хинонмонохлоримидом в слабощелочной среде дают индофенолы, которые были выделены и идентифицированы как 2-метоксифенолиндофенол (II) (в случае нативного лигнина ели и еловой древесной муки) и 2,6-диметоксифенол-индофенол (III) (в случае древесной муки осины).
Проведенное Гирером [63] исследование многочисленных модельных соединений показало, что индофенольную реакцию дают следующие классы замещенных фенолов: га-оксибензойные кислоты, п,и'-диоксидифенилме-таны, п.и'-диоксидифенилэтаны, и-оксидибензиловые эфиры и и-оксибен-зиловые спирты. Одновременно показано, что индофенольную реакцию не дают н-оксибепзиловые эфиры, в том числе и циклические (типа пино-резинола и фенилкумарана). С целью выяснения, какая из указанных выше структур обусловливает индофенольную реакцию нативного лигнина и еловой древесной муки, Гирер провел обработку нативного лигнина и типичных представителей реакционноспособных групп модельных соединений СН3ОН + НС1 при комнатной температуре. После указанной обработки нативный лигнин и и-оксибензиловые спирты теряли способность к сочетанию с хинонмонохлоримидом. Остальные три структурных типа (zi-оксибензойные кислоты a priori исключены Гирером из рассмотрения) после обработки СН3ОН-|-НС1 показывали неизменную индофенольную реакцию. Кроме того, индофенол (II), получаемый при взаимодействии модельных л-оксибензиловых спиртов с хинонмонохлоримидом, аналогичен соединению, выделенному после взаимодействия елового нативного лигнина или еловой древесной муки с этим реагентом. Таким образом, индофепольная реакция является специфичной для л-оксибензилспирто-вых структур, и ее можно представить в следующем виде:
R"	С1
r/V^och,	r/ ^/\осн3
I J	J
ОН	о	он
R = Н или ОСН3 I	II : R = Н
III : R — ОСН3 166
Используя индофенольную реакцию, Адлер и сотр. [62] определили, что количество п-оксибензилспиртовых групп в ЛМР ели составляет 0,06 в расчете на одну ОСН3-группу.
Для определения количества бензилспиртовых групп в структурных звеньях лигнина с этерифицированным фенольным гидроксилом Адлер и сотр. [62, 66] использовали методику, заключающуюся в окислении лигнина 2,3-дихлор-5,6-дициан-га-бензохиноном (ДДБ) (IV). Действие этого окислителя вначале изучено [67] на модельных соединениях, содержащих тг-алкоксибензилспиртовые группировки. При этом установлено, что при взаимодействии с ДДБ эти соединения почти количественно превращаются в соответствующие карбонилсодержащие соединения.
Предложенная Адлером и сотр. методика заключается в следующем. Препарат лигнина предварительно метилировали диазометаном, с тем чтобы этерифицировать свободные фенольные ОН-группы лигнина л, следовательно, избежать побочных реакций при последующем окислении. Затем метилированный лигнин обрабатывали ДДБ. УФ-спектральное исследование показало, что указанная обработка приводит к образованию новых а-кетогрупп. По уменьшению экстинкции при 310 нм в результате восстановления окисленного метилированного лигнина боргидридом натрия (так называемый Агг-метод, см. параграфы IV.2.2 и VI.1.3.) установлено, что окисленный лигнин содержит 0,22 а-кетогрупп в расчете на одну 1*руппу ОСН3 исходного ЛМР. Эта величина включает 0,06 а-карбо-нильных групп, присутствовавших в исходном ЛМР, а также 0,06 а-кетогрупп, образовавшихся из тг-оксибензилспиртовых групп (их количество было определено при помощи индофенольной реакции Гирера). Оставшиеся 0,10 а-кетогрупп образовывались, следовательно, из тг-алкоксибен-зилспиртовых группировок в лигнине.
Помимо рассмотренных выше методов (индофенольная реакция и окисление ДДБ), используемых для анализа препаратов лигнина, следует упомянуть и о других характерных реакциях бензилспиртовых групп, которые легли в основу попыток их количественного определения.
Адлер и Гирер [68] предприняли попытку использовать так называемую хиионметидную реакцию [69, 70] для определения суммарного количества n-оксибензилспиртовых и n-оксибензи л эфирных групп в лигнине. Эта реакция основана на том, что при обработке соединений, содержащих свободную или этерифицированную а-карбинольную группу, раствором бромистого водорода в хлороформе образуется и-оксибензилбромид (V), который действием слабого основания (например, пиридина или бикарбоната натрия) превращается в хинонметид (VI), легко определяемый спектрально.
167
Однако последующие эксперименты Адлера и Стенемура [71] на модельных соединениях показали, что хинонметидная реакция сопровождается рядом побочных превращений. Очевидно, это и обусловливает наблюдаемую в случае лигнина различную высоту и положение абсорбционного максимума и даже в некоторых случаях невоспроизводимость реакции.
Адлер и Гирер [60] провели исследование алкилирования лигина 0,5%-ным метанольным раствором хлористого водорода при комнатной температуре в течение 48 час. Поскольку восстановленный боргидридом натрия нативный лигнин метилировался до такой же степени, как и исходный препарат, авторы пришли к заключению, что метилирование в данном случае протекает не в результате образования ацеталей за счет карбонильных групп лигнина [16, 72, 73], а в результате этерификации бензилспиртовых и переэтерификации нециклических бензилэфирных групп [51—54]. Поскольку было показано [60, <74, 75], что циклические бензилэфирные группы (типа пинорезинола и фенилкумарана) не реагируют с СН3ОН + НС1, Адлер и Гирер полагали, что количество введенных при метилировании ОСН3-групп свидетельствует о содержании в лигнине бензилспиртовых и нециклических бензилэфирных группировок.
I
НС-ОН[-О-С—]
I
[О-С|
СН3ОН
н+
Исследования на модельных соединениях [60] показали, что имеется различие в скорости реакции между и-окси- и и-алкоксибензиловыми спиртами (или эфирами). Кроме того, на скорость метилирования влияют заместители в |3- и у-положениях боковой цепи.
В то же время установлено, что при взаимодействии с СН3ОН-|-НС] помимо бензилспиртовых и нециклических бензилэфирных группировок метилируется и ряд других групп лигнина. Так, Адлер и Мартон [61, 74] показали, что метилирование при взаимодействии с СН3ОН-]-НС1 может протекать за счет этерификации и трансэтерификации кетольных групп, присутствующих в лигнине.
Реакционная способность кетолов зависит от относительного положения кетонной и спиртовой групп. Так, а,у-кетол VII реагирует с СН3ОН+НС1 быстро при комнатной температуре, тогда как а, й-ке-тол VIII лишь частично через несколько дней превращается в кетол-эфир.
СН3ОН
Н,СОСН3
I сн,
I с=о
[быстро]
168
мо>	сн3 1	СН3
ЭНг,	неон	। нсосн3
ает|	1	1
эб-1	с=о	С=О	[медленно]
ть	1 zVv	1
	I II	СНзОН	Л
1а	I I	н+ >	1 II
1Й	с	' осн..	С'' "Y^OCH.,
1U	1	1
	0 —	0 —
	VIII	
[j/f-Кетол IX реагирует с потерей карбонильной функции, образуя маслообразный продукт реакции, содержащий более чем одну ОСН3-группу.
н,сон
-1 с=о
Н2С0СН3
НСОСНд [?]
си-
ен,
2СН.ОН —«----
Н+
О —
что способность а,у-кетола VII реагировать оставаться неизменной и после восстановления
с/ 'ОСН3
6-
IX
Следует отметить, с СН3ОН+НС1 должна
I боргидридом натрия, так как в этом случае а-карбонил превратится в бензилспиртовую группу, а прежде реакционноспособный гидроксил (или I эфир) невосстановленного лигнина перестанет метилироваться.
I	(7) Н2СОСН3
I
[	сн,
[0-С] (7)П.,С0Н ён-
СНзОН н+
с=о
(Д = +1ОСП3)
0-
-С'' т
0-
VII
осн3
NaBH, ОН ~
[0-С]
Н2СОН
I СН,
Н2СОН
неон
СНзОН н+ *
СН2 I (а)НСОСН3
(Д = +10СН3)
-С' V^OCH- -С'
!	I	I
°-	0-
I Как установлено Мартоном и Адлером [61], во взаимодействие 1с СН30Н+НС1 вступают также карбоксильные группы лигнина и груп-[пировки кониферилового спирта.
J Таким образом, метилирование СН30Н+НС1 нельзя рассматривать | в качестве метода количественного определения бензилспиртовых и не-I циклических бензилэфирных групп в лигнине. Из 0,56 ОСН3 на звено
169
С6—С„ вводимых в ЛМР обработкой СН3ОН4-НС1 [76], 0,06 приходится на н-оксибензилспиртовые группы [62], 0,10 — на п-алкоксибензилспир-товые группы [62], 0,02 — на нециклические п-оксибензиларилэфирные группы [62, 77], 0,06 — на нециклические тг-алкоксибензиларилэфирные группы [62, 77], 0,05 — на карбоксильные группы [61, 62], 0,03 — на группировки кониферилового спирта [76, 78, 79], 0,10 — на р,у-кетоль-ные группировки [61] и 0,06 —на а,у-кетольные группировки [61], что в сумме составляет 0,48. Остаток (0,08 на звено С6—С3) приходится на до сих пор не определенные группировки.
Говоря о возможности дифференцированного определения гидроксильных групп в лигнине, следует упомянуть о ранних работах Фрёйденберга, посвященных этому вопросу.
В 1926 г. Фрёйденберг и Гесс [80] предложили использовать для дифференцированного определения ОН-групп различную способность тозиловых эфиров первичных, вторичных., третичных спиртов и фенолов реагировать с гидразином. Согласно разработанной авторами методике, полностью тозилированный лигнин обрабатывают кипящим безводным гидразином и в полученном продукте определяют содержание гидразиногрупп, а в фильтрате — содержание толуолсульфоновой и толуолсульфиновой кислот. На основании полученных данных рассчитывают количество ОН-групп различного типа. Рассмотренный метод после некоторой модификации [81] использован Фрёйденбергом и Планкенхорном [82] для дифференцированного определения гидроксильных групп в различных препаратах лигнина. Однако вследствие длительности и трудоемкости процесса анализа этот метод в настоящее время не используется в химии лигнипа.
В 1949 г. Фрёйденберг и Дитрих [83] провели сравнительное исследование медноаммиачных лигнинов ели и бука, уделив особое внимание количественному дифференцированному определению гидроксильных групп различного типа. Исходные препараты подвергали ацетилированию (общее содержание ОН-групп), метилированию диметилсульфатом, то-зилированию n-толуолсульфохлоридом (сумма фенольных, первичных спиртовых и вторичных спиртовых ОН-групп, не находящихся в a-положении к ароматическому кольцу) с последующим обменным взаимодействием тозиловых эфиров с NaJ (первичные спиртовые ОН-группы), метилксантогенированию хлорангидридом метилдитиоугольной кислоты (сумма фенольных и первичных спиртовых ОН-групп). Полученные результаты позволили рассчитать количество гидроксильных групп различного типа в препаратах медноаммиачного лигнина. Однако результаты этого определения не соответствуют общепринятым в настоящее время величинам содержания ОН-групп различного типа, полученным при помощи более современных методов.
3. Кислые гидроксильные группы и методы их определения. В лигнине установлено наличие следующих типов кислых гидроксильных групп: фенольных, енольных гидроксильных, а также карбоксильных групп.
а. Титриметрические методы. Для определения содержания кислых групп в лигнине наиболее широко применяются методы титрования. Поскольку кислые группы в лигнине представлены главным образом слабыми органическими кислотами, фенолами и енолами, для их определения используются^ в основном такие высокочувствительные методы титрования, как потенциометрическое и кондуктометрическое, а также модификация последнего — высокочастотная кондуктометрия. Следует отметить, что использование титриметрических методов в химии лигнина основывается на богатом опыте, йакопленном при анализе фенолов и органических кислот [84—86].
Фрёйденберг и Далл [87] для определения кислых групп лигнина применили метод потенциометрического неводного титрования, предложенный Брокманом и Мейером [88]. В качестве растворителя авторы ис-170
пользовали этилеидиамин, в качестве титранта — спирто-бензольный раствор коламината натрия. Кривые титрования лигнинов показали один растянутый скачок потенциала. Потенциометрическое титрование ряда модельных фенолов и препаратов лигнина осуществили Батлер и Че-пиль [891. Авторы использовали в качестве растворителя ДМФ, а в качество титранта — бензол-метанольный раствор метилата калия. При титровании всех исследованных препаратов лигнина, за исключением нативного лигнина осины, получены кривые с одним скачком, в то же время на кривых титрования модельных двухатомных фенолов обнаружены два скачка потенциала. ^Позднее Чудаков и Георгиевская [90] применили неводное потенциометрическое титрование по методу Батлера и Чепиль для определения кислых ррупп в гидролизном лигнине и в лигнокислотах, полученных при щелочной активации гидролизных лигнинов.
Следует отметить, что метод потенциометрического титрования достаточно широко использовался при исследовании различных препаратов лигнина. Так, нативный лигнин, ЛМР и лигнин Вилыптеттера титровали в этилендиамине и ДМФ гидроокисью тетраметиламмония [37], диоксан-и щелочной лигнины — в пиридине бензол-метанольным раствором метилата калия [91], щелочные лигнины и модельные соединения — в ацетоне гидроокисью триэтилбутиламмония и коламинатом натрия [92]. Однако в ходе этих исследований удалось получить кривые только с одним скачком потенциала, причем Редингер и Линденхаин [92] пришли к выводу о невозможности раздельного определения содержания СООН- и фенольных ОН-групп в лигнине этим методом.
Богомолов и Гельфанд [93] провели потенциометрическое титрование ряда модельных соединений и препаратов лигнина раствором метилата калия и установили, что ДМФ обладает лучшими дифференцирующими свойствами в отношении смесей фенолов и карбоновых кислот по сравнению с ДМСО, зато в ДМСО лучше раститровываются смеси фенолов с различной кислотностью. Однако при титровании препаратов лигнина в обоих растворителях наблюдается уменьшение резкости скачков потенциала. Гельфанд и Богомолов [94] провели эксперименты по неводному титрованию щелочных солей слабых органических кислот и лигнина хлорной кислотой. По мнению авторов, этот метод позволяет судить о наличии или отсутствии в лигпинах сильнокислых групп.
В последнее время потенциометрическое титрование применяется для дифференцированного анализа кислых групп лигнина с использованием в качестве среды титрования растворов с различными значениями рТГ Г Так, Гельфанд и Богомолов [95] провели потенциометрическое титрование препаратов лигнина в водном растворе карбоната натрия (рТГ 10,3). Авторы исходили из предпосылки, что карбонат натрия способен вступать в реакцию катиопообмена только с определенной частью кислых групп лигнина, значения рТГ которых ниже или равны 10,3. В результате потенциометрического титрования модельных органических кислот в растворе карбоната натрия установлено, что кислоты, имеющие р7Г=7,6 и ниже, определяются количественно, тогда как кислоты, имеющие рА?=8,4 и выше, не определяются, т. е. в их присутствии карбонат натрия оттитро-вывается полностью. На основании этого авторы полагают, что при аналогичном титровании препаратов лигнина удается определить содержание в них кислых групп с рК 8.
Одними из первых исследователей, применивших метод кондуктометрического титрования для анализа лигнина, были Хачихама и Шинра [96]. Авторы исследовали этим методом отработанные сульфитные щелока и их компоненты. Самуэльсон [97] использовал методы потенциометрического и кондуктометрического титрования для определения сульфо-групп в ЛСК. Сарканен и Шюрх [98] всесторонне исследовали влияние
1 рК — отрицательный логарифм константы ионизации.
171
температуры, продолжительности, концентрации веществ и природы растворителя на ход кондуктометрического титрования модельных фенольных соединений и достигли высокой точности и воспроизводимости результатов при использовании этого метода для анализа препаратов лигнина.
Обширное исследование по кондуктометрическому титрованию лигнина п его модельных соединений провели Микава и сотр. [99 —102]. Авторы установили наличие в лигнине двух типов фенольных гидроксильных групп: титруемые кондуктометрически (тип А) и не титруемые кондуктометрически (тип В), соотношение которых в природном лигнине березы, пизкосульфированной ЛСК и а-ЛСК из лиственной древесины составляет 1:1, а в а-ЛСК из хвойной древесины ~3 : 7. На основании экспериментов с многочисленными модельными соединениями установлено, что фенолы гваяцилового ряда, имеющие углеродную боковую цепь в о-положении по отношению к фенольному гидроксилу, обычно не титруются кондуктометрически. Кроме того, Микава и сотр. [103] провели исследование характера слабокислых групп в ЛСК. Установлено, что при кондуктометрическом титровании ЛСК и их производных, метилированных диазометаном, кривая титрования имеет два перегиба в случае неметилированных образцов и только один перегиб в случае метилированных образцов. После омыления метилированного образца 12V NaOH (30° С, 72 час) снова получали кривую титрования с двумя перегибами. На основании полученных результатов установлено, что а-ЛСК содержит одну СООН-группу на 8—9 ОСН3-групп и примерно такое же количество кондуктометрически титруемых фенольных ОН-групп.
Для определения кислых групп в нитро- и амйнолигнинах Хачихама и Окабе [104, 105] применили обратное кондуктометрической титрование. В этих препаратах найдено соответственно 9,8 и 10,9% фенольных ОН-групп.
Газлини и Нейхам осуществили кондуктометрическое титрование ряда фенолов, карбоновых и фенолокисл от, енолов и имидов в среде аммиака или триэтиламина [106], а также препаратов щелочного лигнина в водном растворе метабората лития и в водном растворе NaOH [107]. Установлено, что в случае лигнина результаты, наиболее близкие к данным других исследователей, получены при обратном титровании.
В последнее десятилетие в аналитической химии широкое применение нашла разновидность кондуктометрического титрования — высокочастотная кондуктометрия [86], обладающая рядом преимуществ по сравнению с классической кондуктометрией. Так, метод высокочастотной кондуктометрии в ряде случаев позволяет значительно увеличить точность определения, особенно при анализе очень разбавленных растворов, а также при титровании в неводных средах [108, 109]. Кроме того, в отличие от обычной кондуктометрии при высокочастотной не происходит соприкосновения электродов с титруемым раствором, благодаря чему исключаются каталитические и поляризационные влияния электродов на титруемое вещество.
Титрование может проводиться как прямым, так и обратным методом, причем последний повышает точность анализа и подавляет гидролиз образующихся в результате реакции хорошо диссоциированных солей [108].
Метод обратного высокочастотного кондуктометрического титрования был впервые применен для исследования лигнина Можейко, Сергеевой и Яунземсом [110]. Проводя титрование в водной среде, авторы смогли с достаточной точностью определить общее содержание кислых групп в препаратах лигнина. Впоследствии метод обратной высокочастотной кондуктометрии применялся для исследования лигнина рядом других авторов [111—116]. Большой интерес представляет вопрос о возможности дифференциации кислых групп лигнина этим методом. Известно, что свободные фенольные гидроксилы лигнина имеют различные значения рК в зависимости от строения боковых фенилпропановых цепей и наличия 172	.	'
углерод-углеродной связи в положении 5 ароматического ядра [112, 117—1201. Возможно также присутствие в некоторых препаратах лигнина карбоксильных групп.
Васильева и сотр. [ИЗ—115] с целью дифференцирования кислых групп в технических лигнинах на карбоксильные и фенольные гидроксильные группы провели обратное высокочастотное кондуктометрическое титрование в водном ацетоне (1 : 1) и показали, что на кривых кондуктометрического титрования можно обнаружить четкие перегибы, соответствующие переходу карбоксил—фенол.
Поскольку интерпретация результатов, полученных в ходе указанных исследований, часто противоречива и многие вопросы теории высокочастотной кондуктометрии еще не разработаны, Можейко и соавт. [121] провели дополнительное исследование данного метода, в ходе которого было изучено обратное титрование в водной и водно-ацетоновой средах ряда модельных соединений (фенола, ванилина, бензойной, и-оксибензойной, салициловой, протокатеховой, 2,4-диоксибензойной, феруловой и кофейной кислот). Установлено, что присутствие ацетона делает более четкими точки перегиба в конце титрования карбоксильных групп указанных соединений, однако при титровании кислых групп с рК 10 точность метода понижена. Добавление ацетона (50% по объему) не увеличивает разности в кислотности двух типов кислых групп (ОНфен и СООН), т. е. не оказывает дифференцирующего действия. Авторы изучили возможность дифференцированного количественного определения трудно титруемых групп в таких соединениях, как 2,4-диоксибензойная, салициловая, протока-теховая и кофейная кислоты, т. е. в бифункциональных кислотах, в которых СООН- и фенольная ОН-группы или две фенольные ОН-группы находятся в о-положении. Кривые титрования этих соединений как в водной, так и в водно-ацетоновой средах имеют только два перегиба, характеризующих присутствие разных типов кислых групп. При этом в случае о-диокси-кислот титруется только половина слабокислых групп. Следует отметить, что, согласно данным Энквиста [122] и Яунземса, Можейко и Сергеевой [123], в лигнине имеются структуры, содержащие СООН- и фенольные ОН-группы в о-положении.
На основании результатов проведенных исследований Можейко и соавт. [121 ] пришли к заключению о том, что для получения максимально точных результатов по дифференцированию кислых групп в различных препаратах лигнина необходимо проводить титрование одного и того же образца как в водной, так и в водно-ацетоновой среде с различной концентрацией ацетона с последующей комплексной обработкой полученных данных.
Анализ результатов рассмотренных выше исследований позволяет заключить, что при помощи метода высокочастотной кондуктометрии вряд ли возможно дифференцирование всех кислых ОН-групп лигнина и продуктов его модификации, особенно при использовании только одного дифференцирующего растворителя. Это следует иметь в виду, поскольку макромолекула лигнина является сложной системой, содержащей кислые группы в широком диапазоне кислотности. Последнее убедительно показано в работах Гельфанда [120, 124], который обнаружил в щелочном лигнине целый ряд кислых групп, отличающихся друг от друга по значению рК, а также в работе Галочкина [125], изучавшего с помощью высокочастотной кондуктометрии кинетику реакции взаимодействия лигнина с ацилирующими или фосфорилирующими агентами. Кроме того, любые превращения макромолекулы лигнина (конденсация-, деметилирование и др.) приводят к изменению значений рК кислых групп.
б.	Хемосорбционный метод определения кислых групп лигнина. В 1947 г. Сысков и Кухаренко [126] предложили хемосорбционный метод для определения кислых групп в углях. Указанный метод позднее был применен для исследования гуминовых
173
веществ [1271 и лигнина [128]. В основе хемосорбционного метода лежит обменная реакция карбоксильных групп с 0,3—0,41V раствором (СН3СОО)2Са и карбоксильных и фенольных ОН-групп с 0,09—0,11V раствором Ва(ОН)2.
/(ОН)Л	/(О13а0,п)л
R<	4- 0,;>(m 4- п) Ва(ОН)., —* Ry	4- Im 4- п) Н2О	(2)
\(СООН)„Л	\(COOBa0.5U
/(ОИ)Й	/(ОН)Я
R<	4-(),5m(CH3COO)2Ca —> R<	-|-mCH3COOH	(3)
\(COOH)m	'	^СООСаоД,,
Согласно уравнению (2), с помощью Ва(ОН)2 определяется общее количество кислых групп посредством титрования непрореагировавшего Ва(ОН)2. Согласно уравнению (3), силыюкислые карбоксильные группы (р/< <С 4,75) вытесняют из (СН3СОО)3Са эквивалентное количество уксусной кислоты. По разности двух определений вычисляют содержание фенольных гидроксильных групп. Авторами метода установлено, что полное равновесие обменной реакции наступает через 4 дня после выдерживания при комнатной температуре или в течение 6 час при нагревании до 100° С.
К недостаткам метода нужно отнести неудобство работы с Ва(ОН)2, который интенсивно поглощает СО2 из воздуха с образованием ВаСО3, осаждающегося на лигнине, что завышает результаты определения. С целью избежать использования гидроокиси бария Энквист и сотр. [37] применили смесь растворов NaOH и ВаС12. Эта модификация более удобна и известна как барийхлоридный метод.
Кроме того, имеются указания [112], что хемосорбционный метод для лигнина дает заниженные результаты по карбоксильным группам и; следовательно, завышенные по фенольным гидроксилам. Предполагалось также [129], что сильные карбоновые кислоты, диссоциированные в широком диапазоне pH, полностью обменивают Н + на Са2+, тогда как кислоты средней силы количественно не определяются реакцией с ацетатом кальция. Соколова и Жданова [130] в результате исследования хемосорбционного метода па препаратах лигнина и некоторых модельных соединениях пришли к заключению, что оптимальными условиями проведения реакции является нагревание па кипящей водяной бане в течение 2 час с предварительным трехминутным встряхиванием содержимого реакционных колб. Проведенный авторами сравнительный анализ различных препаратов лигнина с использованием хемосорбционного метода, метода метилирования и Де-метода позволил положительно оценить хемосорбционный метод.
Таким образом, хемосорбционный метод обладает рядом преимуществ (простота, хорошая сходимость результатов) по сравнению с другими методами определения общего содержания кислых групп лигнина.
Разновидностью хемосорбционного метода является предложенный Шостремом и сотр. [131 —133] ионнообменный метод определения карбоксильных групп в целлюлозе. Авторы обрабатывали анализируемые образцы в колонках 0,11И раствором хлорида, ацетата или бензоата магния и удаляли избыток соли промыванием водой. Затем ионы магния, связанные с карбоксильными группами, элюировали соляной кислотой и определяли титрованием.
R—СОО.
2R-COOH + MgX9	>Mg + 2НХ	(4)
R_СО(У
(X = С1, СН3СОО или С6Н5СОО).
Позднее Шострем и сотр. [134, 135] предложили метод раздельного количественного определения сульфо- и карбоксильных групп в небеленых сульфитных целлюлозах. Сульфогруппы определяли обработкой образца целлюлозы водным раствором солянокислого бензидина. После удаления избытка реагента ионносвязанный бензидин элюировали соляной кисло
174
той и определяли в элюате посредством УФ-спектроскопии. Поскольку бензидин не является полностью специфичным реагентом для сульфогрупп, в полученную таким образом величину вносили поправку на сорбцию, обусловленную карбоксильными группами. Общее количество кислых групп определяли ионообменным методом с MgCl2. Полученные величины дали возможность оценить количество сульфо- и карбоксильных групп в анализируемых препаратах.
Ионообменный метод был модифицирован Боярской и Цыпкиной [136] с целью дифференцированного определения кислых групп в препаратах ЛСК. Предложенный авторами метод позволяет наряду с общим количеством кислых групп определять содержание сульфо-, карбоксильных и фенольных гидроксильных групп. Точность их определения была проверена и подтверждена другими методами анализа.
в.	Метилирование диазометаном. Одним из методов определения общего содержания кислых групп лигнина, а также дифференцирования фенольных, енольных и карбоксильных групп является метилирование диазометаном. Как известно, диазометан метилирует фенольные, енольные гидроксильные и карбоксильные группы. В результате последующего гидролиза метилированного препарата разбавленной щелочью омыляются сложноэфирные группы, освобождая СООН-группы. По разности в содержании ОСН3-групп до и после омыления определяют количество СООН-групп и сумму фенольных и енольных гидроксилов. Преимуществом данного метода является то, что метилирование проходит при низких температурах, что важно при анализе лабильных препаратов.
Однако установлено, что на результат метилирования препаратов лигнина диазометаном влияет используемый растворитель. Так, Браунс [16, 137] обнаружил, что при метилировании нативного лигнина ели диазометаном в диоксане в него вводится больше метоксильных групп, чем при метилировании в эфирной суспензии. Полученные результаты Браунс интерпретировал на основании предположения о наличии в нативном лигнине карбонильной группы, стабильной при обработке лигнина в эфирной суспензии, но переходящей в таутомерную енольную группу, способную метилироваться при обработке в растворе диоксана. Хиллис [181 показал, что степень метилирования лигнина диазометаном зависит от полярности растворителя: если в неполярных растворителях метилируются только кислые гидроксильные группы, то в присутствии воды, по-видимому, метилируются и спиртовые ОН-группы.
Согласно данным ряда исследователей [37, 138, 139], метилирование лигнина диазометаном с целью определения общего содержания кислых групп может давать завышенные результаты вследствие возможности протекания реакции с частью спиртовых и карбонильных групп. С другой стороны, имеются указания [16, 137, 140], что не все фенольные гидроксилы лигнина метилируются диазометаном.
г.	Методы определения фенольных ОН-г р у п п. Химия лигнина располагает сравнительно небольшим числом методов определения только фенольных ОН-групп. Одним из них является так называемый Де-метод, основанный на оптических свойствах лигнина (см. IV.2.2, пункт 1).
Еще в 1947 г. Лемон [141] установил, что при переходе от нейтральных растворов фенольных соединений к щелочным имеет место батохромный сдвиг характерных полос УФ-спектров этих соединений в сторону больших длин волн с одновременным увеличением оптической плотности. Это наблюдение явилось основой для разработки метода количественного определения фенолов. Применительно к лигнину этот метод впервые использовала Аулин-Эрдтман [142—148]. Независимо от Аулин-Эрдтман Гольдшмид [149, 150] предложил более простой и ускоренный метод определения фенольных ОН-групп в препаратах лигнина, что способствовало его широкому распространению.
175
Однако результаты, полученные рядом исследователей [151—154], показали, что в некоторых случаях, обусловленных образованием водородных связей, наличием стерических препятствий и т. д., при ионизации фенолов не наблюдается батохромного сдвига. Очевидно, с этим, по крайней мере отчасти, связаны заниженные результаты, получаемые при определении количества фенольных ОН-групп в лигнине по методу Гольд-шмида. Так, Фрёйденберг и Далл [87], сравнивая данные, полученные методом потенциометрического титрования, с результатами Де-метода, обнаружили существенные расхождения, которые авторы связывали с недостатками As-метода. Микава и сотр. [101] нашли в образце тиолигнина Ае-методом 0,18—0,22 фенольных ОН на ОСН3-группу, а метилированием диазометаном — 0,40 фенольных ОН на ОСН3-группу. Сарканен и Шюрх[98] на основании значительных расхождений в результатах, полученных методом кондуктометрического титрования и Ае-методом, пришли к выводу о непригодности последнего для анализа лигнина лиственной древесины.
Богомолов и сотр. [155] исследовали причины упомянутых расхождений и установили, что они обусловлены неполной ионизацией фенольных гидроксилов в условиях определения по методу Гольдшмида, а также использованием для расчетов интегральной интенсивности менее характерной полосы при 300 нм. Авторы предложили измерять экстинкцию щелочного раствора при pH 14 (при этом pH происходит ионизация всех фенольных гидроксилов лигнина), использовать при расчетах величины экстинкции в максимуме полосы 250 нм, а также использовать в качестве моделей фенольные соединения, наиболее близкие к основным структурным фрагментам лигнина: гваяцилглицерин-|3-гваяциловый эфир, дегидродигидро-диизоэвгенол, а-гваякоксипропиогваякон. При соблюдении этих условий получают величины, близкие к результатам, полученным другими методами.
Из последующих модификаций As-метода следует упомянуть работу Резникова и Сухой [156], которые предложили использовать этот метод в сочетании с высокочастотной кондуктометрией, а также метод Штрейса и Никитина [157, 158], сочетающий дифференциальную спектроскопию со спектрофотометрическим титрованием и избирательным восстановлением сопряженных фенольных элементов. Оба указанных метода использованы авторами для дифференцированного определения в препаратах лигнина кислых групп различного типа (см. IV.2.2, пункт 1).
Для определения фенольных ОН-групп лигнина Адлер и Херне-стам [159, 160] предложили метод перйодатного окисления. Метод основан на том, что при действии перйодата натрия на производные гваякола метоксильные группы, находящиеся в о-положении к свободному гидроксилу, отщепляются с образованием метанола, который может быть определен количественно путем окисления его до формальдегида и последующего спектрофотометрирования при 570 нм после добавления хромотроповой кислоты.
Схема 1
XI
+ сн3он + н+
176
Реакция окисления перйодатом, очевидно, протекает по ионному, а не радикальному механизму [161]. Согласно представлениям Адлера и сотр. [160], первоначальная атака иона периодония (JO3 или его гидрата H2JO^), который, как полагают [161], является активным агентом при перйодатном окислении, приводит к образованию сложного эфира перйодата (X), от которого при двухэлектронном переносе удаляется иодат-ион с образованием мезомерного ароксильного катиона (XI). Последний расщепляется молекулой воды, действующей в качестве донора электронов, до соответствующего о-хинона (XII) и метанола. о-Хинон может затем далее окисляться избытком перйодата. Как видно из схемы 1, из всех структурных элементов лигнина отщеплять ОСН3-группы в виде метанола способны только те, которые имеют свободный (неэтерифициро-ванпый) фенольный гидроксил в о-положении к метоксильной группе. При расчете необходимо вводить поправочный коэффициент, поскольку на модельных соединениях было показано, что метанол образуется из гваяцильных соединений с выходом -^90 % .
Используя метод перйодатного окисления, Адлер и сотр. [160] установили, что содержание фенольных гидроксильных групп в нативном лигнине ели составляет 0,43—0,52 ОН/ОСН3 и в еловом ЛМР — 0,27 — 0,30 ОН/ОСН3. Кроме того, авторы высказали предположение о наличии в лигнине двух типов фенольных элементов, различающихся по скорости отщепления ОСН3-групп при перйодатном окислении, и на основании результатов экспериментов с модельными соединениями предприняли попытку их отнесения к различным структурным типам. Следует отметить, что применительно к модифицированным препаратам лигнина метод перйодатного окисления нуждается в соответствующей проверке.
Олкей [162] предложила спектрофотометрический метод определения фенольных ОН-групп, основанный на цветной реакции фенолов и лигнина с 1-нитрозо-2-нафтолом. Преимуществом предложенного метода являются простота и быстрота проведения анализа; получаемые величины находятся в удовлетворительном соответствии с содержанием фенольных ОН-групп, определенным общепринятыми методами.
Специфической реакцией для определения неконденсированных фенольных структур является реакция с нитрозодисульфонатом калия (соль Фреми). Гваяцилпропановые звенья со свободным фенольным гидроксилом и незамещенным положением 5 ароматического кольца при окислении солью Фреми количественно превращаются в о-хиноны, которые можно определить спектрофотометрически. Используя этот метод, Адлер и Лундквист [163] установили, что еловый ЛМР содержит 0,15—0,18 неконденсированных фенольных структур на ОСН3-группу. Пригодность данного метода для исследования модифицированных лигнинов не проверена.
ON(SO3K)2
Гельфанд и Богомолов [164], основываясь на данных Микава и сотр; [99—102], установивших, что производные гваякола, имеющие в положении 5 ароматического ядра углерод-углеродную связь, в отличие от других производных гваякола не могут быть оттитрованы кондуктометрически, предложили определять содержание конденсированных фенольных
12 О. П. Трушников, В. В. Елкин
177
звеньев лигнина но разности между количеством кислых групп, определенным барийхлоридным методом и методом высокочастотного титрования.
д. Методы определения карбоксильных групп. До 60-х годов в химии лигнина господствовало представление о том, что природный лигнин не содержит СООН-групп [165], поэтому как в схеме фрагмента молекулы лигнина Фрёйденберга, так и в других формулах лигнина СООН-группы отсутствуют. Однако позднее при помощи ИК-спектроскопии было установлено, что еловый ЛМР содержит 0,05 СООН-групп на фенилпропановое звено [61, 166]. Более высокое содержание СООН-групп характерно для технических лигнинов [167, 168].
Карбоксильные группы вместе с фенольными и енольными ОН-груп-пами относятся к «кислым группам» лигнина, методы определения общего, содержания которых рассмотрены в предыдущих разделах. Там же были обсуждены и возможные погрешности при дифференцированном титровании СООН-групп в присутствии других кислых групп.
Для количественного определения СООН-групп широко используются Са-ацетатный метод [37, 128, 169] и метилирование диазометаном с последующим омылением [101], которые рассмотрены выше. Кроме того, Хаяши и сотр. [170] предложили метод определения содержания СООН-групп, заключающийся в титровании препаратов лигнина слабым основанием, например дициклогексиламином или аммиаком. В этом случае титруются только сильнокислые, т. е. СООН-группы, и не титруются слабокислые — фенольные и енольные ОН-группы.
Неоднократно выдвигались различные предположения о механизме образования и характере карбоксильных групп щелочных лигнинов [168, 171, 172]. Так, Энквист [172] исследовал фенольную фракцию, выделенную из сульфатных отработанных щелоков, и показал наличие в ней карбоновых кислот, содержавших СООН-группы как в ароматическом ядре, так и в боковой цепи. На основании этого автор пришел к заключению о наличии в крафт-лигнине ароматических и алифатических карбоксильных групп.
Мартон и Адлер [61 ] предложили для дифференцирования ароматических и алифатических СООН-групп крафт-лигнина весьма сложную последовательность реакций, которая включала обработку лигнина СН3ОН-|-НС1 и диазометаном с последующим восстановлением метилированных продуктов боргидридом натрия, алюмогидридом лития и повторным метилированием СН3ОН+НС1.
Лсоон «-со м
ch2n2 диоксан
-АЛ
соосн, а-СО м
соон о-СНОН
м
СИзОН^НС! А ДЯ^осн, гидролиз 1\ I \М—ОСН»
СООСНз а-СО м—осн3
СООСНз а - СО м—осн3
NaBH4 щелочь
сн3он + HC1	сн3он+НС1
СН.2ОН а-СНОН м
СН,ОН а-СНОСН3 м—осн3
СН3ОН + НС1
СН2ОСН3(бензил1>а.) а-СНОСН3 , М—ОСН3
Авторы исходили из того, что в лигнине способны метилироваться три типа структурных элементов, содержащих карбоксильные, а-карбо-нильные. и М-группы (бензиловые спирты и эфиры, кетолы, меркаптаны и остатки кониферилового спирта).
При метилировании крафт-лигнина (Л) СН3ОН+НС1 в него вступают 0,22 новых ОСН3-групп (все величины даются в расчете на структурное
178
звено лигнина С6—С3). При обработке крафт-лигнина диазометаном в диоксане этерифицируется большинство кислых групп (фенолы, енолы, СООН-группы). При метилировании обработанного диазометаном крафт-лигнина (ДЛ) СН3ОН+НС1 количество ОСН3-групп увеличивается на 0,06. Эти результаты свидетельствуют о том, что крафт-лигнин содержит 0,16 групп, которые реакционноспособны в обоих видах метилирования. К этим группам относятся СООН-группы и, возможно, енольные ОН-группы. Количество же М-групп составляет в крафт-лигнине всего 0,06 (по сравнению с ~0,5 в ЛМР).
При восстановлении ДЛ в слабощелочной среде боргидридом натрия или в диоксановом растворе алюмогидридом лития часть ОСН3-групп теряется. При восстановлении боргидридом первоначально этерифици-рованные карбоксильные группы (СООСН3) могут омылиться. При восстановлении алюмогидридом СООСН3-группы восстанавливаются до СН2ОН-группы. Потеря ОСН3-групп соответствует количеству СООН-групп: 0,14 в первом случае и 0,17 во втором. Эти величины хорошо согласуются с величиной 0,16, полученной в рассмотренных выше экспериментах по метилированию. Кроме того, при обработке ДЛ как боргидридом натрия, так и алюмогидридом лития происходит восстановление «-карбонильных групп до вторичных спиртовых групп, способных метилироваться смесью СН3ОН+НС1.
Таким образом, различия, наблюдаемые при восстановлении ДЛ боргидридом натрия и алюмогидридом лития, обусловлены исключительно карбоксильными группами, поскольку другие способные к восстановлению группы (карбонильные и М-группы) восстанавливаются этими реагентами одинаково. В зависимости от типа (ароматическая или алифатическая) СООН-группы ее восстановление будет по-разному влиять на способность к последующему метилированию. При восстановлении ароматически связанной СООН-группы образуется бензилспиртовый гидроксил, способный метилироваться СН3ОН-|-НС1. В случае алифатической СООН-группы образующаяся при ее восстановлении СН2ОН-группа не способна метилироваться СН3ОН+НС1. Исследуя растворимые в эфире препараты крафт-лигнина, Мартон и Адлер пришли к заключению, что они содержат скорее алифатические, чем ароматические СООН-группы.
Соколова [173], использовав метод Мартона и Адлера для исследования щелочного сульфатного лигнина, установила, что алифатические и ароматические СООН-группы присутствуют в нем в равном соотношении. Для установления характера карбоксильных групп щелочных лигнинов Штрейс и Никитин [173а] использовали метод дифференциальной УФ-спектроскопии. На основании полученных результатов авторы пришли к заключению, что карбоксильные группы щелочных лигнинов имеют исключительно алифатическую природу.
Как показано выше, методы количественного определения карбоксильных групп в достаточной степени разработаны. Однако при анализе смесей ароматических кислот, близких по своей структуре, или при дифференцированном определении карбоксильных групп, различно расположенных относительно других функциональных групп в высокомолекулярных соединениях, возникают значительные трудности. Для решения указанной задачи может быть использована реакция декарбоксилирования. На ее основе разработаны методы анализа легко декарбоксилируемых уроновых кислот [174—176], легко декарбоксилируемых кислот при анализе почвы [177]. Ароматические кислоты определяют декарбоксилированием в среде хинолина в присутствии катализаторов [178, 179].
Согласно литературным данным [180—184], способность СООН-групп к декарбоксилированию неодинакова у различных карбоновых кислот, причем сравнительно легко декарбоксилируются кислоты, в молекулах которых имеются электрофильные группы, в результате чего ослабляется связь между СООН-группой и атомом углерода [185]. Яуиземс,
12*
179
Сергеева и Можейко [186] исследовали способность к декарбоксилированию некоторых производных коричной кислоты, а также ряда окси-бензойных кислот. В качестве декарбоксилирующей среды использованы растворы электрофильных соединений, а именно Н3РО4 и НС1 разных концентраций, что позволяло варьировать температуру реакции. В ряде опытов, где была необходима более высокая температура, декарбоксилирующей средой служил 20 М раствор ZnCl2. Кроме того, декарбоксилирование проводили в нейтральных средах: (тетралин и вода). Для количественного определения выделившегося во время реакции СО2 использовали его поглощение Ва(ОН)3. Изучение реакции декарбоксилирования, а также титрование Ва(ОН)2 проводили с помощью установки высокочастотного титрования.
Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что метод декарбоксилирования применим для определения содержания карбоксильных групп в оксибензойных кислотах, в коричной кислоте и в некоторых ее производных, а также для дифференцированного анализа смесей близких по структуре кислот. Установлено также, что применение высокочастотной кондуктометрии при изучении реакции декарбоксилирования дает возможность устанавливать оптимальные условия реакции (продолжительность, концентрация декарбоксилирующего агента и т. д.) для любой кислоты. Позднее Яунземс, Можейко и Сергеева [123] применили метод декарбоксилирования в сочетании с высокочастотным титрованием для дифференцированного определения карбоксильных групп различного характера в некоторых препаратах лигнина; в осиновом гидро-тропном лигнине, еловом сернокислотном лигнине, сернокислотных негидролизуемых остатках торфа, а также в хлор- и нитропроизводных гидро-тропного и сернокислотного лигнинов. Кроме того, Можейко и сотр. [123а] предложили метод одновременного определения карбоксильных и сульфогрупп в ЛСК и их производных. Этот метод заключается в обработке препарата Н3РО4 (уд. веса 1,72) при температуре 170° С и НС1 (уд. веса 1,093) при температуре 120° С с последующим количественным анализом газов, образующихся в результате декарбоксилирования СООН-групп и расщепления сульфогрупп (СО2 и SO2).
VI.1.3. Карбонильные группы
Со времени обнаружения Класоном [187] карбонильных групп в ЛСК предпринимались неоднократные попытки количественного определения СО-групп в различных препаратах лигнина. Результаты, полученные в ходе этих экспериментов, значительно колебались в зависимости от выбора препарата и метода определения [188, 189]. Лишь в конце 50-х— начале 60-х годов исследованиями шведской школы химиков в этот вопрос была внесена известная ясность.
В настоящее время из многочисленных методов, используемых в органической химии для количественного анализа карбонилсодержащих соединений [190—192], наибольшее распространение в химии лигнина нашли метод оксимирования и метод восстановления боргидридом натрия.
Классический в органической химии метод оксимирования, впервые примененный для количественного определения карбонильных групп в лигнине Фрёйденбергом и Планкенхорном [82], заключается во взаимодействии лигнина с солянокислым гидроксиламином в кислой среде. В результате этого взаимодействия образуются оксим и эквивалентное количества хлористого водорода, которое оттитровывают NaOH. Определение конечной точки титрования можно проводить как потенциометрически [193], так и с применением высокочастотной кондуктометрии [110]. Указанная методика в своей традиционной форме применялась многими исследователями для определения количества СО-групп в различных препаратах лигнина [194—1961.
180
Позднее Богомолов, Пальмова и Гельфанд [197] использовали для количественного определения СО-групп в щелочных лигнинах модификацию предложенного Климовой и Забродиной [198] метода оксимирования солянокислым гидроксиламином в присутствии органического основания— триэтаноламина. По мнению авторов, преимуществом использованного метода перед другими методами количественного определения СО-групп являются большая скорость и точность определения, высокая воспроизводимость результатов и простота в исполнении. Соколова и Семакова [199] проводили оксимирование в ДМСО в присутствии триэтаноламина.
Для определения СО-групп в препаратах лигнина использовалась также реакция с замещенными гидразина, которая широко применяется для количественного анализа и идентификации различных кетонов и альдегидов и подробно описана в литературе [190—192]. В частности, Экман и Энквист [169] применили для этой цели солянокислый 2,4-динитро-фенилгидразин с последующим определением азота в полученных продуктах.
В настоящее время для количественного определения карбонильных групп в препаратах лигнина широкое распространение получил метод селективного восстановления СО-групп боргидридом натрия. Волюметрический боргидридный метод разработан Линдбергом и сотр. [200—202] для количественного определения карбонильных групп в углеводах. Согласно этому методу, анализируемый препарат восстанавливают щелочным раствором боргидрида натрия или калия В конце определения неизрасходованный боргидрид разлагают серной кислотой и определяют разницу между общим количеством водорода, полученным аналогичным образом в холостом опыте, и количеством водорода, найденным в ходе определения. Эта разница соответствует количеству восстановленных карбонильных групп в исследуемом препарате. Боргидридный метод впервые применен для исследования лигнина Гирером и Зодербергом [203]. В настоящее время разработан также микрометод определения СО-групп по боргидридному методу с использованием навески лигнина 8-15 мг [22].
Поскольку рассмотренные выше методы дали различные величины СО-групп в препаратах лигнина (для ЛМР 0,18—0,21 СО/ОСН3 по гидроксиламинному [203а, 204] и 0,41—0,44 СО/ОСН3 по боргидридному методу [203]; для нативного лигнина — 0,12 [60] и 0,48 [203] СО/ОСН3 соответственно), было предпринято их более тщательное исследование с привлечением различных типов модельных соединений.
Гирер и Зодерберг [203] исследовали оксимирование различных модельных соединений и показали, что в то время как производные гва-яцил- и вератрилпропана, содержащие карбонильную группу в р- или у-положениях боковой цепи, реагируют с солянокислым гидроксиламином исключительно легко, соединения, содержащие карбонильную группу в a-положении боковой цепи, оксимируются очень медленно. Так, было найдено, что кетон ХШ при реакции с NH2OH -НС1 в течение 5 час при комнатной температуре образует только 3% оксима.
Н2СОН I /=
НС-О-/___
ср° осн3 ^JI—och3
I осн3
XIII
181
4
Реакционная способность а-карбонильных групп в значительной степени зависит от заместителей в [3-положении: скорость оксимирования уменьшается при изменении [3-заместителя в следующей последовательности: метиленовая группа [> оксиметиленовая группа [> ароксиметиле-новая или арилметиленовая группировка. Особенно медленно реагируют а-карбонильные группы в соединениях, содержащих помимо ароксил-или арильных групп в [3-положении также гидроксильную группу в у-положении. В то же время скорость оксимирования не зависит от того, свободна или замещена фенольная ОН-группа в n-положении к боковой цепи. Аналогичные результаты получены Адлером и Мартоном [204].
Результаты проведенного исследования позволили Гиреру и Зодер-бергу заключить, что метод оксимирования дает заниженные результаты за счет того, что 1) реакция карбонильных групп лигнина с солянокислым гидроксиламином протекает неполностью либо 2) некоторая часть карбонильных групп лигнина находится в «замаскированной» форме, т. е. в виде полуацеталей, которые не реагируют с гидроксиламином.
Что касается первой возможности, то проведенное Мартоном, Адлером и Перссоном [79] оксимирование ЛМР в течение 500 час (за это время большая часть модельных арил-а-кетонов реагировала нацело, а особенно трудно реагирующий кетон XIII превращался в оксим на 60%) показало наличие в нем 0,20 СО/ОСНа. Поскольку, как будет показано ниже, суммарное количество арил-а-кетонных структур в ЛМР составляет только 0,06—0,07 на одну ОСН3-группу, наблюдаемое медленное оксимирование этих структурных элементов не может оказать столь заметного эффекта на суммарное количество СО-групп в лигнине, определяемое гидроксиламинным методом.
Что касается второй возможности, то следует отметить, что обработка лигнина СН3ОН-]-НС1 при комнатной температуре должна метилировать полуацетальные группировки, делая их устойчивыми к действию бор-гидрида натрия. Однако предварительное метилирование ЛМР СН3ОН + +НС1 не уменьшило количества карбонильных групп, определяемое боргидридным методом [79, 203]. Кроме того, проведенное Мартоном, Адлером и Перссоном [79] исследование изменения количества гидроксильных групп, имеющего место при боргидридном восстановлении ЛМР, показало, что восстановленный лигнин приобретает 0,20 ОН/ОСН3, что соответствует наличию 0,20 СО/ОСН3 в исходном ЛМР. В случае же наличия полуацетальных группировок их восстановление привело бы к образованию дополнительного количества ОН-групп.
Следует далее отметить, что, поскольку количество конъюгированных карбонильных групп (сумма арил-а-кетогрупп и кониферилальдегидных группировок) может быть с достаточной точностью определено спектральными методами (как будет показано ниже, эти группы составляют ~0,1 СО/ОСН3), разница между величинами, определенными гидроксиламинным и боргидридным методами, должна относиться к несопряженным [3-кетогруппам (ЛМР содержит ~0,1 этих групп на ОСН3 по гидроксиламинному методу и —0,3 на ОСН3 по боргидридному методу). Однако наличие столь значительного количества (0,3) [3-кетогрупп исключается слабостью абсорбции лигнина в области 1725—1710 см-1 [79]. Кроме того, Мартону, Адлеру и Перссону [79] удалось получить ИК-спектр, очень близкий к ИК-спектру исходного ЛМР, путем добавления к восстановленному боргидридом натрия и, следовательдо, не содержащему СО-групп ЛМР различных карбонилсодержащих модельных соединений кониферил-альдегидного (0,033 моля), а-кетонного (0,07 моля) и [3-кетонного (0,11 моля на ОСН3) типа (всего 0,21 СО/ОСН3). В том случае, когда количество добавленных [3-кетонных соединений увеличивали до 0,30 моля (что соответствует найденному Гирером и Зодербергом суммарному содержанию 0,40 СО/ОСНд в ЛМР), наблюдалась гораздо более сильная абсорбция в области 1725—1710 сл-1 по сравнению с исходным ЛМР.
182
Гирер и Зодерберг [203] исследовали боргидридное восстановление различных модельных соединений лигнина. Авторами показано, что в условиях, используемых для количественного определения СО-групп, легко восстанавливаются все карбонильные группы. Исключение составляют а-карбонильные соединения со свободной фенольной ОН-группой в re-положении, для восстановления которых требуется более продолжительная обработка боргидридом натрия. Кроме того, взаимодействию с боргидридом были подвергнуты потенциально способные восстанавливаться модельные соединения, не содержавшие карбонильных групп, а именно; соединения с двойной связью, конъюгированной с ароматическим ядром; соединения с бензилалкильной эфирной связью; соединения со сложно-эфирной связью; соединения с лактонной группой, и наконец, соединения со свободной гидроксильной группой. Из указанных соединений лишь сложные эфиры и лактоны частично восстанавливались в условиях бор-гидридного определения СО-групп. Поскольку авторами показано, что таких структурных элементов в лигнине или нет совсем,или их ничтожно мало, потребление водорода при боргидридном восстановлении обусловлено исключительно СО-группами. На основании этого Гирер и Зодерберг [203] пришли к заключению, что боргидридный метод позволяет определить истинное количество карбонильных групп в лигнине.
Мартон, Адлер и Перссон [79] провели исследование боргидридного восстановления ЛМР и показали, что при перемешивании реакционной смеси с помощью магнитной мешалки во время восстановления получают более высокое содержание карбонилов (-^0,55 СО/ОСН3). Более того, в тех же условиях предварительно восстановленный боргидридом натрия ЛМР показал значительное потребление боргидрида, соответствующее 0,26 СО/ОСН3. Однако, проводя боргидридное восстановление ЛМР в атмосфере водорода или азота, авторы получили значительно более низкие расходы боргидрида, соответствующие 0,27—0.29 СО/ОСН3. Разница объясняется окислением лигнина кислородом в экспериментах, проводимых в присутствии воздуха. Этот процесс катализируется следами тяжелых металлов, наличие которых показано в ЛМР. Величину 0,27—0,29 СО/ОСН3 следует скорректировать на 0,04—0,08 СО/ОСН3 (за счет неполного удаления воздуха из аппаратуры) и на 0,04 СО/ОСН3 (за счет катализируемой следами тяжелых металлов гидрогенизации этиленовых связей в боковых цепях кониферилспиртовых структурных элементов лигнина). Получаемая в результате величина (~0,2 GO/OGHg) соответствует количеству СО-групп, определенному в ЛМР методом оксимирования. Следовательно, обнаруженное ранее несоответствие в результатах гидроксиламинного и боргидридного методов являлось следствием экспериментальных недочетов последнего.
Обобщая исследования по боргидридному методу, можно отметить, что этот метод является селективным, т. е. восстанавливаются только карбонильные группы, не затрагивая карбоксильных. Это обстоятельство позволяет определять данным методом СО-группы в кетокислотах. При работе с азотсодержащими производными лигнина также важно, что азотсодержащие группы в данных условиях не восстанавливаются. По данным Терентьева и Новиковой [205], различная скорость восстановления альдегидов и кетонов делает возможным применение метода для анализа их смесей, однако для лигнина возможность такой дифференциации не проверена.
Таким образом, при определении содержания СО-групп боргидридным методом анализ необходимо проводить в среде инертного газа, при перемешивании. Кроме того, следует учитывать рекомендации Пена и По-нурова [206], которые для предотвращения ошибок, связанных с применением летучего растворителя, предложили: а) измерение объемов газа производить только после установления равновесия между жидкой и газовой фазами в реакционном сосуде; б) все определения производить
183
при одной и той же температуре среды, тщательно выдерживая продолжительность всех операций. Количество СО-групп в еловом ЛМР, определенное по усовершенствованной авторами методике, оказалось равным 0,23 СО/ОСН3.
В конечном счете при оценке результатов необходимо также учитывать стерические затруднения в макромолекуле лигнина, которые, несомненно, влияют на результат анализа. Как показали Сергеева и Цыпкина [207], на результаты определения содержания СО-групп в лигнине большое влияние оказывают морфологические факторы полимера. Авторы установили, что после восстановления лигнина боргидридом натрия остается значительное количество карбонилов, реагирующих с раствором Фелинга, и, наоборот, окисление раствором Фелинга не затрагивает большого числа карбонилов, восстанавливающихся боргидридом натрия. Поэтому авторы считают, что содержание карбонильных групп в лигнине в действительности намного больше приводимых в литературе величин и для их надежного определения требуется разработка новых методов.
Значительный интерес с точки зрения строения лигнина представляет дифференцированное определение различных типов карбонильных групп в ЛМР, выделенном из еловой древесины. В ИК-спектре ЛМР обнаруживаются две группы полос, характерных для карбонильных групп. Более низкочастотная полоса (1690—1660 см-1) приписывается конъюгированным альдегидным группировкам (кониферилальдегидные группы) в звеньях лигнина со свободной и этерифицированной фенольной ОН-группой в н-положении (а, Ь), а также арилкетонам (а-кетогруппы) (с, d); более высокочастотная полоса (1725—1710 см-1) относится к несопряженным кетогруппам ((З-кетогруппы) (е) [204, 208, 209]. Нельзя, безусловно, отвергать также наличие неконъюгированных альдегидных групп, поглощающих при 1740—1720 см-1, однако абсорбция ЛМР в этой области незначительна [204]. В спектре восстановленного боргидридом натрия ЛМР отсутствует низкочастотная группа полос. Интенсивность коротковолновых полос слабая, остаточная абсорбция (1725—1700 см-1), возможно, относится к следам карбоксильных групп [160].
Для качественного и количественного определения указанных типов карбонильных групп Адлер и Мартон использовали ряд методов [204].
0,2 СО/ОСН3
Как установлено [195, 209а—211], кониферилальдегидные группы лигнина (а-\-Ь) обусловливают ряд характерных цветных реакций, в частности окрашивание с флороглюцин-|-НС1, а также с ароматическими аминами. Адлер и Гирер [203а] провели колориметрическое сравнение елового ЛМР, окрашенного тг-аминобензойной кислотой, и аналогичных продуктов ее взаимодействия с конифериловым альдегидом или его эфи
1S4
рами и таким образом установили, что одна кониферилальдегидная группировка приходится на 35 фенилпропановых единиц лигнина (0,03 групп а-\-Ь на ОСНа).
Помимо этого метода для дифференцированного определения различных типов карбонильных групп в лигнине использовали различие в скорости боргидридного восстановления карбонилсодержащих соединений со свободной и этерифицированной фенольной ОН-группой [212]. Однако основная информация получена Адлером и Мартоном [204] в результате применения Де-метода Аулин-Эрдтман [147] к восстановленному боргидридом натрия ЛМР (см. параграф IV.2.2).
Рис. VI.1. Дег-кривые ЛМР (—) и некоторых модельных соединений (— — —)
А — время восстановления
50 лит, В — время восстановления 46 чае.. Концентрация: для XIV — 0,03 молъ/л\ для XV — 0,005 молъ/л и для XVI — 0,05 моль/л [75]. Сумма значений Де всех трех модельных кривых дает величины, полученные Адлером и Мартоном [204] для ЛМР
В длинноволновой области УФ-абсорбция восстановленного боргидридом натрия ЛМР заметно уменьшается по сравнению с исходным ЛМР, что указывает на потерю конъюгированных карбонильных хромофоров. На основании данных, полученных вычитанием значений е восстановленного боргидридом натрия ЛМР в 0,03А растворе NaOH из соответствующих значений е исходного ЛМР в ОДА растворе NaOH, построены ионизационные Де-кривые боргидридного восстановления (Дег-кривые).
Указанный метод позволил дифференцировать конъюгированные кар-бопилсоде'ржащие системы (а—d). Более того, наблюдаемые спектральные изменения, представленные в виде Де-кривой восстановленного ЛМР, по мнению авторов, позволяют провести качественную и количественную оценки различных типов конъюгированных карбонильных групп в ЛМР. Интерпретация сложной Де-кривой восстановленного ЛМР проведена
I сн
"У^ОСНз ОСН(СН3)2
XIV
XVI: R = СН3
авторами на основании исследования Де-кривых различных карбонилсодержащих модельных соединений, восстановленных боргидридом натрия (рис. VI. 1). Так, кониферилальдегидные группы со свободным фенольным гидроксилом при их восстановлении вызывают сравнительно большое уменьшение экстинкции в области ~400 нм, где абсорбция кониферилаль-дегидного аниона имеет свой максимум. Однако, так как величина Дег в этой области очень незначительна, то, следовательно, количество фенольных кониферилальдегидных групп в лигнине невелико. «Плечо» при ~340—350 нм приписывается нефенольным кониферилальдегидным;
185
группировкам, в то время как максимум при ~320 нм и коротковолновое «плечо» отнесены к а-кетогруппам нефенольных арилкетонных группировок.
Согласно представлениям Адлера и Мартона [204], в фенольных звеньях лигнина содержится <Z 0,01 альдегидных групп в кониферилаль-дегидных остатках (а) и 0,005—0,01 а-кетогрупп (с); нефенольные звенья лигнина содержат 0,03 кониферилальдегидных групп (Ь) и 0,05—0,06 а-кетогрупп (d). В общей сложности это составляет 0,09—0,11 конъюгированных карбонильных групп на ОСН3, или приблизительно половину общего количества карбонильных групп, определяемых в ЛМР (—0,2 СО/ОСН3). Поскольку Адлером и Мартоном [204] показано, что (3-карбонильные группы в фенольных звеньях лигнина не содержатся в сколько-нибудь заметном количестве, а наличие неконъюгированных альдегидных групп, как отмечалось выше на основании данных ИК-спектроскопии, мало вероятно, другая половина карбонильных групп должна находиться в основном в [3-положении нефенольных звеньев лигнина (е).
Адлер и Мартон [213] провели обширное исследование каталитической гидрогенизации модельных соединений, содержащих арилкарбинольные, арилкарбинолэфирные, этиленовые и карбонильные группы, т. е. потенциально способные к восстановлению функции, присутствующие в лигнине. Большинство экспериментов по гидрированию проводилось в 93 %-ной уксусной кислоте с катализатором PdCl2—BaSO4 при комнатной температуре. В некоторых экспериментах для восстановления использовались щелочной, раствор и никель-боридный катализатор. В результате прове-ийсжщтн'йя. установлены скорости реакции водорода с модельными соединениями, содержащими различные типы способных к восстановлению функций. Одновременно Мартон и Адлер [76] провели гидрогенизацию ЛМР в тех же условиях, полагая, что относительный порядок реакционной способности различных структур в лигнине будет аналогичен величинам, которые наблюдались в низкомолекулярных модельных соединениях, и в силу этого исследование гидрогенизации лигнина даст информацию о распространении и относительном количестве этих структурных элементов.
Сравнение Ае-кривых ЛМР, гидрированного в мягких условиях над PdCl2—BaSO4, с соответствующими Ае-кривыми различных модельных соединений позволило провести количественную оценку различных типов карбонильных групп в ЛМР (ДеА-метод). Величины, полученные Дег- и ДеА-методами, оказались аналогичными.
Следует отметить, что рассмотренные выше методы, использованные для количественной оценки различных типов карбонильных групп в лигнине, нельзя признать достаточно строгими. Однако, поскольку в настоящее время химия лигнина не располагает более точными методами количественного дифференцирования карбонильных групп в лигнине, указанные величины следует рассматривать в качестве приблизительной оценки различных карбонилсодержащих структур в его макромолекуле.
Многие исследователи [16, 214, 215] полагали, что карбонильные группы, присутствующие в лигнине, способны к енолизации. Обычно енольная форма неустойчива и равновесие практически целиком сдвинуто в сторону кето-формы. Харрис и сотр. [34] на основании опытов по метилированию и хлорированию елового сернокислотного лигнина, а также природного лигнина ели пришли к заключению, что в древесине связанные с лигнином углеводы стабилизируют его енольную форму, поэтому лигнин в древесине является более ненасыщенным по сравнению с изолированным лигнином, существующим в основном в виде кето-формы. Никитин [216— 218] полагал, что кето-енольная таутомерия объясняет многие химические свойства лигнина (взаимодействие лигнина с разбавленными растворами щелочей в атмосфере азота при температурах до 100° С; различие в погло
186
щении водорода лигнином, обработанным и необработанным щелочью; бромирование лигнина и т. д.). Пилипчук и сотр. [219], изучая ИК-спектры перйодатного лигнина, пришли к выводу, что длительная обработка лигнина 17V раствором щелочи на холоду вызывает значительное уменьшение интенсивности полос поглощения в области 1740—1700 см-1, но в результате последующей обработки соляной кислотой интенсивность поглощения в этой области вновь увеличивается и становится близкой к интенсивности полос в спектре исходного лигнина. Полученные результаты авторы рассматривали как подтверждение наличия кето-енольной таутомерии в лигнине.
По мнению Харкина [220], с точки зрения современной теории биогенеза лигнина трудно представить механизм образования неконъюгирован-ных р-кетогрупп. Кроме того, наличие р-кетогрупп конкурирующе уменьшает возможность образования p-арилалкилэфирных связей, являющихся наиболее широко представленным типом связи между структурными звеньями в лигнине. В связи с этим автор указывает на возможность существования в лигнине о-хинонметидных структур, на которые приходится часть общего содержания карбонильных групп ЛМР.
Хинонные карбонилы впервые были введены в одну из последних формул Фрёйдепберга [221] (стр. 149). Согласно представлениям автора, их образование в лигнине можно представить следующим образом. В процессе лигнификации в результате присоединения фенолов к п-хинонмети-дам образуются лабильные и-окси- и n-алкоксибензилариловые эфиры. Гидролиз этих эфиров, протекающий медленно in situ или быстро при обработке кислотами или щелочами (например, во время варки древесины), обычно сопровождается конденсацией, приводящей к производным оксиди-фенилметана (XVII). Образованные таким образом оксидифенилметановые структуры могут легко дегидрироваться либо ферментами (в процессе лигнификации in situ), либо окисляющими агентами (во время варки или отбелки целлюлоз), давая стабильные о-хинонметиды (XVIII). Указанные превращения были исследованы на модельных соединениях Харки-ным [220].
XVII	XVIII
Фрёйденберг полагает, что чрезвычайно реакционноспособные хинонт ные группы могут существовать в лигнине Потому, что в компактной, малоподвижной молекуле лигнина они труднее подвергаются полимеризацион-ным и прочим превращениям, чем в низкомолекулярных соединениях.
По мнению Харкина [220], карбонильные группы в о-хинонметидных структурах могут быть ответственны за различие в количестве карбонильных групп, определяемых в лигнине боргидридным и гидроксиламинным методами. Так, боргидридный метод дает несколько завышенные величины за счет гидролиза в условиях определения (щелочная среда) и-окси- и n-алкоксибензиларилэфирных структур в лигнине. Этот гидролиз сопро
187
вождается конденсацией до оксидифенилметановых структур, в свою очередь дегидрирующихся до стабильных о-хинонметидов. С другой стороны,, о-хинонметиды быстро присоединяют HCI при pH 4, т. е. в условиях определения гидроксиламинным методом. В связи с этим гидроксиламинный метод дает несколько заниженные результаты. Харкин [220], используя кратковременное повышение pH реакционной смеси за счет присоединения НС1 к хинонметидам, определил, что содержание стабильных хинонметид-ных групп на звено Св—С3 составляет — 0,03 моля.
Экспериментальные доказательства наличия хинонных структур в энзиматически выделенном лигнине ели привели Чудаков и Самсонова [222]» используя окислительные свойства хинонных карбонилов и метод ИК-спектроскопии. Авторы использовали предложенный Щукиной и Шемякиным [223J метод количественного определения хинонов для оценки окислительных свойств препаратов лигнина (окислительный эквивалент). Согласно этой методике препарат лигнина в ледяной уксусной кислоте в в токе азота кипятят в течение 45 мин с иодистым калием и оттитровывают выделившийся 12раствором тиосульфата. Согласно данным авторов, энзиматически выделенный лигнин ели обладает сравнительно высокими окислительными свойствами (окислительный эквивалент равен 2,85%).
Присутствие хинонных карбонилов в остаточных лигнинах сульфатных и натронных целлюлоз установлено Чиркиным и Тищенко [224, 225]. Согласно данным авторов, одна о-хинонная группа приходится соответственно в лигнине из сульфатной целлюлозы на 4,8—6,1 и в лигнине из натронной целлюлозы на 5,5—6,5 фенилпропановых единиц с мол. весом 180.
Хинонные карбонилы лигнина, как показали Пальмова и Богомолов [226, 227], могут быть рассчитаны также на основании результатов, селективного восстановления исследуемых препаратов гидросульфитом натрия (Na2S2O4) с последующим определением прироста общих ОН-групп или уменьшения содержания карбонильных групп.
Таким образом, согласно современным представлениям, х/5 всех структурных элементов лигнина содержит карбонильные группы. Однако -вопрос точного дифференцированного определения карбонильных групп в препаратах лигнина до сих пор нельзя считать решенным, несмотря на рассмотренные выше многочисленные работы в этом направлении. Также весьма слабо изучено участие этих реакционноспособных групп в различных превращениях лигнина.
VI.2. Методы, используемые
для установления строения лигнина
VI.2.1. Окисление
Окисление лигнина проводили в кислых, нейтральных и щелочных средах с использованием разнообразных окислительных агентов. Не вдаваясь в подробности многочисленных работ в указанном направлении, можно заключить, что в целом при окислении лигнина в кислых и нейтральных средах образуются продукты его глубокого распада — главным образом различные низшие одно- и двухосновные карбоновые кислоты, в то время как при окислении в щелочных средах удается выделить продукты деструкции лигнина, сохранившие ароматические ядра. Именно эти работы представляют наибольший интерес и будут рассмотрены ниже.
Следует сказать, что окисление с использованием различных окисляющих агентов весьма широко применялось для установления строения лигнина на сравнительно ранних этапах развития химии лигнина, и как будет показано ниже, в результате проведенных экспериментов получен ряд косвенных доказательств наличия в макромолекуле лигнина некоторых типов связи и структурных элементов. В настоящее время различные окислительные процедуры имеют все же ограниченное значение среди методов,
188
используемых для установления строения лигнина. Это в первую очередь связано с тем, что при окислении получают главным образом мономерные продукты деструкции, которые дают ограниченную информацию относительно строения макромолекулы лигнина. Однако в самое последнее время были получены также димерные и даже тримерные продукты окислительного распада лигнина, что расширяет возможности методов окислительной деструкции.
В настоящем разделе из многочисленных работ по окислению лигнина рассматриваются лишь те исследования, результаты которых имеют значение для установления строения лигнина, причем основное внимание будет уделено работам, опубликованным в течение последних 20 лет. Более подробная информация о работах по окислению лигнина до 1958 г. содержится в соответствующих главах монографий Браунса [228, 229].
1. Окисление нитробензолом в щелочной среде. Метод окисления лигнина нитробензолом в щелочной среде является одним из наиболее известных и широко применяемых методов для анализа и сравнения различных препаратов лигнина. За последние тридцать лет реакция нитро-бензольного окисления широко использовалась в многочисленных исследованиях различных препаратов лигнина и ее результаты рассматривались в качестве одного из критериев для отнесения исследуемого образца к тому или иному виду лигнина и к лигнину вообще [230]. Нельзя не отметить и практической важности этого метода, используемого для получения ванилина из технических лигнинсодержащих отходов (см. обзор [231]).
Хотя метод нитробензольного окисления был известен сравнительно давно (в частности, эту обработку использовали для получения ванилина из изоэвгенола), его применение к лигнинным материалам впервые осуществлено Фрёйденбергом и его сотр. [81, 232—238]. Проведенные этими авторами исследования показали, что при обработке различных лигнинных материалов (лигносульфонаты, изолированные лигнины, древесная мука) нитробензолом в щелочной среде при температурах 160—180° С может быть получено до 25% ванилина в расчете на лигнин хвойных. Помимо ванилина, в продуктах нитробензольного окисления лигнинных материалов из хвойных древесных пород обнаружены ванилиновая кислота, 5-кар-боксиванилин и дегидродиванилин. Позднее Крейтон и Гибберт [239—242] провели нитробензольное окисление древесины лиственных пород и однолетних растений в условиях, предложенных Фрёйденбергом. Результаты этих исследований показали, что в то время как основным продуктом нитробензольного окисления голосемянных является ванилин, двудольные покрытосемянные дают смесь ванилина и сиреневого альдегида, а однодольные покрытосемянные — смесь ванилина, сиреневого альдегида и п-окси-бензальдегида. На основании этого было высказано предположение, что реакция со щелочным нитробензолом может быть использована для таксономической классификации растительных материалов.
Выводы Крейтона и Гибберта легли в основу общепринятой в настоящее время концепции о том, что лигнин строится из производных п-окси-фенилпропана с различной степенью метоксилирования ароматического ядра/ причем соотношение трех структурных элементов лигнина определяется таксономическим отнесением данного растения. В последующих исследованиях относительные выходы альдегидов при нитробензольном окислении часто рассматривались в качестве достаточного основания для оценки относительных количеств трех различных фенилпропановых компонентов лигнина. Однако этот критерий не является достаточно строгим, поскольку сиреневые, гваяциловые и м-оксифенильные звенья лигнина конденсированы в различной степени, что, несомненно, влияет на выход соответствующих альдегидов при нитробензольном окислении.
В ранних исследованиях по нитробензольному окислению лигнина использовались классические методы анализа продуктов реакции, основанные на различной растворимости или образовании производных. Разработка
189
более совершенных методов анализа, в частности распределительной хроматографии, значительно увеличила количество идентифицированных продуктов нитробензольного окисления лигнина. Для идентификации использовали колоночную [243—246], бумажную [243, 247—255], тонкослойную [254, 256, 257] и газожидкостную [258—266] хроматографию, а также разделение на ионнообменных смолах [267].
Из упомянутых работ следует более подробно остановиться на исследованиях Леопольда [243, 250, 268—276] по нитробензольному окислению различных препаратов лигнина и его модельных соединений. Эти работы, явились фундаментальной основой исследования технических и экономических возможностей применения нитробензольного окисления лигни-фицированных материалов для промышленного производства ванилина [277]. С другой стороны, как будет показано ниже, результаты проведенных исследований имели определенное значение для установления строения лигнина.
При окислении древесины норвежской ели нитробензолом и щелочью, помимо ванилина, дегидродиванилина, ванилиновой кислоты, 5-карбокси-ванилина, дегидродиванилиновой кислоты, ацетогваякона, щавелевой кислоты и н-оксиазобензола, изолированных ранее другими исследователями, Леопольду [243] удалось идентифицировать на бумажных хроматограммах или выделить следующие соединения: сиреневый альдегид, n-оксибензальдегид, 5-формилванилин, сиреневую, п-оксибензойную, 5-формилванилиновую и фумаровую кислоты. Выходы указанных продуктов приведены в табл. VI.1.
Таблица VI.1 Выходы продуктов нитробензольного окисления древесины норвежской ели [243]
Соединение
Выход, % от лигнина
Соединение
Выход, % от лигнина
Ванилин п-0ксибензальдегид Сиреневый альдегид 5-Формилванилин Дегидродиванилин Ванилиновая кислота n-Оксибензойная кислота *
27,5 0,25 0,06 0,23 0,80 4,8
Сиреневая кислота 5-Формилванилиновая кислота
5-Карбоксиванилин
Дегидродиванилиновая кислота
Гваякол
Ацетогваякон
0,02 0,1
1,2
0,03
0,05
* Обнаружена только в 2-х опытах.
Рассмотренное исследование наряду с работой Бленда и сотр. [248] явилось первым указанием на то, что в состав лигнина хвойных в небольших количествах входят n-оксифенильные и сиреневые структурные элементы. Этот вывод подтвержден результатами исследования продуктов нитробензольного окисления 27 хвойных древесных пород, относящихся к различным семействам [2501.
Бринк и сотр. [262, 263] с помощью газожидкостной хроматографии впервые показали наличие в продуктах нитробензольного окисления древесины белой пихты бензолполикарбоновых кислот (ди-, три-, тетра- и гекса-), которые ранее обнаруживались лишь среди продуктов окисления лигнина кислородом в щелочной среде [278—280]. Выходы бензолполикарбоновых кислот при нитробензольном окислении уменьшаются по мере увеличения количества карбоксильных групп в их ароматических ядрах. Полученные результаты, однако, не позволяют сделать вывод о том, присутствуют ли предшественники бензолполикарбоновых кислот в исходном лигнине или же образуются в результате вторичной конденсации.
Кас и Нельсон [255] подвергли нитробензольному окислению щелочной и диоксан-лигнины из кукурузы, а также лигнин in situ. С помощью бу-190
мажной хроматографии в продуктах окисления обнаружены сиреневый альдегид, ванилин и n-оксибензальдегид, а также м-оксикоричная (и-ку-маровая), феруловая, сиреневая, ванилиновая и и-оксибензойная кислоты. Симбалук и Нойдорффер [265] использовали метод нитробензольного окисления для исследования изменений, происходящих в лигнине в результате нагревания и энзиматического воздействия. В качестве исходных материалов выбраны изолированный (крафт-) и природный лигнины кукурузы. В продуктах окисления, которые количественно определяли методом газожидкостной хроматографии, обнаружены и-оксибензальдегид, ванилин, сиреневый альдегид, и-кумаровая, феруловая и в меньших количествах сиреневая, кофейная, zi-оксибензойная и ванилиновая кислоты. Рассмотренные результаты явились первым указанием на наличие в продуктах нитробензольного окисления лигнина Со—С3-соединений.
Бринк и сотр. [266] предложили усовершенствованную методику анализа продуктов нитробензольного окисления древесины белой пихты. Согласно этой методике, продукты реакции после метилирования диметилсульфатом при pH 10—11 разделяли на вещества, содержащие и не содержащие карбоксильных групп, освобождали их экстракцией раствором бисульфита от карбонилсодержащих примесей, метилировали фракцию карбоксилсодержащих продуктов диазометаном и анализировали полученные фракции методом газожидкостной хроматографии. В продуктах нитробензольного окисления помимо ранее идентифицированных соединений обнаружены дигидроконифериловый спирт, ванилиловый спирт, 5-окси-метилванилин и ванилоилмуравьиная кислота.
В заключение следует отметить, что в 1951 г. Стоун и Бланделл [249] предложили метод быстрого микроопределения альдегидов, образующихся при нитробензольном окислении лигнифицированных материалов. Согласно этому методу, нитробензольное окисление проводят в микробомбе емкостью —2 мл, после чего точно измеренную аликвотную часть реакционной смеси хроматографируют на бумаге. Пятна, соответствующие альдегидам, экстрагируют этанолом, раствор подщелачивают КОН и определяют спектрофотометрически согласно методу Лемона [281].
Следует отметить некоторые модификации метода Стоуна и Бланделла. Так, для разделения продуктов нитробензольного окисления лигнина Рил [257] предложил использовать не бумажную, а тонкослойную хроматографию. Пеппер [282] проводил экстракцию эфиром для удаления избытка нитробензола и продуктов его восстановления. После последующего подкисления и повторной экстракции эфиром для удаления определяемых продуктов окисления лигнина в результате обмена растворителя на этанол получают спиртовый раствор, из которого отбирается аликвотная часть для дальнейшего хроматографического разделения.
Пен [283] предложил микрометод определения ванилина в продуктах нитробензольного окисления лигнифицированных материалов, который отделяют бумажной хроматографией, элюируют этанолом и количественно определяют спектрофотометрически в виде 2,4-динитрофенилгидразона. Ривилл и Шреве [284] предложили микрометод определения ацетогвая-кона в продуктах щелочного окисления лигнина. Согласно этому методу, продукты окисления хроматографируют на бумаге, вырезают зону, соответствующую ацетогваякону, выщелачивают последний фосфатным буфером и определяют количественно на основании измерений оптической плотности при 400; 360; 337,5; 320 и 275 нм.
Сенько и Резников [285] предложили микрометод совместного определения ванилина и ванилиновой кислоты в продуктах нитробензольного окисления. Для выделения обоих компонентов из реакционной смеси использовали ступенчатую бумажную хроматографию с применением двух систем растворителей. Затем ванилин и ванилиновую кислоту элюировали этанолом из соответствующих зон хроматограммы и количественно определяли спектрофотометрически. Позднее Резников и сотр. [286] предло
жи
жили микрометод количественного определения ванилина, сиреневого альдегида, н-оксибензальдегида и соответствующих ароматических кислот без предварительной очистки и фракционирования реакционной смеси. Для разделения альдегидов авторами использован метод Стоуна и Бланделла, а для разделения кислот — двухступенчатая бумажная хроматография. Последующие стадии определения включают элюирование этанолом соответствующих зон на бумажных хроматограммах и количественное определение индивидуальных продуктов с помощью спектрофотометра.
Заканчивая рассмотрение работ, посвященных нитробензольному окислению лигнина, следует остановиться на значении результатов этих исследований для установления строения лигнина.
Как показано выше, результаты нитробензольного окисления явились одним из убедительных доказательств по существу ароматической природы лигнина, а также позволили сделать важные выводы относительно строения лигнинов в растениях, относящихся к различным таксономическим группам. Помимо этого, по мнению многих исследователей [268, 276, 287—291], результаты нитробензольного окисления могут быть использованы для характеристики степени конденсированности лигнина, причем количественной мерой содержания неконденсированных структурных элементов служит выход ванилина.
На основании исследования нитробензольного окисления модельных соединений лигнина Леопольд [268] пришел к выводу, что источником образования ванилина и ванилиновой кислоты являются неконденсиро-ванные гваяцилпропановые звенья: при нитробензольном окислении модальных соединений типа XIX суммарный выход ванилина и ванилиновой кислоты составлял 75—90%, а при окислении соединений типа XX 2—5% (в последнем случае наблюдается образование 5-формилванилина и 5-карбоксиванилина). Другими словами, выход ванилина при нитробензольном окислении лигнина зависит от содержания в нем звеньев типа XIX, связанных между собой лишь эфирной связью, и, следовательно, выход ванилина можно рассматривать в качестве меры относительного количества в лигнине элементов XIX и XX. Однако результаты последующих экспериментов по нитробензольному окислению модельных соединений лигнанного типа показали [269], что такой метод оценки открытых и конденсированных структур в лигнине не является достаточно надежным. Исследованные соединения давали различные количества ванилина в зависимости от расположения гидроксильной и эфирной групп в боковой цепи. Кроме того, Леопольд [270] показал, что структуры типа XXI дают значительно заниженный выход ванилина при нитробензольном окислении.
I -С—
I
£ /\/\осн3 он
^/^ОСНз
-о
XXI
Вачек и Кратцль [292—294] провели нитробензольное окисление различных модельных соединений лигнина, уделив особое внимание исследованию влияния заместителей в ароматическом ядре и боковой цепи на ход реакции, и нашли, что большинство фенилпропановых структур неконденсированного типа дает относительно большие выходы идентифицируемых продуктов окисления, особенно если боковая цепь несет несколько кислородных атомов или двойную связь.
192
Резников и Сенько [295] на основании анализа литературных данных и результатов собственных экспериментов также пришли к заключению, что на выход ванилина при нитробензольном окислении большое влияние оказывает строение боковой цепи фенилпропанового звена. Так, наибольший выход ванилина дают гваяцилпропановые структуры, имеющие бензилспиртовые (бензилэфирные) группы или а, p-ненасыщенные связи. Присутствие в боковой цепи гваяцилпропанового звена карбонильных и гидроксильных групп, находящихся не в a-положении по отношению к ароматическому ядру, приводит к снижению выхода ванилина с одновременным изменением отношения между ванилином и ванилиновой кислотой. Таким образом, уменьшение выхода ванилина может иметь место не только в результате конденсационных процессов, но и при изменении структуры боковой цепи фенилпропанового звена. На основании этого авторы пришли к выводу, что лишь суммарный выход ванилина и ванилиновой кислоты дает представление о количестве неконденсированных гваяциловых звеньев лигнина и позволяет судить о характере изменений лигнина в процессе различных обработок. О конденсационных процессах с образованием новых G—С-связей можно с уверенностью говорить только при резком снижении суммарного выхода ванилина и ванилиновой кислоты в продуктах нитробензольного окисления.
Однако несмотря на отмеченные ограничения, метод нитробензольного окисления благодаря своей сравнительной простоте до сих пор широко применяется как для характеристики растения с точки зрения таксономического отнесения, так и для получения первоначальных представлений о степени конденсированности препаратов лигнина.
Несмотря на значительное количество исследований, посвященных нитробензо лыюму окислению лигнина и его модельных соединений, в литературе почти не обсуждался вопрос о возможном механизме этой реакции. По сути дела единственный возможный механизм нитробензольного окисления лигнина, предложенный Лойчем [237] еще в 1941 г., представлен на схеме.
I	I
>1С-	НС—
I	I
/\	соон
Н,СОН ( Й	Н,СОН , [ II	Н„СОН	I
‘I I. II	I +1 || ‘I	СООН
СН2 \/\оСН, СН2 ^-^^ОСНо
I I 3 I I	||	О. л
нс------о	неон ОН	CH
I	I	I	I
4V'X°CH3	'У'^ОСНз	У^ОСНз y'NDCHg
I	J	I	о	I	J	I	Л
ОН	ОН	ОН	он
XXII	XXIII	XXIV
Согласно представлениям Лойча, эфирные связи типа XXII в молекуле лигнина гидролизуются с образованием XXIII. В результате отщепления воды от XXIII получается соединение изоэвгенольного типа XXIV, которое в результате окислительного расщепления двойной связи образует щавелевую кислоту. Образование ванилина, таким образом, предполагает наличие в лигнине группировок XXV, на долю которых, согласно данным Лойча, приходится по крайней мере 35% фенилпропановых звеньев лиг-
н3со
—О—
XXV
13 О. П. Трушников, В. В. Елкин
193
более совершенных методов анализа, в частности распределительной хроматографии, значительно увеличила количество идентифицированных продуктов нитробензольного окисления лигнина. Для идентификации использовали колоночную [243—246], бумажную [243, 247—255], тонкослойную [254, 256, 257] и газожидкостную [258—266] хроматографию, а также разделение на ионнообменных смолах [267].
Из упомянутых работ следует более подробно остановиться на исследованиях Леопольда [243, 250, 268—276] по нитробензольному окислению различных препаратов лигнина и его модельных соединений. Эти работы явились фундаментальной основой исследования технических и экономических возможностей применения нитробензольного окисления лигнифицированных материалов для промышленного производства ванилина [277]. С другой стороны, как будет показано ниже, результаты проведенных исследований имели определенное значение для установления строения лигнина.
При окислении древесины норвежской ели нитробензолом и щелочью, помимо ванилина, дегидродиванилина, ванилиновой кислоты, 5-карбокси-ванилина, дегидродиванилиновой кислоты, ацетогваякона, щавелевой кислоты и ге-оксиазобензола, изолированных ранее другими исследователями, Леопольду [243] удалось идентифицировать на бумажных хроматограммах или выделить следующие соединения: сиреневый альдегид, п-оксибензальдегид, 5-формилванилин, сиреневую, п-оксибензойную, 5-формилванилиновую и фумаровую кислоты. Выходы указанных продуктов приведены в табл. VI.1.
Таблица VI.1 Выходы продуктов нитробензольного окисления древесины норвежской ели [243]
Соединение	Выход, % от лигнина	Соединение	Выход, % от лигнина
Ванилин	27,5	Сиреневая кислота	0,02
п-0ксибензальдегид	0,25	5-Формилванилиновая	0,1
Сиреневый альдегид	0,06	кислота	
5-Формилванилин	0,23	5-Карбоксиванилин	1,2
Дегидродиванилин	0,80	Дегидродиванилиновая	0,03
Ванилиновая кислота	4,8	кислота	
n-Оксибензойная кислота *		Гваякол	—
		Ацетогваякон	0,05
* Обнаружена только в 2-х опытах.
Рассмотренное исследование наряду с работой Бленда и сотр. [248] явилось первым указанием на то, что в состав лигнина хвойных в небольших количествах входят н-оксифенильные и сиреневые структурные элементы. Этот вывод подтвержден результатами исследования продуктов нитробензольного окисления 27 хвойных древесных пород, относящихся к различным семействам [250].
Бринк и сотр. [262, 263] с помощью газожидкостной хроматографии впервые показали наличие в продуктах нитробензольного окисления древесины белой пихты бензолполикарбоновых кислот (ди-, три-, тетра- и гекса-), которые ранее обнаруживались лишь среди продуктов окисления лигнина кислородом в щелочной среде [278—280]. Выходы бензолполикарбоновых кислот при нитробензольном окислении уменьшаются по мере увеличения количества карбоксильных групп в их ароматических ядрах. Полученные результаты, однако, не позволяют сделать вывод о том, присутствуют ли предшественники бензолполикарбоновых кислот в исходном лигнине или же образуются в результате вторичной конденсации.
Кас и Нельсон [255 ] подвергли нитробензольному окислению щелочной и диоксан-лигнины из кукурузы, а также лигнин in situ. С помощью бу-190
мажной хроматографии в продуктах окисления обнаружены сиреневый альдегид, ванилин и п-оксибензальдегид, а также n-оксикоричная (п-ку-маровая), феруловая, сиреневая, ванилиновая и n-оксибензойная кислоты. Симбалук и Нойдорффер [265] использовали метод нитробензольного окисления для исследования изменений, происходящих в лигнине в результате нагревания и энзиматического воздействия. В качестве исходных материалов выбраны изолированный (крафт-) и природный лигнины кукурузы. В продуктах окисления, которые количественно определяли методом газожидкостной хроматографии, обнаружены n-оксибензальдегид, ванилин, сиреневый альдегид, п-кумаровая, феруловая и в меньших количествах сиреневая, кофейная, п-оксибензойная и ванилиновая кислоты. Рассмотренные результаты явились первым указанием на наличие в продуктах нитробензольного окисления лигнина С6—С3-соединений.
Бринк и сотр. [266] предложили усовершенствованную методику анализа продуктов нитробензольного окисления древесины белой пихты. Согласно этой методике, продукты реакции после метилирования диметилсульфатом при pH 10—11 разделяли на вещества, содержащие и не содержащие карбоксильных групп, освобождали их экстракцией раствором бисульфита от карбонилсодержащих примесей, метилировали фракцию карбоксилсодержащих продуктов диазометаном и анализировали полученные фракции методом газожидкостной хроматографии. В продуктах нитробензольного окисления помимо ранее идентифицированных соединений обнаружены дигидроконифериловый спирт, ванилиловый спирт, 5-окси-метилванилин и ванилоилмуравьиная кислота.
В заключение следует отметить, что в 1951 г. Стоун и Бланделл [2491 предложили метод быстрого микроопределения альдегидов, образующихся при нитробензольном окислении лигнифицированных материалов. Согласно этому методу, нитробензольное окисление проводят в микробомбе емкостью ~2 мл, после чего точно измеренную аликвотную часть реакционной смеси хроматографируют на бумаге. Пятна, соответствующие альдегидам, экстрагируют этанолом, раствор подщелачивают КОН и определяют спектрофотометрически согласно методу Лемона [281].
Следует отметить некоторые модификации метода Стоуна и Бланделла. Так, для разделения продуктов нитробензольного окисления лигнина Рил [257] предложил использовать не бумажную, а тонкослойную хроматографию. Пеппер [282] проводил экстракцию эфиром для удаления избытка нитробензола и продуктов его восстановления. После последующего подкисления и повторной экстракции эфиром для удаления определяемых продуктов окисления лигнина в результате обмена растворителя на этанол получают спиртовый раствор, из которого отбирается аликвотная часть для дальнейшего хроматографического разделения.
Пен [283] предложил микрометод определения ванилина в продуктах нитробензольного окисления лигнифицированных материалов, который отделяют бумажной хроматографией, элюируют этанолом и количественно определяют спектрофотометрически в виде 2,4-динитрофенилгидразона. Ривилл и Шреве [284] предложили микрометод определения ацетогваfl-кона в продуктах щелочного окисления лигнина. Согласно этому методу, продукты окисления хроматографируют на бумаге, вырезают зону, соответствующую ацетогваякону, выщелачивают последний фосфатным буфером и определяют количественно на основании измерений оптической плотности при 400; 360; 337,5; 320 и 275 нм.
Сенько и Резников [285] предложили микрометод совместного определения ванилина и ванилиновой кислоты в продуктах нитробензольного окисления. Для выделения обоих компонентов из реакционной смеси использовали ступенчатую бумажную хроматографию с применением двух систем растворителей. Затем ванилин и ванилиновую кислоту элюировали этанолом из соответствующих зон хроматограммы и количественно определяли спектрофотометрически. Позднее Резников и сотр. [286] предло
W1
жили микрометод количественного определения ванилина, сиреневого альдегида, n-оксибензальдегида и соответствующих ароматических кислот без предварительной очистки и фракционирования реакционной смеси. Для разделения альдегидов авторами использован метод Стоуна и Бланделла, а для разделения кислот — двухступенчатая бумажная хроматография. Последующие стадии определения включают элюирование этанолом соответствующих зон на бумажных хроматограммах и количест-метра.
Заканчивая рассмотрение работ, посвященных нитробензольному окислению лигнина, следует остановиться на значении результатов этих исследований для установления строения лигнина.
Как показано выше, результаты нитробензольного окисления явились одним из убедительных доказательств по существу ароматической природы лигнина, а также позволили сделать важные выводы относительно строения лигнинов в растениях, относящихся к различным таксономическим группам. Помимо этого, по мнению многих исследователей [268, 276, 287—291], результаты нитробензольного окисления могут быть использованы для характеристики степени конденсированности лигнина, причем количественной мерой содержания неконденсированных структурных элементов служит выход ванилина.
На основании исследования нитробензольного окисления модельных соединений лигнина Леопольд [268] пришел к выводу, что источником образования ванилина и ванилиновой кислоты являются неконденсиро-ванные гваяцилпропановые звенья: при нитробензольном окислении модельных соединений типа XIX суммарный выход ванилина и ванилиновой кислоты составлял 75—90%, а при окислении соединений типа XX 2—5% (в последнем случае наблюдается образование 5-формилванилина и 5-карбоксиванилина). Другими словами, выход ванилина при нитробензольном окислении лигнина зависит от содержания в нем звеньев типа XIX, связанных между собой лишь эфирной связью, и, следовательно, выход ванилина можно рассматривать в качестве меры относительного количества в лигнине элементов XIX и XX. Однако результаты последующих экспериментов по нитробензольному окислению модельных соединений лигнанного типа показали [269], что такой метод оценки открытых и конденсированных структур в лигнине не является достаточно надежным. Исследованные соединения давали различные количества ванилина в зависимости от расположения гидроксильной и эфирной групп в боковой цепи. Кроме того, Леопольд [270] показал, что структуры типа XXI дают значительно заниженный выход ванилина при нитробензольном окислении.
XXI
Вачек и Кратцль [292—294] провели нитробензольное окисление различных модельных соединений лигнина, уделив особое внимание исследованию влияния заместителей в ароматическом ядре и боковой цепи на ход реакции, и нашли, что большинство фенилпропановых структур неконденсированного типа дает относительно большие выходы идентифицируемых продуктов окисления, особенно если боковая цепь несет несколько кислородных атомов или двойную связь.
192
Резников и Сенько [295] на основании анализа литературных данных и результатов собственных экспериментов также пришли к заключению, что на выход ванилина при нитробензольном окислении большое влияние оказывает строение боковой цепи фенилпропанового звена. Так, наибольший выход ванилина дают гваяцилиропановые структуры, имеющие бензилспиртовые (бензилэфирные) группы или а, p-ненасыщенные связи. Присутствие в боковой цепи гваяцилпропанового звена карбонильных и гид
роксильных групп, находящихся не в a-положении по отношению к ароматическому ядру, приводит к снижению выхода ванилина с одновременным изменением отношения между ванилином и ванилиновой кислотой. Таким образом, уменьшение выхода ванилина может иметь место не только
в результате конденсационных процессов, но и при изменении структуры боковой цепи фенилпропанового звена. На основании этого авторы пришли к выводу, что лишь суммарный выход ванилина и ванилиновой кислоты дает представление о количестве неконденсированных
гваяциловых звеньев лигнина и позволяет судить о характере изменений лигнина в процессе различных обработок. О конденсационных процессах с образованием новых С—G-связей можно с уверенностью говорить только при резком снижении суммарного выхода ванилина и ванилиновой кислоты в продуктах нитробензольного окисления.
Однако несмотря на отмеченные ограничения, метод нитробензольного окисления благодаря своей сравнительной простоте до сих пор
широко применяется как для характеристики растения с точки зрения так-
сономического отнесения, так и для получения первоначальных представлений о степени конденсированности препаратов лигнина.
Несмотря на значительное количество исследований, посвященных нитробензольному окислению лигнина и его модельных соединений, в литературе почти не обсуждался вопрос о возможном механизме э той реакции. По сути дела единственный возможный механизм нитробензольного окисления лигнина, предложенный Лойчем [237] еще в 1941 г., представлен
Согласно представлениям Лойча, эфирные связи типа XXII в молекуле лигнина гидролизуются с образованием XXIII. В результате отщепления воды от XXIII получается соединение изоэвгенольного типа XXIV, которое в результате окислительного расщепления двойной связи образует щавелевую кислоту. Образование ванилина, таким образом, предполагает наличие в лигнине группировок XXV, на долю которых, согласно данным Лойча, приходится по крайней мере 35% фенилпропановых звеньев лиг
13 О- П. Трушников, В. В. Елкин
193
нина. Данные, полученные Леопольдом [268] в ходе экспериментов по нитробензольному окислению модельных соединений лигнина, подтвердили рассмотренную выше гипотезу, согласно которой окислению при обработке лигнина и его модельных соединений нитробензолом и щелочью предшествует омыление эфирных связей и дегидратация.
Однако последние работы по анализу продуктов нитробензольного окисления свидетельствуют о сложности процессов, протекающих при окислении лигнина нитробензолом в щелочной среде. В частности, Бринк и сотр. [266] полагают, что наличие в продуктах нитробензольного окисления лигнина соединений, содержащих оксиметильные группы, указывает на то, что часть карбоксильных и формильных групп в продуктах реакции может образоваться^ результате формальдегидной конденсации, окислительно-восстановительных превращений и других подобных процессов.
2. Окисление перманганатом в щелочной среде, а. Работы Фрёй-денберга и Чена. В конце 30-х годов Фрёйденберг и сотр. [296— 299] предложили метод деградации природного лигнина до низкомолекулярных ароматических Карбоновых кислот, который заключался в обработке метилированной еловой древесины водным раствором щелочи при 165—170° С, последующем метилировании реакционной смеси диметилсульфатом /для защиты фенольных ОН-групц) и окислении полученных продуктов перманганатом калия. Результаты проведенных исследований показали, что основными продуктами деградации лигнина в использованных условиях являются вератровая (XXVII), изогемипиновая (XXIX) и дегидродивератровая (XXXII) кислоты. Наличие изогемипиновой кислоты свидетельствует о возможной связи между пятым углеродным атомом одного гваяцилпропанового звена молекулы лигнина и углеродным атомом боковой цепи второго, а наличие дегидродивератровой кислоты — о возможности С—G-связи между ароматическими ядрами двух гваяцил-пропановых звеньев. Первоначально же полагали, что связь этого типа отсутствует в лигнине и образуется лишь при действии на него щелочи.
В последующие два десятилетия метод перманганатного окисления почти не привлекал внимания исследователей в связи с появлением более мягких окисляющих агентов. Из опубликованных в этот период исследований следует отметить работы Рихтзенхайна и Парвеса. Рихтзенхайн [300— 303] показал, что при перманганатном окислении предварительно метилированных лигнинов помимо трех указанных выше карбоновых кислот образуется метагемипиновая кислота (XXX), однако ее выход из лигнина, не претерпевшего при выделении кислотной обработки, очень незначителен. Парвес и сотр. [304, 305] провели щелочное перманганатное окисление ряда кислотных и щелочных лигнинов и обнаружили в продуктах деградации бензол-1,2,4,5-тетракарбоновую, бензолпентакарбоновую (XLVII) и бензолгексакарбоновую кислоты. По мнению авторов, указанные кислоты образуются при деградации ароматических колец, связанных с алициклическими структурами (циклолигнанные структуры), которые в свою очередь образуются в результате ядерной конденсации, степень которой возрастает по мере увеличения жесткости условий выделения лигнина из древесины (см. параграф VI.3.3).
Новый этап в исследовании продуктов перманганатного окисления лигнина связан с работами Фрёйденберга по биосинтезу лигнина из конифе-рилового спирта in vitro. В 1960 г. Фрёйденберг и Чен [306] провели хроматографический анализ продуктов перманганатного окисления природного лигнина ели и показали, . что помимо производных пирокатехина, составляющих основную часть продуктов деградации лигнина, обнаружены также производные фенола и пирогаллола. На основании выходов кислот, образующихся при окислительной деградации лигнина, и содержания метоксильных групп в еловом ЛМР Фрёйденберг высказал предположение о том, что еловый лигнин образуется из смеси кониферилового, п-кумаро-194
вого и синапового спиртов в молярном отношении 80 : 14 : 6 (см. параграф V.3.4). В своих дальнейших экспериментах по биосинтезу лигнина in vitro Фрёйденберг использовал указанную смесь трех и-оксикоричных спиртов для получения биосинтетического лигнина, наиболее близкого к природному. В качестве одного из методов доказательства идентичности природного и биосинтетического (полученного из указанной смеси трех спиртов) лигнинов Фрёйденберг, Чен и Кардинале [307] использовали перманганатное окисление обоих препаратов. Позднее Фрёйденберг и Леман [308] провели эксперименты по перманганатному окислению лигнина, меченного С14. И наконец в 1967 г. Фрёйденберг и Чен [309] сообщили о выделении ряда дополнительных продуктов деструкции, получаемых в результате перманганатного окисления природного лигнина ели.
В табл. VI.2 приведены продукты перманганатного окисления елового лигнина, включенные Фрёйденбергом в последний опубликованный список [310]. Следует отметить, что сюда не вошли некоторые соединения, о выделении которых сообщалось ранее [307], в том числе анизоилмуравьиная, 2-метоксибензойная, 4-метокси-о-фталевая, 4-метоксиизофталевая, о-вератровая и дегидродианисовая кислоты.
Образование кислот деструкции, определенных в продуктах перманганатного окисления (см. табл. IV.2), объяснялось Фрёйденбергом исходя из схематической формулы фрагмента молекулы лигнина, предложенной им на основании промежуточных продуктов биосинтеза лигнина in vitro (см. параграф V.3.5). Однако интерпретация такого рода может быть принята лишь при условии полной идентичности природного и биосинтетического лигнинов. Это необходимо иметь в виду при рассмотрении представлений Фрёйденберга об образовании кислот деструкции.
Как известно, при непосредственном окислении изолированных или природного лигнинов получают янтарную кислоту (XLVIII) [238, 311] и очень небольшие количества трикарбаллиловой (XLIX) [238] и бензол-пентакарбоновой (XLVII) [304] кислот. Если перед окислением исходные препараты метилировать, то, помимо указанных выше кислот, в небольших количествах получают вератровую (XXVII) и изогемипиновую (XXIX) кислоты [300]. Если же перед окислением и метилированием исходные препараты короткое время нагревают с концентрированным раствором щелочи, выход вератровой кислоты увеличивается в 8 раз, а изогемипино-вой — в 3—4 раза [307]. Это указывает на то, что обе кислоты только в небольшой степени происходят из конифериловых структур, содержащих свободную фенольную гидроксильную группу, а главным образом образуются из структур с этерифицированным фенольным гидроксилом, поскольку обработка щелочью или перхлорной кислотой приводит к разрыву циклических и открытых алкилариловых эфирных связей.
В результате экспериментов по перманганатному окислению биосинтетического лигнина, полученного из меченого в боковой цепи [кониферилового спирта [312], а также лигнина, выделенного из древесины после имплантации в растение меченого у центрального углеродного атома боковой цепи фенилаланина [313], показано, что основная часть изогеми-пиновой кислоты, получаемой при окислительной деструкции лигнина, образуется из структур дегидродикониферилового спирта. В то же время та часть изогемипиновой кислоты, которая образуется при окислении метилированного лигнина, не подвергнутого щелочной обработке, согласно данным Фрёйденберга, Чена и Кардинале [307], может образо-ватьсятиз открытых фенилкумарановых систем или за счет таких бифенильных систем, которые вследствие дополнительного замещения не могут образовать дегидродивератровой кислоты (XXXII).
Дегидродивератровая кислота (XXXII) образуется из бифенильных систем, которые не замещены в положениях 2, били 6. Аналогичным образом получается и кислота XXXIII. Янтарная кислота (XLVIII) частично образуется из пинорезинольных или эпипинорезинольных структур
13*
195
Таблица VI.2
Кислоты деструкции, полученные в результате перманганатного окисления природного лигнина ели [310]
Номер	Соединение	Структурная формула
	Соединения пирокатехинового (вератрового) ряда	
XXVI а XXVIЬ XXVIc	Вератрол: Ri=R2=R3=R4=H Вератровый альдегид: R2=R3=R4=H; R1 = CHO Ацетовератрон: R2=R3=R4=H; RX=CO—СН3	
XXVII XXVIII XXIX XXX XXXI	Вератровая кислота: R2=R3=Rj=H; R1=COOH Вератроилмуравьиная кислота: R2=R3=Rj=H; Rj^CO—СООН Изогемипиновая кислота: R9=R3=H; r1==r4=cooh Метагемипиновая кислота: R2=R4=H; R1==R3=COOH Гемипиновая кислота: R3=R4=H; R1=R2=COOH	Нз\А R 1 Г1 н/А/\0СНз ОСН3
		соон соон 1	1
XXXII	Дегидродивератровая кислота	X)— H3COZ 1	1 хосн,
		ОСНз ОСНз
XXXIII 5,6,4' ,5'-Тетраметоксибифенил-3,2'-дикарбопо-
вая кислота
XXXIV
2,5',6'-Триметоксидифениловый эфир-4,3'-дикарбоновая кислота
соон
J\ соон
I LA 1Мо/У I J
осн, \АПГИ
осн, соон
соон А
Q_____Тосн‘
H3COZ Y осн.
XXXV
XXXVI
6,3',4'-Триметоксидифениловый эфир-4-карбо-новая кислота: R=H
6,3',4'-Триметоксидифениловый эфир-4,5'-ди-карбоновая кислота: R=COOH
соон
196
Таблица VI.2 (окончание)
Номер	Соединение	Структурная формула
XXXVII XXXVIII	Соединения анисового ряда Анисовая кислота: R1=R2=R3=H Метоксибензол-3,4-дикарбоновая кислота: R1=R,=H; R3=COOH	СООН В’\Д
XXXIX	Метоксибензол-2,4-дикарбоновая кислота: R1=R3=H; R2=COOH	1 r./^Z\w
XL	Метоксибензол-2,4,6-трикарбоновая (метокси-тримезиновая) кислота: R3=H; R1=R2=COOH	осн3 СООН СООН 1	1
XLI	6,5', 6'-Триметоксибифенил-3,3'-дикарбоновая кислота Соединения триметоксибензойного р	0Д1осн |	| ОСН3 ОСНз ОСНз яда
XLII	Три-о-метилпирогаллол: R^R^H	Hi
XLIII	Три-о-метилгалловая кислота: R1=COOH, r2=h	
XLIV	2,3,,4-Триметоксибензойная кислота: R,=H; r2=cooh	нсо д
XLV	3,4,5-Триметокси-1,2-дикарбоновая (тримет-окси-о-фталевая) кислота: R1=R2=COOH	H3COZ Y хосн3 ОСНз осн. 1
XLVI XLVII XLVIII	1,3,4-Триметоксибензол Другие продукты окисления Бензолпентакарбоновая кислота Янтарная кислота	(I Y ХОСН3 ОСНз НзС-СООН
XLIX	Трикарбаллиловая кислота	1 нс-соон 1 НзС-СООН НзС-СООН
L	p-Оксиглутаровая кислота	неон НзС—СООН /°\ О=С СН, 1	1 НС	СН
LI	Дилактон а,а'-диоксиметилянтарной кислоты	1	1 Н2с С=О '''О''
t
197
лигнина, а частично, по-видимому, из моноциклических продуктов деградации лигнина. Вератрол, вератровый альдегид и ацетовератрон первоначально рассматривались Фрёйденбергом и сотр. [307] как продукты декарбоксилирования соответствующих продуктов деструкции лигнина. Однако в последней публикации авторы [310] объясняют их образование из гваяцилалкилкетонов.
Согласно данным Фрёйденберга и Чена [309], образование кислоты XXXV можно представить из структур, в свою очередь получившихся из радикала в форме Rrf в результате вытеснения его боковой цепи арокси-лом кониферилового ряда. Аналогичным образом можно представить и образование дикарбоновой кислоты XXXVI из структур, получившихся из радикала в форме Rd, имеющего заместитель в положении 5. При обработке концентрированной щелочью эфирные связи в соединениях XXXV и XXXVI частично расщепляются. Этим можно объяснить образование 1,2,4-триметоксибензола (XLVI).
2,5',6'-Триметоксидифениловый эфир-4,3'-дикарбоновая кислота (XXXIV), по-видимому, является продуктом окисления димерных структур, связанных диарилэфирными связями [307]. Их образование можно представить как результат сочетания радикалов в формах Ra и Rc (см. параграф VI.3.7). При обработке горячей щелочью часть дифениловых эфиров омыляется. R результате этого образуется три-о-метилгалловая кислота (ХЕШ). Образование дилактона LI, согласно данным Огиямы и Кондо [314], связано с деградацией пинорезинольных структур лигнина.
Образованию производных анисовой и триметоксибензойной кислот, аналогичных рассмотренным выше производным вератрового ряда, можно дать такое же объяснение. Эти кислоты, очевидно, происходят из п-окси-коричных и сиреневых структурных элементов лигнина соответственно.
Образование ряда кислот деструкции, приведенных в табл. VI. 2, а именно: бензолпентакарбоновой (XLVII), трикарбаллиловой (XLIX) и о-фталевых (XXX, XXXI и XLV) объяснялось Фрёйденбергом [307] на основании возможного наличия в молекуле лигнина лигнанных структур различного типа. Однако в настоящее время отсутствуют убедительные доказательства того, что эти структуры входят в макромолекулу лигнина.
б. Работы Ларссона и Микше. Ларссон и Микше [315— 320] несколько модифицировали метод окислительной деградации лигнина до ароматических карбоновых кислот. Использованный авторами метод заключается в первоначальном окислении препарата метилированного ЛМР перманганатом калия при pH 11—12 и 100° С и последующем окислении продуктов реакции перекисью водорода при pH 9—10 и 50° С. По сравнению с другими окислительными обработками указанный метод дает более значительное количество продуктов деградации лигнина — ароматических карбоновых кислот, что связано как с тем, что окисление КМпО4 проводят при более высоком pH (чем, например, в работах Фрёйденберга и Чена), так и с тем, что при обработке Н2О2 первоначально образующиеся вератроилмуравьиная и другие арилглиоксиловые кислоты деструктируют до соответствующих ароматических карбоновых кислот.
Полученную в результате указанной обработки смесь ароматических кислот далее метилировали диазометаном и анализировали на газовом хроматографе, связанном с масс-спектрометром. Идентификация полученных индивидуальных соединений проводилась сравнением их масс-спектров со спектрами синтезированных продуктов. Таким образом было идентифицировано 38 одно- и двухъядерных ароматических кислот [315—317, 320] (структура 18 из них была установлена впервые), а также 2 трехъядерные кислоты [3191. Общий выход идентифицированных кислот составил ~15% от лигнина.
198
Образование ароматических кислот при окислительном расщеплении метилированного ЛМР происходит только за счет тех структур, у которых фенольный гидроксил был до метилирования свободен. Поэтому если ЛМР перед метилированием подвергали щелочной (сульфатная варка [321 ]) или кислотной (ацидолиз [322, 323]) обработке, выход кислот деструкции значительно увеличивался вследствие освобождения ранее эфироподобно связанных фенольных ОН-групп. Кроме того, следует отметить, что, поскольку окисление фенилпропановых структур приводит к деструкции цепей до карбоксильных групп, в продуктах деградации сохраняются только такие связи между ароматическими ядрами, которые в использованных условиях окислительного расщепления не затрагиваются. Как будет показано ниже, анализ димерных и тримерных продуктов окислительной деструкции дал ценную информацию о характере этих связей.
Идентифицированные Ларссоном и Микше [317] одноядерные кислоты деструкции приведены в табл. VI.3.
Таблица VI.3
Одноядерные ароматические карбоновые кислоты, идентифицированные среди продуктов двухступенчатого окисления метилированного ЛМР ели [317]
Номер	Кислота	Структурная формула
		COOH
XXXVII	Анисовая: R1 = R, = H	Z\ZRi
XXXIX	4-Метоксиизофталевая: R] = COOH; R, = H	1 il
LII	4-Метоксифталевая: Rj = H; R2=COOH	Н,/А/ ОСН,
XXVII	Вератровая: R1 = R2 = R3=H	COOH
XXIX XXX XXXI	Изогемипиновая: Rj = COOH; R2=R, = H Метагемипиновая: R2 = COOH; R1 = R, = H ' Гемипиновая: R3=COOH; R1 = R,= H	R’\A/R3 1 II
ни	4,5-Диметоксибензол-1,2,3-трикарбоновая: R1 = R2=COOH; R3 = H	RZVZ\OCH3 OCH3 COOH 1
LIV	4-Карбокси-2-метоксифеноксиуксусная	Oi X|ZXOCH3 OCH,COOH COOH
LV	о-Вератровая	A zoch3 0 AZ\qcH3 R,
XLIII	Триметилгалловая: R1 = COOH; R0 = H	
XLIV	2,3,4-Триметоксибензойная: R1==H; R, = COOH 3,4,5-Триметоксифталевая: Rx = R2= COOH	1 1
XLV		H3COZXZXocHs ОСНз COOH
LVI LVII	Тримеллитовая: R1 = COOH; R2=R3=H Тримезиновая: R2=COOH; R, = R3 = H Пиромеллитовая: R1 = R3==COOH; R2 = H Бензолпентакарбоновая: Rj = R2 = R3 = COOH	A’
LVIII		
XLVII		HOOCZ I Xr2 Rs
Согласно представлениям Ларссона и Микше [317], указанные кислоты образуются из ряда структурных единиц лигнина, связанных как в конденсированных, так и в неконденсированных системах.
199
с I с
I с
Rj/^/^OCHs
O-R
Lila: R. = H XXXIa: R, = ОСН,
XXVIIa: RL = H; R, = OCH3
XXIXa: R, = OCH3 XLVa: R, = OCH3
XLIIIa: R, = R, = OCH3
Так, кислоты XXXVII, XXVII и ХЕШ, по-видимому, образуются из фенольных структурных единиц с различной степенью метоксилирования ароматического кольца в неконденсированных системах (структуры XXXVIIa, XXVIIa и XLIIIa соответственно), кислоты XXXIX и XXIX— из фенольных и-оксибензильных и гваяцильных структурных единиц в С5-конденсированных системах (структуры XXXIXa и XXIXa соответственно). Кислоты XXX и XLV, очевидно, соответствуют гваяцильным и сиреневым структурным единицам в С6-конденсированных системах (структуры ХХХа и XLVa соответственно), а кислоты LII и XXXI — п-окси-бензильным и гваяцильным структурным единицам в С2-конденсирован-ных системах (структуры Lila и XXXIa соответственно). Кислота LIII, по-видимому, образуется из гваяцильных структурных единиц в системах, конденсированных у С5 и С8, а кислота XLVII, согласно полученным ранее данным [304, 324], — из циклолигнанных структур в лигнине. Кислота LIV, возможно, образуется в результате неполного отрыва боковой цепи в p-алкиларилэфирной структуре. Возможное происхождение кислот LV и XLIV будет рассмотрено несколько ниже. Вопрос же о происхождении кислот LVI, LVII и LVIII пока остается открытым.
Из 20 димерных кислот, идентифицированных Ларссоном и Микше [315—317, 3201 среди продуктов двуступенчатого окисления метилированного елового ЛМР, восемь имеют углеродный скелет бифенила и десять — дифенилового эфира. Сюда же относятся и две дифенилкетокарбоновые кислоты (табл. VI.4).
Бифенилкарбоновые кислоты LIX, XLI и XXXII, по-видимому, образуются из С-конденсированных структур (LIXa, XLIa и ХХХПа соответственно) с различной степенью метоксилирования их ароматических ядер. Кислота LX может образоваться из аналогичной структуры, дополнительно конденсированной в положении 5 одного из ароматических ядер. Причиной отсутствия одной СООН-группы в кислоте LXI, по данным Ларссона и Микше [317], является медленное самопроизвольное отщепление одной бензилспиртовой боковой цепи. Подобная реакция может объяснить также и образование мономерных кислот LV и XLIV. Монокарбоновая кислота LXII рассматривается в качестве продукта окисления бифенильной структуры, образованной при формировании лигнина путем (4,6)-радикального сочетания (Rc+Rrf) с последующим элиминированием алкогольного заместителя из получаемой циклогексадиеноновой структуры [316]. Кислота XXXIII, изомерная кислоте XXXII, вероятно, образуется из бифенильной структуры, получаемой либо прямым (5,бирадикальным сочетанием, либо диенон-фенольной перегруппировкой цикло-гексадиенона, образованного в результате (4,6)-радикального сочетания, либо, наконец, диенон-фенольной перегруппировкой циклогексадиенона, образованного (4,О)-радикальным сочетанием.
200
Таблица VI.4
Двухъядерные ароматические карбоновые кислоты, идентифицированные в продуктах двухступенчатого окисления метилированного ЛМР ели [315—317]
Номер	Кислота	Структурная	формула
TJX XLI XXXII LX	3,3'-Дегидродианисовая: R2 = R2 = H 5,6,6'-Триметоксибифенил-3,3'-дикарбоно-вая: R1 = OCH3; R2 = H 5,5'-Дегидродивератровая: Rx = R2 = OCH3 5', 6,6'-Триметоксибифенил-3,3', 5-трикарбоновая: R1 = OCH3; R2=COOH	СООН СООН 1	1 //\ //\ 1 IUJ Д	\Х\д Hi |	| к, ОСНз ОСНз	
		СООН	
LXI	2',3',5,6-Тетраметоксибифенил-З-карбоно-вая	0—0 НзСО/Х|Х 0/Ч'ОСНз ОСНз ОСНз	
		СООН	k ’I Х/ХчОСНз
LXII	3',4',5,6-Тетраметоксибифенил-3-карбоно-вая	1 //\ LII— НзСОХ | ОСНз	
		СООН А	СООН
ХХХШ	4,5,5', 6' -Тетраметоксибифенил-2,З'-дикар-боновая	0— Н=СО/Х|/ ОСНз	со 1 Х0СНз ОСНз
LXIII LXIV XXXIV LXV LXVI LXVII	5,6-Диметоксидифениловый эфир-3,4'-ди-карбоновая: R1 = R2 = H; R3 = OCH3 2' ,6-Диметоксидифениловый эфир-3,4'-ди-карбоновая: R1=:R3=H; R2 = OCH3 2',5,6-Триметоксидифениловый эфир-3,4'-дикарбоновая: R1 = H; R2 = R3 = OCH3 2',5,6,6'-Тетраметоксидифениловый эфир- 3,4'-дикарбоновая: R, = R, = R3 = ОСН3 2,2'-Диметоксидифениловый	эфир-3,4', 5- трикарбояовая: R, = H; R2 = OCH3; R3 = COOH 5',6,6'-Триметоксидифениловый эфир-2,3',4-трикарбоновая: R1 = COOH; R, = R3 = = осн3	СООН 6 О		СООН 1 -ио I tto ОСНз
XXXV LXVIII XXXVI	2,3',4'-Триметоксидифениловый эфир-4-карбоновая: R1 = OCH3; R2=H 2',4-Диметоксидифениловый эфир-3,4'-ди-карбоновая: 10 = И; Н2 = СООН 2' ,4,5-Триметоксидифениловый эфир-3,4'-дикарбоновая: Н2 = ОСН3; R2=C00H	н, \	 	 НзСО-Q Q-O-<^ >-соон нО	ОСНз	
		СООН 1	
LX1X	6-Вератроилвератровая	Q-CO-НзСО^ОО ОСНз	0-ОСНз. 0)СНз
		СООН	
LXX	5-Б еизоилвератровая	(Тс° Н3СО/Х0 ОСН9	-о
201
LIXa: R, = R, = H
XLIa: R, = OCH3; R2 = H
XXXIIa: R, = R2 = OCH3
LXIIIa: R, = R2 = H; R3 = OCH3
LXIVa: R, = R3 = H; R3 = OCH3
XXXIVa: R, = H; R2 = R3 = OCH3
LXVa: R, = R2 = R3 = OCH3
LXVIa: R, = H; R2 = OCH3; R3 = C
LXVIIa: R, = C; R, = R3 = OCIL’
XXXVa: R, = OGH3;
H2 = H LXVIIIa: R, = H;
r2 = c XXXVIa: R, = OCH3;
R, = G
Дифенилэфирные карбоновые кислоты XXXIV, LXIII—LXVII, по-видимому, образуются из «О-конденсированных» о-оксидиарилэфирных структур (XXXIVa, LXIIIa, LXIVa, LXVa, LXVIa и LXVIIa соответственно) с различной степенью метоксилирования их ароматических ядер. Эти исходные структуры в свою очередь образуются путем (О,бирадикального сочетания. В кислотах LXVI и LXVII одно из двух ароматических колец имеет структуру изофталевой кислоты. Карбоксильные группы, не образованные из боковых цепей, по-видимому, возникают за счет бифенильно сконденсированного в положении 5 третьего ароматического кольца, фенольная ОН-группа которого в лигнине была этерифи-цирована. Такие кольца при окислении алкиларилэфирных групп окисляются. Если же это третье кольцо, напротив, является фенольным гваяцильным кольцом, то можно ожидать, что после метилирования и окисления должна получиться трехъядерная кислота с бифенилдифенилэфирной структурой. Как будет показано ниже, это предположение нашло экспериментальное подтверждение. n-Оксидифенилэфирные кислоты XXXV, XXXVI и LXVIII следует отнести за счет наличия в лигнине структур типа XXXVa, XXXVIa и LXVIIIa соответственно, образующихся из циклогексадиеноновых структур, возникающих путем (О,^-радикального сочетания с элиминированием бензилспиртовой боковой цепи.
Что касается дифенилкетокарбоновых кислот, то кислота LXIX может образовываться из соответствующих диарилметановых структур в лигнине. Эксперименты по перманганатному окислению модельных соединений LXXI—LXXIII [317] показали наличие в продуктах реакции кислоты LXIX. Таким образом, обнаружение в продуктах окисления кислоты LXIX, так же как и кислоты XLVII, свидетельствует о наличии в лигнине циклических лигнанных структур. Кислота LXX, по данным Ларссона и Микше [317], является результатом вторичных трансформаций
г1 сн3 I сн2
I сн2 I
СН3
СН2
сн2
H2C-R2

СН
LXXII: R, = R2 = H
202
Как указывалось выше, суммарный выход идентифицированных кислот деструкции составляет ~15% от лигнина. В табл. VI.5 приведены выходы доминирующих кислот.
Таблица VI.5
Доминирующие кислоты окислительной деструкции ЛМР ели и их выходы [317]
Кислота	Выход, вес. % *	Кислота	Выход, вес. % *
Вератровая (XXVII)	8,3	4-Метоксиизофталевая	о,1
Изогемишшовая (XXIX)	2,0	(XXXIX)	
Дегидродивератровая	1,7	4-Метоксифталевая (LII)	0,1
(XXXII)		5,6,6'-Триметоксибифеиил-3,3'-	0,1
2',5,6-Триметоксидифеиило-	1,0	дикарбоновая (XLI)	
вый эфир-3,4'-дикарбоно-		2,6'-Диметоксидифениловый	0,1
вая (XXXIV)		эфир-3,4'-дикарбоновая (LXIV)	
Метагемиииновая (XXX)	0,8		
Анисовая (XXXVII)	0,5	Остальные кислоты деструкции	< 0,1
Триметилгалловая (XLIII)	0,2	(каждая из них)	
* В расчете на метилированный лигнин.
Ларссон и Микше [319] сообщили также о выделении двух тримерных продуктов расщепления метилированного ЛМР ели (LXXIV и LXXV), выходы которых составляют соответственно 0,04 и 0,02% от веса исходного лигнина. Источником указанных кислот в лигнине являются, очевидно, структуры LXXIVa и LXXVa, образование которых можно представить в результате (О,6)-сочетания радикальной формы Rc с бифенильным или диарилэфирным радикалом соответственно (схемы 2 и 3).
По всей вероятности, в лигнине присутствуют также структуры LXXIVa и LXXVa с этерифицированными фенольными ОН-группами. Об этом, в частности, свидетельствует наличие в продуктах двуступенчатого окисления метилированного ЛМР ели димерной кислоты LXVII [317], которую можно рассматривать как продукт деструкции имеющейся в лигнине тримерной структуры LXXIVa с этерифицированной фенольной группой в кольце А.
203
Схема 3
Следует отметить, что тримерные структуры типа LXXIVa обнаружены ранее в продуктах энзиматического дегидрирования 4-окси-З-метокси-пропиофенона [325], а соединение типа LXXVa является одним из продуктов энзиматического дегидрирования 4-пропилгваякола [326].
Позднее Ларссон и Микше [320] обнаружили среди продуктов окисления лигнина незначительные количества 2,3,5-триметоксибензойной (LXXVI), 2',3',5,5',6-пентаметоксибифенил-3-карбоновой (LXXVII) и 2,2'3',5'-тетраметоксидифениловый эфир-4-карбоновой (LXXVIII) кислот. Согласно представлениям авторов, источником этих кислот в лигнине являются 4,4-бпс-арилоксициклогекса-2,5-диеноновые структуры (LXXIX), для которых предложена схема радикального образования.
LXXVII
ОСН3
ноос/
СООН
ОСН3
^/\осн3 осн3 LXXVIII
r/\/\och3
d
LXXIX
Наличие среди продуктов окисления елового лигнина рассмотренных выше димерных и тримерных соединений свидетельствует о том, что в условиях окислительного расщепления не затрагиваются биарильные и
204 '
диарилэфирные связи между структурными звеньями лигнина. Среди указанных связей в еловом лигнине доминируют биарильные структуры типа ХХХПа и диарилэфирные структуры типа XXXIVa и LXIVa.
В аналогичных условиях Ларссон и Микше [318] провели двухступенчатое окисление метилированного ЛМР березы. В продуктах окисления идентифицировано восемь кислот, из которых три — двухъядерные. Все эти кислоты, а именно XXVII, XLIII, XXIX, XXX, XLV, XXXII, XXXIV и LXV были обнаружены ранее в продуктах окисления елового ЛМР. Выходы идентифицированных кислот приведены в табл. VI.6.
Таблица VI.6
Выходы метиловых эфиров кислот (лсг/1ОО лег лигнина), полученных при окислительном расщеплении метилированного лигнина березы [318]
Опыт	Препарат	Метиловые эфиры кислот								Общий ВЫХОД
		XXVII	XLIII	XXIX	XXX	XLV	XXXIV	LXV	XXXII	
1	ЛМР	3,2	2,2	0,4	0,3	0,2	0,2	0,8	0,3	7,6
2	ЛМР после сульфитной варки	6,8	14,9	1,5	0,4	0,4	0,4	1,6	1,1	27,1
3	ЛМР после ацидолиза	6,0	14,7	0,5	0,4	1,0	0,2	1,0	0,2	24,0
4	ЛМР после щелочной варки в присутствии СиО	10,2	20,9	1,4	0,3	0,2	0,4	2,1	1,7	37,2
5	Древесная мука, размолотая на шаровой мельнице*	2,2	2,2	0,2	0,05	0,05	0,1	0,3	0,2	5,3
* В расчете на содержание лигнина в древесине 22%.
Как видно из данных табл. VI.6, выход кислот резко увеличивается после предварительной кислотной обработки лигнина березы и еще в большей степени (в 5 раз) после щелочной обработки в присутствии окиси меди. Однако изменение выходов отдельных соединений очень различно. Так, если выход метилового эфира вератровой кислоты (XXVII) в зависимости от метода обработки возрастает в 2—3 раза, то выход метилового эфира три-о-метилгалловой кислоты (XLIII) увеличивается в 6—9 раз. Отношение выхода XXVII к XLIII в опыте 1 показывает, что среди фенольных неконденсированных структур березового лигнина гваяцилпропановые единицы преобладают над соответствующими сирингилпропановыми. Однако после расщепления эфирных фенольных связей выход эфира три-о-метилгалловой кислоты более чем в 2 раза превышает выход эфира вератровой кислоты. Отсюда вытекает принципиальный вывод о том, что в лигнине березы большая часть сирингилпропановых структур находится в неконденсированном состоянии и связана в нем через фенольную ОН-группу. Аналогичные результаты были получены Кирком и Адлером [327].
3. Окисление окисью меди. Получение высоких выходов мономерных гваяцилпроизводных при щелочном нитробензольном окислении различных лигнинных материалов стимулировало поиск новых низкопотенциальных окислителей для щелочной деградации лигнинов с целью превращения их в ценные низкомолекулярные продукты. В 1942 г. Пирл [328] использовал щелочной раствор гидроокиси меди для окисления отработанных сульфитных щелоков, бутанол-лигнина и мидола 2 и сообщил о получении высоких выходов ванилина, эквивалентных выходам, получаемым
2 Мидол — щелочной лигнин лиственной древесины, выделяемый из черного щелока действием углекислого газа.
205
при нитробензольном окислении тех же препаратов. В начале 50-х годов Пирл сообщил, что при окислении ЛСК окисью серебра [329—331] или окисью ртути [329] получены значительные выходы гваяцилпроизвод-ных. Преимущество указанных окисей как окислителей заключается в том, что выделение и идентификация продуктов окисления упрощаются, так как отсутствуют побочные продукты, образующиеся при восстановлении нитробензола.
Позднее Пирл [332] более подробно исследовал продукты окисления сульфитных щелоков гидроокисью меди в щелочной среде при температуре 170° С. Установлено, что помимо ванилина в значительных количествах образуются гваякол, ацетогваякон, ванилиновая кислота, 5-карбо-ксиванилиновая кислота, 5-карбоксиванилин, дегидродиванилин и дегидродиванилиновая кислота. Высокие выходы ацетогваякона при окислении ЛСК хвойных, а также ацетогваякона и ацетосирингона при окислении ЛСК лиственных свидетельствуют о том, что окись меди является более мягким и более селективным окислителем по сравнению с нитробензолом и обусловливает более низкую степень деградации лигнина.
В дальнейшем применение хроматографических методов для разделения продуктов окисления позволило идентифицировать [333] дополнительно следующие димерные продукты окисления ЛСК окисью меди: 4,4'-диокси-3,3'-диметоксихалкон (LXXX) (выход 0,08% от лигнина, т. пл. 118— 120° С), 4,4'-диокси-3,3'-диметоксибензил (ванилил) (LXXXI) (выход 0,1%), 4,4'-диокси-3,3'-диметоксибензофенон (ванилованилон) (LXXXII) (выход 0,1%) и неидентифицированный изомер дегидродиванилина, который, по-видимому, является диоксидиметоксиформилбензофеноном (LXXXIII) (выход 0,1%). Позднее Пирл и Бейер [334] идентифицировали в продуктах окисления диформилдиоксидиметоксидиэтилстильбен (LXXXIV) и формилдиоксидиметоксидиметилстильбен (LXXXV). Кроме того, показано [335] наличие в реакционной смеси 5-формилванилина и сиреневого альдегида.
НО-/ \-СН=СН-С-/ У-он
\ 7	|| \__7
Н3со/	О \осн3
LXXX
сно
HO-<f \-С-/	\-ОН HO-/==\-C-Z \-ОН
X__7	|| X___7	\__7	||	\___/
Н3со/ О \осн3 Н3ССИ о \осн3
LXXXII	LXXXIII
СН3СН3 сно	сно	сно
I CtL2LH2 |	СН3СН3 |
НО-/	\-С==С—/=^\-ОН	НО-/	^>-С=С—/- ^-ОН
Н3СО/	\осн3	Н3со/	/осн3
LXXXIV	LXXXV
По мнению авторов, хотя выделение этих продуктов может быть объяснено путем допущения их ресинтеза из ванилина или подобных продуктов, первоначально образующихся при деградации лигнина [в частности, экспериментально показано, что взаимодействие ванилина и ацетогваякона в щелочной среде при нагревании приводит к образованию (LXXX) [336]], существует также возможность того, что некоторые звенья С6—С3 в лигнине связаны через а-углеродные атомы их боковых-цепей. Одним из доказательств в пользу последнего предположения являются результаты экспериментов на модельных соединениях. Пирл и Бейер [337 ] показали, что при окислении ванилина, 5-пропенилванилина
206
при нитробензольном окислении тех же препаратов. В начале 50-х годов Пирл сообщил, что при окислении ЛСК окисью серебра [329—331 ] или окисью ртути [329] получены значительные выходы гваяцилпроизвод-ных. Преимущество указанных окисей как окислителей заключается в том, что выделение и идентификация продуктов окисления упрощаются, так как отсутствуют побочные продукты, образующиеся при восстановлении нитробензола.
Позднее Пирл [332] более подробно исследовал продукты окисления сульфитных щелоков гидроокисью меди в щелочной среде при температуре 170° С. Установлено, что помимо ванилина в значительных количествах образуются гваякол, ацетогваякон, ванилиновая кислота, 5-карбо-ксиванилиновая кислота, 5-карбоксиванилин, дегидродиванилин и дегидродиванилиновая кислота. Высокие выходы ацетогваякона при окислении ЛСК хвойных, а также ацетогваякона и ацетосирингона при окислении ЛСК лиственных свидетельствуют о том, что окись меди является более мягким и более селективным окислителем по сравнению с нитробензолом и обусловливает более низкую степень деградации лигнина.
В дальнейшем применение хроматографических методов для разделения продуктов окисления позволило идентифицировать [333] дополнительно следующие димерные продукты окисления ЛСК окисью меди: 4,4'-диокси-3,3'-диметоксихалкон (LXXX) (выход 0,08% от лигнина, т. пл. 118— 120° С), 4,4'-диокси-3,3'-диметоксибензил (ванилил) (LXXXI) (выход 0,1%), 4,4'-диокси-3,3'-диметоксибензофенон (ванилованилон) (LXXXII) (выход 0,1%) и неидентифицированный изомер дегидродиванилина, который, по-видимому, является диоксидиметоксиформилбензофеноном (LXXXIII) (выход 0,1%). Позднее Пирл и Бейер [334] идентифицировали в продуктах окисления диформилдиоксидиметоксидиэтилстильбен (LXXXIV) и формилдиоксидиметоксидиметилстильбен (LXXXV). Кроме того, показано [335] наличие в реакционной смеси 5-формилванилина и сиреневого альдегида.
НО-/	\-СН=СН-С-/ он
X 7	|| \___7
Н3Со/	О \осн3
LXXX
НО-/	\-C-C-/	он
/---/ II II /--\
H3COZ О О	\ОСН3
LXXXI
сно
=	_	___ I
НО-/	\-С-С	z>-°H	но-/	\-С-/	\—ОН
Н3со/ О	/осн3	Н3со/	О	\осн3
LXXXII	LXXXIII
CH3CH3
СНО I ' сно	гп Г,Т1 сно
।	СПзЬПд ।	CitLgCjLlg ।
НО-/	/—С=С—/	^>—ОН	Н0-^	\>-С=С—/~	^>-он
Н3со/	\осн3	Н3со/	/осн3
LXXXIV	LXXXV
По мнению авторов, хотя выделение этих продуктов может быть объяснено путем допущения их ресинтеза из ванилина или подобных продуктов, первоначально образующихся при деградации лигнина [в частности, экспериментально показано, что взаимодействие ванилина и ацетогваякона в щелочной среде при нагревании приводит к образованию (LXXX) [336]], существует также возможность того, что некоторые звенья С6—С3 в лигнине связаны через а-углеродные атомы их боковых-цепей. Одним из доказательств в пользу последнего предположения являются результаты экспериментов на модельных соединениях. Пирл и Бейер [337 ] показали, что при окислении ванилина, 5-пропенилванилина
206
и 5-аллилванилина окисью меди в условиях, аналогичных условиям окисления ЛСК, обрузуются моногваяцильные соединения. В то же время окисление бпе-ванилиловых соединений (ванилил, ванилоин, дезоксива-нилоин, гидрованилоин и биванилил) в тех же условиях приводит к образованию ванилила, ванилованилона, ванилина, ванилиновой кислоты, дегидродиванилина и других продуктов, полученных при окислении ЛСК окисью меди, за исключением соединений, имеющих углеродные цепи в положении 5 гваяцилового ядра. По мнению авторов, полученные результаты свидетельствуют о наличии в лигнине бпс-ванилиловой структуры LXXXVI.
X Y
Н0—<^__Он
Н3со/ Rj R2 \осн3
LXXXVI
(Rlt R2 = алкил; X,Y = водород, гидроксил или отсутствие заместителя)
Это предположение подтверждено результатами последующих экспериментов Пирла [338] на модельных соединениях. Автор окислял производные ванилила, содержащие в положении 5 боковые цепи: 5-аллилванилил, 5,5'-диаллилванилил, 5-пропенилванилил и 5,5'-дипропенилванилил. Кроме того, с целью определения поведения р- и у-углеродных атомов при окислении проведено окисление соединений с двумя С6—С3-звеньями, связанными через а-углеродные атомы, а именно 3,3'-диметоксидиэтил-стильбэстрола (LXXXVII), 3,3'-диметоксиэксестрола (LXXXVIII)^h 3,3'-диметоксидиенэстрола (LXXXIX).
НзСО^/ \/\оСН3 НзСо/4^	у \осн3
II J J I I J
OH	OH	OH	OH
LXXXVII	LXXXVIII
CH3 CH3
I I
CH CH
LXXXIX
В результате проведенного исследования установлено, что при окислении указанных модельных соединений окисью меди или нитробензолом в щелочной среде образуются те же продукты, которые были получены при окислении ЛСК хвойных в аналогичных условиях. Хотя результаты рассмотренных экспериментов с модельными соединениями нельзя считать прямым доказательством наличия в лигнине Са—Са,-связей между структурными звеньями, они являются веским доводом в пользу такой возможности.
207
Пирл и Олкей [339] продолжили эксперименты по окислению окисью меди в щелочной среде отработанных щелоков, полученных сульфитной варкой древесины хвойных пород (главным образом западной тсуги). В результате анализа растворимой в эфире фракции продуктов окисления с помощью газо-жидкостной хроматографии авторы установили наличие и идентифицировали 21 соединение. Помимо мономерных и димерных продуктов деструкции, об обнаружении которых сообщалось ранее, идентифицированы два производных дифенилового эфира: 4,5'-диформил-2,4'-диметокси-2'-оксидифениловый эфир (ХС) и 4,5'-дикарбокси-2,4'-диме-токси-2'-оксидифениловый эфир (XGI).
XCI: R = ОН
В заключение следует отметить, что Пирл и Бейер [340] провели окисление ЛС, полученных в результате варки древесины осины, окисью меди или окисью серебра в условиях, аналогичных условиям окисления ЛСК из ели. Хроматографическое исследование эфирного экстракта подкисленной реакционной смеси продуктов окисления ЛСК окисью меди показало наличие ванилина, сиреневого альдегида, ванилиновой, сиреневой и n-оксибензойной кислот, и-оксибензальдегида, ацетогваякона, ацето-сирингона, а также феруловой и n-кумаровой кислот. Особенный интерес представляет обнаружение двух последних соединений, являющихся первыми продуктами деградации лигнина с пропановой боковой цепью, полученными при окислении лигнина. Интересно отметить, что выход zz-оксибензойной кислоты при окислении ЛСК не превышает ее выхода при щелочном гидролизе древесины осины [341]. По мнению авторов, это свидетельствует о том, что га-оксибензойная кислота не является продуктом окисления и-оксибензильных структур природного лигнина осины, а продуктом одного лишь гидролиза и находится in situ в древесине в виде бен-зоатных структур.
Позднее Пирл и сотр. [342] окисляли сброженный сульфитный щелок, полученный варкой древесины осины, с целью исследования влияния продолжительности, температуры и соотношения реагентов на выход и состав продуктов окисления. Авторами показано, что н-кумаровая кислота обнаруживается в продуктах окисления ЛСК окисью меди, в то время как феруловая кислота — в продуктах окисления ЛСК окисью серебра. Причина нестабильности и-кумаровой кислоты при окислении Ag2O неизвестна. Однако отсутствие и-кумаровой кислоты и родственного ей n-оксибензальдегида в продуктах окисления ЛСК окисью серебра сопровождается более высокими выходами тг-оксибензойной кислоты. Это свидетельствует о том, что в условиях окисления Ag2O структуры ЛСК, дающие w-кумаровую кислоту и тг-оксибензальдегид при окислении СпО, превращаются непосредственно в n-оксибензойную кислоту. По-видимому, окисление альдегида до кислоты более полно в случае ге-оксибензальде-гида, чем в случае ванилина и сиреневого альдегида. С другой стороны, структуры ЛСК, дающие феруловую кислоту при окислении окисью серебра, образуют ванилин в условиях окисления СиО.
208
к. Окисление молекулярным кислородом, перекисью водорода и озоном. В отличие от рассмотренных выше окислительных агентов, которые приводят к деструкции лигнина до ароматических карбонилсодержащих соединений и карбоновых кислот, молекулярный кислород, перекись водорода, озон и аналогичные им окислители вызывают более глубокую деградацию макромолекулы лигнина.
В 1920 г. Фишер и сотр. [278—280] сообщили о выделении из продуктов окисления солянокислотного лигнина в атмосфере кислорода при повышенной температуре и давлении муравьиной (выход 0,19% от лигнина), уксусной (6,7%), щавелевой (1,11%), янтарной (0,2%), фумаровой (0,08%), бензойной (0,06%), изофталевой (0,05%), гемимеллитовой (0,53%), три-меллитовой (0,05%), пренитовой (0,12%) и пиромеллитовой (0,28%) кислот, а также бензолпентакарбоновой (1,65%) и меллитовой (0,38%). Суммарный выход алифатических кислот составил 8,28% от лигнина, бензол-карбоновых кислот — 3,12%.
В 1954 г. Харрис [343] запатентовал способ удаления лигнина из лигнифицированных материалов, который заключался в обработке древесины кислородом под давлением (парциальное давление О2 54,4 атм) при температуре 125—175° С в диапазоне pH 7—9 в течение 2—5 час. Позднее Грэнгард и Сондерс [344] предложили процесс одновременного получения целлюлозы и органических кислот, который заключался в нагревании лигнифицированного материала при 120—160° С и pH 7—9 в присутствии молекулярного кислорода (парциальное давление О2 2,8— 17,5 атм) в течение 1—10 час. Оптимальными условиями указанного процесса являются: продолжительность 3—8 час, температура 130—150° С при парциальном давлении О2 11,6 атм.
Одновременно Грэнгард [345] запатентовал способ получения органических кислот из отходов целлюлозного производства. В результате обработки отработанных щелоков кислородом при 100—225° С (оптимальная температура 140—170° С) при pH^>6,5 в течение 1—30 мин получают муравьиную, уксусную, фумаровую, янтарную, щавелевую, малоновую, молочную, итаконовую, яблочную и пиромеллитовую кислоты. Последующая модификация этого способа [346] включала обработку отработанных щелоков или других лигнинсодержащих материалов при pH 10—14 и 150—300° С в течение 0,5—3 час в присутствии суспензии элементарной серы или раствора полисульфида в автоклаве при перемешивании. Грэн-гарду и Сондерсу [347] принадлежит также метод, предложенный для улучшения устойчивости белизны беленых целлюлоз, согласно которому суспензию волокнистого материала обрабатывают при pH 7—9 при 100 — 160° С (оптимальная температура 120—140° С) смесью воздуха и кислорода (парциальное давление О2 2,72 атм) в течение 5—180 мин.
Мерримен и сотр. [348] исследовали окислительную деградацию древесины белой пихты молекулярным кислородом. Для анализа продуктов окисления авторами разработан метод газожидкостной хроматографии, причем уксусную и муравьиную кислоты определяли в свободном состоянии, а менее летучие кислоты — в виде их сложных метиловых эфиров. Авторы показали, что продукты окисления природного лигнина молекулярным кислородом включают низкомолекулярные кислоты жирного ряда (уксусную и муравьиную), дикарбоновые кислоты (щавелевую, малоновую, янтарную), ненасыщенные кислоты (малеиновую и фумаровую), а также оксикислоты (гликолевую и молочную).
Одновременно Бринк и сотр. [263] опубликовали результаты исследования продуктов окисления древесины белой пихты молекулярным кислородом в щелочной, нейтральной и кислой средах. Продукты реакции разделяли методом газожидкостной хроматографии, причем фенольные соединения анализировали в виде простых метиловых эфиров, а карбоксилсодержащие соединения — в виде сложных метиловых эфиров или простых метиловых эфиров сложных эфиров. Установлено, что основными
14 О. П. Трушников, В. В. Елкин	209
продуктами окисления являются алифатические кислоты, помимо которых были обнаружены фенольные соединения и ароматические кислоты. Так, в продуктах окисления природного лигнина молекулярным кислородом в щелочной среде впервые показано наличие гваякола, сиреневого альдегида и ацетосирингона помимо ванилина, о выделении которого сообщалось ранее [235]. В продуктах окисления природного лигнина молекулярным кислородом в нейтральной и кислой средах обнаружены тг-окси-бензальдегид, ванилин и ацетосирингон. Полученные результаты позволили авторам прийти к заключению, что состав фенольных продуктов окисления природного лигнина молекулярным кислородом в щелочной среде аналогичен составу продуктов, полученных в результате окисления нитробензолом и щелочью, и весьма отличен от состава продуктов окисления лигнина молекулярным кислородом в нейтральной и кислой средах, который в свою очередь очень близок к составу продуктов окисления лигнина концентрированной азотной кислотой.
Что касается ароматических карбоновых кислот, то в продуктах окисления природного лигнина в щелочной среде обнаружены бензойная, ди-, три- и тетрабензолкарбоновые, ванилиновая, сиреневая, изогемипиновая и протокатеховая кислоты. При окислении в нейтральной среде помимо этих кислот найдены н-оксибензойная и меллитовая, а при окислении в кислой среде обнаружены те же кислоты, что и при окислении в щелочной среде, за исключением бензойной, и, кроме того, показано наличие незначительных количеств дегидродиванилиновой и бензолпентакарбоновой кислот.
Исследования процесса окисления лигнина перекисью водорода начали интенсивно развиваться лишь в последние десятилетия, после того как было показано, что Н2О2 является активным агентом для отбелки целлюлозы, обладающим рядом преимуществ по сравнению с другими отбеливающими агентами [349, 350]. Последнее обстоятельство обусловило необходимость исследования механизма взаимодействия Н2О2 с остаточным лигнином целлюлоз, в значительной степени уясненного в результате исследований на модельных соединениях лигнина [351—354]. В ходе этих экспериментов перекисному окислению подвергали модельные соединения, содержавшие потенциально способные окисляться функциональные группы: конъюгированные с кольцом двойные связи, карбонильные группы, фенольные и первичные спиртовые группы, алифатические и фенольные простые эфирные группы. Установлено, что во взаимодействие со щелочным раствором Н2О2 вступают а, p-ненасыщенные альдегиды, а также а- и (3-кетоны [351, 352] и неэтерифицированные фенольные соединения с бензилспиртовой или бензилэфирной группой [354]. Указанные исследования подробно рассмотрены в обзоре [355].
Взаимодействие Н2О2 как с изолированными, так и с природными лигнинами приводит к получению продуктов глубокой деструкции, главным образом низших карбоновых кислот [311, 356, 357]. Детальное исследование окисления елового солянокислотного лигнина перекисью водорода в нейтральном растворе осуществлено Рихтзенхайном [238]. Реакцию проводили при 90° С в течение 20 час с использованием 20%-ной перекиси в присутствии карбоната бария (лигнин : Н2О2 : ВаСО3 = 1 : 15 : 1). В результате окисления перекисью 45% лигнина перешло в раствор, из которого было выделено значительное количество муравьиной и уксусной кислот, а также фракция нелетучих кислот (8,24% от растворенного лигнина). Эту фракцию метилировали диазометаном и подвергли фракционной перегонке, что позволило выделить и идентифицировать следующие кислоты: гликолевую (1,47% от растворенного лигнина), молочную (0,21%), малоновую (1,01%), янтарную (1,83%), тартроновую (0,4%), яблочную (1,00%), трикарбаллиловую (0,26%), оксиглутаровую (0,21%), щавелевую (1,01%), вератровую (0,54%), изогемипиновую (0,1 %) и 4-окси-5-метоксиизофталевую (0,04%). При перекисном окислении ванилина и 210
ванилиновой кислоты в тех же условиях были выделены следующие кислоты: гликолевая, малоновая, янтарная, тартроновая и яблочная.
Из исследований взаимодействия перекиси водорода с лигнином, опубликованных в последние годы, следует упомянуть две работы. Изумрудова, Деревенчук и Шорыгина [358] изучили действие перекиси на гидролизный и солянокислотный лигнины (90° С, pH 7; 6 час) и показали, что указанная обработка является одним из возможных направлений модификации технических лигнинов. Бейли и Денси [354] исследовали взаимодействие перекиси водорода (pH 10,5; 45° С) как с изолированным и природным лигнинами, так и с некоторыми мономерными модельными соединениями. Основное внимание авторов было направлено на изучение действия Н2О2 на различные структурные элементы, которые a priori рассматривались как часть макромолекулы лигнина. В результате проведенного исследования установлено, что при окислении лигнинов в реакционной смеси обнаруживаются те же кислоты, которые получены взаимодействием Н2О2 с гваяцилметилкарбинолом и ацетогваяконом в аналогичных условиях, а именно: щавелевая, малоновая, малеиновая, метоксиянтарная и щавелевоуксусная. Полученные результаты позволили авторам прийти к заключению, что низкомолекулярные двухосновные кислоты образуются главным образом из неэтерифицированных фенольных звеньев лигнина. Таким образом, действие щелочной перекиси на лигнин ограничивается в основном концевыми и, следовательно, неэтерифицированными звеньями и (или) структурными звеньями, содержащими в боковых цепях карбонильные группы.
Исследования взаимодействия лигнина с озоном, равно как и с другими окислителями, рассматриваемыми в настоящем разделе, развивались по двум направлениям. Первое из них связано с попыткой использования озона в качестве делигнифицирующего агента, а второе было направлено на исследование продуктов окисления лигнина с целью получения информации о его строении. К сожалению, исследования в последнем направлении не дали сколько-нибудь существенных данных о строении макромолекулы лигнина, поскольку действие озона на лигнин вызывало его глубокую деструкцию. Исключением является лишь очень интересная работа Тищенко [359], на которой следует остановиться подробнее.
В основу этого исследования были положены следующие теоретические предпосылки. Поскольку содержание алифатических двойных связей в лигнине незначительно, присоединением озона по двойным связям можно пренебречь и учитывать только двойные связи ароматических ядер лигнина. Если принять, что лигнин построен целиком изС6—С3-структурных единиц со средним мол. весом 180, то при полном озонировании лигнина каждая структурная единица должна присоединить 3 моля озона. Выход указанного триозонида должен составить 180% от исходного лигнина. При последующем разложении озонида водой и доокислении образующихся продуктов из бензольных колец фенилпропановых единиц лигнина должны образоваться производные щавелевой кислоты (~2 моля на структурную единицу лигнина с мол. весом 180) и более сложные алифатические соединения из боковых цепей.
Тищенко провел озонирование гидролизного и уксуснокислотного лигнинов в среде абсолютного этилацетата. При исчерпывающем озонировании лигнины полностью растворялись и давали триозониды с выходом 176—182%. После разложения водой и окисления щелочным перманганатом триозониды давали до 98% (от лигнина)' щавелевой кислоты, т. е. почти точно 2 моля на структурную единицу лигнина с мол. весом 180. Результаты проведенного исследования, по мнению автора, являются убедительным свидетельством в пользу «100%-ной ароматичности» лигнина.
В заключение следует отметить, что в последние годы усилился интерес к изучению окислительного действия озона на лигнин [360—370]. Результаты проведенных исследований позволили в общих чертах составить
14*
211
представление о последовательности реакций, протекающих при окислительном воздействии озона на лигнин.
Согласно литературным данным [371—373], озон прежде всего реагирует по алифатическим двойным связям, в результате чего образуются карбонильные и перекисные группы. Несколько медленнее действует озон на ароматические соединения, причем это действие в значительной степени зависит от заместителей в ароматическом ядре [374, 375]. В частности, при взаимодействии озона с эфирами пирокатехина разрыв ароматического кольца происходит, по-видимому, только между двумя кислородсодержащими функциями [375].
На основании этих данных Сотеленд [367 ] предложил возможную схему последовательнх реакций, протекающих при воздействии озона на структурное звено макромолекулы лигнина (схема 4).
Схема 4
\^\осн3
I J
OR
С3 I
—I СООСН3
\COOR
|03
1 1
О О	с3
II II	I
H-C-C-OR+
ОНС |
соосн3
|о,
0 0	с3
II I!	I
Н-С-С-ОСНо 4-	/Чч
ОНС о
Сз
I
о о
0 II II
+ Н-С-С-ОСН3
\COOR
|о,
С3
I /V ОНС о
о о
II II 4-H-C-C-0R
Согласно приведенной схеме, воздействие озона на ароматические ядра макромолекулы лигнина приводит к образованию производных муконовой кислоты. Поскольку эти соединения содержат две алифатические двойные
Схема 5
212
связи, по ним протекает дальнейшая атака избытком озона, что приводит к образованию сложной смеси, состоящей из производных глиоксаля й глиоксиловой кислоты. Однако следует отметить, что Сотеленду не уда* лось идентифицировать в смеси продуктов взаимодействия лигнина с озо* ном продуктов, предполагаемых схемой его окислительной деградации.
Хатакеяма и сотр. [364] провели окисление лигносульфоната кальция озоном (3% О3, 5 час, 0° С) и выделили из продуктов реакции щавелевую и малеиновую кислоты. Предложенная авторами схема последовательных реакций (схема 5), протекающих при окислении лигнина озоном, основывается на результатах экспериментов по озонированию ванилилового и вератрового спиртов [363]. В частности, при окислении обоих соединений в кислой среде среди продуктов реакции идентифицирован 8-лактон монометилового сложного эфира р-оксиметилмуконовой кислоты (ХСН), а в щелочной среде — 8-лактон р-оксиметилмуконовой кислоты (XGIII).
XCI!	XCII1
VI.2.2. Этанолиз
Исследования, рассмотренные в предыдущем разделе, показали, что окислительная деградация лигнина приводит к образованию главным образом соединений типа С6—Cj. Эти результаты, естественно, не дают информации о строении боковых цепей структурных звеньев лигнина, а также о возможных типах связи между ними, осуществляемых за счет функциональных групп боковых цепей. Это значительно снижает ценность данных, полученных методами окислительного расщепления, для суждения о строении лигнина. Впервые мономерные производные фенилпропана (С6—С3) удалось получить при деградации лигнина методом этанолиза.
Еще в 1893 г. Класон [376] сообщил о том, что при кипячении суспензии тонких еловых опилок в абсолютном этаноле, содержащем 5% хлористого водорода, часть лигнина переходит в раствор. Позднее реакция древесины с этанолом была более подробно исследована Холмбергом и Руниу-сом [72, 73, 377], которые показали, что образование этанол-лигнина включает* вступление этоксильных групп (—0,5 на каждую метоксильную группу, первоначально присутствовавшую в лигнине). Наблюдаемое алкилирование лигнина, согласно первоначальным представлениям [72, 73, 377], происходит за счет ацетализации свободных карбонильных групп или переацетализации связанных карбонильных групп лигнина. Однако в 1935 г. Холмберг [51—54] выдвинул альтернативное объяснение, предположив, что реакция алкилирования может протекать за счет этерификации бензилспиртовых групп и (или) переэтерификации бензилэфирных групп лигнина. Эта гипотеза нашла убедительное подтверждение в экспериментах Адлера и Гирера с сотр. [60—62], которые предложили использовать реакцию лигнина с 0,15 М раствором НС1 в абсолютном метаноле для количественного определения суммарного содержания бензилспиртовых и нециклических бензилэфирных групп в лигнине (см. VI.1.2, пункт 2.6).
Следует отметить, что взаимодействие лигнина с различными спиртами широко использовалось для выделения лигнина из лигнифицированных материалов, а сами алкоголь-лигнины являлись объектом для исследования строения лигнина. Эти работы широко известны [378, 379]. Указанные исследования были направлены главным образом на изучение алко-гол ь-лигнина, выход которого не превышал 30—60% от лигнина Класона
213
Сравнительно низкий выход алкоголь-лигнина связан с тем, что некоторое количество лигнина остается в древесном остатке, а также с тем, что зна
чительная часть лигнина деструктирует до низкомолекулярных водорастворимых продуктов. Последние были впервые исследованы Гиббертом и его сотр. [241, 380—389], работы которых в этом направлении оказали очень большое влияние на последующее развитие химии лигнина.
Предварительно проэкстрагированную древесную муку (ель или клен) кипятили с обратным холодильником в абсолютном этаноле в присутствии 2—3% безводного хлористого водорода в течение 48 час. Выход этанол-лигнина из ели составил 10—14%, из клена — 29—34% (от лигнина Класона) [382]. Выход водорастворимых продуктов деструкции лигнина, экстрагированных бензолом из водных растворов после удаления этанол-лигнипа, составил для ели 11 — 12% и для клена 20—35% (от лигнина Класона) [382]. Впоследствии Гибберту и сотр. [383] удалось увеличить выходы этанол-лигнина и водорастворимых продуктов из древесины клена до 55,1—58,8 и 38,6—49,8% (от лигнина Класона) соответственно. Проводя этанолиз в течение различных промежутков времени (от 1 до 48 час), Гибберт и сотр. [384] установили, что с увеличением продолжительности реакции уменьшается отношение нерастворимого в воде этанол-лигнина к водорастворимым ароматическим продуктам, что указывает на то, что последние образуются в результате постепенного расщепления лигнина древесины во время этанолиза. Образование в древесине остаточного нерастворимого в этаноле лигнина указывает на происходящие одновременно конденсационно-полимеризационные процессы. Таким образом, согласно представлениям Гибберта, при этанолизе одновременно протекают, с одной стороны, процессы медленного расщепления природного лигнина с образованием низкомолекулярных водорастворимых продуктов, а с другой стороны — встречные реакции конденсации, приводящие к получению нерастворимых в этаноле полимеров. Соотношение деструктивных и конденсационных процессов определяется условиями проведения этанолиза.
Из водорастворимых продуктов, полученных этанолизом древесины клена, Гибберт и сотр. выделили и идентифицировали ряд соединений: ванилин [385], сиреневый альдегид [385], 2-этокси-1-(4-окси-3-метокси-фенил)-1-пропанон (а-этоксипропиованилон, а-этоксипропиогваякон) (XCIV) [381], 2-этокси-! - (4-окси-3,5 - диметоксифенил) - 1 - пропанон (а-этоксипропиосирингон) (XCV) [381], 1-(4-окси-3-метоксифенил)-1,2-пропандион (ванилоилметилкетон, ванилоилацетил, ацетилванилоил) (XCVI) [386], 1-(4-окси-3,5-диметоксифенил)-1,2-пропандион (сирингоил-метилкетон, ацетилсирингоил) (XCVII) [386], 1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-пропанон (гваяцилацетон) (XCVIII) [385] и 1-(4-окси-3,5-диметокси-фенил)-2-пропанон (XCIX) [385]. Анализ водорастворимых продуктов, полученных в результате этанолиза еловой древесины, показал наличие следующих соединений: ванилина [387], а-этоксипропиованилона (XCIV) [380], ванилоилметилкетона (XCVI) [387], гваяцилацетона (XCVIII) [388] и 1-этокси-1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-пропанона (С) [388].
СН3
Н(^ОС2Н5 I с=о
OR
CH3 I c=o <!=<> 6 r/у \och3
I J
OH
CH3
l=0
CH2
H
r/^/\och3
I J
OH
CH3 I c=o
I
HCOC2H5
I
XCIV: R = К' = Н
XCIVa: R=CH3;R' = H
XCV: R = H; R’ = OCH3
XCVI: R = H
XCVII: R = OCH„
XCVIII: R = H
XCIX: R = OCH3
Y4O C H3
I J
C: R = H
Ca: R = CH3
214
Выход идентифицированных мономерных продуктов этанолиза (кетоны Гибберта) из древесины клена приведен в табл. VI.7. Суммарный выход кетонов Гибберта, полученных в результате этанолиза еловой древесины, составил ~3% [241].
В начале 40-х годов Гибберт [390, 3911 выдвинул гипотезу о происхождении и функции лигнина в растении. Согласно этой гипотезе, предшественником лигнина хвойных является очень реакционноспособный р-оксиконифериловый спирт (CI) или его кето-форма — 3-окси-1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-пропанон (СП). Эти соединения синтезируются растением для выполнения функции катализаторов дыхания, переносящих водород (см. параграф V.3.1). После отмирания клетки они окисляются и претерпевают сложные конденсационно-полимеризационные превращения, приводящие к образованию лигнина.
Таблица VI.7
Выход кетонов Гибберта, полученных в результате этанолиза древесины клена
Соединение
Выход, от лигнина Класона
Литература
R—СО—CH(OC2H3)—СН3 (XCIV)
R'-CO—СН(ОС2Н3)-СН3 (XCV)
R—СО-СО-CH, (XCVI)
R -СО-СО-СН3 (XCVII)
R-CHO
R'-CHO
R-СН,—СО-СНз	(XCVIII)
Н'-СН2-СО—CH3	(XCIX)
Итого:
3,1
3,2 0,6
1,9 о,1 0,6 0,05
0,2
[389]
[389]
[386]
[386]
|385]
[385]
[385]
[385]
9,75
Примечание:
Н3СО
Н3СО
R' = НО-<^__
н3со/
В качестве одного из доказательств этой гипотезы Гибберт рассматривал результаты экспериментов по этанолизу модельных соединений лигнина. Проведенный Гиббертом и сотр. [392] этанолиз 3-окси-1-(3,4-ди-метоксифенил)-2-пропанона (СПа), являющегося вератровым аналогом кето-формы (З-оксикониферилового спирта, привел к получению 2-этокси-1-(3,4-диметоксифенил)-1-пропанона (XCIVa) и 1-этокси-1-(3,4-диметок-сифенил)-2-пропанона (Са) в соотношении 3:7с общим выходом 80%. Образование полученных соединений, являющихся вератровыми аналогами мономерных продуктов этанолиза еловой древесины (XCIV и С), несомненно, происходит в результате аллильной перегруппировки с последующими дисмутационными изменениями. Гибберт полагал, что образование соединений XCIV и С происходит в результате аналогичных превращений структурного звена лигнина [3-оксикониферилспиртового типа.
В результате проведенного Гиббертом и сотр. [393] этанолиза 1-аце-токси-1-(4-ацетокси-3-метоксифенил)-2-пропанона получены соединения XCIV, С, XCVI и XCVIII с выходами 54,6; 16,7; 7,3 и 1,3% соответственно. Поскольку ацетильные группы исходного соединения легко отщепляются в условиях проведения реакции, можно считать, что полученные продукты образуются из соответствующего свободного диоксипроизводного — 1-окси-1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-пропанона (CIV), который легко образуется в условиях реакции из 3-окси-1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-пропа-
215
нона (СП) в результате аллильной перегруппировки. И наконец, осуществленный Гарднером [394] этанолиз соединения СП привел к получению кетонов Гибберта XCIV, XCVI, С и XCVIII с выходами 26; 9; 4,5 и 2% соответственно. Поскольку выход кетонов Гибберта из лигнина составляет всего лишь 1/5 от выхода тех же мономеров, полученных в результате этанолиза соединения СП, Гарднер высказал предположение, что структурные элементы, образующие эти кетоны, составляют, по-видимому, лишь х/5 часть лигнина.
Рассмотренные результаты экспериментов с модельными соединениями позволили Гибберту [395] предложить схему образования мономерных продуктов этанолиза лигнина. Согласно представлениям автора, эти соединения образуются не из полимерного лигнина, а из его простых структурных звеньев |3-оксикониферилспиртового типа в результате следующих превращений (схема 6).
Схема 6
R—СН.,—СО—СН2ОН	R—СН=С(ОН)—СН2ОН	R—СН(ОН)—С(ОН)=СН2
' сп	ci	сш
_______________________Ь______________________I 1 ii_____________________
R—СО—СО—СН3 <—
xcvi	—- R—СНОН—СО—СН3	R— С(ОН)=С(ОН)-СН3
R—СН2—СО—СН3 *—	civ	cv
XCVIII	I	I t
| С2ЩОН + НС1	|1
4-	4, I
R—CH(OC2HS)—СО—СН3	R-CO-CHOH-CH3
С	CVI
С2Н50Н + НС1 |
R—СО—СН(ОС2Н5)—сн3
XCIV
(R = 4-окси-З-метоксифенил).
Как видно из приведенной схемы, [3-оксиконифериловый спирт (CI) претерпевает аллильную перегруппировку (стадия а) с последующей кето-енольной перегруппировкой (стадия Ь), приводящей к соединениям более устойчивого бензоинового типа. Изомерные кетолы CIV и CVI взаимно превращаются друг в друга через промежуточное ендиольное соединение CV. И наконец, окислительно-восстановительное превращение (стадия с), согласно представлениям Гибберта и сотр. [396], протекает через образование нестабильного димерного соединения СУП. Последнее распадается далее, как показано пунктирной линией.
II : I
С\ >с—он
I of I
сн3 сн3
CVII
Предложенная схема хорошо объясняет наличие С—СН3-групп в продуктах этанолиза и изолированных лигнинах и их отсутствие в природном лигнине [397], а также отсутствие в продуктах этанолиза первичных спиртовых или конечных эфирных групп и установленное наличие таких групп в лигнине [83, 398—400]. Кроме того, предложенная схема нашла подтверждение в ходе последующих исследований. В частности, Исихара и Кондо [401 ] провели этанолиз 1-этокси-1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-
216
пропанона (С) и обнаружили наличие в реакционной смеси а-этоксипро-пиованилона (XCIV ) и ванилоилметилкетона (XCVI). Таким образом, а-этоксипропиованилон образуется либо через соединение С, либо в результате этилирования 2-окси-1-(4-окси-3-метоксифенил)-1-пропанона (CVI).
Проведенный Гарднером и Гиббертом [402] этанолиз 1,3-диацетокси-1-(4-ацетокси-3-метоксифенил)-2-пропанола привел к получению дикетона (XCVI). Авторы полагают, что образование дикетона можно представить в результате следующих превращений:
R—СНОН—СО—СН2ОН
Н-С(ОН)=С(ОН)-СН2ОН R-C(OH)2-C(OH)=CH2 I [	I -н’°
ф I	ф
В —СО—СН(ОН)—СН2ОН	R—СО—СО—сн3
Таким образом, результаты экспериментов с модельными соединениями свидетельствуют о вероятном наличии в лигнине фенилпропанового структурного звена с боковой цепью —СН2—СО—СН2ОН или ее енольной формы —СН=С(ОН)—СН2ОН, а также в ограниченной степени звена с боковой цепью —СО—СНОН—СН2ОН или —СНОН—СО—СН2ОН.
Эксперименты по этанолизу модельных соединений лигнина в 50-х годах были продолжены Адлером и его сотр. Адлер и Иллнер [403] осуществили этанолиз вератрилглицерина и обнаружили в реакционной смеси 2-этокси-1-(3,4-диметоксифенил)-1-пропанон (XCIVa) и 1-этокси-1-(3,4-диметоксифенил)-2-пропанон (Са), образование которых наблюдалось Гиббертом и сотр. [392] при этанолизе 3-окси-1-(3,4-диметоксифенил)-2-пропанона. Полученные результаты указывают на возможность образования мономерных продуктов этанолиза из или через гваяцилглицерино-вые структуры. Адлер и сотр. [404] показали, что при этанолизе р-гвая-цилового эфира вератрилглицерина (CVIIIa) происходит отщепление гваякола и образование тех же соединений, которые идентифицированы в продуктах этанолиза вератрилглицерина.
Адлер и Иллнер [405] провели исследование этанолиза гваяцилгли-церина и обнаружили в продуктах реакции а-этоксипропиогваякон (XCIV), ванилоилметилкетон (XCVI) и гваяцилацетон (XCVIII). На основании полученных результатов и данных Гибберта [393] авторы пришли к заключению, что окислительно-восстановительная стадия (схема 6, стадия с) возможна лишь в том случае, если фенольная ОН-группа в соединении CIV свободна или ацетилирована. Если же фенольная ОН-группа связана в виде простого эфира, окисление-восстановление подавляется. Адлер и Эриксоо [406] сообщили о синтезе гваяцилглицерин- р-гваяцилового эфира (CVIII) и проведении этанолиза этого модельного соединения (продукты реакции не приведены). Позднее Кратцль и Пацнер [407] также исследовали этанолиз гваяцилглицерин-р-гваяцилового эфира. В продуктах реакции авторами идентифицированы ванилиновая кислота, p-оксипропиогваякон, а-оксипропиогваякон, а-этоксипропиогваякон (XCIV), ванилин, гваяцилацетон (XCVIII), ванилоилацетил (XCVI) и гваякол.
Позднее для изучения кислотной деградации лигнина Адлер и Лундквист использовали метод ацидолиза (кипячение лигнина с 0,2М раствором хлористого водорода в водном диоксане) (см. параграф VI.2.3), причем эксперименты на модельных соединениях показали [408] близкую аналогию этанолиза и ацидолиза. В результате проведенных исследова-ваний Адлер [409] предложил схему кислотной деградации лигнина (схема 7), подробно рассматриваемую в следующем разделе, и показал, что структурами, ответственными за образование кетонов Гибберта, являются гваяцилглицерин-p-арилэфирные структуры лигнина.
217
Схема 7
XCVIII
XCVI
Предложенная Адлером схема кислотной деградации лигнина включает первоначальную дегидратацию. (элиминирование) (стадия а) с последующим гидролизом образовавшегося еноларилового эфира (стадия Ь). Получаемые в результате первичные кетолы далее путем аллильной перегруппировки и последующей кето-енольной перегруппировки (согласно механизму, предложенному Гиббертом) превращаются в равновесную смесь изомерных вторичных кетолов CVI и CIV. В результате окислительно-восстановительного превращения этих кетолов (R = H) образуются ванилоилметилкетон (XGVI) и гваяцилацетон (XCVIII). Поскольку нефенольные кетолы CVIa и CIVa не претерпевают указанных окислительно-восстановительных превращений, Адлер и сотр. [323] полагают, что промежуточным соединением на этой стадии является хинонметид, образующийся из фенольного бензилового спирта CIV.
Представления Адлера о том, что источником образования кетонов Гибберта при этанолизе лигнина являются структуры арилглицерин-13-ариловых эфиров, подтверждают результаты, полученные другими исследователями. Так, Фрёйденберг и Шлютер [19] провели этанолиз трех промежуточных продуктов биосинтеза лигнина из кониферилового спирта in vitro: дегидродикониферилового спирта, £),1/-пинорезинола и гвая-
218
цилглицерин-,8-кониферилового эфира (CXI) и показали, что лишь в случае последнего соединения реакция приводит к образованию кетонов Гибберта. Сарканен и Шюрх [4101 исследовали повторный этанолиз нерастворимых в эфире этанол-лигнинов, выделенных путем трехстунен-чатого этанолиза еловой древесины, и на основании полученных результатов пришли к заключению об аналогичности поведения этанол-лигнина и гваяцилглицерин-8-ариловых эфиров при этанолизе.
Заканчивая рассмотрение вопросов, связанных с механизмом расщепления лигнина в процессе этанолиза, следует остановиться на результатах, полученных Матзукура и Сакакибара [411] при исследовании этанолиза древесины аянской ели и елового ЛМР в различных условиях. Количество образующихся кетонов Гибберта оценивали методом газовой хроматографии. Установлено, что увеличение отношения количества реакционного раствора к количеству лигнина значительно уменьшает выход гваяцилацетона (XCVIII), 1-этокси-1-гваяцил-2-пропанона (С) и 2-этокси-1-гваяцил-1-пропанона (XCIV) и увеличивает выход ванилоил-ацетила (XCVI). Кроме того, показано, что в условиях реакции гваяцил-ацетон (XCVIII) является значительно менее устойчивым, чем ванилоил-ацетил (XCVI). Поскольку, согласно механизму, предложенному Адлером, образование соединений XCVIII и XCVI происходит в результате окисления-восстановления равновесной смеси вторичных кетолов, выход гваяцилацетона (XCVIII) должен быть равен или меньше выхода ванилоил-ацетила (XCVI). Поскольку результаты проведенного исследования показали обратную закономерность, авторы считают возможным существование иного пути образования гваяцилацетона помимо указанного в схеме Адлера.
Заканчивая рассмотрение исследований по этанолизу лигнина и его модельных соединений, следует сказать несколько слов о работах послед-яих 10—15 лет. Несмотря на отмеченный выше низкий выход кетонов Гибберта, их образование при этанолизе является важным критерием утя отнесения того или иного препарата к лигнину. Так, Хеглунд и Рихт-зенхайн [412] провели сравнительное исследование природного и соляно-зислотного лигнинов, используя для характеристики возможных разли-зий между этими препаратами их деструкцию в процессе этанолиза и сульфирования. Кратцль и сотр. [230, 413—417] в своих исследованиях по биосинтезу лигнина широко использовали деградацию в процессе этано-1иза для характеристики препаратов лигнина, выделенных из древесины юсле имплантации в нее меченого кониферина. Были предложены мето-щки хроматографического (на бумаге и в тонком слое) разделения продук-?ов этанолиза [418—421 ], а также разработан микрометод для проведения ианолиза лигнифицированных материалов [422].
Кратцль и Клейн [423] исследовали этанолиз сульфированных мо-{ельных соединений и ЛСК и показали, что образование кетонов Гиб-»ерта происходит лишь при наличии кислородной функции у С2-атома это очевидно из рассмотренных выше механизмов этанолиза лигнина). Димеры с С—С-связями между боковыми цепями не расщеплялись до ке-’онов Гибберта. При изменении только положения функциональных групп а-сульфо- и карбонильной группы) десульфирование не имеет места г кетоны Гибберта не могли быть выделены из реакционной смеси.
Исихара и Кондо [401, 424] провели этанолиз древесины красной шонской сосны и при помощи бумажной хроматографии показали нали-[ие в продуктах реакции 2-окси-1-(4-окси-3-метоксифенил)-1-пропанона CVI), ванилиновой кислоты, и-оксибензальдегида и этилового эфира (анилиновой кислоты в дополнение к продуктам XCIV, XCVI, XCVIII [ С, а также ванилину, обнаруженным ранее Гиббертом и сотр.
Кратцль и Чепель [425] впервые использовали метод газовой хромато-рафии для фракционирования продуктов этанолиза еловой древесины. 1омимо мономерных соединений авторы указали на наличие в реакционной
219
смеси олигомерных продуктов этанолиза. Густафссон и сотр. [426]предпри-няли безуспешную попытку выделить димерные и олигомерные продукты этанолиза.
VI.2.3. Ацидолиз
Прежде чем перейти к рассмотрению реакций лигнина в процессе ацидолиза, следует отметить, что термин «ацидолиз» имеет двоякое значение. В более узком смысле под ацидолизом понимают предложенную Адлером и сотр. [322] обработку лигнина в течение различных промежутков времени 0,2 М раствором хлористого водорода в смеси диоксан—вода (9 : 1) при температуре кипения. В более широком смысле ацидолиз обозначает весь комплекс превращений лигнина под действием кислот. Таким образом, предложенную Адлером обработку, являющуюся частным случаем кислотной деградации лигнина, можно рассматривать в качестве модели процессов, в той или иной степени протекающих при превращениях лигнина в кислых средах (сульфирование, хлорирование и т. д.). Однако значение рассматриваемых ниже работ не ограничиваается только этим. Исследования ацидолиза (этим термином в последующем будет обозначаться только предложенная Адлером процедура) лигнина, как будет показано, привели к получению исключительно ценной информации относительно строения его макромолекулы. Кроме того, работы шведской школы химии лигнина в указанном направлении имеют и большую методологическую ценность, являясь примером комплексного и всестороннего' подхода к решению поставленных задач.
В 1956 г. Исикава и Кондо [401 ] в ходе экспериментов по этанолизу древесины японской красной сосны провели обработку древесины в условиях, аналогичных этанолизу, но с использованием в качестве растворителя диоксана, обладающего по отношению к лигнину значительно большей растворяющей способностью, чем этанол, и вместе с тем исключающего' процесс алкилирования. В продуктах реакции при помощи бумажной хроматографии идентифицированы: ванилин (СХШ), ванилиновая кислота (CXIV), а-оксипропиогваякон (CVI), ванилоилацетил (XCVI) и гваяцилацетон (XCVIII), т. е. соединения, аналогичные получаемым при этанолизе. Спустя год Адлер и сотр. [322] опубликовали первые результаты экспериментов по ацидолизу ЛМР и его модельных соединений. Последующие исследования Адлера [75, 323, 409, 427], Лундгрена [428], Лундквиста [408, 429—439] и их сотр. позволили составить четкое представление о превращениях лигнина в процессе ацидолиза.
Отделение низкомолекулярных продуктов деструкции лигнина при ацидолизе проводили по следующей методике [323, 409, 430, 434]. После окончания реакции основную часть полимерного материала удаляли адсорбцией на колонке, заполненной силикагелем [элюент: смесь бензол— диоксан (3 : 1)], причем было показано, что потери низкомолекулярных продуктов при этой операции незначительны. Затем низкомолекулярный материал, составляющий по весу 26% от исходного лигнина, подвергали гель-фильтрации на сефадексе G-25, используя в качестве элюента смесь диоксан—вода (1 : 1). Элюированный материал разделяли на три фракции с последовательно возрастающим молекулярным весом: А, В и С. Фракции А и В содержали И и 6% от веса исходного лигнина [434]. Последующее разделение этих фракций на индивидуальные компоненты осуществляли при помощи хроматографических методов, в том числе и газовой хроматографии [436]. Представленные на схеме 8 мономерные (фракция А) и димерные (фракция В) фенолы составляют основную часть фракций.
Соединения СП, CIV, CVI, XCVIII, XCVI, CXII-CXVII, идентифицированные во фракции А, составляли 9,4% от веса исходного лигнина, или 89% фракции А [434]. Соединения CXVIII—CXXIV, идентифици-220
Фракция А (11%) I
CXV	CXVI	CXVII
Фракция В (G%)
CXV1II	CXIX	схх
СХХ1	CXXII	CXXIII
CXXIV
рованные во фракции В, составляли 4,1% от веса исходного лигнина,, или 68% фракции В [434].
Следует отметить, что начиная с первых /работ по ацидолизу лигнина эксперименты по отделению и идентификации продуктов ацидолитической деструкции лигнина проводили параллельно с исследованием поведения модельных соединений при ацидолизе. В результате этого оказалось возможным установить однозначную связь почти всех идентифицированных продуктов деструкции со структурными элементами лигнина, а в некоторых случаях, как будет показано ниже, использовать превращения, претерпеваемые лигнином при ацидолизе, для количественной оценки различных структурных элементов его макромолекулы.
Адлер и сотр. [322] идентифицировали в продуктах ацидолиза елового ЛМР а-оксипропиогваякон (CVI), гваяцилацетон (XCVIII) и ванилоил-метилкетон (XCVI). Указанные кетоны наряду с гваяколом образовывались и при ацидолизе гваяцилглицерин-^-гваяцилового эфира (CVIII).' Эти результаты позволили сделать вывод о том, что деструкция лигнина при ацидолизе обусловлена в первую очередь расщеплением [З-алкил-арилэфирных связей в арилглицерин- p-арилэфирных структурах, и предложить возможный механизм этого расщепления. Несколько позднее Адлер [75] и Лундгрен [428] выделили из продуктов ацидолиза соединения CVIII «/-оксигваяцилацетон (СП) и качественно показали его наличие в продуктах ацидолиза ЛМР, тем самым подтвердив выдвинутое ранее [322] предположение о том, что соединение СП является промежуточным продуктом при ацидолитическом расщеплении арилглицерин-|3-арилэфирных структур лигнина. Авторами установлено, что максимальное количество кетола СП наблюдается после двухчасового ацидолиза; при увеличении продолжительности реакции его содержание в реакционной смеси уменьшается вследствие превращения в кетоны Гибберта.
Впоследствии Лундквисту [429] удалось выделить ш-оксигваяцил-ацетон из продуктов двухчасового ацидолиза елового ЛМР с выходом 6% от исходного лигнина, а также идентифицировать 1-окси-1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-пропанон (CIV) в дополнение к обнаруженным ранее кетонам СП, CVI, XCVIII и XCVI в реакционной смеси, полученной при ацидолизе ЛМР [429, 431] и модельного соединения CVIII [323, 430]. Согласно данным Лундквиста [434], продукты ацидолиза ЛМР (СП, CIV, CVI, XCVIII, XCVI, СХП, CXIII), которые составляют основную часть фракции А, образуются также (в дополнение к гваяколу) при четырехчасовом ацидолизе гваяцилглицерин-|3-гваяцилового эфира (CVIII), причем относительное содержание указанных соединений по существу одинаково в реакционных смесях, полученных в результате ацидолиза лигнина и CVIII. В обоих случаях преобладающим соединением был кетол СП. Результаты рассмотренных модельных экспериментов убедительно свидетельствуют о том, что источником мономерных кетонов СП, CIV, CVI, XCVIII, XCVI, СХП и СХШ являются арилглицерин-|3-арилэфирные структуры, на наличие которых в лигнине указывает образование аналогичных кетонов при ацидолизе ЛМР. Позднее Лундквист и Лундгрен [439] провели ацидолиз различных модельных соединений арилглицерин-[3-арилэфирного типа, а также предприняли попытку оценить количество этих структурных элементов в лигнине путем сравнения результатов ацидолиза модельных соединений и ЛМР.
Результаты экспериментов с модельными соединениями лигнина [75, 322, 409, 428, 430] позволили Адлеру [427] предложить механизм ацидолитического расщепления гваяцилглицерин- [3-гваяцилового эфира (CVIII) (схема 9), согласно которому реакция протекает через бензильный ион (CXXV) и приводит к образованию еноларилового эфира (CIX). Последний быстро гидролизуется до кетола (СП) и гваякола (СХ).
Последующий ацидолиз кетола (СП),- который состоит из серии реакций, включающих кето-енольные превращения, аллильную перегруп-222
Схема 9
СИ
пировку (при образовании CIV из CI) и окисление-восстановление, приводит к образованию смеси кетонов CIV, CVI, XCVI и XCVIII (схема 10).
Основные стадии образования кетонов Гибберта при кислотной деградации арилглицерин- p-арилэфирных структур лигнина представлены на приведенной ранее (стр. 218) схеме 7 [323]. Эта схема суммирует результаты рассмотренных выше экспериментов по ацидолизу модельных соединений арилглицерин- (3-арилэфирного типа, в ходе которых установлено, что промежуточным соединением при ацидолизе гваяцилглицерин- р-гваяцилового эфира (CVIII) и его вератрового аналога (CVIIIa) является ш-оксигваяцилацетон (СП) или его метиловый эфир (СПа) соответственно. Согласно представлениям Адлера и сотр. [323], их образование происходит в результате начальной дегидратации (схема 7, стадия а) и гидролиза образующегося еноларилового эфира (стадия Ъ). Кетол СП далее превращается путем аллильной перегруппировки своей енольной формы (CI) и последующей кето-енольной перегруппировки (стадия с) в равновесную смесь изомерных вторичных кетолов CIV и CVL И наконец, окисление-восстановление (стадия d) приводит к образованию ванилоилметилкетона (XCVI) и гваяцилацетона (XCVIII). Следует отметить, что окисленпе-восстановление не имеет места в случае нефенольных кетолов CIVa и CVIa [405]. Это, по-видимому, указывает на то, что в реакции участвует хинонметид, образующийся из фенольного бензилового
223
Схема 10
Н2СОН
Н2СОН
с=о
С-ОН
сн2
НС
\осн3
I 3
он
СИ
уЧсн,
I 3 он сг
СН2
сн3
сн3
С-ОН
с=о
С-ОН
неон
неон
С-ОН
он
ОСН3
\^\осн, I J он
CIV
\А\осн3
I 3 он
сн3
I неон
I с=о А U у \осн3 он
CVI
сн3
I с=о
I сн, /С и у чосн3
I 3 он
XCVIII
спирта СIV. Стадии с и d рассмотренной схемы аналогичны предложенной Гиббертом [393, 395] последовательности превращений лигнина в процессе этанолиза, которые приводят к образованию мономерных кетонов (см. параграф VI.2.2).
В результате проведенных экспериментов [323] установлено, что при ацидолизе фенольного p-алкиларилэфирного модельного соединения CVIII реакция Ъ значительно быстрее начальной стадии а; более того, реакция с значительно медленнее, чем а. Поэтому первичный кетол СП накапливается в смеси продуктов ацидолиза в течение первых часов нагревания и может быть выделен после четырехчасового ацидолиза соединения CVIII с выходом 53%; только 15% исходного материала превращается за этот период в смесь CIV и CVI. Суммарное расщепление [Э-алкиларилэфирных связей составляло 74%, на что указывает выход гваякола Г(СХ). В случае нефенольного модельного соединения CVIIIa, реагировавшего со значительно меньшей скоростью, выходы первичного кетола СПа, вторичных кетолов CIVa+CVIa и гваякола после четырехчасового ацидолиза составляли соответственно 34; 3 и 42%.
Рассмотренный механизм образования кетонов Гибберта убедительно подтверждается результатами последующих экспериментов. Так, Лунд-
224
V квист и Хедлунд [408] показали, что ацидолиз кетола СП приводит к обра- зованию кетона CIV наряду с ранее найденными соединениями CVI, I XCVIII и XCVI [75, 428]. Кроме того, Лундквист и Хедлунд [408]  в экспериментах на модельных соединениях показали предполагавшееся I ранее [393, 395, 396] взаимное превращение кетолов CIV CVI в про-| цессе ацидолиза, а также необратимость реакции СП ->CIV.
Помимо кетонов СП, CIV, CVI, XCVIII и XCVI, в продуктах ацидолиза ЛМР и соединения CVIII обнаружены гомованилин (СХП), ванилин (CXIII) и ванилиновая кислота (CXIV). Согласно представлениям Лундквиста [435], образование гомованилина происходит одновременно с освобождением формальдегида из арилглицерин- |3-арилэфирных структур —согласно схеме 11.
Схема 11
схп	сх
Соединение CVIII разлагается с потерей воды через бензильный ион CXXV до енол-эфира CXXVI и формальдегида. Енол-эфир далее претерпевает гидролиз, образуя гомованилин и гваякол. Вторая стадия предложенного механизма образования гомованилина подтверждена экспериментом по ацидолизу модельного соединения CXXVI [435].
Как отмечалось выше, относительное содержание соединений СП, CIV, CVI, XCVIII, XCVI, СХП и СХШ в реакционных смесях, полученных в результате ацидолиза ЛМР и модельного соединения CVIII, было одинаковым. Единственное различие заключалось в том, что при ацидолизе лигнина образуется несколько большее количество ванилина по сравнению с ацидолизом соединения CVIII [434]. Однако это различие не наблюдалось в том случае, если в качестве исходного материала использовали ЛМР, восстановленный боргидридом натрия. Поскольку обработка боргидридом восстанавливает карбонильные группы лигнина, очевидно, что ванилин, образующийся при ацидолизе невосстановленного тигнина, частично возникает из лигнинных звеньев, содержащих карбо-шльные группы, например из ванилиновых звеньев, связанных с макро-юлекулой лигнина эфирными связями, которые расщепляются при аци-(олизе. Указанное боргидридное восстановление также значительно 'меньшало выход кониферилового альдегида (CXV) при последующем цидолизе восстановленного ЛМР. Это, по-видимому, указывает на то, то образование кониферилового альдегида при ацидолизе происходит результате его освобождения из кониферилальдегидных конечных
15 О. п. Трушников, В. В. Елкин
225
групп лигнина путем гидролиза эфирных связей. Прямое доказательство наличия в еловом лигнине кониферилового альдегида и ванилина, связанных с макромолекулой лигнина эфирными связями, получено Ним-цем [4401 в результате мягкого гидролиза еловой древесины. Автору удалось выделить конифериловый альдегид и ванилин, связанные с гвая-цилглицериновымп молекулами p-эфирными связями. Согласно представлениям Лундквиста [434], аналогичное объяснение может быть предложено и для образования ванилиновой кислоты (CXIV) при ацидолизе лигнина. И наконец, образование соединений CXVI и CXVII, указывающих на наличие в еловом лигнине небольших количеств и-оксифенильных звеньев, по-видимому, аналогично образованию соответствующих соединений гваяцилового ряда (СП и CXV).
Димерные продукты ацидолитической деструкции лигнина (CXVIII — CXXI) были также получены Лундквистом и Микше [432, 434] при ацидолизе 1,2-бис-(4-окси-3-метоксифенил)-1,3-пропандиола (CXXVII). На основании того, что лигнин и соединение CXXVII образуют при ацидолизе аналогичные продукты реакции, авторы пришли к заключению о наличии в макромолекуле лигнина 1,2-диарилпропановых структур или их предшественников. Предложенный авторами механизм деградации указанных структур в процессе ацидолиза рассмотрен в параграфе VI.3.5.
И,СОН
ПС—Ч-ои
НСОП пен.
о п
CXXVII
Н2СОН
НС—О—Ч)-С-С-С
н^оп бсн3
А
носн,_ ||
HcZS^OCH,
-I
нс—о
I
Гн
^/\осн3
I J
—о
CXXVIII
Адлер и Лундквист [441] еще в 1963 г. использовали превращение насыщенных фенилкумарановых систем в ненасыщенные фенилкумароновые при действии кислоты с целью количественной оценки содержания фенилкумарановых структурных элементов в лигнине. Эксперименты на модельных соединениях [323, 437, 441] позволили предложить механизм указанного превращения (см. параграф VI.3.2). Полученные результаты свидетельствуют о генетической связи выделенных после ацидолиза ЛМР фенилкумарона (СХХП) и о,и'-диоксистильбена (СХХШ) и указывают на то, что предшественником этих продуктов деструкции в макромолекуле лигнина является последовательность из трех фенилпропановых звеньев (CXXVIII), состоящая из фенилкумарановой системы, несущей боковую глицериновую цепь, с которой третье звено связано [Э-алкиларйл-эфирной связью. Таким образом, выделение из продуктов ацидолитической деструкции лигнина соединения СХХП свидетельствует о наличии в лигнине как фенилкумарановых, так и арилглицерин-р-арилэфирных систем.
Что касается обнаружения среди продуктов деградации лигнина при ацидолизе (±)-3,4-диванилилтетрагидрофурана (CXXIV), то его образование до сих пор не имеет удовлетворительного объяснения [434].
226
Высказано предположение, что соединение CXXIV может образовываться из загрязняющих исходный лигнинный материал экстрактивных веществ.
В связи с тем, что в смеси продуктов ацидолиза лигнина не было обнаружено пинорезинола или его диастереомера эпипинорезинола, Лундквист [434| провел эксперименты по ацидолизу пинорезинола, а также лигнина, содержавшего незначительные добавки пинорезинола. Установлено, что при ацидолизе пинорезинол претерпевает частичную изомеризацию в эпи-пинорсзипол. Кроме того, показано, что при ацидолизе лигнина с добавкой —0,1% (от веса лигнина) пинорезинола в смеси продуктов реакции содержатся пинорезинол и эпипинорезинол. Полученные результаты привели автора к выводу, что количество структурных элементов пинорези-нольного типа, которые могут быть источником образующихся при ацидолизе пинорезинола или эпипинорезинола, очень незначительно. Это обусловлено, вероятно, тем, что гваяцилпропановые звенья в структурах пинорезинольного типа в значительной степени связаны с соседними звеньями углерод-углеродными или же диарилэфирными связями, которые стабильны по отношению к кислоте, чем и объясняется низкий выход пинорезинола при ацидолизе.
Помимо рассмотренных выше фенольных продуктов деградации при ацидолизе елового лигнина образуются пировиноградный альдегид [433], формальдегид [435] и метанол [438].
Лундквист и сотр. [433] показали, что источником образования пировиноградного альдегида (метилглиоксаля) являются структурные элементы лигнина типа глицеринальдегид-2-арилового эфира, образующиеся наряду с 1,2-диарилпропановыми структурами в результате (4, [^-радикального сочетания (см. параграф VI. 3.5). Указанный вывод подтвержден экспериментами на соответствующих модельных соединениях.
Лундквист и Эрикссон [435 ] исследовали возможности образования формальдегида при ацидолизе лигнина. Эксперименты на модельных соединениях показали, что формальдегид образуется из 1,2-бнс-(4-окси-3-метоксифенил)-!, 3-пропандиольных структур одновременно с п,п'-диокси-стильбеном (CXVIII); из фенилкумарановых структур — одновременно с о.и'-диоксистильбеном (СХХШ) и, наконец, из арилглицерин-^-арил-эфирных структур — одновременно с гомованилином (СХП) (эта реакция рассмотрена выше). Все три реакции протекают по однотипному механизму, который рассматривается как обратная реакция Принса и заключается во фрагментации исходных соединений через соответствующие бензильные ионы.
Лундквист и Эрикссон [438] исследовали возможности образования метанола в процессе ацидолиза лигнина. Экспериментами на модельных соединениях показано, что образование метанола связано с наличием в макромолекулах лигнина хиноидных и хинонных звеньев различного типа, которые, как полагают, могли образоваться в результате окислительного сочетания фенолов в процессе биосинтеза лигнина .
В заключение следует остановиться на основных направлениях деструкции лигнина в процессе ацидолиза. Как убедительно показано результатами рассмотренных выше экспериментов , ацидолитическая деструкция лигнина связана в первую очередь с расщеплением р-алкиларилэфирных связей в арилглицерин-[3-арилэфирных структурах. Вторым направлением деструкции лигнина при ацидолизе является расщепление бензиларилэфир-ных связей. Согласно данным Адлера и сотр. [77], при обработке елового ЛМР 0,2 М раствором хлористого водорода в смеси диоксан—вода (9 : 1) в течение 24 час при 50° С («мягкий ацидолиз») происходит значительное уменьшение среднего молекулярного веса. Авторами показано, что в этих условиях происходит гидролиз бензилариловых эфиров, в то время как 8-алкиларилэфирные связи остаются незатронутыми (см. параграф VI.3.6). Однако обработка лигнина в условиях мягкого ацидолиза приводит к образованию только ~3% низкомолекулярных фенолов (мономеры
15*	227

и димеры) [434]. Это свидетельствует о том, что расщепление бензиларил-эфирных связей, по-видимому, ответственно лишь за небольшую часть низкомолекулярных продуктов деструкции лигнина при четырехчасовом ацидолизе. И, наконец, говоря о возможных направлениях деструкции лигнина в процессе ацидолиза, следует отметить возможность гидролиза в этих условиях глицеринальдегид-2-арилэфирных структур, приводящего к образованию метилглиоксаля и соответствующей фенольной компоненты [433].
Следует указать также и на возможность протекания конденсационных превращений в процессе ацидолиза лигнина. В рассмотренном выше исследовании образования формальдегида в процессе ацидолиза лигнина [435] было показано, что увеличение концентрации лигнина в реакционной смеси вызывает уменьшение выхода формальдегида. Лундквист и Эрикссон [435] полагали, что это может быть связано с конденсацией формальдегида с фенольными звеньями лигнина, приводящей к образованию дифенилметановых структур, однако это предположение еще не получило экспериментального подтверждения. Согласно представлениям Лундквиста 1434) в условиях ацидолиза может иметь место также конденсация за счет бензилспиртовых групп (в арилглицерин-[3-арилэфирных структурах) с фенольными звеньями. При этом образуются дифенилметановые структуры. Возможность такого конденсационного превращения исследована автором в процессе ацидолиза модельного соединения CVIII. Поскольку было обнаружено, что образующиеся в процессе ацидолиза этого соединения продукты конденсации составляют относительно небольшую часть реакционной смеси, Лундквист пришел к заключению, что этот тип конденсационной реакции играет только незначительную роль при ацидолизе соединения CVIII, а также и при ацидолизе лигнина.
VI.2.4. Гидролиз
Исследованию гидролиза лигнина в кислых и щелочных средах посвящено большое число работ. Это связано с тем, что гидролитические процессы используются для установления строения лигнина, получения его производных, а также для деструкции полимерных молекул лигнина с целью делигнификации растительных материалов. Ограниченный объем настоящей монографии не позволяет рассмотреть многочисленные работы, посвященные исследованию превращений лигнина в ходе сульфитной, а также щелочной и сульфатной варок. Поэтому мы вынуждены остановиться лишь на тех исследованиях гидролитических превращений лигнина, которые привели к получению непосредственной информации о его строении, отдавая себе отчет, что отбор работ является в определенной мере условным и что вне рассмотрения останутся многие важные исследования, в большинстве случаев с достаточной полнотой изложенные в специальных обзорах, ссылки на которые приводятся в списке литературы.
1. Гидролиз в нейтральных и кислых средах. Исследования гидролитических превращений лигнина в нейтральных и кислых средах интенсивно развиваются лишь в последние 10—15 лет. До этого времени в химии лигнина господствовало представление о том, что лигнин не может быть гидролизован кислотами до низкомолекулярных продуктов. Это, очевидно, являлось следствием применения слишком жестких методов, приводивших к конденсационным процессам.
В результате ряда исследований [442—444] установлено, что при обработке древесины водой при повышенных температурах уменьшается содержание в ней лигнина Класона. Кратцль [445] показал, что нитро- , бензольное окисление остатка от упаривания водного экстракта, получен- д ного в результате гидролиза еловой древесины кипящей водой, дает i столько же ванилина, сколько и исходная еловая древесина. Результаты !| рассмотренных исследований дают основание полагать, что гидролити-
228
ческая атака расщепляет часть лигнина до водорастворимых продуктов. Кроме того, показано [446, 447], что гидролитическая атака, по-видимому, вызывает деполимеризацию лигнина, остающегося в древесине, поскольку после гидролиза он легче удаляется щелочью или органическими растворителями. На основании результатов рассмотренных работ в процессе промышленной сульфатной варки была введена стадия предгидролиза, заключающаяся в обработке древесины горячей водой под давлением.
Неоднократно предпринимались попытки исследования низкомолекулярных продуктов, образующихся в результате гидролиза древесины водой. Так, Гольдшмид [447а ] подверг проэкстрагированную древесную муку западной тсуги гидролизу водой при 175° С в течение 45 мин. Эфирный экстракт гидролизата исследовали методом бумажной хроматографии. Идентифицированы и-кумаровый альдегид, ванилин, конифериловый альдегид, ванилоилметилкетон, гваяцилацетон, а также 5-оксиметилфур-фурол. Кроме того, показано, что повторный гидролиз ранее гидролизованной древесины приводит к образованию дополнительных количеств тех же продуктов деструкции. Хигучи [448] осуществил гидролиз бамбука в аналогичных условиях и показал наличие в эфирном экстракте гидролизата и-оксибензальдегида, ванилина, синапового, и-оксикоричного и сиреневого альдегидов. Станек [449] исследовал низкомолекулярные фенолы, образующиеся при гидролизе древесины осины (170° С, 1 час). Из эфирного экстракта водного гидролизата выделены и идентифицированы следующие соединения: ванилин, конифериловый, сиреневый и синаповый альдегиды, и-оксибензойная, ванилиновая и сиреневая кислоты; идентифицирован также ванилоилметилкетон. Существенным недостатком рассмотренных исследований и аналогичных работ является то обстоятельство, что идентифицированные мономерные продукты деструкции лигнина могли образоваться в результате вторичных трансформаций.
В 1963 г. Фрёйденберг и сотр. [450, 451 ] показали наличие в макромолекуле лигнина n-окси- и п-алкоксибензиларилэфирных структур CXXIX. Авторами установлено, что эти эфиры легко расщепляются при мягкой кислотной обработке и несколько медленнее при обработке водой, причем нагревание приводит к увеличению скорости гидролиза. Обычно гидролиз бензиларилэфирных структур сопровождается конденсацией с образованием С—G-связи между бензильным углеродным атомом и углеродным атомом в положении 5 соседнего бензольного ядра с одновременной регенерацией ранее этерифицированной фенольной ОН-группы. Указанная конденсация приводит к образованию производных оксидифенилметанового типа (СХХХ).
CXXIX: R = H или С
СХХХ
В ходе последующих исследований учитывалась необходимость предотвращения указанных конденсационных превращений, что позволило выделить ряд мономерных и димерных продуктов гидролиза природного лигнина. Фрёйденберг и сотр. [452] подвергли мягкому сольволизу тонко
229
измельченную проэкстрагированную еловую древесину. Реакцию проводили в абсолютном метаноле, содержащем 0,5% хлористого водорода, при 20G С в течение 48 час. Из реакционной смеси авторы выделили в кристаллическом состоянии дегидродиконифериловый спирт (CXXXI) и _О,£-пинорезинол (CXXXU). Аналогичная обработка древесины бука привела к выделению Л,Л-сирингарезинола (диметоксипинорезинол) (СХХХШ), а также а-(4-окси-3,5-диметоксифенил)глицерина (CXXXIV) и 1,2-б1гс-(4-окси-3,5-диметоксифенил)пропан-1,3-диола (GXXXV). Кроме того, в продуктах водного гидролиза древесины ели были обнаружены конифериловый спирт и конифериловый альдегид, а в продуктах водного гидролиза древесины бука в дополнение к этим продуктам идентифицированы синаповый спирт и синаповый альдегид.
ОН
I	I
НС-------сн
^/\осн3
I 3
он
СХХХП: н = н СХХХШ: R = OCH.
Н2СОН "!
НСОН
I НСОН
он
CXXXI
CXXXIV: R, = R, = OCH3
СХХХ1Х: R, = H;R. = OCH3
CXLIII: R, = R, = H
В 1965 г. Нимц [453—455] опубликовал серию работ, посвященных мягкому гидролизу древесины бука. Автор подверг тонко размолотую проэкстрагированную древесную муку перколяции водой при 100° С. Условия перколяции (продолжительность, температура, pH, разбавление) были выбраны с таким расчетом, чтобы по возможности предотвратить конденсационные превращения (Кратцль и Зильбернагель [287] на основании уменьшения выхода ванилина при нитробензольном окислении пришли к заключению, что при обработке древесины водой при температурах выше 130° С происходит быстро нарастающая самоконденсация лигнина). Кроме того, продукты гидролиза, перешедшие в раствор, только очень непродолжительное время находились при высокой температуре, что также исключало возможность их конденсационных изменений. При перколяции древесины бука в течение 65 дней при 100° С 40% древесины переходит в раствор [456]. Полученный перколят посредством противоточного распределения был разделен на шесть фракций, хроматографическое исследование которых на бумаге показало наличие по крайней мере 20 различных фенолов [453]. Среди продуктов деградации лигнина, перешедших в раствор, обнаружены мономеры, димеры и олигомеры. Эти фенолы не содержатся в древесине в несвязанном состоянии, а являются продуктами гидролиза лигнина, поскольку они не могут быть экстрагированы из нее смесью ацетон—вода (9 : 1) при 50° или диметил-формамидом при 100° С [456].
Среди полученных таким образом продуктов деградации лигнина Нимц идентифицировал диметилпирогаллилглицерин (CXXXIV) [4531, D,L-cn-рингарезинол (СХХХШ) [457], 1,2-дисирингилпропан-1,3-диол (CXXXV)
230
[454], 1,2-дпгваяцилпропан-1,3-диол (CXXVII) [455] и 1-гваяцил-2-си-рипгилпропан-1,3-диол (CXXXVI) [455]. Выходы этих соединений составляют соответственно 2,5; 1,0; 1,5; 0,12и 0,1 % от лигнина древесины бука. Особенный интерес представляет выделение 1,2-диарилпропан-1,3-диолов CXXXV, CXXVII и CXXXVI, источником которых, согласно представлениям Нимца [454], являются ранее неизвестные структурные элементы лигнина, обладающие 1,2-диарилпропановой связью.
В результате перколяции тонко измельченной еловой древесины 2%-ным водным раствором уксусной кислоты Нимц [458] выделил и идентифицировал гваяцилглицерин-[3-конифериловый эфир (CXI) и 1,2-дигвая-цилпропан-1,3-диол (CXXVII). Последний был изолирован также при перколяции еловой древесины водой [455, 456] наряду с двумя альдегидными дилигнолами (CXXXVII и CXXXVIII) [440], гваяцилглицерином (CXXXIX) и гваяцилглицерин-[3-гваяцилглицериновым эфиром (CXL) [459]. Из перечисленных продуктов деструкции лигнина наиболее важными с точки зрения установления строения лигнина являются соединения, обладающие гваяцилглицерин-[З-арилэфирными связями (CXI, CXXXVII, CXXXVIII, CXL), и особенно гваяцилглицерин-р-конифери-ловый эфир (CXI). Этот эфир преобладает среди димерных промежуточных продуктов, получаемых при биосинтезе лигнина из кониферилового спирта in vitro (см. параграф V.3.3). Его наличие среди продуктов деструкции лигнина следует рассматривать в качестве важного подтверждения механизма образования и теории строения лигнина, предложенных Фрёйденбергом [460, 461].
Н2СОН	H2COH	H2COH
НС	Z Ч—ОН	нс—о—Z	1 HCR,
1	\	Z	1	z=/	I
неон	\оснз 1	ш:оп 0Zh3	HCR3 |
z\ 1 II	z\	Ai
L II R1'/VV Ч)СН3	у \och3	I II Z/\oCH3
он	OH	OH
CXXXV: R, = R2 = ОСН.	CXI: R = CH=CH—CH2OH	CXLIV:Rt = H;
CXXVII: R( = R2 = H	CXXXVII: R = CH=CH—CHO	R2 = OH
CXXXVI: Rt = H; R. OCH.	CXXXVIII: R = CHO	ХХ1П: Rt = OH;
	CXL: R = СИОН—CHOH—CH2OH	R2 = H
Согласно представлениям Нимца [440, 455, 456, 458], выделенные мономерные и димерные продукты деградации букового и елового лигнина образуются исключительно из периферических частей его макромолекулы. Очевидно, эти фенолы связаны в лигнине за счет особенно легко гидролизуемых кислородных связей, а именно бензиларилэфирных, наличие которых показано Фрёйденбергом и сотр. [450, 451 ]. [3-Алкиларильные эфирные связи значительно более устойчивы к кислотному гидролизу и в использованных Нимцем условиях гидролизуются лишь очень медленно. Кратцль и сотр. [462] показали, что гваяцилглицерин-|3-гваяцило-вый эфир расщепляется полностью при нагревании в течение 1 час при 175° С и pH 3.
Помимо рассмотренных выше мономерных и димерных продуктов деградации природного лигнина ели, Нимцу [463] удалось выделить и идентифицировать олигомерные продукты, которым на основании всестороннего исследования приписаны структурные формулы CXLI и CXLII. Как видно из приведенных формул, выделенные олигомеры содержат два характерных для лигнина типа связи: [3-алкиларилэфирныйи диарилпропан-диольный. Согласно представлениям Нимца [463], указанные олигомер-
231
ные продукты деструкции елового лигнина представляют собой периферические части его макромолекулы, очевидно, связанные с ней по типу бензилариловых эфиров.
Серия работ по гидролизу древесины аянской ели выполнена Сакаки-бара и сотр. [464—472 ]. Гидролиз проводили смесью диоксан—вода (1 : 1) в автоклаве при 180° С в течение 20 мин в атмосфере азота. По мнению авторов, использование столь мягкого гидролизующего агента предохраняет первоначально образующиеся продукты гидролиза от вторичных трансформаций. Сакакибара и Накаяма [464] идентифицировали среди продуктов гидролиза природного лигнина ели конифериловый спирт, и-кумаровый спирт, конифериловый альдегид, а также следы ванилина и ге-оксибензальдегида. Максимальные выходы кониферилового спирта и кониферилового альдегида составили 1,67 и 0,37% от лигнина Класона соответственно. Сравнение выходов этих соединений при проведении гидролиза при различных температурах привело авторов к заключению о том, что конифериловый спирт и конифериловый альдегид соединены с макромолекулой лигнина связями двух типов: п-оксибензиларилэфирной и н-алкоксибензил-арилэфирной. Позднее сообщалось об обнаружении среди продуктов гидролиза лигнина ели ванилиновой кислоты [465], D,L-mpeo- и D,L-spumpo-гваяцилглицерина (CXXXIX), и-оксифенилглицерина (CXLIII), гваяцил-пропандиола-2,3 (CXLIV) и гваяцилпропандиола-1,3 (XXIII) [469]. Сано и Сакакибара [469] на основании результатов экспериментов с модельными соединениями пришли к заключению, что боковые цепи гваяцил-глицерина, n-оксифенилглицерина и гваяцилпропандиолов первоначально присутствуют в макромолекуле лигнина и лишь в незначительной степени могут образоваться в результате перегруппировки продуктов гидролиза. Ранее было показано [467], что глицериновая боковая цепь не образуется в результате гидролитического расщепления гваяцилглицерин- {3-гваяцил-эфирных структур.
В одной из своих последних публикаций Сано и Сакакибара [470] сообщили о выделении из продуктов гидролиза древесины аянской ели димера CXXVII и тримера CXLI, идентифицированных ранее Нимцем [455, 463] в продуктах перколяции еловой древесины. Кроме того, Омори и Сакакибара [472] идентифицировали /),Л-сирингарезинол (CXXXIII) в смеси продуктов, полученных в результате гидролиза древесной муки маньчжурского ясеня смесью диоксан—вода (1 : 1) при 180° С в течение 20 мин.
Результаты рассмотренных выше исследований свидетельствуют о том, что дифференцированное изучение устойчивости различных типов внутримолекулярных связей лигнина к кислотному гидролизу в значительной степени способствовало выяснению ряда принципиальных вопросов строения этого природного полимера.
232
2. Гидролиз в щелочных средах. Вопросы щелочного гидролиза лигнина тесно связаны с его превращениями в ходе щелочной и сульфатной варок, исследованию которых в последние годы уделяется большое внимание. Результаты проведенных исследований, проводившихся параллельно на различных модельных соединениях и препаратах ЛМР, имели значение в первую очередь для уяснения процессов, протекающих при щелочной и сульфатной варках лигнина, и гораздо в меньшей степени — для установления его строения. В связи с этим в настоящем разделе указанные исследования будут рассмотрены лишь конспективно (см. обзоры [473—476], посвященные химическим аспектам щелочной и сульфатной варок).
Также в основном останутся вне рассмотрения вопросы, связанные с щелочным гидролизом ЛС с целью получения ванилина. Исследования в этом направлении с достаточной полнотой изложены в ряде обзоров [231, 477-479].
В результате щелочного гидролиза (1 N КОН, 24 час, комнатная температура) нативного лигнина осины происходит образование п-оксибен-зойной, ванилиновой, сиреневой и феруловой кислот [480]. Ишихара и Кондо [481] обнаружили в продуктах щелочного гидролиза (8%-ный раствор NaOH, 180° С, 2 час) древесины красной сосны ванилиновую кислоту, ацетогваякон, гваякол и ванилин. Кроме того, в эфирном экстракте осажденного щелочного лигнина идентифицирован 3,3'-диметокси-4,4'-диоксистильбен (CXVHI), впервые выделенный Рихтзенхайном и ван Хофе [482] из обработанного щелочью сульфитного щелока. Танака и Кондо [483] провели щелочной гидролиз (8%-ный раствор NaOH, 180° С, 2 час) древесины бука и обнаружили в гидролизате ванилин, сиреневый альдегид, ацетогваякон, ацетосирингон, пирогаллол, 1,3-диметиловый эфир пирогаллола и соединение GXVIII. Результаты рассмотренных исследований свидетельствуют о том, что га,н'-диоксистильбен (CXVIII) является одним из постоянных продуктов щелочного гидролиза лигнина. В настоящее время можно считать установленным, что соединение GXVIII образуется из 1,2-диарилпропановых структур лигнина путем элиминирования воды и отщепления формальдегида (см. параграф VI.3.5).
Соболев и Шюрх [484] экстрагировали хлороформом подкисленный черный щелок, полученный щелочной варкой древесины березы. Выделенная фенольная фракция составляла ~1/4 от лигнина Класона в исходной древесине. При помощи хроматографических методов в этой фракции идентифицированы ванилин, сиреневый альдегид, ванилиновая и сиреневая кислоты, ацетогваякон и ацетосирингон, суммарный выход которых составлял 2% от лигнина Класона. Кроме того, на основании времени удерживания при анализе методом газовой хроматографии высказано предположение о наличии в фенольной фракции n-крезола, гваякола, 4-этилгваякола, 4-этилсирингола или 4-винилгваякола.
Энквист [172] осуществил хроматографическое исследование растворимой в эфире фракции сульфатного отработанного щелока и, помимо ранее обнаруженных ванилина, гваякола, ацетогваякона и ванилиновой кислоты, показал наличие в ней следующих соединений: фенола, пирокатехина, протокатехового альдегида, n-пропиогваякона, 2-га-гваяцилэтанола, 3-п-гваяцилпропанола, гомованилиновой, 3-и-гваяцилпропионовой й и-оксибензойной кислот, 4,4'-диокси-3,3'-диметоксистйльбена и 1-метил-циклопентено л-2-она-З.
Серия работ по щелочному гидролизу древесины лиственных пород опубликована Пирлом и сотр. [341, 485—489]. Экстрагируя древесину осины кипящим 1IV раствором NaOH, авторы работы [341] идентифицировали в эфирном экстракте продуктов гидролиза следующие соединения: ванилин, сиреневый альдегид, а также ванилиновую, сиреневую, п-окси-бензойную, феруловую и n-кумаровую кислоты. Позднее сообщалось
233
об обнаружении в продуктах гидролиза н-оксибензальдегида [485 ], а также ацетогваякона и ацетосирингона [489]. Неожиданно высокий выход n-оксибензойной кислоты при щелочном гидролизе древесины лиственных пород явился причиной ряда исследований возможного типа связи этой кислоты с макромолекулой лигнина. Исследуя этот вопрос, Окабе и Кратцль [490 ] синтезировали дегидрополимеры из смеси кониферилового и спнапового спиртов с добавкой 2% п-оксибензойной кислоты, причем показано, что эта кислота включалась в молекулу дегидрополимеров. Последние подвергли щелочному гидролизу, в результате которого большая часть /г-оксибензойной кислоты удалялась. На основании полученных данных авторы пришли к заключению, что легко отделяемая при гидролизе часть /г-оксибензойной кислоты связана с макромолекулой лигнина простыми эфирными или сложноэфирными связями, в то время как неотде-ляемая при гидролизе н-оксибензойная кислота связана с лигнином С—С-связями (возможно, бифенильного типа).
Основное внимание в рассмотренных выше работах было обращено на исследование содержащих мономерные соединения фракций, которые экстрагировали органическими растворителями из подкисленных отработанных щелоков. Однако попытки найти соотношение между идентифицированными мономерными продуктами и структурными элементами лигнина и на основании этого высказать соображения о возможных направлениях щелочной деструкции лигнина представляются весьма сомнительными.
В связи с этим следует хотя бы конспективно охарактеризовать иной подход к рассматриваемой проблеме, который заключается в попытке оценить реакции, протекающие при щелочной деградации лигнина, на основании поведения модельных соединений.
Эксперименты по щелочной деградации соединений, являющихся моделями различных структурных элементов лигнина, проведенные Гирером и сотр. [491—4981, Адлером и сотр. [499—502] и другими исследователями [503—505], позволили охарактеризовать поведение возможных типов внутримолекулярных связей лигнина в условиях щелочной и сульфатной варок. Параллельные эксперименты на препаратах ЛМР [506—510] показали, что поведение лигнина по отношению к щелочи хорошо коррелирует с результатами, полученными в ходе исследований щелочной варки модельных соединений. Исходя из этого представляются обоснованными попытки интерпретации реакций, протекающих при щелочной деградации лигнина, на основании результатов экспериментов с модельными соединениями.
Таким образом, результаты, полученные в ходе экспериментов по щелочной деградации различных типов модельных соединений, позволили в значительной степени уяснить превращения лигнина в условиях щелочной и сульфатной варок. В то же время эти данные имеют определенное значение и для установления строения лигнина как косвенное доказательство наличия в нем структурных элементов, моделями которых являлись исследованные соединения, а также для характеристики устойчивости различных типов внутримолекулярных связей лигнина к действию щелочи.
Вачек и Гриенгл [511 ] провели эксперименты по гидролизу проэкстра-гированной древесной муки и препаратов ЛМР водными растворами, забуференными при pH 8,5—12, или раствором 17V NaOH (или КОН) при 100, 130, 160 и 210° С в атмосфере азота в течение 1 — 72 час. Образующиеся продукты деградации разделяли на колонке, заполненной целлюлозным порошком, и исследовали методом бумажной хроматографии. Среди низкомолекулярных соединений обнаружены гваяцилглицерин- [Э-кони-фериловый эфир (CXI), дегидродиконифериловый спирт (CXXXI) и D, А-пинорезинол (СХХХП). При гидролизе буферными растворами в реакционной смеси обнаружены а-оксипропиованилон, гваяцилацетон и 234
ванилоилацетил, образование которых ранее наблюдалось лишь при деструкции в кислых средах.
Фрейденберг и Планкенхорн [48] наблюдали образование формальдегида при кипячении лигнина с разбавленной щелочью. На основании результатов экспериментов с модельными соединениями авторы пришли к заключению, что формальдегид образуется из первичных спиртовых групп лигнина (у-метилольные группы), подтвердив высказанное ранее предположение Гибберта [512]. Позднее образование формальдегида наблюдалось и при щелочном гидролизе различных изолированных лигнинов [513], а также древесной муки [514], причем в последнем случае выход формальдегида был значительно ниже, чем из изолированных лигнинов, и в значительной степени зависел от условий гидролиза. Согласно представлениям Экмана [514], освобождающийся при щелочном гидролизе лигнина формальдегид вступает во вторичные реакции конденсации, приводящие к образованию дифенилметановых структур (фенол-формальдегидная конденсация). Энквист и Алфредссон [515] указали на вторую возможность конденсационных превращений в щелочных условиях — путем отщепления воды за счет бензилспиртового гидроксила одного звена С6—С3 и водородного атома у С5 второго звена с образованием углеродуглеродной связи между двумя структурными звеньями лигнина Таким образом, в условиях щелочного гидролиза наряду с расщеплением макромолекулы лигнина по эфирным связям происходят конденсационные превращения по рассмотренным выше направлениям .
В заключение следует кратко остановиться на работах, посвященных щелочному гидролизу ЛС. Томлинсон и Гибберт [516—519] установили, что при щелочном гидролизе ЛСК в отсутствие кислорода происходит образование ванилина и ацетогваякона, источником которых, по мнению авторов, являются группировки, соответствующие кислоте CXLV, которая представляют собой «скрытый» альдоль.
ПО-/ \-СО-СН2-СП-^______/-он
ILCO^	S03H ОСН3
CXLV
Н2СОН
IIC — О—/ /
Hcso3H
п
///осн3
I J он
При щелочном гидролизе сульфогруппа кислоты CXLV замещается гидроксилом, и образующийся альдоль может реверсивно расщепляться на ванилин и ацетогваякон. Позднее Кратцль [210, 520, 521 ] показал, что при щелочном гидролизе ЛСК наряду с ванилином и ацетогваяконом образуются формальдегид и ацетальдегид. В ходе исследования на модельных соединениях [522] установлено, что щелочной гидролиз ароматических альдегидов и ацетофенонов фенилпропановой структуры ограничен соединениями альдольного типа R—СН(ОН)—СН2—СНО и R—СО—СН2— —СН2ОН и их производными. Так, в результате гидролиза сульфокислоты CXLVI, которая в щелочных условиях превращается в а-оксиди-гидроконифериловый альдегид (CXLVII), образуются ванилин (CXIII) и ацетальдегид, а гидролиз сульфокислоты CXLVIII, которая в щелочных условиях превращается в [3-оксипропиогваякон (CXLIX), приводит к образованию ацетогваякона (CL) и формальдегида согласно предложенному Гиббертом и сотр. [518] механизму, обратному механизму альдольной конденсации. Адлер и Хэггрот [523] подтвердили данные Кратцля и,
235
кроме того, показали, что ванилин и ацетальдегид образуются при щелочном гидролизе нативного лигнина и даже еловой древесины.
СНО
I
сн2
I HC-SO3H
IJ
у осн3
I 3
он
CXLVI
]- сно
I сн2 I нс-он
I
\^\осн, I
он
CXLV1I
сно
-Н2О
+Н,о
сно I
\^\осн3
I 3
он
СХП1
H2CSO3H
I
сн,
I
со
I
—н2сон
I
СН2
I
со
\^\осн3
I 3
он
CXLVHI
\^\осн3
I 3 он
сн3 I со
I
\^\осн3
I 3
он
CXLIX
Позднее Кратцль и Хофбауер [524] выделили ЛСК из древесины, в которую предварительно имплантировали кониферин, меченный в различных положениях боковой цепи. Результаты этих экспериментов убедительно доказали происхождение ванилина и ацетальдегида из одного структурного звена Со—С3. В своих последних работах Кратцль и сотр. [525, 5261 на основании результатов экспериментов по щелочному гидролизу а-сульфо-кислоты (3-гваяцилового эфира гваяцилглицерина (CLI) предложили механизм деструкции этого модельного соединения (схема 12). Согласно данным авторов, первой стадией щелочной деградации соединения CLI является [3-элиминирование гваякола, которое может протекать по двум направлениям (С3—С- и Са—С^-элиминирование). Преобладающее направление реакции [3-элиминирования в первую очередь определяется пространственными факторами. Отщепление сульфогруппы и последующая реакция, обратная альдольной, приводят к образованию основных продуктов деструкции: ванилина (CXIII) и ацетальдегида. Аналогичным образом можно представить и образование в процессе щелочного гидролиза ацетогваякона (CL) и формальдегида. Предложенный механизм подтвержден результатами последующих экспериментов по щелочному гидролизу соединения CLI, меченного у С^-атома боковой цепи [527].
VI.2.5. Каталитическая гидрогенизация и гидрогенолиз
Толчком к началу исследований гидрогенизации и гидрогенолиза лигнина послужили опубликованные в 1925 г. работы Бергиуса [528, 529], который осуществил гидрогенизацию лигнита и угля, получив в результате ценные низкокипящие соединения. Следует отметить, что работы по гидрогенизации лигнина с самого начала развивались по двум направлениям: а) с целью получения информации о строении макромолекулы лигнина и б) с целью превращения лигнинных отходов в ценные низкомолекулярные продукты.
Исследованию процесса гидрогенизации лигнина посвящено большое число работ. Это связано с тем, что с самого начала (40-е годы XX в.)
236
Схема 12
CL
указанное направление исследований казалось перспективным. Весьма заманчивым было получение ценных мономеров из бросового сырья — отходов целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности.
В ходе многочисленных исследований по гидрогенизации лигнина изучено влияние условий проведения процесса (среда, давление водорода, температура, продолжительность), а также природы катализатора на выход и состав низкомолекулярных продуктов, причем объектом этих исследований были лигнины различного происхождения. Установлено, что гидрогенизация приводит к расщеплению сложных полимерных молекул лигнина до мономеров, получаемых с относительно большими выходами. Состав мономеров определяется условиями проведения процесса и природой катализатора. Однако при каталитической гидрогенизации лигнина всегда имеет место гидрогенолиз, приводящий к образованию сложного набора продуктов реакции. Это связано с особенностями строения лигнина, с неоднородностью его макромолекул и наличием различных типов связей между мономерными звеньями. В результате индивидуальные продукты гидрогенолиза (отдельные фенолы, углеводороды) образуются лишь с небольшими выходами, и разделение их представляет дополнительную сложность.
Все разработанные процессы, направленные на практическое использование лигнина, оказались экономически нерентабельными. Однако, несмотря на это, интерес к гидрогенолизу лигнина до сих пор не потерян и работы в этом направлении продолжаются. Более перспективными на настоящем этапе развития химии лигнина, особенно в последнее время, оказались работы, направленные на исследование строения лигнина, которым и будет уделено основное внимание в последующем изложении. В настоящем разделе рассматриваются в основном исследования, осуществленные в течение последних 10—15 лет. Более подробную информацию о ранних работах по гидрогенизации и гидрогенолизу лигнина можно получить из соответствующих глав монографий Браунса [530, 531], а также обзоров [532, 532а].
В 1938 г. Харрис и сотр. [398] осуществили гидрогенизацию метанол-лигпина осины в растворе диоксана над меднохромовым катализатором (250—260° С, 200—250 атм, 18 час). Из смеси продуктов реакции выделены и идентифицированы 4-н.-пропилциклогексанол (CLII), 4-и-пропил-циклогексан-1,2-диол (СЫН) и 1-(4-оксициклогексил)-3-пропанол (GLIV), суммарный выход которых составил 44% от лигнина, подвергнутого гидрогенизации. Эти же соединения были выделены и после гидрогенизации в тех же условиях щелочного и сернокислотного лигнинов осины [533]. Аналогичные соединения были выделены Харрисом и сотр. [534] после гидрогенизации метанол-, щелочного и сернокислотного лигнинов осины в водной или 1%-ной щелочной среде над никелем Ренея (225—250° С, 100—170 атм, 6—10 час). Помимо соединений CLII—CLIV авторы идентифицировали «-пропилциклогексан (CLV). Адкинс и сотр. [535] обнаружили в продуктах гидрогенизации лигнина, выделенного из черных щелоков, которые получены в результате щелочной варки древесины лиственных пород (гидрогенизацию проводили в растворе диоксана над меднохромовым катализатором при 250—290° С и 200—350 атм в течение 12 час), циклогексанол (CLVI), 4-метилциклогексанол (CLVII), 4-этил-циклогексанол (CLVIII), 4-н-пропилциклогексанол (GLII) и 3-(4-окси-циклогексил)-1-пропанол (CLIV). Соединения CLIV, CLII и CLVIII наряду с этиленгликолем, диэтиленгликолем и 2-метокси-4-этилциклогекса-нолом (CLIX), идентифицированы [536] во фракции летучих продуктов, полученных гидрогенизацией метанол-лигнина осины в водной суспензии над никелем Ренея (250° С, 200 атм, 5 час). Гибберт и сотр. [399, 400, 537] провели гидрогенизацию древесной муки клена и ели в безводном диоксане над медноникелевым катализатором (280° С, 240 атм, 15—20 час). В результате гидрогенизации наблюдалось полное превращение древесины
238
в растворимые в диоксане и газообразные продукты. Из реакционной смеси выделены 4-и-пропилциклогексанол (CLII), 3-(4-оксициклогексил)-1-пропаиол (GLIV) и З-циклогексил-1-пропанол (GLX), выходы которых, согласно уточненным данным [400, 5381, составляют 9,9; 5,8 и 12,6% (от лигнина Класона в исходной древесине клена) соответственно.
и он
CLI!: н = и cliv: 1! = ОН
clvii: в = сн3 CLV1II- в = с2н5
CLV: R = H
CLX В =он
сн3
CLIX
Важным этапом исследований гидрогенизации лигнина явилась работа Гибберта и сотр. [539], предложивших метод выделения «гидрол-лиг-нина». Этот метод заключается в гидрогенизации древесной муки клена над никелем Ренея в нейтральной смеси этанол—вода (1 :1) при 165—170° С и 200 атм в течение 4 час. Выход гидрол-лигнина составляет 75—85% от исходного лигнина древесины. Гидрол-лигнин подвергли фракционированию в различных растворителях, в результате чего были выделены три новых пропилфенольных производных: 1-(4-окси-3,5-диметоксифе-нил)-3-пропанол (дигидросинаповый спирт) (GLXI), 1-(4-окси-3-метокси-фенил)-3-пропапол (дигидроконифериловый спирт) (CLXII) и 1-(4-окси-3,5-диметоксифенил)пропан (4-и-пропилсирингол) (GLXIII) с выходами 8,8; 0,84 и 0,83% от исходного лигнина Класона соответственно.
Следует отметить, что некоторые соединения ароматического ряда и ранее обнаруживались среди продуктов гидрогенизации лигнина. Так, Фрёйденберг и Лойч [237, 540] провели исследование гидрогенизации ряда изолированных лигнинов (ЛС—Na, солянокислотный и медноаммиач-пый лигнин ели) в водных щелочных растворах при 80—140 атм с различными катализаторами и в различных температурных режимах. Как показали результаты этих исследований, при температуре 250—265° G в присутствии катализатора Си—Ni—А12О3 или Ni продуктами гидрогенизации являются главным образом фенолы (гваякол, пирокатехин и их производные). Хачихама и сотр. [541] провели гидрогенизацию елового {Picea jezoetisis) соляпокислотного лигнина в диоксане над никелевым катализатором (260—270° С, 230 атм). В эфирорастворимой части продуктов реакции обнаружены 4-н-пропилгваякол (дигидроэвгенол) (GLXIV), протока-теховая кислота, пирокатехин и п-оксибензойная кислота. По мнению авторов, три последних соединения являются продуктами вторичной деградации дигидроэвгенола.
Значение рассмотренной выше работы Гибберта и сотр. [539] заключается в первую очередь в том, что выделенные авторами соединения CLXI и CLXII являются первыми пропилфенольными производными, обнаруженными в продуктах гидрогенизации древесины или изолированного лигнина, в которых в боковой цепи присутствует конечная СН2ОН-группа. Это, как будет показано ниже, позволило сделать некоторые выводы относительно строения макромолекулы лигнина.
Пеппер и Гибберт [542] провели гидрогенизацию древесной муки клена в диоксане, содержащем 3% NaOH, над никелем Ренея в течение 6 час (170° С, 200 атм). Из реакционной смеси наряду с известными ранее алкилциклогексильпыми производными: 4-этилциклогексанолом (CLVIII), 4-м-пропилциклогексанолом (GLII) и З-циклогексил-1-пропанолом (CLX) выделены три новых ароматических продукта деградации лигнина: 4-окси-
239
3-метоксифенилэтан (4-этилгваякол) (GLXV), 4-окси-3,5-диметоксифенил-этан (4-этилсирингол) (GLXVI) и 2-(4-окси-3,5-диметоксифенил)этанол (GLXVII) с выходами соответственно 2,2; 15,4 и 6,2% от исходного лигнина Класона. Суммарный выход алкилфенольных и алкилциклогексиль-ных продуктов деградации лигнина составил 27,35% от исходного лигнина Класона.
Н2СОН I сн., I СНо I
I J он
сн3
I сн2
А
I I
r/'V/\och,
I 3 он
CLXI: R = OCH3 CLXIII: R = OCH3 CLXV: Н = Н
CLXI1: R = H	CLXIV: R = H	CLXVI: R = ОСН3
Н2СОН
СН0 I
н3со/'^/\осн3 он
CLXVII	CLXVI1I: R = Н
CLXIX: R = ОСН3
Результаты рассмотренных выше исследований позволили сделать ряд существенных выводов о строении лигнина. В первую очередь выделение циклогексильных (в более жестких условиях гидрогенолиза) и фенольных продуктов деградации лигнина явилось прямым доказательством его ароматической природы. В то же время более высокий выход (в нещелочных условиях) циклогексильных или фенольных производных с пропильной боковой цепью по сравнению с теми же производными, имеющими боковую цепь, состоящую из одного или двух G-атомов, по-видимому, свидетельствует о С6—С3-структуре элементарного звена макромолекулы лигнина.
Обнаружение в продуктах гидрогенизации лигнина циклогексилпро-панольных (соединения CLIV, CLX) либо арилпропанольных (соединения GLXI, CLXII) производных является убедительным доказательством наличия кислорода, присоединенного к у-углеродному атому боковой цепи. Возможно, что образование конечной СН2ОН-группы происходит в результате гидрогенолиза эфирной связи. Аналогичным образом выделение производных арилэтанола в результате гидрогенизации в щелочных условиях следует рассматривать как доказательство первоначального наличия углерод-кислородной (наиболее вероятно, эфирной) связи у 3-угле-родного атома боковой цепи. Поскольку продукты деградации лигнина, выделяемые в результате щелочной гидрогенизации, имеют фенилэтильный, а не фенилпропильный характер, то очевидно, что в этих условиях в результате катализируемого щелочью гидрогенолиза происходит расщепление С,—С.г-связи. И наконец, следует отметить, что Хачихама и Джодай [543, 544] на основании результатов исследования продуктов гидрогенизации лигнинов хвойных и лиственных древесных пород, а также трав пришли к заключению, что лигнин хвойных состоит из структур 4-н-пропилгваякола, лигнин лиственных — из структур 4-н-пропилгвая-
240
кола и 4-н-пропилсирингола, а лигнин трав, помимо двух указанных выше структур, включает структуры и-пропилфенола.
Появление в 50—60-х годах новых методов разделения и идентификации органических соединений способствовало прогрессу в исследовании продуктов гидрогенизации и гидрогенолиза лигнина.
Норд и сотр. [545] провели гидрогенизацию препаратов ЛМР, выделенных из древесины березы и дуба. Реакцию проводили в присутствии меднохро-мового катализатора в условиях, благоприятствующих гидрогенолизу (безводный диоксан, 240—260° С, начальное давление Н2 100 awi3t,48 час). Для разделения и идентификации продуктов реакции авторами был впервые применен метод газожидкостной хроматографии. С помощью этого метода удалось идентифицировать 4-метилгваякол (CLXVIII), 4-этилгваякол (CLXV), 4-н-пропилгваякол (CLXIV), их сиреневые аналоги: 4-метцлси-рингол (CLXIX), 4-этилсирингол (CLXVI) и 4-н-пропилсирингол (CLXIII), а также дигидроконифериловый спирт (GLXII) и дигидросинаповый спирт (CLXI). Образование указанных соединений авторы объясняли на основании гидрогенолиза С—О- и С—С-связей в различных структурах, которые, согласно современным представлениям, входят в состав макромолекулы лигнина. Так, высказано предположение, что образование дигидрокониферилового спирта (CLXII) происходит в результате гидрогенолиза С—О-связей у углеродных атомов в а- и ^-положениях к ароматическому кольцу (первичный гидроксил при гидрогенизации в данных условиях устойчив). н-Пропил-производные, по мнению авторов, образуются при гидрогенолизе "r-алкил а рил эфирных структур, содержащих а-карбонильную группу, которая активирует гидрогенолиз С, —О-ариловых эфиров. Наконец, производные арилметана могут образоваться в результате расщепления С—С-связей в открытых фенилкумарановых и пинорези-лольных структурах, а также в структурах, имеющих С3—Ср,-связь.
Продолжая исследования Норда и сотр., Олкей [546] провела в тех же условиях гидрогенолиз ЛМР из белой сосны и голубой ели, что позволило сравнить продукты гидрогенолиза лигнина хвойных и лиственных древесных пород. Из способных перегоняться продуктов гидрогенолиза выделены и идентифицированы гваякол, 4-метилгваякол (CLXVIII), 4-этилгваякол (CLXV), 4-н-пропилгваякол (CLXIV) и дигидроконифериловый спирт (CLXH). Поскольку относительные количества н-пропил-, этил- и метилпроизводных гваякола, полученных из лигнинов хвойных, равны сумме соответственно гваяцил- и сирингилпроизводных, выделенных из лигнинов лиственных, а соотношение производных гваякола, присутствующих в продуктах гидрогенолиза лигнина хвойных, аналогично соотношению гваяцил- и сирингилпроизводных в продуктах гидрогенолиза лигнина лиственных, Олкей полагает, что это свидетельствует о наличии аналогичного типа С—С- и С—О-связей между арилпропановыми мономерами в обоих типах лигнина. Следует отметить, что выход идентифицированных продуктов гидрогенолиза составил для голубой ели 19,9% от исходного лигнина, для белой сосны — 17,7%, для березы — 21,2% и для дуба — 16,7%.
Олкей [547] исследовала в тех же условиях гидрогенолиз некоторых модельных соединений лигнина, содержащих гидроксильные группы, карбонильные группы, этиленовые двойные связи и арилэфирные связи. Большой интерес представлял предпринятый автором гидрогенолиз а, 3-ди-(4-окси-3-метоксифенил)-13, у-диоксиметилбутан-1,4-диола (CLXX) и пинорезинола (СХХХП), в результате которого идентифицирован 2,3-диванилилбутан-1,4-диол (CLXXI), а также гидрогенолиз дегидродиизоэвгенола (CLXXII), который привел к получению 1-(4-окси-3-ме-токсифенил)-2-(2'-окси-3'-метокси-5'-н-пропилфенил)пропана (CLXXIII). Согласно данным Олкей, соединения CLXXI и CLXXIII могут быть аналогичны димерам, получаемым при гидрогенолизе ЛМР хвойных древесных пород, однако строгих доказательств этого не получено.
16 О. П. Трушников, В. В. Елкин	241
он
н,сон	неон
I	I	11
НС-----СН „
I	I	5
неон	Н2СОН
I /\
I II CLXX ЧуХОСН3 он он
Л/0СНз
ОН
Н2с/О\сн I I нс----сн
^/\осн3 I 3
он ехххп
сн3 I сн
сн3 I сн2
!3С
Н? 'У'^ОСНз
HL <5
СН2
Н2С он
I
у/\осн.
I
Н2СОН сн2
I	I
НС------сн
I	I
Н2С Н2СОН
I
У^ОСНз он
CLXXI
О
^z\och3
I 3
он
CLXXII
^/\осн3
I 3 он
CLXXIII
Серия работ по исследованию гидрогенизации и гидрогенолиза лигнина опубликована Пеппером и сотр. [548—553]. Авторы провели широкое исследование влияния условий реакции на выход и соотношение продуктов, гидрогенолиза лигнина осины. Установлено [549], что по мере повышения температуры (в диапазоне 150—220° С) уменьшается выход производных фенилпропанола (как гваяцил-, так и сирингилпроизводных), увеличивается выход продуктов более высокой степени восстановления и продуктов, образованных в результате расщепления С—С-связей, а также увеличивается молярное соотношение сиреневых и гваяциловых структур, 242
что связано с относительным уменьшением количества структур последнего типа. По мере увеличения продолжительности реакции (от 0 до 24 час) отмечалось [549] увеличение выхода продуктов гидрогенизации лигнина, растворимых в хлороформе, а также увеличение молярного соотношения сиреневых и гваяциловых производных (за счет относительного уменьшения количества соединений последнего типа).
Исследование влияния pH на продукты гидрогенизации как осиновой, так и еловой древесной муки показало [550], что начальный pH реакционной среды не влияет на суммарное количество продуктов деградации лигнина, но оказывает существенное влияние на характер этих продуктов. Так, если в кислой среде наблюдается преобладание фенилпропановых производных по сравнению с фенилпропанольными, то в щелочной среде отмечается почти исключительное образование продуктов фенилэтановой структуры. Пеппер и сотр. [550] полагают, что процесс гидрогенолиза состоит из двух последовательных стадий: в ходе 1-й стадии часть лигнина отделяется от основного его блока, а также от углеводов, с которыми она может быть связана, а в ходе 2-й стадии отделившаяся часть лигнина в форме более мелких фрагментов стабилизируется в результате восстановительного процесса. Процессы, протекающие в ходе 2-й стадии, в значительной степени зависят от условий реакции. Так, в щелочных условиях наблюдается легкое расщепление [З^-углерод-углеродной связи, сопровождаемое удерживанием или потерей |3-кислорода, что приводит к образованию производных фенилэтанола и фенилэтана соответственно. В то же время высокие выходы пропанольных производных при гидрогенизации в кислой среде свидетельствуют о том, что в этих условиях не происходит вторичной деградации до более мелких фрагментов.
На основании результатов проведенных исследований Пеппером [549, 550] высказано предположение, что природный лигнин состоит из сердцевинного блока, к которому присоединены более легкодоступные звенья. Эти звенья представляют собой ту часть лигнина, которая легко отделяется от сердцевинного блока и деградирует до низкомолекулярных идентифицируемых фрагментов в процессе гидрогенолиза, окисления, этанолиза, катализируемого кислотой гидролиза, обработки натрием в жидком аммиаке и т. д. Более высокий выход таких продуктов, получаемых любым указанным выше методом из лигнинов древесины лиственных пород, по сравнению с лигнинами хвойных, по-видимому, свидетельствует о более сложном строении сердцевинного блока лигнинов хвойных. Это, в частности, может быть связано с большей легкостью конденсации гваяциловых ядер за счет свободного реакционноспособного о-положения по отношению к фенольной ОН-группе. Пеппер полагает, что связь между лигнином и углеводами в древесине может осуществляться именно за счет периферических звеньев лигнина, обладающих боковыми цепями. Начальное расщепление этих связей и удаление углеводного материала облегчает последующее освобождение фенилпропановых звеньев, делая их более чувствительными к атаке различными деструктирующими реагентами. И наконец, аналогичный состав продуктов , выделенных в одинаковых условиях реакции из лигнинов хвойных и лиственных древесных пород, по-видимому, указывает на тождественность структурных особенностей способного освобождаться фрагмента лигнина в обоих случаях.
Позднее Пеппер и Ли [551 ] провели детальное сравнительное исследование эффективности различных катализаторов для гидрогенолиза природного лигнина ели. Результаты проведенного исследования показали, что использование родия, палладия или небольших количеств никеля Ренея приводит к получению одинаковых продуктов гидрогенолиза лигнина, так же как и использование рутения или избытка никеля Ренея, однако в присутствии последних катализаторов деструкция более глубока. Так, при гидрогенолизе над Pd-C 68% растворимой в эфире фракции продуктов реакции (или 24% от исходного лигнина) составлял дигидро-
16*
243-
конифериловый спирт (CLXII), а при гидрогенолизе над Rh-C 90% растворимой в эфире фракции продуктов реакции (или 34% от исходного лигнина) приходилось на 4-и-пропилгваякол (CLXIV) и дигидрокониферило-вый спирт (CLXII), причем увеличение выхода в последнем случае обусловлено увеличением количества CLXIV, так как выход соединения CLXII примерно одинаков в обоих случаях.
Согласно интерпретации авторов, в лигнине могут существовать два типа эфирных связей: —СН2—О—X и —СН2—О—Y, где X и Y представляют собой различные химические группировки. Гидрогенолиз над Pd-C может приводить к селективному разрыву —О—;Х-связи только в структурах типа —СН2—О—X, тем самым освобождая дигидрокони-фериловый спирт. С другой стороны, при гидрогенолизе над Rh-C расщепление этой связи происходит аналогичным образом с образованием дигидрокониферилового спирта, но одновременно протекает также расщепление —СН2; — О—Y-связи в структурах типа —СН2—О—Y, что приводит к освобождению 4-н-пропилгваякола.
Пеппер и Ли [552] подробно исследовали продукты гидрогенолиза природного лигнина ели в присутствии рутения или избытка никеля Ренея. Помимо ранее обнаруженных четырех ароматических производных (CLXVIII, CLXV, CLXIV и CLXII) на газожидкостной хроматограмме идентифицированы пики, принадлежащие циклогексильным производным: 1-(4-оксициклогексил)-3-пропанол (CLIV), 1-(4-окси-3-метоксицикло-гексил)-3-пропанол (обнаружен впервые среди продуктов гидрогенолиза лигнина), 4-этилциклогексанол (CLVIII), 4-к-пропилциклогексанол (CLII) и 1-циклогексил-З-пропанол (CLX). Авторы полагают, что все идентифицированные соединения образуются либо из к-пропилгваякола, либо из дигидрокониферилового спирта, являющихся первичными продуктами расщепления лигнина (в специальных экспериментах показано, что 4-к-пропилгваякол не образуется при восстановлении дигидрокониферилового спирта в условиях реакции). Тем самым подтверждено предположение о наличии двух типов эфирных связей, рассмотренное выше.
Кроме указанных выше соединений Клемола и Пеппер [553] выделили из продуктов гидрогенолиза природного лигнина ели над Rh-C 2-(2-мето-кси-4-п-пропилфенокси)-1-пропанол (CLXXIV) с выходом 0,2—0,3% от исходного лигнина.
°СН3 СН3
___ОСН
I I '
CH3-CH2-CH2-l^J! Н2СОН
CLXXIV
Образование этого соединения может легко происходить в результате дегидратации с последующей гидрогенизацией глицеринальдегид-2-арил-эфирных структур, наличие которых в лигнине показано Лундквистом и сотр. [433].
Шюрх и сотр. [554—556] провели исследование лигнина, выделяемого при щелочной гидрогенизационной варке древесины сахарного клена. Помимо ароматических соединений, идентифицированных Пеппером и Гиббертом [542] среди продуктов щелочной гидрогенизации древесины клена (CLXV—CLXVII), Шюрху и сотр. [554] удалось обнаружить ди-гидроконифериловый спирт (CLXII), дигидросинаповый спирт (CLXI) и предположительно 2-(4-окси-3-метоксифенил)этанол. Кроме того, авторы работы [5551 выделили и идентифицировали шесть ароматических кислот: n-оксибензойную, ванилиновую, сиреневую, гваяцилуксусную, гваяцилпропионовую и сирингилпропионовую (две последние были впервые обнаружены в продуктах деградации лигнина), в результате чего суммарный выход мономерных продуктов гидрогенолиза составил 35—
244
45% от исходного лигнина, а также определили условия хроматографического отделения более высокомолекулярных (димерных) фракций продуктов гидрогенолиза [556].
Выделение и идентификацию димерных продуктов гидрогенолиза лигнина следует рассматривать как наиболее прогрессивное направление современных исследований в этой области. Выше отмечалась не доведенная до конца попытка Олкей [547 ] идентифицировать димерные продукты, полученные при гидрогенизации ЛМР хвойных древесных пород. Последующие исследования в этом направлении привели к получению ценной информации о строении лигнина.
В 1965 г. Нейхам [557] опубликовал результаты исследования взаимодействия суспендированной в бензоле древесной муки красной ели со смесью водорода и окиси углерода (1 : 1) при 170° С в присутствии растворимого катализатора дикобальтоктакарбонила [Со2(СО)8] (этот катализатор катализирует гидроформилирование неконъюгированных двойных связей). Нерастворимая часть реакционного продукта состояла из делигнифицированной целлюлозы, содержащей 3% лигнина Класона. В растворимой части автором идентифицированы: фенол, гваякол, 4-ме-тилгваякол (CLXVIII), 4-этилгваякол (CLXV), 4-н-пропилгваякол (CLXIV), 5,6,7,8-тетрагидро-3-метокси-2-нафтол (CLXXV), 3-(3-метокси-4-оксифенил)тетрагидрофуран (GLXXVI), дигидроконифериловый спирт (GLXII), 4-(3-метокси-4-оксифенил)-1-бутанол (CLXXVII), 2,2'-диокси-3,3'-диметокси-5,5'-дипропилбифенил (CLXXVIII) и предположительно 3,3'-диметокси-4,4'-диоксидифенилметан (CLXXIX). Образование соединений CLXXV, CLXXVI и CLXXVII, согласно интерпретации автора, происходит в результате оксореакций двойных связей, которые частично первоначально присутствовали в боковой цепи некоторых структурных звеньев лигнина, а частично образовывались во время реакции. Особенный интерес представляет выделение дипропилбигваякола (CLXXVIII). Поскольку при реакции эвгенола в тех же условиях образования соединения CLXXVIII не наблюдается [558], маловероятно, что оно образуется в результате сочетания двух гваяцилпропановых звеньев, и поэтому его выделение следует рассматривать как прямое доказательство наличия бифенильных структур в лигнине, которые были предсказаны на основании спектральных данных, а затем обнаружены в продуктах окислительной деградации лигнина (см. параграф VI.3.4).
Шюрх и сотр. [559] исследовали структуру димеров, выделенных из летучей (растворимой в хлороформе) фракции продуктов щелочной гидрогенизации лигнина сахарного клена и норвежской ели. Из продуктов гидрогенизации лигнина сахарного клена выделены и идентифицированы: 1,2-(4,4'-диокси-3,3',5,5'-тетраметоксидифенил)этан (бисирингил или 1,2-дисирингилэтан) (CLXXX) и 1,2-(4,4'-диокси-3,3'-диметоксидифенил)этан (биванилил или 1,2-дигваяцилэтан) (CLXXXI) с выходом 1 и 0,5% от лигнина соответственно. Кроме того, показано наличие димерных соединений, структура которых с большой степенью вероятности отвечает 4,4'-диокси-3,3'-диметоксидифенилметану (CLXXIX), 4,4'-диокси-3,3',5,5'-тетраметоксидифенилметану (GLXXXII), несимметрично замещенному дифенилметану сиреневого ряда (CLXXXIII) и 2,4'-диокси-3,3'-диметокси-5-этилдибензилу (CLXXXIV) (структура этого соединения позднее подтверждена синтезом [560]). В продуктах гидрогенизации лигнина норвежской ели обнаружены димеры (CLXXXI и CLXXXIV), а также предположительно 5,5'-диэтил-2,2'-диокси-3,3'-диметоксибифенил (GLXXXV).
Позднее Бхаскаран и Шюрх [5611 провели исследование нелетучей фракции лигнина, полученного щелочной гидрогенизацией древесины сахарного клена. Эту фракцию разделяли с помощью вакуумной перегонки, противоточной экстракции, колоночной и тонкослойной хроматографии. Для идентификации выделенных соединений авторы использовали ЯМР-, ИК-, УФ- и масс-спектроскопию. Некоторые из выделенных
245
он
H3CO\^\/Ri 
он
I сн2
I сн2 I
сн2
r2/'^/\och3 он
н/'у/\оспэ он
CLXX1X: R = II
CLXXXII: R = OCH3
CLXXX: R1 = R, = OCH3 CLXXX1: r1 = r2=h CLXXXVI: R, = H; R2 = OCH3
CLXXX1V: R = H
CXCII: R = CH3
CLXXXV
соединений аналогичны димерам, идентифицированным ранее в летучей фракции, растворимой в хлороформе. Кроме того, обнаружен димер 1-(4-окси-3,5-диметокси)-2-(4-окси-3-метоксифенил)этан (CLXXXVI) и тример, отвечающий одной из структур CLXXXVII или CLXXXVIII.
Касаясь механизма образования мономерных и димерных продуктов деградации лигнина, Шюрх и сотр. [559, 561], полагали, что они образуются в результате действия щелочи на лигнин и на более поздней стадии реакции стабилизируются гидрогенизацией. Выделенные в ходе рассматриваемого исследования дибензилы (CLXXX, GLXXXI и CLXXXVI) структурно близки стильбенам и аналогичным продуктам, выделяемым в результате щелочной обработки древесины или лигнина. По мненйю 246
авторов, получение этих продуктов свидетельствует о наличии в лигнине Са—Ся,-связи между боковыми цепями фенилпропановых мономеров. Обнаруженные дифенилметаны (CLXXIX, CLXXXII и CLXXXIII), по-видимому, образуются в результате сочетания фенольных метилолов или хинонметидов, поскольку в настоящее время нет оснований считать, что они получаются из структурных элементов, присущих лигнину. Полученный тример аналогичен по структуре тримерному продукту, выделенному Нимцем [463] в результате мягкого гидролиза еловой древесины. И наконец, обнаружение в продуктах деградации диэтилбигваякола (CLXXXV) является еще одним свидетельством наличия бифенильных структур в лигнине.
Сакакибара и сотр. [562—568] провели исследование продуктов гидрогенолиза природного лигнина аянской ели (Picea jezoensis). Условия гидрогенолиза [меднохромовый катализатор, смесь диоксан—вода (1 : 1), 160“ С, начальное давление Н2 80 кг/см1, (77,4 атм), 1 час] выбраны с целью получения максимального выхода димерных и олигомерных продуктов деградации лигнина. Помимо мономерных продуктов гидрогенолиза природного лигнина, которые включали дигидроэвгенол, гваяцилпропа-нол-1, гваяцилпропанол-2, гваяцилпропанол-3, гваяцилпропандиол-1,3, гваяцилпропандиол-2,3 и гваяцилглицерин, авторам удалось выделить и идентифицировать ряд димерных продуктов, позволяющих сделать некоторые заключения о характере связей между фенилпропановыми звеньями в молекуле лигнина. Выход растворимых продуктов составлял ~23—28% от лигнина Класона [563].
Основными продуктами гидрогенолиза природного лигнина являются три производных бифенила [564]: 2,2'-диокси-3,3'-диметокси-5,5'-дипро-пилбифенил (CLXXVIII), 2,2'-диокси-3,3'-диметокси-5-пропилол-5'-пропилбифенил (CLXXXIX) и 2,2'-диокси-3,3'-диметокси-5,5'-дипропилол-бифенил (СХС). Соединение CLXXVIII было ранее получено Нейхамом [557], a CLXXXIX и СХС выделены впервые. Эти соединения представляют собой продукты последовательных стадий восстановления гидроксильных групп в боковых цепях. Их образование следует, несомненно, отнести за счет бифенильных структур в макромолекуле лигнина.
CLXXVIII: R1 = R2 = H
CLXXXIX: R, = H; R, = OH
CXC: R, = R, = OH
CXCI: R = H cxxvii: r = он
Помимо указанных выше производных бифенила, в продуктах гидро-енолиза был обнаружен 1,2-дигваяцилэтан (CLXXXI), ранее выделений Шюрхом и сотр. [559] из продуктов щелочной гидрогенизации дре-есины клена. Можно предполагать, что соединение CLXXXI образуется ерез дигидродиметоксистильбен, который в свою очередь, согласно пред-гавлениям Нимца [455], мог образоваться из структуры диарилпропа-ового типа при щелочной обработке. Однако возможность такого расцепления С—С-связи в мягких условиях реакции в нейтральном растворе □мнительна.
1,2-бпс-(4-окси-3-метоксифенил)пропанол-3 (2,3-дигваяцилпропанол) 2XCI), также обнаруженный среди продуктов гидрогенолиза природного
247
лигнина ели [565], по мнению авторов, можно рассматривать как продукт частичного восстановления соединения CXXVII, выделенного из лигнина Нимцем [455 ].
Матзукура и Сакакибара [566] подвергли древесную муку ели гидрогенолизу при более высокой температуре (220—240° С), с тем чтобы получить димерные и олигомерные продукты, содержащие С—С-связи, в которых можно было бы ожидать почти полного расщепления эфирных связей между фенилпропановыми звеньями. Из продуктов гидрогенолиза авторы выделили 1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-(2-окси-3-метокси-5-н-про-пилфенил)-н-пропан (CLXXIII). Высказано предположение, что это соединение является продуктом восстановительного расщепления циклической эфирной связи в фенилкумарановой структуре. Указанное предположение подтвердилось при гидрогенолизе дегидродиизоэвгенола (CLXXII), в результате чего получены два продукта, один из которых был аналогичен соединению CLXXIII (как показано выше, аналогичные результаты получены ранее Олкей [547]). В то же время авторы не отрицают возможности образования CLXXIII из открытого конденсированного звена. Соединение CLXXIII близко по структуре к CLXXXIV, обнаруженному Шюрхом и сотр. [559] в продуктах щелочной гидрогенизации, а также к 1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-(2-окси-3-метокси-5-пропилфенил)-этану (СХСП), выделенному Нимцем [569] из продуктов восстановительного расщепления елового лигнина, предварительно обработанного тио-уксусной кислотой.
Позднее Матзукура и Сакакибара [567, 568] сообщили о выделении из продуктов гидрогенолиза природного лигнина ели дополнительных димерных и тримерных соединений с углерод-углеродными связями. На основании результатов ЯМР и масс-спектрального исследования этим соединениям приписаны структуры CLXXI, CLXXIII, CXCIII—CXCVL Соединения CXCIII, CXCIV и ранее выделенное авторами [566] CLXXIII можно рассматривать в качестве продуктов последовательного восстановления гидроксильных групп в боковых цепях фенилкумарановых структурных элементов лигнина. Соединение CXCV имеет тот же углеродный скелет, что и продукт, выделенный ранее Нимцем [569] в результате восстановительного расщепления елового лигнина, предварительно обработанного тиоуксусной кислотой. Соединение CLXXI получено ранее Олкей [547] при гидрогенолизе модельных соединений CLXX и СХХХП и наряду с тримером CXCVI впервые обнаружено среди продуктов деструкции лигнина.
Н,СН 'I сн2
I
сн2
I
н,сон
i	у\осн3
СИ2	qh
У^ОСНз
I 3
он
Н2СОН сн2 сн2 А нс-1 I 2f у\осн3 сн2 1н п у\осн3 I J он
Н2СОН /0CH3
НС 4	Ч—он
I x=z сн2
I
Н2СОН 1
HF у\осн3
СН2 он
CXCIII: н = он
CXCV
у\осн3 он
CXCVI
CXCIV: н = н
1. Работы Нимца. Рассмотренные в предыдущем разделе эксперименты Нимца по мягкому гидролизу древесины бука и ели привели к вы
248
делению ряда димерных продуктов деструкции лигнина с выходом ~10% от его содержания в древесине. Очевидно, что для установления строения макромолекулы полимерного лигнина использованные гидролитические методы имеют ограниченное значение, поскольку идентифицированные продукты разложения представляют собой главным образом периферические концевые фрагменты его макромолекулы.
В связи с этим Нимц [569] предложил новый способ деструкции лигнина путем селективного расщепления арилглицерин- [3-ариловых эфирных связей (CXCVII) между мономерными структурными звеньями; при этом одновременно исключается вторичное образование новых С—С-связей (схема 13). Предложенный метод заключается в первоначальной
Схема 13
CXCVII	CXCV1II	СХС1Х
СС1	сен
обработке еловой древесины тиоуксусной кислотой в присутствии каталитических количеств BF3, которая приводит к образованию S-бензилтио-ацетатов (CXCVIII). После удаления избытка тиоуксусной кислоты в вакууме при 15° С и тщательной отмывки остатка водным раствором ацетата натрия проводят омыление ^-замещенных тиоацетатов (CXCVIII) обработкой 2N NaOH в водном этаноле или водном гликоле при 50—60° С. После щелочного омыления нестабильные бензилмеркаптид-анионы (CXCIX) нуклеофильно атакуют соседний [З-С-атом с отщеплением арок-сильных анионов и образованием фенолятов, нестабильных в условиях реакции этиленсульфидов (тииранов) (СС), которые далее превращаются с образованием сульфидных мостиков в более стабильные продукты полимеризации (CCI) (аналогичный механизм расщепления р-алкиларильных эфирных связей предложен Гирером [321, 497] для объяснения роли сульфида натрия в процессе сульфатной варки древесины). Во время реакции лигнин вместе с гемицеллюлозами переходит в раствор. Почти чистая целлюлоза с выходом 45% (содержание лигнина 1,8%) остается в осадке. При гидрогенолизе отделенного щелочного раствора в присутствии избытка никеля Ренея сера в результате расщепления сульфидных мостиков замещается на водород [570, 571]. Образуются низкомолекулярные продукты (ССП), получающиеся из лигнина путем замены кислородных функций в а- и p-положениях на водород. Углерод-углерод
249
ные связи между структурными элементами лигнина должны в этих условиях сохраниться. Предложенный механизм позднее подтвержден экспериментами на модельных соединениях [572].
После восстановления реакционную смесь подкисляют и продукты расщепления экстрагируют уксусноэтиловым эфиром с последующим разделением по молекулярному весу на сефадексе LH-20 (в диметилформ-амиде). Получено пять фракций: олигомеры, тетрамеры, тримеры, димеры и мономеры. Установлено, что выход низкомолекулярных продуктов распада (от мономеров до тетрамеров) составляет 77% от лигнина еловой древесины [572]. Продукты с молекулярным весом выше 5000 отсутствуют.
Среди мономерных продуктов расщепления природного лигнина ели Нимц [569] идентифицировал дигидроэвгенол (CLXIV) и дигидроконифе-риловый спирт (CLXII) с выходом соответственно 19,4 и 3,6% от лигнина, а среди димеров — биванилил (CLXXXI), тетрагидродегидродиэвгенол (CLXXVIII), диизоэвгенол (ССШ), а также ранее неизвестные фенолы (СХСП и CLXXXIV).
СН3
I
сн3 сн2
I '	I
НС----сн
он
CCII1
Высокий выход соединения CLXIV и других продуктов, содержащих боковую пропановую цепь, свидетельствует о том, что в использованных условиях помимо эфирных связей расщепляется и спиртовые С—0-мостики. Образование соединения CLXXXI возможно из 1,2-диарилпро-пановых структур лигнина в результате отщепления формальдегида. Соединение CLXXVIII, вероятно, образуется из структурных элементов лигнина, содержащих связанные ароматические ядра, боковые цепи которых не связаны с другими структурами С—С-связями. Соединения СХСП и CLXXXIV, по всей вероятности, образуются из фенилкумарановых структур. Интересен найденный среди продуктов разложения диизоэвгенол (ССШ), обнаружение которого указывает на возможность наличия в лигнине неизвестного ранее типа связи. Однако Нимц [569] считает, что необходимы дополнительные доказательства того, что в принятых условиях соединение ССШ не образуется из изоэвгенола или кониферило-вого спирта.
Рассмотренный выше метод расщепления лигнина использован Ним-цем и сотр. [573, 574] в экспериментах по исследованию лигнина бука. Авторы [573] установили, что обработка лигнина бука тиоуксусной кислотой с последующим восстановлением а-тиоацетатов после их омыления щелочью приводит к образованию мономерных и димерных продуктов его деструкции с выходом 50 и 25% от исходного лигнина соответственно, й на основании выхода продуктов деструкции (от мономеров до тетрамеров) рассчитали количество эфирных связей на структурное звено Св—С3, которые расщепляются в использованных условиях. Оно составляет 67%. Остальные 33% связей, которые сохраняются в процессе расщепления, содержатся в димерных и олигомерных продуктах деструкции.
Среди мономерных продуктов деструкции лигнина бука Нимц и сотр.. [573] идентифицировали 4-н-пропилсирингол (CLXIII), 4-н-пропилгвая-
250
кол (CLXIV), пирокатехин, дигидросинаповый спирт (CLXI) и дигидро-конифериловый спирт (CLXII). Выходы указанных соединений составляют соответственно 24,3; 6,8; 2,8; 1,9 и 1,4% от лигнина бука.
Значительный интерес представляют выделенные и идентифицированные Нимцем и Дасом [574 ] 20 димерных фенольных продуктов деструкции лигнина бука, суммарный выход которых составляет 7% от исходного лигнина, или 28% от димерной фракции продуктов расщепления. Поскольку ранее было показано [572], что использованный метод приводит к расщеплению эфирных связей у С-атомов в а- и p-положениях боковых пропановых цепей лигнина, эти димерные продукты образованы за счет связей другого типа. По мнению Нимца и Даса, идентифицированные димерные продукты свидетельствуют о наличии в лигнине бука восьми различных типов структурных элементов.
В качестве источника димерных продуктов деструкции (CLXXXI, CCIV, CCV, CXV1H) (суммарный выход 3% от лигнина) рассматриваются 1,2-диарилпропан-1,3-диольные структуры (CCVI). Образование соединений CLXXXI, CCIV, CCV, CXVI1I может происходить путем отщепления формальдегида и воды и последующего гидрирования структур CCVI. Соединения СХСП, CCVII—CCIX (суммарный выход 1,2%) образуются из фенилкумарановых структурных элементов (ССХ) лигнина. Выделение соединений CLXXVIII и СХС (суммарный выход 0,45%) и соединений CCXI и ССХП (суммарный выход 0,3%) указывает на наличие в лигнине бука бифенильных и дифенйлэфирных связей соответственно. Димер ССХШ, выделенный в двух диастереомерных формах с выходом 0,4%, очевидно, образуется из сирингарезинольных структурных элементов, наличие которых в лигнине бука было показано ранее другим методом [457].
clxxxi: r1=r2=h
CCIV: Rj =осн3; в2=н ccv: r1=r2=och3
CXVIll
CCVI
ССХ: Н1 = НилнОСН3
ccvui: Rj=h; r2=oh
251
Остальные идентифицированные авторами продукты деструкции лигнина бука обладают различными типами углерод-углеродной связи между боковыми цепями двух фенилпропановых мономеров (связи лигнанного типа). В качестве источника продуктов деструкции соединений GCXIV— CCXVII (суммарный выход 0,5%), обладающих Са—С?,-связями, Нимц и Дас [574] рассматривали 2,4-диарилтетрагидрофурановые (CGXVIII) или 2,4-диарилтетрагидропирановые (CCXIX) структуры лигнина. Соединение ССХХ (выход 0,1%), по мнению авторов, образуется из тетралиновых структур, а соединение CCXXI (выход 0,4%) — из 3,4-диарилтетра-гидрофурановых структур. Этот тип связи был впервые обнаружен в лигнине ели Лундквистом [431, 434].
Структурные элементы, из которых могут образоваться продукты деструкции лигнанного типа, согласно представлениям Нимца и Даса, являются частью макромолекулы лигнина, однако очевидно, что их отнесение к лигнину требует дополнительных доказательств.
Суммируя результаты рассмотренных выше работ, следует отметить, что при гидрогенизации лигнина под давлением имеют место четыре типа
252
ССХ1Х
CCXX1
реакций: гидрогенолиз, термическое разложение, восстановление и гидрирование. В зависимости от условий эти реакции могут протекать одновременно или последовательно. В ходе гидрогенолиза расщепляются эфирные связи и кислородные гетероциклы (фурановые или пирановые); при термическом разложении разрываются углерод-углеродные связи с образованием радикалов; при восстановлении карбонильные группы лигнина превращаются в гидроксильные, часть из которых восстанавливается далее до метиленовых или метильных групп, и, наконец, в ходе собственно гидрирования двойные связи или радикалы насыщаются водородом. Как показано выше, рассмотренные процессы расщепляют молекулу лигнина на низкомолекулярные фрагменты и, кроме того, стабилизируют их, предохраняя от нежелательной конденсации или полимеризации.
В заключение следует сказать несколько слов о втором направлении исследований по гидрогенизации лигнина, которое связано с поисками путей превращения лигнинных материалов в ценные низкомолекулярные продукты. Существенный вклад в эти исследования внесен японскими учеными.
Используя опыт, накопленный во время второй мировой войны по гидрогенизации углей, Институт Ногучи в Японии начал исследования по ожижению лигнина [575]. В 1952 г. был обнаружен эффективный катализатор, использование которого позволило превратить значительную часть лигнина в сравнительно небольшое число монофенолов. В то же время этот катализатор в значительной степени подавлял дальнейшую гидрогенизацию. Несколько лет спустя была пущена полупромышленная установка для получения монофенолов из лигнина. В качестве исходного сырья использовали кислотные лигнины, полученные гидролизом древесины, лигнин и ЛСК, выделенные из сульфитных щелоков, а также лигнины, полученные в результате крафт- и щелочных варок. Катализаторы представляли собой различные смеси железа, никеля и серы или железа, цинка и серы с сульфидом железа в присутствии сокатализатора, например гидроокиси меди или никеля. Тщательное исследование процесса
253
Ногучи, осуществленное в США [575], показало, что он является лучшим из всех предложенных процессов гидрогенизации лигнина. Этот метод позволяет превратить более 55% лигнина в перегоняемые продукты. Выход монофенолов составляет 21—23% от лигнина; среди них фенол, о-крезол (в сочетании с м- и га-крезолами), о-этилфенол (в сочетании с м- и n-этилфенолами), о-пропилфенол (в сочетании с м- и п-пропилфенолами) и 2,4-диметилфенол. Однако, согласно данным американских исследователей [575], процесс Ногучи, лучший из разработанных для промышленного осуществления методов гидрогенизации лигнина, в настоящее время еще не является экономически рентабельным.
Определенный интерес представляет разработанный Броновицким и сотр. [576—580] метод гидрогенолиза лигнина в щелочной среде в присутствии веществ, ингибирующих радикально-цепные процессы. Таким образом удается существенно повысить выход низкомолекулярных продуктов гидрогенолиза лигнина. В качестве добавок авторы использовали кристаллический фенол или фенольную фракцию, полученную при гидрогенолизе лигнина.
VI.2.6. Разложение металлическим натрием в жидком аммиаке
Реакция разложения эфирных связей металлическим натрием в жидком аммиаке была введена в практику органической химии работами Шорыгина [581—586]. Автором предложена следующая схема расщепления простых эфирных связей:
х RONa-j-R'Na ROH + R'H
ROR' + 2Na<
* R'ONa-]-RNa —> R'OH-|-RH
и показано, что особенно легко разлагаются металлическим натрием в жидком аммиаке арилариловые эфиры, труднее — алкилариловые эфиры и практически совсем не разлагаются алкилалкиловые эфиры. Установлено также, что при разложении алкилариловых эфиров атом кислорода остается связанным с фенильным радикалом, и показано, что углерод-углеродные связи не расщепляются при обработке металлическим натрием в жидком аммиаке.
Хотя обработка растворами щелочных металлов в жидком аммиаке была впервые применена Для исследования лигнина Фрёйденбергом и сотр. [587], широкое использование указанной реакции для установления строения лигнина связано с работами Шорыгиной и сотр. [588—604]. Авторы использовали следующую методику. Изолированный или природный лигцин обрабатывали раствором металлического натрия в жидком аммиаке при температуре —33° С и атмосферном давлении. Металлический натрий брали в количестве 75% от веса лигнина. После окончания реакции аммиак удаляли упариванием и образовавшиеся натрийоргани-ческие соединения разлагали влажным эфиром, а затем реакционную смесь обрабатывали водой. Пропусканием тока СО2 раствор доводили до pH 7. Низкомолекулярные фенолы экстрагировали эфиром, а оставшийся раствор подкисляли серной кислотой. При этом происходило выпадение твердого лигнинного остатка, молекулярный вес которого не превышает 5000. Оставшиеся в кислом водном растворе диспергированные органические вещества отделяли затем от катионов и кислоты.
Обработке металлическим натрием в жидком аммиаке были подвергнуты лигнины, выделенные из еловой древесины различными методами (медноаммиачный, солянокислотный, технический гидролизный и ЛМР) [588—592, 596, 597, 601], природный лигнин ели [588, 594, 595, 604], лигнины, изолированные из древесины осины кислотными методами (медноаммиачный и солянокислотный) [593, 595, 599], а также препараты
254
ЛМР, полученные в результате механического размола стеблей хлопчатника [598], тростника [603] и древесины лиственницы сибирской [602].
Результаты проведенных исследований показали, что наименьший выход растворимых в эфире фенолов получают из лигнинов, подвергавшихся в процессе их выделения из растительного материала кислотным обработкам (медноаммиачный и солянокислотный лигнины) (табл. VI.8).
Таблица VI.8
Выход низкомолекулярных фенолов, получаемых в результате обработки различных препаратов лигнина натрием в жидком аммиаке
Препарат лигнина	Растительный материал	Выход фенолов, % от исходного лигнина *	Литература
Медноаммиачный	Ель	10	[60!]
Солянокислотный	»	10	[60!]
П риродный	»	24,6 *2	[694]
ЛМР	»	19	[60!]
Медноаммиачный	Осина	18	[593 ]
Сол янокис лотный		16	[568 ]
ЛМР	Стебли	10,2	[598]
	хлопчатника		
	Лиственница	8,85	[602]
	Тростник	16,6	[603]
* Фенолы экстрагировали из реакционной смеси эфиром.
*2 От лигнина Класона.
Выходы эфирорастворимых фенолов, полученных в результате разложения этих лигнинов, практически одинаковы. При однократной обработке-натрием в жидком аммиаке выходы низкомолекулярных фенолов из медно-аммиачного и солянокислотного лигнинов ели составляли —10%, а из тех же лигнинов осины — соответственно 18 и 16%. Более высокий выход, низкомолекулярных продуктов разложения из лигнина лиственной древесины по сравнению с аналогично выделенным лигнином хвойной древесины указывает на меньшую степень конденсации лигнина лиственных. Это связано с тем, что в состав лигнина лиственных пород в значительных количествах входят сиреневые структурные элементы, в которых в положении 5 ароматического кольца находится метоксильная группа и, следовательно, оно не участвует в конденсации при образовании лигнина и при различных химических воздействиях в процессе его выделения из растительных тканей. Выход низкомолекулярных фенолов, полученных при обработке металлическим натрием в жидком аммиаке природного лигнина ели (еловых опилок), составляет 24,6% (в пересчете на лигнин Класона), что в 2,5 раза превышает выход соответствующих продуктов из кислотных лигнинов. В результате разложения елового ЛМР получено 19% эфирорастворимых фенолов, что свидетельствует о несколько меньшем содержании в этом препарате неконденсированных структурных элементов (по сравнению с природным лигнином ели).
Следует отметить, что если в первых работах Шорыгиной и сотр. [588— 595], посвященных исследованию действия растворов металлического натрия в жидком аммиаке на лигнин, для разделения и идентификации продуктов разложения применяли чисто химические методы, то в дальнейшем для этой цели использовали хроматографию на бумаге и в тонком слое [596—603], а также газожидкостную хроматографию [604].
Среди низкомолекулярных продуктов деструкции, полученных в результате обработки лигнина ели раствором металлического натрия в жидком аммиаке, идентифицированы дигидроэвгенол (CLXIV) [590],
255-
кси-3-метоксифенил)пропанол-1 (гваяцилпропанол-1) (ССХХП) и 1-(4-окси-3-метоксифенил)пропанол-3 (гваяцилпропанол-3)
> [596]. Среди низкомолекулярных продуктов, полученных в регате аналогичной обработки лигнина осины, идентифицированы ди-хидроэвгенол (CLXIV) [593], сирингилпропан (CLXIII) [593], 1-(4,5-диокси-3-метоксифенил)пропан (CCXXIII) [601], гваяцилпропанол-1 (ССХХП) [599], гваяцилпропанол-3 (CLXII) [599].
сн3	сн3	н,сон
I	I	'I
сн2	сн2	сн2
I	I	I
СН2	НСОН	сн2
I	I	I
//\	//\	//\
I I I I I I
r/V^OCH, ^/\осн3 "V^OCHa
он	он	он
CLXIII: R = ОСН, ССХХП	CLXII
CLXIV: R = Н
CCXXIII: R = ОН
CCXXIV: R = H
CCXXV: R = OH
CLXV: R = H
CCXXVI: R = OH
Среди указанных продуктов деструкции лигнина с наибольшим выходом получен дигидроэвгенол (CLXIV). Шорыгина, Кефели и Семечкина [590] показали, что при обработке кониферилового спирта раствором металлического натрия в жидком аммиаке в тех же условиях дигидроэвгенол образуется с выходом 86 %. На этом основании авторы рассматривали соединение CLXIV как продукт гидрирования кониферилспиртовых элементов лигнина. Однако незначительное количество этих элементов в лигнине не могло объяснить высокого выхода дигидроэвгенола, поэтому источником его образования может быть гидрогенолиз других структур лигнина [597]. Обнаружение среди продуктов деструкции лигнина гвая-цилпропанола-1 (ССХХП) явилось первым прямым экспериментальным доказательством наличия в лигнине бензилспиртовых групп, поскольку, как отмечалось выше, при расщеплении эфирной связи кислородный атом остается связанным с арильным радикалом. Однако возможно также образование соединения ССХХП и в результате восстановления кетогруппы в а-положении [600].
Аналогичным образом обнаружение в продуктах деструкции гваяцил-пропанола-3 (CLXII) следует рассматривать как свидетельство наличия в лигнине первичных гидроксильных групп, поскольку гидрогенолиз "f-алкиларильной эфирной связи привел бы к образованию метильной группы. И наконец, отсутствие среди продуктов деструкции лигнина гваяцилпропанола-2 Семечкина и Шорыгина [597] рассматривали как косвенное доказательство наличия p-алкиларильных эфирных связей. Этот вывод позднее подтвержден результатами исследования продуктов разложения гваяцилглицерин-[3-гваяцилового эфира (CVIII) металличе-256
ским натрием в жидком аммиаке. Авторы 1600] идентифицировали в реакционной смеси пирокатехин, гваякол, дигидроэвгенол (GLXIV), гвая-цилпропанол-1 (ССХХП) и гваяцилпропанол-3 (GLXII). Очевидно, что \\\\\\	WAW ркстчоротл металлического натрия
в жидком аммиаке помимо расщепления p-алкиларильной эфирной связи происходит гидрогенолиз ОН-групп в положениях 1 и 3 боковой цепи гваяцилглицеринового остатка. Таким образом, образование одних и тех же фенольных продуктов деструкции при разложении лигнина и модельного соединения CVIII указывает на то, что лигнин содержит значительное количество а рилглицерин-p-арил эфирных структур.
Действие металлического натрия в жидком аммиаке на простые эфирные связи следует рассматривать [600] как восстановительное расщепление, протекающее по электронному механизму. Металлический натрий диссоциирует в растворе жидкого аммиака
>'а —» Na+ 4- е"
и. таким образом, способен восстанавливать алкиларильные Связи по схеме
д,_О—АП< + 2е-—» Аг—О~+А1к~.
Однако возможен и одноэлектронный механизм разложения:
Аг—О—Aik-(-е_ —> Аг—О"-)-Aik.
Помимо расщепления алкиларильной эфирной связи между гваяцил-глицерином и гваяколом при обработке раствором металлического натрия в жидком аммиаке может иметь место также гидрогенолиз С—ОН-групп в положениях 1 и 3 гваяцилглицеринового остатка за счет водорода, образующегося при взаимодействии гидроксильных групп лигнина с металлическим натрием.
В результате этого образуются дигидроэвгенол (GLXIV) и указанные выше фенольные спирты. Семечкина и Шорыгина [600] высказали предположение , что разложение гваяцилглицерин-р-гваяцилового эфира (CVIII) может протекать и-по механизму p-элиминирования, инициируемого амид-ионом (NH2~), который в небольшом количестве может присутствовать в системе натрий—жидкий аммиак [605].
Следует упомянуть о том, что Кратцль и сотр. [462] также провели разложение эфира CVIII раствором металлического натрия в жидком аммиаке при комнатной температуре. Среди продуктов реакции авторы идентифицировали гваякол, дигидроэвгенол и гваяцилпропанол-2. Образование последнего соединения не может быть объяснено на основании рассмотренных выше положений.
Применение газожидкостной хроматографии при исследовании продуктов восстановительной деструкции природного лигнина ели при действии металлического натрия в жидком аммиаке позволило Шорыгиной и сотр. [604] дополнительно к ранее полученным мономерам установить образование n-оксифенилпропана (CCXXIV), п-оксифенилэтилкарби-нола (CCXXV), а также гваяцилэтана (CLXV) и гваяцилметилкарби-нола (CCXXVI). Образование последних можно сопоставить с' данными Пеппера и Гибберта [542] по гидрогенолизу лигнина в щелочной среде в присутствии никеля Ренея. В этом случае авторами также были получены производные фенилэтана (см. параграф VI.2.5).
Суммируя результаты, полученные в ходе исследований разложения лигнина металлическим натрием в жидком аммиаке, следует отметить, что высокий выход фенольных продуктов деструкции лигнина свидетельствует о том, что не меньше 40—50% структурных звеньев елового лигнина (в том числе и изолированного кислотными методами) относится к неконденсированному типу, т. е. связаны только простыми алкиларильными эфирными связями, являющимися основным типом связи в макро-
17 О- П. Трушников, В. В. Елкин
257.
молекуле лигнина. Из связей этого типа больше всего в лигнине [3-алкил-арильных эфирных связей. Кроме того, полученные результаты являются прямым доказательством наличия в лигнине бензилспиртовых и первичных гидроксильных групп.
Результаты экспериментов по восстановительному расщеплению простых эфирных связей в лигнине раствором металлического натрия в жидком аммиаке координируются с данными, полученными Нимцем [569, 573. 574] в ходе исследования продуктов восстановительной деградации лигнина, предварительно обработанного тиоуксусной кислотой. Для еловой древесины в этом процессе получены те же мономеры и в общей сложности в таком же количестве (см. VI.2.5, пункт 1).
V	I.2.7. Физические методы
В последние годы все возрастающую роль в исследованиях строения лигнина и его превращений в различных химических реакциях играют физические методы (УФ-, ИК-, ЯМР-спектроскопия, масс-спектрометрия и др.). Применение указанных методов в химии лигнина рассмотрено в главе IV.
V	I.3. Основные структурные элементы лигнина и типы связи между его фенилпропановыми звеньями
V	I.3.1. Арилглицерин-З-арилэфирные структуры
Возможность наличия в лигнине димерных структур |3-алкиларил-эфирного типа, а также радикальный механизм их образования предсказаны Эрдтманом [606, 607] на основании выдвинутой автором [608] гипотезы, согласно которой биосинтез лигнина происходит в результате дегидрирования Сй—С3-предшественников кониферилспиртового типа.
Важную роль в исследовании димерных структурных элементов [3-алкиларилэфирного типа сыграли работы Адлера и сотр. Авторы исходили из следующих предпосылок [404, 609]. Поскольку в еловом ЛМР лишь'-1/, общего количества структурных элементов обладает свободными фенольными ОН-группами, остальные фенольные гидроксилы должны быть включены в эфирные связи между мономерными звеньями, причем указанные мономернйе звенья могут быть связаны либо эфирными и углерод-углеродными связями (фенилкумарановые структуры), либо только эфирными связями. Дальнейшее рассуждение относится к последнему типу димерных структур.
Поскольку дцарильные эфирные связи вряд ли играют значительную роль в образовании связей между структурными звеньями лигнина (наличие диарилэфирных группировок было показано лишь после опубликования рассматриваемых в настоящем разделе работ Адлера), очевидно, что арильный кислород связан с одним из трех атомов пропановой боковой цепи соседнего мономера. Хотя в последние годы было показано наличие в лигнине бензилариловых эфиров, их количество невелико, поскольку ни сульфирование, ни обработка СН3ОН + НС1 при комнатной температуре не освобождают заметных количеств фенольных ОН-групп (при аналогичных обработках соответствующих модельных соединений, бензиларил-эфирная связь легко расщепляется). |3- и у-Алкилариловые эфиры должны быть более устойчивыми при указанных обработках. Однако наличие в лигнине значительного количества первичных спиртовых групп, очевидно, свидетельствует в пользу [3-конъюгации.
Исходя из рассмотренных соображений, Адлер и сотр. синтезировали димерные модельные соединения [3-алкиларилэфирного типа: вератрилгли-церин-|3-гваяциловый эфир (CVIIIa) [404] и гваяцилглицерин- [3-гваяцило-вый эфир (GVIII) [406]. Авторы исследовали взаимодействие этих модельных соединений с 28 %-ной H2SO4, с кислыми сульфитными растворами
258
и с СН3ОН4-НС1 при 20° С и обнаружили тождественность протекания этих реакций в случае модельных соединений и ЛМР. Однако указанные реакции не являются специфичными для всей арилглицерин-[3-арилэфир-ной структуры, они протекают и в случае соединений, обладающих бензилспиртовыми и первичными спиртовыми группами. Убедительное доказательство наличия арилглицерин-|3-арилэфирных структур в лигнине получено в результате этанолиза модельных соединений этого типа. Обнаруженные в реакционной смеси кетол-эфиры, кетоны и дикетоны аналогичны соединениям, образующимся при этанолизе ЛМР.
Аналогичные результаты получены при нагревании лигнина или димерных соединений [3-алкиларилэфирного типа с раствором хлористого водорода в водном диоксане (ацидолиз) [322]. Таким образом, наблюдаемый параллелизм в поведении модельных соединений арилглицерин-(3-арилзфирного типа и лигнина, по мнению Адлера, является убедительным экспериментальным доказательством наличия таких димерных структур в лигнине.
На основании результатов ацидолиза гваяцилглицерин-(3-гваяцило-вого эфира (CVIII) и увеличения количества свободных фенольных ОН-групп и конечных С—СН3-групп в результате ацидолиза ЛМР Адлер и сотр. [322] предприняли попытку оценить количество арилглицерин-(3-арилэфирвых структур в лигнине. Исходный ЛМР содержал 0,30 фенольных СН/ОСН3. После 48-часового ацидолиза образовалось 45% нерастворимого в эфире материала с 0,57 фен. ОН/ОСН3 и 55% эфирорастворимых продуктов с 0,64 фен. ОН/ОСН3, что соответствует общему освобождению 0,31 фев. ОН/ОСН3. Поскольку лигнин не содержит значительных количеств других чувствительных к ацидолизу арилэфирных связей, полученная величина (0,31 на ОСН3) указывает на количество арилглицериновых звеньев, несущих арилэфирную связь в |3-положении боковой цепи.
Общее увеличение количества С—СН3-групп в том же эксперименте составило 0,21 С—СН3/ОСН3. В эту величину следует внести две поправки. Примерно 0,05 С—СН3/ОСН3 может образоваться в результате превращения оксиметилкумарановых систем в метилкумароновые (это превращение доказано экспериментами на модельных соединениях; см. параграф VI.3.2), т. е. количество С—СН3-групп, образующихся из арилглице-рии-p-арилзфирных элементов, следует уменьшить до 0,16 на одну ОСН3-группу. С другой стороны, ацидолиз модельного соединения CVIIIa показе л, что только ~50% возможного количества С—СН3-групп образуется во время 48-часового ацидолиза. Поэтому, очевидно, следует вдвое увеличить количество С—СН3-групп (0,16-2=0,32). Величина 0,32, при-ходяшаяся на одну ОСН3-группу, указывает на количество арилглицерин-(З-арил;<] 1 рвых структур в лигнине и хорошо соответствует величине, получсы.ой на основании количества освобожденных фенольных ОН-групп.
Те г гм образом, результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о том, что 1/4—фенилпропановых звеньев лигнина представлена гваяпилглицериновыми звеньями, несущими {З-арилэфирную связь.
В ходе дальнейших экспериментов но ацидолизу гваяцилглицерин-[3-гваяцклевого эфира (CVIII) Адлер и сотр. [323] выделили ш-оксигваяцил-ацетон (СП), который рассматривался как промежуточное соединение при образовании кетонов Гибберта. Лундквисту [429] удалось выделить указанный кетол и при ацидолизе ЛМР с выходом 6%. Поскольку только неконденсированные арилглицериновые звенья лигнина могут образовывать свободный кетол СП, сравнение выхода кетола из ЛМР и модельного соединения CVIII указывает на то, что ~25% фенилпропановых звеньев лигнина являются арилглицериновыми звеньями, связанными с соседним звеном |3-арилэфирной связью [323].
Величина, которая включает как неконденсированные, так и конденсированные арилглицериновые звенья, согласуется с приведенной выше
17*
259
оценкой, сделанной на основании чисто аналитических данных [3221. Однако эту величину вполне можно рассматривать в качестве нижнего предела, поскольку во время ацидолиза может иметь место С—С-конден-сация между бензилспиртовыми группами и фенольными ядрами, что приводит к уменьшению выхода кетола СП. Хотя при четырехчасовом ацидолизе модельного соединения CVIII такая конденсация, по-видимому, незначительна (на это указывает высокий выход гваякола), при ацидолизе лигнина ей может благоприятствовать более близкое расположение реакционноспособных групп.
Подтверждение наличия арилглицерин- (3-арилэфирных структур в лигнине получено также в экспериментах по энзиматическому дегидрированию кониферилового спирта. Среди продуктов биосинтеза лигнина in vitro Фрёйденберг [19] обнаружил гваяцилглицерин- З-конифериловый эфир (CXI). Его образование, очевидно, происходит в результате комбинации радикалов в формах R„ и с последующим присоединением воды к образовавшемуся хинонметиду (см. параграф V.3.3). Необходимо подчеркнуть, что, согласно данным Фрёйденберга [610—612], выход гваяцилглицерин- [3-кониферилового эфира, являющегося преобладающим димерным промежуточным продуктом биосинтеза, в значительной степени зависит от условий проведения энзиматического дегидрирования. Позднее Фрёйденберг и Харкин [613] обнаружили димер CXI в камбиальном соке ели.
Начатая Адлером и сотр. работа по синтезу модельных соединений арилглицерин-|3-арилэфирного типа была в дальнейшем продолжена другими исследователями [614—619]. Синтезированные соединения рассматривались в качестве наиболее характерных моделей лигнина и широко использовались для более глубокого понимания процессов, протекающих при различных превращениях лигнина. Так, на димерных модельных соединениях [3-алкиларилэфирного типа исследовали такие важные реакции лигнина, как сульфирование [404, 620, 621], деструкция щелочью в условиях щелочной варки [473, 491, 493, 496, 500, 501, 622], этанолиз [404, 406, 407], ацидолиз [322, 323, 439], кислотный [462], щелочной [462, 525—527] и водный [407] гидролиз, окисление молекулярным кислородом [407], действие гипохлорита [623, 624], хлорирование [625, 626], меркаптолиз [404], взаимодействие с H2SO4 [404, 614], нитрование [627, 628], действие металлического натрия в жидком аммиаке [462, 600] и др. Указанные соединения использовали также при отработке методик определения различных функциональных групп лигнина. Все эти исследования более подробно рассматриваются в соответствующих разделах настоящей монографии.
Еще одним доказательством наличия в лигнине структурных элементов арилглицерин- [3-арилэфирного типа является их выделение из древесины при помощи мягких гидролитических методов. Нимц [4581 в процессе исследования продуктов перколяции еловой древесины 2%-ным водным раствором уксусной кислоты выделил гваяцилглицерин-р-кони-фериловый эфир (CXI). Из продуктов перколяции еловой древесины водой Нимцу удалось выделить два альдегидных дилигнола (CXXXVII и CXXXVIII) [440], а также гваяцилглицерин-[3-гваяцилглицериновый эфир (CXL) [459]. Согласно представлениям Нимца, указанные димерные продукты разложения елового лигнина образуются в этом случае исключительно из периферических частей его макромолекулы. Очевидно, эти фенольные фрагменты связаны в лигнине за счет легко гидролизуемых бензиларилэфирных связей. Позднее Нимц [463], а также Сакакибара и Сано [470] сообщили о выделении олигомерных продуктов деструкции лигнина ели, содержавших |3-алкиларилэфирные связи (см. VI.2.4, пункт 1).
В заключение следует отметить, что гваяцилглицерин-Р-кониферило-вый эфир (CXI) был обнаружен [629, 630] среди продуктов энзиматической деградации лигнина грибами белой гнили.
260
VI.3.2. Фенилкумарановые структуры
Предположение о наличии фенилкумарановых элементов в лигнине впервые высказано в 1922 г. Класоном [187, 631], который включил бензопирановые и бензофурановые системы в предложенную им структурную формулу лигнина.
В 1928 г. Фрёйденберг [632] рассмотрел возможность того, что наряду с другими строительными элементами в состав лигнина входят структуры циклических бензилариловых эфиров — фенилкумарановые системы. На основании экспериментов по окислению медноаммиачного лигнина хромовой кислотой Фрёйденберг и Зон [633] пришли к выводу о том, что среди предполагаемых структур для лигнина фенилкумарановая лучше всего объясняет полученные результаты. Позднее Фрёйденберг и сотр. [297, 634] отметили аналогичность поведения так называемой кислоты Эрдтмана (CCXXVII) и препаратов лигнина в ряде реакций, в том числе при взаимодействии с бисульфитом, тиогликолевой кислотой, при окислении после щелочной обработки и метилирования диазометаном, а также при обработке CHgOH+HCl и взаимодействии с гидразином и на основании полученных результатов пришли к заключению о том, что фенилкумарановые структуры играют важную роль в построении макромолекулы лигнина.
В 1933 г. Эрдтман [608, 635] установил строение дегидродиизоэвгенола (CLXXII) и постулировал, что его образование в процессе энзиматического дегидрирования биосинтеза лигнина в
эвгенола можно рассматривать в качестве модели растениях (см. параграф V.3.1).
соон
н
\осн3
Jch, CCXXVII
Н3С I НС
получили подтверждение и дальнейшее развитие
Эти представления в цикле работ Фрёйденберга по биосинтезу лигнина in vitro. Среди промежуточных продуктов энзиматического дегидрирования кониферилового спирта Фрёйденберг и Хюбнер [636] обнаружили дегидродикониферило-вый спирт (СХХХ1), образование которого, как полагают, происходит в результате комбинации радикалов в формах Rs и Вй, получающихся в процессе энзиматического дегидрирования кониферилового спирта (см. параграф V.3.3). Интересно отметить, что Фрёйденберг и Харкин [6131 обнаружили в камбиальном соке ели ряд фенольных соединений, идентифицированных ранее среди промежуточных продуктов биосинтеза лигнина из кониферилового спирта in vitro. Одним из этих соединений был дегидро-диконифериловый спирт (CXXXI).
Как показано Рихтзенхайном [301—303], метилирование древесины или изолированных препаратов лигнина диазометаном и их последующее перманганатное окисление дают 1—2% изогемипиновой кислоты (XXIX), образование которой указывает на наличие фенольных ядер, конденсированных в о-положении (CCXXVIII). Примерно в 2 раза больший выход изогемипиновой кислоты получен в том случае, если лигнин первоначально обрабатывали концентрированной щелочью с последующим метилированием диметилсульфатом и окислением перманганатом. По мнению автора, .
261
.. №
дополнительное количество изогемипиновой кислоты может образовываться из фенилкумарановых структур (GCXXIX), раскрытие которых происходит в результате обработки горячей щелочью (схема 14).
Схема 14
CCXXIX
| (СН3),8О<
С	А	СООН
CCXXVI1I
Доказательства наличия фенилкумарановых структур в лигнине получены также в результате исследований с использованием меченых атомов. Фрёйденберг и Нидеркорн [312] получили биосинтетический лигнин из [[3-С14|-кониферилового спирта. В результате обработки этого препарата горячей щелочью (расщепление эфирных связей) с последующим метилированием и окислением перманганатом получено 2—3% радиоактивной изогемипиновой кислоты (XXIX, С*=С14). Полученные данные свидетельствуют о наличии в полимере связи между Статомом боковой цепи одного звена и положением 5 ароматического кольца другого звена. В том случае, если препарат биосинтетического лигнина метилировали и окисляли без предварительного нагревания со щелочью, радиоактивная изогеми-пиновая кислота была получена с меньшим выходом (0,9%). Очевидно, синтезированный препарат содержал как фенилкумарановые структурные единицы (CCXXIX), так и С^—С5-конденсированные структуры со свободной фенольной гидроксильной группой («нециклические конденсированные элементы», CCXXVIII). Позднее Фрёйденберг и сотр. [637] показали, что на долю изогемипиновой кислоты, выделенной из продуктов окислительного расщепления дегидрополимера, синтезированного из [|3-С14]-ко-ниферилового спирта, приходится 49—52% активности исходного карбинола. Кроме того, установлено, что лигнин, выделенный из молодых побегов ели после введения в них [ р-С141-фенилаланина [308] или [р-С14]-кониферина [452], в результате окислительного расщепления также давал радиоактивную изогемипиновую кислоту.
В 1954 г. Линдгрен и Микава [638] предприняли попытку количественного определения фенилкумарановых структур в лигнине. В результате экспериментов на модельных соединениях установлено, что нагревание с тиогликолевой кислотой приводит к расщеплению циклических бензил-арилэфирных связей с образованием новых фенольных ОН-групп. Коли-
262
тво вновь образовавшихся фенольных гидроксилов при аналогичной заботке лигнина авторы пытались использовать для оценки содержания ем фенилкумарановых структур.
В 1957 г. Адлер [609] показал, что при нагревании дигидродегидроди-тиферилового спирта (ССХХХ) и его метилового эфира (CCXXXI) ,5%-пым раствором хлористого водорода в метаноле или 0,2 N раство-и НС1 в смеси диоксан—вода (9 : 1) насыщенная фенилкумарановая сима превращается в ненасыщенную фенилкумароновую систему ЗХХХП и CCXXXIII соответственно).
0,5% НС1 в СН3ОН или 0,2 НС1 в диоксан—вода
ССХХХ: н = н
CCXXXI: К = СН3
сн,—сн,-сн,он I '
24 час, кипячение с обр. холодильником
ССХХХП: Н = Н
CCXXXIII: R = СН3
гханизм этого процесса, согласно современным воззрениям [323, 441], жно представить в виде последовательности реакций, включающих скрытие кольца с образованием бензильного иона CGXXXIV, после-ющее отщепление протона с образованием замещенной кониферилспир-вой структуры CCXXXV (это показано сплошными стрелками в струк-ре CGXXXIV на схеме 15) и аллильного иона GGXXXVI, аллильную регруппировку и повторное замыкание гидрофуранового кольца CXXXVII) и, наконец, катализируемую протоном миграцию экзо-[клической двойной связи в более выгодное стильбеновое положение.
Рпс. VI.2. УФ-абсорбциопные кривые
1 — соединения CCXXXI (в кислом растворе); 2 — соединения CCXXXI после ацидолиза и последующего восстановления боргидридом натрия (в кислом растворе);
3 — Д е-кривая ацидолиза, полученная вычитанием двух предыдущих абсорбционных кривых (2 —1) [441]
Позднее показано [323], что в качестве побочного продукта реакции цздолиза (нагревание с 0,2 N раствором НС1 в водном диоксане) обра-гется о,н'-диоксистильбен (GCXXXVIII), очевидно, в результате отщепле-гя молекулы формальдегида от промежуточного бензильного иона, что сказано пунктирными стрелками в структуре CGXXXIV на схеме 15. гот ।процесс можно рассматривать как реакцию, обратную реакции ринса.
Образование фенилкумароновой структуры, обладающей конъюгиро-1нной с ароматическим ядром двойной связью, вызывает очень заметное зменение в УФ-абсорбции (рис. VI, 2). В то время как фенилкумаран пока-лвает типичную гваяцилпропановую абсорбцию с максимумом при 282 нм,
263
Схема 15
CCXXXVIII
фенилкумарон показывает сильно увеличенную абсорбцию, а также бато-хромный сдвиг максимума к 310 нм. Таким образом, трансформацию фе-нилкумаран -> фенилкумарон во время’нагревания с кислотой можно легко проследить по изменениям в УФ-абсорбции.
На модельных соединениях ССХХХ и CCXXXI показано [639], что максимальное превращение (—70%) фенилкумарановых структур в фенилкумароновые наблюдается после их кипячения в 0,2 У растворе НС1 в водном диоксане в течение 20 час (ацидолиз). Эти условия и были выбраны для определения количества фенилкумарановых структур в ЛМР ели [441, 609, 639].
Ранее Адлер и сотр. [322] установили, что подобная кислотная обработка превращает арилглицерин-p-арилэфирные структуры лигнина в арилпропаноновые структуры различных типов (кетоны Гибберта) (см. параграф VI.2.3). Поскольку арил-р-кетоны обладают сильным поглощением в области 310 нм и тем самым препятствуют спектрофотометрическому определению фенил кумароновых структур, подвергнутый ацидолизу ЛМР обработали боргидридом натрия для восстановления карбонильных групп.
Дифференциальная кривая (Де-кривая), полученная вычитанием абсорбционных кривых подвергнутого ацидолизу и затем восстановленного ЛМР и исходного ЛМР, восстановленного боргидридом натрия, имела форму, очень близкую к форме кривой модельных фенилкумаронов с максимумом при 310 нм [441]. Сравнение величины Де при 310 нм для ЛМР с соответствующей величиной для превращения ССХХХ ССХХХП позволило оценить количество структур, образующих при ацидолизе фенилкумаро-264
новые элементы. Помимо фенилкумарановых звеньев (CCXXIX) предшественниками фенилкумароновых структур, образующихся при ацидолизе ЛМР, могут быть нециклические конденсированные димерные системы (CCXXXIX). Предварительное метилирование ЛМР предохраняло эти звенья от превращения в кумароновые системы при кислотной обработке. Последующий анализ метилированного ЛМР показал, что на долю нециклических конденсированных структур приходится 4—6 из 100 фенилпропановых звеньев ЛМР [441] (см. параграф VI.3.5).

CCXXXIXа: в" = н, в'” = С CCXXXIXb: R" = Cp; R'"=H 1>Л11 с
Помимо нециклических димерных структур типа CCXXXIXa предшественником фенилкумароновых систем смогут быть структуры типа CCXXXIXb с эфирным мостиком между кольцом В и ^-положением арилглицеринового звена, а также структуры CCXXXIX, где OR" является арилбензилэфирной группировкой. Однако Адлер и Лундквист [441] полагают, что количество структур этого типа в лигнине очень незначительно или же они вообще отсутствуют.
Следует указать еще на один аспект проблемы образования фенилкумароновых структур при кислотной обработке лигнина. Согласно данным Вачека и сотр. [640—642], реакция лигнина с фенолами в присутствии кислот приводит к образованию фенилкумароновых структур в результате конденсации первоначально образующихся группировок кетонов Гибберта с добавленным фенолом. Можно полагать, что аналогичные реакции имеют место в процессе ацидолиза, причем группировки кетонов Гибберта реагируют с фенольными ядрами молекулы лигнина. Однако, согласно данным Адлера и Лундквиста [441], при ацидолизе смеси а-окси-пропиогваякона и дигидрокониферилового спирта не происходит образования фенилкумарона.
Таким образом, результаты рассмотренных выше исследований Адлера и сотр. убедительно продемонстрировали наличие в лигнине фенилкумарановых элементов и открытых конденсированных систем (CCXXXIX). Согласно спектрофотометрической оценке количества фенилкумароновых структур, образующихся при ацидолизе ЛМР [323], из 100 фенилпропановых звеньев в еловом лигнине ~20 включено в фенилкумарановые структуры. Другими словами, примерно каждое десятое фенилпропановое звено связано с одним из соседних циклической бензиларилэфирной связью, характерной для фенилкумарановой системы. Кроме того, как показано выше, 4—6 из 100 фенилпропановых звеньев следует отнести к нециклическим конденсированным димерным структурам.
Используя реакцию ацетолитического раскрытия гетероцикла при обработке уксусным ангидридом в присутствии следов хлорной кислоты, Фрёйденберг и сотр. [19] пришли к заключению, что нативный еловый лигнин содержит незначительное количество фенилкумарановых элементов. Таким образом, в настоящее время полагают, что фенилкумарановая структура, «которую на ранних этапах развития химии лигнина считали
265
доминирующей структурой лигнина [297, 633, 634], имеет лишь ограниченное распространение.
Убедительные доказательства наличия фенилкумарановых структур в лигнине были получены в результате выделения димерных продуктов деградации лигнина. Так, Лундквист [431] выделил соединение фенилкумаронового типа (СХХП) из продуктов ацидолиза ЛМР ели. Структура этого соединения позднее подтверждена синтезом [437]. Согласно представлениям Адлера и Лундквиста [323], основанным на результатах экспериментов с модельными соединениями, полученный продукт СХХП может происходить из имеющейся в лигнине тримерной структуры CXXVIII. Эта структура включает фенилкумарановую систему, несущую глицериновую боковую цепь, с которой третье звено связано [3-арилэфирной связью.
Фрёйденберг и сотр. [452] сообщили о выделении дегидродиконифери-лового спирта (CXXXI) из еловой древесной муки, подвергнутой мягкой обработке метанолом, содержащим 0,5% хлористого водорода, при 20° С в течение 48 час.
Шюрх и сотр. [559] обнаружили в продуктах щелочной гидрогенизации лигнина сахарного клена и ели 1-(4-окси-3-метоксифенил)-2-(2-окси-3-метокси-5-этил)этан (CLXXXIV), а Матзукура и Сакакибара [566—568] идентифицировали в реакционной смеси, полученной в результате гидрогенолиза еловой древесины при высокой температуре, соединения CLXXIII, СХСШ-CXGVI (см. параграф VI.2.5). Соединения CLXXXIV и СХСП обнаружены Нимцем [569] среди продуктов восстановительного расщепления елового лигнина, предварительно обработанного тиоуксус-ной кислотой, а соединения СХСП, CCVII—CCIX выделены [574] после аналогичной обработки лигнина бука (см. VI.2.5, пункт 1). В качестве источника указанных димерных Ср—С5-связанных продуктов деструкции рассматривались фенилкумарановые структурные элементы лигнина.
VI.3.3. Пинорезинольные структуры
В 1940 г. Эрдтман обнаружил пинорезинол в еловой смоле [643], а спустя три года выделил его из ядровой древесины сосны [644]. Однако Эрдтман не рассматривал пинорезинол как составную часть макромолекулы лигнина, а относил его к лигнанам.
В ходе исследований сульфитной варки древесины рядом авторов [607, 643, 645—650] высказано предположение о наличии в лигнине способных сульфироваться групп (X, Z и В), обладающих различной реакционной способностью. Результаты экспериментов по сульфитной варке модельных соединений показали, что группы В (наименее реакционноспособные), по-видимому, представлены п-алкоксибензилалкилэфирными группами [651]. Позднее Линдгрен [652, 653] высказал предположение, что более реакционноспособные группы X и Z могут представлять собой другие типы бензилалкилэфирных групп. Результаты экспериментов по сульфированию модельных бензиловых спиртов [55] свидетельствуют о том, что n-оксибензиловые спирты сульфируются значительно легче, чем n-алкоксибензиловые спирты, особенно нейтральными и слабо щелочными сульфитными растворами. На основании этого можно было ожидать, что n-оксибензилалкилэфирные структуры будут обладать большей реакционной способностью по сравнению с п-алкоксибензилалкилэфирными структурами [652, 653]. Это предположение подтверждено в ходе экспериментов по сульфитной варке пинорезинола (45 мин, 135° С при различных pH), результаты которых показали, что п-оксибензилэфирные группы пинорезинола сульфируются нейтральными сульфитными растворами так же быстро, как группы X в лигнине [652]. Следует отметить, что в указанных экспериментах пинорезинол впервые рассматривался в качестве модели лигнина.
266
Согласно данным Парвеса и сотр. [304, 305], при жестком перманганатном окислении как обработанных кислотой, так и щелочных лигнинов получают до 5—6% бензолполикарбоновых кислот. Полагают, что эти кислоты происходят из циклолигнанных (изолигнанных) структур (CCXLI), образующихся в результате перегруппировки первоначально присутствующих в лигнине лигнанных структур CCXL (схема 16). Аналогичной точки зрения на образование бензолполикарбоновых кислот, обнаруженных среди продуктов окисления лигнина, придерживались также Фрёйденберг и содр. [307] и Ларссон и Микше [317].
Убедительным доказательством образования пинорезинольных структур в процессе биосинтеза лигнина из кониферилового спирта in vitro явилось обнаружение Фрёйденбергом и сотр. [654] £>,А-пинорезинола (СХХХП) среди промежуточных продуктов энзиматического дегидрирования кониферилового спирта (см. параграф V.3.3). Согласно представлениям Фрёйденберга, образование 7),//-пинорезинола происходит в результате комбинации двух радикалов в форме R4, возникающих в процессе дегидрирования кониферилового спирта.
Помимо упомянутых выше работ Эрдтмана по выделению пинорезинола из еловой древесины следует отметить ряд аналогичных исследований. Так, Джейм и Рейман [655] исследовали эфирный экстракт конденсата, полученного шестичасовой пропаркой еловой древесины при 160° С, и среди прочих соединений обнаружили в нем пинорезинол. Фрёйденберг и Харкин [613] нашли пинорезинол в камбиальном соке ели. Позднее Фрёйденберг и сотр. [452] сообщили о выделении 7),А-пинорези-нола из реакционной смеси, полученной в результате мягкой обработки еловой древесины метанолом, содержащим 0,5% НС1, при 20° С в течение 48 час. Нимц и Габер [457] выделили 7),А-сирингарезинол (CXXXIII) из продуктов длительной перколяции предварительно про-экстрагированной тонко измельченной древесины бука 2%-ным водным раствором уксусной кислоты при 100° С.
Еще в 1947 г. Эрдтман и Грипенберг [656] показали, что пинорезинол в результате реакции с азотной кислотой образует дилактон бпс-(оксиме-тил)янтарной кислоты. В последующие годы эту реакцию безуспешно пытались использовать для установления наличия пинорезинольных
СХХХП: R, R' = н, пинорезинол (-D-, ®,Х-) симплокосигенол (Х-зпи-)
CXXXIII:	R = Н, R' == ОСН3> сирингарези-
нол (!>,£-)
£конц. HNOjl
ди-у-лактон а,(3-бис-(оксиметил)янтарной кислоты (D-,L- или -D, Х-)л
267
структур в лигнине, и лишь в 1965 г. Огияма и Кондо [657] в результате окисления азотной кислотой этанол-лигнинов, полученных из различных древесных пород, с помощью тонкослойной хроматографии выделили ди-у-лактон а, [3-бис-(оксиметил)янтарной кислоты (LI). Позднее Огияма и сотр. [314, 658, 659], используя тонкослойную и газожидкостную хроматографию, обнаружили дилактои LI в продуктах окисления HNO3 различных изолированных лигнинов, модельных соединений, а также препаратов биосинтетического лигнина.
Согласно данным Огиямы и Кондо [660], точно оценить количество структур пинорезинольного типа в лигнине не представляется возможным,  поскольку выход дилактона главным образом зависит от стереохимических особенностей исходного материала и от условий окисления. Поэтому с целью дальнейшего подтверждения наличия структур пинорезинольного типа и оценки их количества в лигнине авторы работы [314] предприняли исследование поведения модельных соединений и диоксан-лигнина из японской криптомерии в процессе каталитической гидрогенизации.
Хейворт и Вудкок [661 ] показали, что в процессе каталитического восстановления диметиловый эфир Zl-пинорезинола (CCXLIII) претерпевает гидрогенолиз с образованием диметилового эфира 2)-ларицирези-нола (GCXLIV). Позднее Вейнгес [662] наблюдал, что при каталитически гидрогенизации D-пинорезинола (CXXXII) имеет место гидрогенолиз, приводящий к расщеплению кислородного гетероцикла с образованием в зависимости от условий реакции D-ларицирезинола (GGXLV) или L-секоизоларицирезинола (CGXLVI). На основании этого можно было ожидать, что указанные продукты гидрогенолиза не будут образовывать ди-у-лактона при окислении HNO3. Огияма и Кондо [314] проверили это предположение в экспериментах по каталитическому гидрированию сим-плокосигенола и его диметилового эфира, а также диоксан-лигнина, выделенного из японской криптомерии. Эксперименты по гидрированию проводили в 93 %-ной уксусной кислоте при комнатной температуре и атмосферном давлении с использованием в качестве катализатора различных количеств PdCl2—BaSO4. Продукты, выделенные на различных стадиях гидрирования, окисляли HNO3 и исследовали методом тонкослойной хроматографии. Результаты сравнительного исследования кривых поглощения водорода для модельных соединений и диоксан-лигнина позволили дифференцировать эти кривые и на их основе оценить количество структур пинорезинольного типа в диоксан-лигнине, которое составляет 0,15— 0,16 молей на ОСН3.
ОК "С0\Л
нс/ \сн, I I
НС----сн
НоСОН (!н,
I
Г1
'V'\oCH3
I 3 ок
Н2СОН I
НС —
1
Н2С
I
//\
Н2СОН
СН
СН2
\осн3
ОН
CCXLVI
CCXLIV: R = СН3 CCXLV: Н = Н
268
Позднее Огияма и сотр. исследовали поведение пинорезинольных структур (модельные соединения и различные препараты лигнина) при кислотной и щелочной обработке [663], а также в процессе сульфатной [664] и сульфитной [665] варок.
Интересно отметить, что ди-у-лактон LI был обнаружен Фрёйденбергом [310] в продуктах перманганатного окисления метилированного елового лигнина (см. VI.2.1, пункт 2.а).
Выше упоминалось о том, что образование бензолполикарбоновых кислот, обнаруженных в продуктах окисления лигнина, приписывалось наличию циклолигнанных структур, возникающих из первоначально имевшихся в лигнине лигнанных структур. Брунов [324, 666] исследовал указанную перегруппировку на диметиловом эфире пинорезинола (CCXLIII) с целью найти метод определения лигнанных и циклолигнанных структур в лигнине. При обработке соединения CCXLIII хлористым водородом в безводной среде при комнатной температуре происходит его перегруппировка в циклолигнан. Циклолигнанная структура продуктов реакции доказана их дегидрированием до производных 1-фенилнафталина (CCXLII). Дегидрирование осуществляли действием 2,3-дихлор-5,6-дициан-н-бен-зохинона. Из реакционной смеси при помощи тонкослойной хроматографии автору удалось выделить лактон 6,7-диметокси-1-(3',4'-диметоксифенил)-1-нафталпн-2-оксиметил-З-карбоновой кислоты (CCXLVII) и 6,7-диметокси-1-(3',4'-диметоксифенил)-3-нафтальдегид (CCXLVIII), выход которых составил соответственно 6 и 18%.	.
Следует отметить, что реакция дегидрирования циклолигнанов до 1-фенилнафталипов вызывала характерные изменения в УФ-спектрах исследованных модельных соединений. Так, для производных 1-фенилнафталина с кислородсодержащими заместителями в положениях 2 и (или) 3 характерна сильная абсорция при 255 нм. Поскольку другие известные структурные элементы лигнина не претерпевают указанных превращений, дегидрирование можно рассматривать как потенциально пригодный метод аналитического определения циклолигнанных структур в лигнине.
В ходе рассматриваемого исследования Брунов [324] синтезировал ряд производных 1-фенилнафталина. При щелочном перманганатном окислении синтезированных соединений образуется бензолпентакарбоновая кислота (XLVII) с выходом 52—73% от теорет. Других бензолкарбоновых кислот в продуктах реакции не обнаружено. На основании полученных результатов автор пришел к заключению о том, что образование 1,2,4,5-бензолтетракарбоновой (пиромеллитовой) кислоты при окислении лигнина, по-видимому, нельзя приписать циклолигнанным предшественникам.
В заключение следует остановиться на работе Лундквиста [434], который провел специальное исследование смеси продуктов, полученных при ацидолизе лигнина (см. параграф VI.2.3), с целью установить наличие пинорезинола и его диастереомера — эпипинорезинола. Однако по
269
пытки обнаружения этих соединений оказались безуспешными. Эксперименты по ацидолизу как пинорезинола, так и смесей лигнина с небольшими добавками пинорезинола приводили к обнаружению в реакционной смеси пинорезинола и эпипинорезинола. Лундквист полагает, что полученные результаты можно объяснить на основании того, что пинорезинольные звенья связаны в молекуле лигнина устойчивыми к кислоте связями (углерод-углеродными или диарилэфирными), однако это предположение не имеет пока экспериментального подтверждения.
VI.3.4. Бифенильные структуры
В 1937 г. Фрёйденберг и сотр. [297] впервые идентифицировали бифенильное производное — дегидродивератровую кислоту — в продуктах деградации лигнина, полученных обработкой его горячим раствором концентрированной щелочи с последующим метилированием и окислением КМпО4. Однако авторы рассматривали дегидродивератровую кислоту как вторичный продукт, образующийся в щелочных условиях из вератро-вой кислоты.
В начале 50-х годов сообщалось об обнаружении дегидродиванилина и дегидродиванилиновой кислоты в продуктах окислительной деградации лигнинных материалов, поручаемых действием на лигнин различных окислителей: гидроокиси меди в щелочной среде [332], нитробензола в щелочной среде [243, 667], окиси ртути в щелочной среде [668], иодной кислоты [669]. Из указанных исследований следует более подробно остановиться на работе Пью [667], который осуществил сравнительное исследование продуктов нитробензольного окисления еловой древесины, нативного лигнина и различных модельных соединений. Автор показал, что дегидродиванилин образуется лишь при нитробензольном окислении модельных соединений, имеющих бифенильные связи, и на основании этого пришел к заключению, что образование дегидродиванилина при окислении лигнина указывает на наличие в нем аналогичных структур.
Одновременно наличие бифенильных структур в лигнине показано спектральными методами. Так, Аулин-Эрдтман [142] провела сравнительное исследование ионизационных дифференциальных кривых (Ае-кривых) лигнина и различных модельных соединении и пришла к заключению, что появление длинноволнового «плеча» на Де-кривых различных препаратов лигнина обусловлено наличием в них бифенильных структур. Количество бифенильных звеньев в нативном лигнине из ели и тсуги оценивалось автором ~ в 5%, для других препаратов лигнина хвойных оно несколько ниже. Аналогичное количество бифенильных структур (0,06 на ОСН3) определено [76] и в препарате елового ЛМР. В то же время биосинтетический лигнин (ДГП), полученный по методу Фрёйденберга, содержит ~25% фенольных бифенильных элементов [146].
Пью [670, 671] провел сравнительное исследование УФ-сиектров лигнина, выделенного из древесины ели действием целлолитических ферментов, и различных модельных соединений. Автор установил, что УФ-спектры эвгенола, 4-пропилгваякола и других 4-замещенных гваякола, вератрола, пирокатехина и изокреозола, в которых заместитель не содержит связей С = С или С = О, сопряженных с ароматическим ядром, подобны спектру лигнина: Хт.к = 277—282 нм; Xmin=249—252 нм. Однако по сравнению со спектром лигнина для УФ-спектров этих соединений характерен очень глубокий минимум поглощения. Введение углеродных заместителей в положения 5 или 6 ароматического ядра вызывает лишь незначительные изменения УФ-спектров исследованных модельных соединений. Спектры димеров — гидрованилоина и пинорезинола — также незначительно отличаются от спектров 4-замещенных производных гваякола. Для соединений, обладающих сопряженными с ароматическим ядром двойными связями [конифериловый альдегид и 2-этокси-1-(4-окси-3-метоксифенил)пропа
270
нон-1], характерен максимум поглощения при 300—400 нм. Очевидно, структуры подобного типа обусловливают наличие в УФ-спектре лигнина характерного «плеча» в этой области, которое исчезает в результате гидрирования лигнина над Pd-G или восстановления NaBH4.
Пью показал, что УФ-спектры бифенильных производных, полученных энзиматическим дегидрированием модельных фенолов, не имеющих сопряженных с ароматическим ядром двойных связей, в отличие от гвая-цилпропаповых соединений характеризуются значительным поглощением при 250 нм. Так, УФ-спектр 4,4'-дипропил-6,6'-бигваякола более близок к спектру лигнина, чем спектры рассмотренных выше гваяцилпропановых соединений, хотя максимум сдвинут в область 290 нм. Поскольку это соединение поглощает в области 250 нм, оно может «заполнить» минимум в спектрах более простых соединений. Еще более удобен для «заполнения» минимума продукт энзиматического дегидрирования дигидродегидроди-изоэвгепола. УФ-спектр смеси этого соединения (1 моль) с вератрилглице-рипом (2 моля) очень близок к спектру лигнина (ХП1ах=280 нм). Как и в случае мономерных 4-замещенных производных гваякола, спектры бифенильных соединений в незначительной степени зависят от изменений боковой цепи при условии, что заместитель не содержит С = С- или С = О-связей.
1 С другой стороны, в случае бифенильных соединений метилирование фенольных гидроксилов приводит к значительно более выраженным изменениям в УФ-спектре по сравнению с аналогичной обработкой мономерных гваяцилпропановых модельных соединений.
На основании результатов проведенного исследования Пью [671] пришел к заключению, что лигнин может содержать до 25% и более структурных элементов, связанных бифенильными связями. Указанная величина находится в соответствии с данными, полученными Фройденбергом и сотр. [672] в экспериментах по биосинтезу лигнина из 5-дейтерокониферилового спирта. Результаты проведенного исследования показали, что в лигнине ~45 из 100 структурных элементов связаны в'положении 5. Если от этого числа отпять связи, образовавшиеся по типу дегидродпкониферилового спирта (фенилкумарановые элементы), а также те, которые образуют дифениловые эфиры, то доля структур, участвующих в бифенильных связях, оценивается в 25—30%.
Подтверждение наличия бифенильных связей в лигнине получено также в экспериментах по энзиматической дегидрополимеризации различных производных фенилпронана. Так, еще в 1908 г. Кузен и Геррисей [673, 674] высказали предположение о том, что при окислении фенольных соединений оксидазой шампиньона или FeGl3 может происходить ядерно-ядериая конденсация с образованием бифенильного производного. Рихтзенхайн [675] с целью исследования влияния структуры субстрата на тип продукта конденсации осуществил энзиматическое дегидрирование (действием оксидазы шампиньона) 4-оксп-З-метокситолуола (CLXVIII), 4-окси-З-меток-сифепилэтана (CLXV) и 4-окси-З-метоксифенилпропана (CLXIV), каждое из которых давало соответствующее бифенильное производное. При окислении метилированных продуктов энзиматического дегидрирования
Н	СООН
CLXV: |{ = СН,—СН3
CLXIV : И = СП,-СП,—СП
СООН
LXIJ
271
f-гваяцилпропанола, гваяцилацетона, феруловой кислоты и дегидроферу-ловой кислоты во всех случаях получена дегидродивератровая кислота.
Фрёйденберг обнаружил среди промежуточных продуктов биосинтеза лигнина из кониферилового спирта in vitro два бифенильных производных: дегидродипинорезинол [676] и дегидро-бпс-конифериловый спирт [677]. Интересно отметить, что тетрамер был идентифицирован раньше димера. Это дало основание Фрёйденбергу заключить, что основное количество бифенильных структур образуется не на стадии дилигнолов, а при последующем их дегидрировании и образовании более крупных агрегатов. Согласно предложенной Фрёйденбергом теории образования лигнина (см. параграф V.3.3), дегидро-бпс-конифериловый спирт возникает в результате комбинации двух радикалов в форме Вй. Следует отметить также, что бифенильные структуры были обнаружены Блендом [678] в искусственном лигниноподобном полимере, полученном из эвгенола в присутствии Н2О2, колеоптилей овса или паренхимы картофеля. При окислении указанного полимера получен дегидродиванилин в таком же количестве, как и из древесины сосны. Подобные структуры были обнаружены также в полимерах, полученных из n-кумаровой, феруловой, синаповой кислот, кониферилового спирта и других соединений в присутствии Н2О2 и паренхимы картофеля [679].
В заключение следует отметить, что бифенильные производные были получены не только в результате деградации лигнина различными окислителями, но и обнаружены в смеси продуктов гидрогенолиза лигнина [557, 559, 564] (см. параграф VI.2.5), а также в продуктах деградации лигнина ели и бука по методу Нимца [569, 574] (обработка тиоуксусной кислотой с последующим омылением щелочью и восстановлением в присутствии никеля Ренея) (см. VI.2.5, пункт 1).
Заканчивая рассмотрение вопросов, связанных с наличием в макромолекуле лигнина бифенильных структур, следует указать на сравнительно недавно обнаруженные новые типы бифенильных связей. Об их существовании свидетельствуют продукты окислительной деструкции лигнина.
Схема 17
Г
С ъ
I J
1
]
272
Ларссон и Микше [317] полагают, что кислота XXXIII, изомерная де-гидродивератровой кислоте, является продуктом окисления бифенильной системы, образование которой можно представить в результате: 1) прямого (5,6)-сочетапия 4-замещенного гваяцильного радикала; 2) фенолдиеноновой перегруппировки образовавшегося за счет (4,6)-сочетания цик-логексадпенона (схема 17; ССХЫХ -> CCLI) или 3) диенон-фенольной перегруппировки циклогексадиенона (CCLII), образованного (4,О)-сочета^ нием, в бифенил (CCLIV) (схема 18). Эта перегруппировка, описанная Адлером и Магнуссоном [680], вероятна для соединения GCLII, в то время как для GGLIII имеет место элиминирование содержащей гидроксил боковой цеии в виде альдегида [432, 433] с одновременным образованием и-окспдпарплового эфира (GGLV) [427].
С
+ I С
сно
Согласно представлениям Ларссона и Микше [316], кислота LXII является продуктом окисления бифенильной структуры, образование которой, по-видпмому, происходит путем (4,6)-радикального сочетания (Нс'+ RJ, причем имевшаяся перед дегидрированием бензилспиртовая гидроксильная группа у а-углеродного атома боковой цепи циклогексадиенонового кольца структуры ССХЫХ (R = OH) делает возможным последующее элиминирование этой боковой цепи (схема 17; ССХЫХ —> CGL).
VI.3.5. 1,2-Диарилпропан-1,3-диольные структуры
В 1939 г. Рихтзенхайн и фон Хофе [482] выделили из обработанного щелочью сульфитного щелока 4,4'-диокси-3,3'-диметоксистильбен (CXVIII). Позднее сообщалось о выделении соединения CXVIII при обработке горячей щелочью древесины ели, сосны и бука [481, 483, 681 — 684]. Поскольку установлено, что природный лигнин не содержит ни свободных, ни связанных стильбеновых структур [482, 681], Хэгглунд [685] высказал предположение, что соединение CXVIII образуется в процессе щелочной деструкции лигнина из ванилинового спирта (CCLVI), являющегося продуктом гидрирования ванилина, через промежуточное образование хинонметида (CCLVII),
НО- ^>-СН2ОН ——О=/	^>=СН,-----*
Н3Со'	HjCQ7
CCLVI	CCLVII
х/213 О. П. Трушников, В, В. Елкин
273
но-<^	^>—СН=СН-<^ %-ОН
НзСО^	'оСНу
CXVIII
Однако рассмотренный механизм образования CXVII1, по-видимому, не-является корректным, поскольку Зон и Мундер [681 ] выделили из сульфитного щелока, метилированного диметилсульфатом и затем обработанного щелочью, тетраметоксистильбен (диметиловый эфир соединения CXVIII). Кроме того, показано [482, 681], что ванилин и другие мономерные продукты деструкции лигнина при обработке в щелочных условиях не образует стильбена CXVIII. Эти данные позволили предположить, что углеродный скелет п,н'-диоксистильбена, очевидно, предсуществует в лигнине и представляет собой его новый структурный элемент.
Пирл и Бейер [334] идентифицировали производные и,н'-диоксистиль-бена среди продуктов окисления ЛСК окисью меди в щелочной среде. Выделение этих соединений, а также других димерных продуктов окисления лигнина [333] рассматривалось авторами в качестве доказательства наличия С—С-связей между а-углеродными атомами боковых цепей двух фенилпропановых звеньев лигнина (см. VI.2.1, пункт 3). Хотя окисление модельных соединений аналогичного типа подтвердило предположение Пирла, вывод о возможности существования в лигнине Са—Са,-связей, несомненно, требует дополнительных экспериментальных подтверждений.
В 1961 г. Адлер и Лундквист [163] предприняли попытку количественной оценки конденсированных и неконденсированных фенольных звеньев лигнина (эти звенья различаются наличием С—С-конденсации в положении 5 ароматического ядра). Для оценки количества неконденсированных фенольных звеньев авторы использовали предложенную ранее [686] реакцию с солью Фреми [нитрозодисульфонат калия ON (SO3K)2], окисляющей и-замещенные фенолы до о-хинонов, которые могут быть определены спектральными методами. В результате проведенного исследования установлено, что в еловом ЛМР 0,16 фенольных звеньев на С6—С3 относятся к пеконденсированному типу. Поскольку общее количество фенольных звеньев в ЛМР составляет 0,30, разница в 0,14 приходится на конденсированные фенольные звенья. Согласно представлениям Адлера [75], последняя группа состоит из двух основных структурных типов: бифенильных элементов и С|3—С5-конденсированных димерных элементов (CCXXXIX). Количество бифенильных элементов, определенное спектральными методами, составляет 0,12 (см. параграф VI.3.4). Следовательно, на димерные С3—С5-конденсированные структуры приходится 0,02 звеньев. Эта величина была несколько уточнена в ходе проведенного Адлером и Лундквистом [441 ] исследования фенилкумарановых структурных элементов лигнина (см. параграф VI.3.2). На модельных соединениях авторами показано, что обработка 0,5%-ным раствором хлористого водорода в метаноле
CCXXXIXa: в"=Н; в"' = с
CCXXXIXb: R"=Cp; н"' = НилиС
274
или 0,2 V раствором НС1 в смеси диоксан—вода (ацидолиз) превращает насыщенную фенилкумарановую систему в ненасыщенную фенилкумароновую. Последние легко определяют спектральными методами.
Однако, согласно данным Адлера и Лундквиста [441], предшественниками образующихся при кислотной обработке лигнина фенилкумароновых структур могут быть не только фенилкумарановые системы, но и нециклические конденсированные димерные системы (CCXXXIX). В системах типа CCXXXIXa, наличие которых в лигнине постулировано Фрёйденбергом и сотр. [312] и Рихтзенхайном [301, 302], OR"' не может быть свободной ОН-группой, поскольку это привело бы к спонтанному закрытию кольца [25], а, очевидно, является бензиловым эфиром (R"'=C), легко гидролизующимся в условиях ацидолиза с образованием фенилкумарона. Кроме того, возможно, но значительно менее вероятно наличие в лигнине систем типа CCXXXIXb с эфирным мостиком (OR") между кольцом В и р-положением арилглицеринового звена. Эти системы также гидролизуются кислотами [75, 322]. И наконец, OR" в структуре CCXXXIX может быть арилбен-зилэфирной группировкой, которая особенно легко гидролизуется. Однако наличие таких структур в лигнине менее вероятно [75, 687].
С целью определения количества структурных элементов, образующих при кислотной обработке фенилкумароновые системы, Адлер и Лундквист [441 ] подвергли еловый ЛМР ацидолизу и обнаружили в полученном продукте 0,11 фенилкумароновых элементов на одну ОСН3-группу. Аналогичная обработка предварительно метилированного диазометаном ЛМР (метилирование диазометаном этерифицирует фенольные гидроксилы OR" в структурах CCXXXIXa и тем самым предохраняет их от последующего превращения в кумароновые структуры) привела к образованию 0,08 фенилкумароновых элементов на одну ОСН3-группу. Эта величина соответствует содержанию в лигнине только фенилкумарановых структур. Разница между количеством фенилкумароновых элементов, образующихся при ацидолизе необработанного и предварительно метилированного ЛМР, равная 0,03, указывает на количество димерных структур типа CCXXXIX. Поскольку эти элементы являются димерами, они составляют ~6% всех фенилпропановых звеньев макромолекулы лигнина.
Позднее Лундквисту удалось идентифицировать в смеси продуктов, полученных ацидолизом елового ЛМР, тг,тг'-диоксистильбен (GXVIII) [431] и 1,2-бнс-(4-окси-3-метоксифенил)-1-пропанон (CXIX) [432]. Согласно представлениям Лундквиста и Микше [432], основанным на экспериментах с модельным веществом CXXVII, соединения GXVIII и CXIX образуются из имеющейся в ЛМР 1,2-бпс-гваяцил-1,3-пропандиольной системы (CCVI) или же из предшествующей системы, превращающейся при ацидолизе в систему CCVI. Авторы постулировали следующий цикл превращений соединения CXXVII, приводящих к образованию соединений GXVIII и CXIX (схема 19).
Авторы полагают, что и,п'-диоксистильбен (GXVIII) образуется в результате отщепления формальдегида (обратная реакция Принса) бензильным ионом CCLVIII, который в свою очередь может образоваться только из соответствующего бензилового спирта (CXXVII) или бензилового эфира.
Образование соединения CXIX происходит в результате ряда катализируемых протоном реакций, начальным соединением которых является бензильный ион. Этот процесс подобен рассмотренному ранее превращению фенилкумарана в фенилкумарон, а также реакциям, ведущим от арилгли-церин-p-арилового эфира к кетонам Гибберта.
Одновременно с рассмотренным исследованием Лундквиста и Микше [432] были опубликованы работы Нимца, который осуществил длительную перколяцию древесины бука водой при 100° С и идентифицировал в смеси продуктов деструкции лигнина 1,2-дисирингилпропан-1,3-диол (CXXXV) [453, 454], 1,2-дигваяцилпропан-1,3-диол (CXXVII) [455] и 1-гваяцил-2-
18'
275
CXXVII: R = H
Схема 19
ОН
CXVIII
ОН	он	он
CXIX
сирингилпропан-1,3-диол (CXXXVI) [455] с выходами 1,5; 0,12 и 0,1% от лигнина древесины бука (см. VI.2.4, пункт 1). Все указанные соединения получены в виде двух диастереомерных форм. Согласно представлениям Нимца, источником 1,2-диарилпропан-1,3-диолов, равно как и выделенного ранее ищ'-диоксистпльбена (CXVIII), являются структурные элементы лигнина, обладающие 1,2-диарилпропановой связью. По мнению Нимца [456], выделенные соединения образуют периферические части макромолекул лигнина, по-видимому, связанные с основной частью макромолекул за счет бензиларильных эфирных связей, разрывающихся в процессе мягкого гидролиза.
Согласно представлениям Лундквиста и Микше [323, 432, 433] и Нимца [454], образование 1,2-диарилпропановых структур в процессе формирования лигнина, по-видимому, может происходить в результате сочетания радикалов в форме Щ (p-резонансная форма ароксильного радикала кони-ферилового спирта) с формой R^. Форма радикала Rrf может быть либо 4-резонансной формой ароксильного радикала, образующегося при дегидрировании кониферилового спирта [454], либо 4-резонансной формой радикала, полученного дегидрированием фенола с насыщенной боковой цепью [432], либо феноксильным радикалом, возникающим в результате дегидрирования ранее образованных гс-оксиарилглицерин-р-арилэфирных структур [433] (на схеме 20 представлен последний вариант)
27G
Схема 20
Н2СОН
CCLIX	CCLX
сно I + НСО—Аг
Н2СОН
CCLX II
Сочетание указанных радикалов приводит к образованию хинонметида CCLIX, замещенного в р-иоложении 2,5-циклогексадиеноновой системой. (Возможность р,4-радикального сочетания во время дегидрирования ко-ниферилового спирта предполагалась Фрёйденбергом и Леманом [308] с целью объяснения образования активных о-фталевых кислот при окислительной деградации препаратов лигнина, полученных после имплантации в растение меченного у ^-углеродного атома фенилаланина.) Стабилизация хиноиметидной структуры в соединении CCLIX путем присоединения воды или фенольной гидроксильной группы [451] (ROH; R = H или арил) приводит к системе CCLX, которая при ацидолизе деградирует через 1,2-бис-гваяцилпропаидиол (CCLXI, R = H). Если предложенный механизм распада системы CCLX в реакции, катализируемой протоном, действительно имеет место, то в лигнине наряду со структурами CCLXI должны присутствовать или образовываться при ацидолизе из CCLX глицерин-альдегид-2-арилэфирные структуры CCLXII. Наличие последних подтверждено экспериментами Лундквиста и сотр. [433].
Следует отметить, что и при других деструктивных обработках лигнина были выделены соединения, указывающие на наличие в его макромолекуле 1,2-диарилпропановых структур. Так, Сакакибара и Ота [565] обнаружили среди продуктов гидрогенолиза еловой древесины 2,3-дигваяцилпропанол, а Шюрх и сотр. [559] выделили из продуктов щелочной гидрогенизации лигнина сахарного клена 1,2-дисирингилэтан, 1,2-дигваяцилэтан, 1-гвая-цил-2-сирингилэтан и 2,4'-диокси-3,3'-диметокси-5-этилдибензил—соединения, структурно близкие стильбенам. Наконец, диарилпропановый тип связи между структурными звеньями лигнина был обнаружен и в выделенных Нимцем [463] олигомерных продуктах деградации лигнина ели в условиях длительной перколяции, а также в олигомерных продуктах щелочной гидрогенизации древесины сахарного клена, идентифицированных Шюрхом [561], и в продуктах деградации лигнина ели и бука по ме-’тоду Нимца [569, 574] (обработка тиоуксусной кислотой с последующим омылением щелочью и восстановлением в присутствии никеля Ренея) (см. VI.2.5, пункт 1).
277
Заканчивая рассмотрение исследований 1,2-диарилпропан-1,3-диоль-ных структурных элементов лигнина, следует отметить, что соединения этого типа до сих пор не обнаружены среди промежуточных продуктов биосинтеза лигнина из кониферилового спирта in vitro. Согласно данным Фрёйденберга и Нимца [688], это может быть связано с тем, что соединения 1,2-диарилпропан-1,3-диольной структуры при хроматографии как на бумаге, так и в тонком слое обладают теми же значениями Ry, что и гваяцилгли-церин- (3-конифериловый эфир и поэтому перекрываются последним.
VI.3.6. Вензиларилэфирные структуры
Предположение о наличии в лигнине бензиларилэфирных структур впервые выдвинуто Лойчем [237], который рассматривал эти структуры в качестве источника ванилина, образующегося при нитробензольном окислении лигнинных материалов (см. VI.2.1, пункт 1). Указанное предположение получило подтверждение в ходе экспериментов по энзиматическому дегидрированию кониферилового спирта in vitro. Среди промежуточных продуктов, изолированных при неполном дегидрировании кониферилового спирта, Фрёйденберг и Фридман [689] обнаружили нециклические бензиловые эфиры: гваяцилглицерин-а, [З-бмс-конифериловый эфир (CCLXIII) и гваяцилглицерин-а-дегидродикониферил-р-кониферило-выйэфир (CCLXIV). Вензиларилэфирные связи обнаружены также и в выделенных Фрёйденбергом и Тойзендом [690] пента- и гексалигнолах.
CCLXIII
Согласно представлениям Фрёйденберга, бензилариловые эфиры образуются путем присоединения фенолов к хинонметидам, а также при полимеризации хинонметидов (см. параграф V.3.3). Так, тримерный эфир CCLXIII образуется в результате присоединения кониферилового спирта к хинонметиду, а тетрамер CCLXIV — в результате присоединения дегидро-дикониферилового спирта к хинонметиду. Фрёйденберг [450] полагает, что рассматриваемые а, [3-диариловые эфиры гваяцилглицерина играют важную роль при образовании лигнина, поскольку они могут связывать различные структурные элементы в большие агрегаты.
С целью обнаружения бензиларилэфирных структур в лигнине Фрёйденберг, Харкин и Вернер [450, 451] предложили метод селективного расщепления указанных структурных элементов. Авторами показано, что при потенциометрическом титровании коламинатом натрия в безводном этилендиамине лабильная бензиларилэфирная связь расщепляется с образованием дополнительной фенольной ОН-группы (например, при титро
278
вании соединения CCLXIII обнаруживаются два фенольных гидроксила). При титровании соединений CCLXIII и CCLXIV, метилированных диазометаном, в них не обнаруживается фенольных ОН-групп. Если же метилированные диазометаном соединения CCLXIII и CCLXIV обработать СН3ОН + НС1 при комнатной температуре, наблюдается освобождение фенола (при титровании обнаруживается одна фенольная ОН-группа).
Аналогичным обработкам был подвергнут и ЛМР ели. Титрование исходного препарата показало наличие в нем 0,38 фенольных ОН-групи на структурное звено. Как следует йз результатов экспериментов с модельными соединениями, эта величина является суммарной; помимо первоначально имевшихся фенольных ОН-групп она включает и фенольные гидроксилы, освобождающиеся при титровании п-оксибензилариловых эфиров за счет расщепления бензиларилэфирных связей. Титрование кол-аминатом натрия обработанного диазометаном ЛМР не обнаруживает в нем фенольных ОН-групп. Обработка метилированного диазометаном ЛМР СН3ОН + НС1 приводит к освобождению 0,10—0,12 фенольных ОН-групп на структурный элемент. Эта величина, по мнению авторов, соответствует сумме н-алкокси- и (в данном случае метилированных) н-оксибен-зилариловых эфиров.
Обработка ЛМР теплым водным раствором SO2 привела к образованию ЛСК, причем количество фенольных ОН-групп возрастало на 0,06—0,09 на структурное звено. По мнению авторов, эта величина соответствует количеству н-алкоксибензилариловых эфиров. Метилированный диазометаном ЛМР после аналогичной обработки показывает наличие 0,10—0,13 фенольных ОН-групп, что соответствует сумме и-окси- и и-алкокснбензилариловых эфиров.
Полученные результаты позволили авторам заключить, что в ЛМР содержится 0,06—0,09 н-алкоксибензилариловых эфирных структур и 0,01—0,07 и-оксибензиларилэфирных структур на элементарное звено. Другими словами, каждая 8—10-я единица лигнина является а-арило-вым эфиром. Точное определение соотношения n-окси- и п-алкоксибензил-ариловых эфиров на основании полученных величин невозможно, однако авторы полагают, что оно составляет от 1 : 2 до 1 : 3. Кроме того, следует указать, что циклические бензилариловые эфиры (типа дегидро-дикониферплового спирта) не расщепляются ни При потенциометрическом титровании коламинатом натрия, ни при обработке SO2 или СН3ОН+НС1 [450].
Исследование бензилариловых структур в лигнине было предпринято также Адлером и сотр. [77], которые предложили метод селективного расщепления бензиларилэфирных связей в лигнине. Исследование на модельных соединениях [501, 691] показало, что в условиях мягкого ацидолиза [42-часовая обработка 0,2 М НС1 в смеси диоксан—вода (9 : 1) при 50° С] гидролизуется лишь бензиларилэфирная связь, в то время как р-алкиларильная эфирная связь в арилглицерин-p-арилэфирных структурах не расщепляется. Кроме того, установлено [501, 691], что разбавленная щелочь при комнатной температуре расщепляет бензиларилэфирную связь только в и-оксибензилариловых структурах, не затрагивая ее в и-алкоксибензилариловых структурах. Освобождающиеся фенольные ОН-группы определяли перйодатным окислением [160] с определением количества выделившегося метанола методом газовой хроматографии [507].
Аналогичные операции проделаны и с ЛМР [77]. В исходном ЛМР содержалось 0,26 фенольных ОН-групп на структурное звено. После щелочной обработки ЛМР содержал 0,26—0,28 фенольных ОН-групп (эта величина характеризует сумму п-окс.иарилпропановых и и-оксибензил-арилэфирных структур). Содержание фенольных ОН-групп в ЛМР, подвергнутом мягкому ацидолизу, составляет 0,31—0,32 на структурное звено, что соответствует сумме и-оксиарилпропановых и бензиларилэфирных (со свободным или блокированным фенольным гидроксилом) структур.
279
ЛМР, метилированный диазометаном и затем подвергнутый мягкому ацидолизу, содержал 0,06—0,07 фенольных ОН-групп, что соответствует количеству бензиларилэфирных структур со свободным и блокированным фенольным гидроксилом. И наконец, количество фенольных ОН-групп (0,06—0,07 на структурное звено) в ЛМР, предварительно обработанном щелочью, затем метилированном диазометаном и далее подвергнутом мягкому ацидолизу, дает указание на количество и-алкокси- и /г-арилокси-бензиларилэфирных структур.
На основании данных, полученных Адлером и сотр. [77], рассчитаны количества различных типов бензилариловых эфирных структур, которые наряду с рассмотренными ранее результатами Фрёйденберга и сотр. сведены в табл. VI.9.
Более высокое содержание и-оксиарилпропановых структур, определенное Фрёйденбергом и сотр. [451], согласно представлениям Адлера, объясняется тем, что при титровании фенолов оттитровываются также карбоксильные группы, что несколько завышает результаты.
Таблица VI.9 Содержание некоторых типов структур в ЛМР
Структуры	Содержание, моли в расчете на звено Са—С3	
	по данным [77]	по данным [451]
п- О ксиарилпропановые	0,26	0,34
п-Окспбензиларилэфирные	0,00—0,02	0,01—0,07 (в среднем 0,04)
n-Алкокси- и п-арилоксибензиларилэфиряые	0,05-0,07	0,06—0,09
VI.3.7. Диарилэфирные структуры
Наличие диарилэфирных структурных элементов в лигнине хвойных было установлено лишь в последнее время. В 1962 г. Фрёйденберг, Чен и Кардинале [307 [ обнаружили в продуктах перманганатного окисления предварительно обработанной щелочью и метилированной еловой древесины две димерные карбоновые кислоты, относящиеся к о-оксидиарилэфир-ному типу (CGLXV). Согласно представлениям авторов, источником указанных кислот могут быть димерные структуры лигнина, образование которых может осуществляться путем сочетания мезомерных форм Ra и радикала, образовавшегося при дегидрировании кониферилового спирта. Позднее Фрёйденберг и Чен [309] обнаружили среди продуктов аналогичного окисления еловой древесины две димерные карбоновые кислоты, относящиеся к n-оксидиарилэфирному типу (CCLXVI). Их образование объяснялось на основании наличия в лигнине димерных структур, в свою очередь образованных из радикала в форме R^, боковая цепь которого вытесняется ароксилом кониферилового ряда.
СООН
CCLXV
СООН
280
Ларссон и Микше [315, 3171 в ходе исследования продуктов перманганатного окисления елового лигнина (см. VI.2.1, пункт 2.6) помимо ранее идентифицированных димерных карбоновых кислот обнаружили ряд соединений, относящихся к типам CCLXV и CCLXVI. Образование о-ок-шдиарилэфирпых структур GCLXV, согласно данным авторов, происходит з результате (0,6)-, а также (О,2)-радикального сочетания, а образование |г-оксидиарилэфирпых структур CCLXVI — в результате (0,^-радикального сочетания (R^+R^) с последующим элиминированием от образовавшегося циклогексадиенона боковой цени, содержащей бензилснир-говую группу (согласно представлениям Адлера [427] R[, в данном случае должен иметь боковую цепь, содержащую бензил спиртовую группу). Ларссон и Микше показали наличие структур типа CCLXIV в лигнине березы [318], а также смогли идентифицировать два тримерных продукта окислительной деструкции лигнина ели, обладающих диарилэфирными связями [319]. Согласно данным этих авторов, диарилэфирные связи наряду с биарильными связями наиболее стабильны в условиях перманганатного окисления. Интересно отметить, что выделенные тримеры аналогичны соединениям, обнаруженным ранее в продуктах энзиматического дегидрирования пропиогваякона [325] и 4-пропилгваякола [326].
Еще одним доказательством наличия в лигнине диарилэфирных структур является обнаружение Нимцем [574] соединений о-диарилэфирного типа (CCXI и CCXII) в продуктах восстановительного расщепления лигнина бука, предварительно обработанного тиоуксусной кислотой (см. VI.2.5, пункт 1). Кроме того, Пирл и Олкей [339] идентифицировали в реакционной смеси, полученной при окислении отработанных сульфитных щелоков окисью меди в щелочной среде, два соединения, являющихся производными о-оксидиарилового эфира.
Следует отметить, что среди идентифицированных Фрёйденбергом и сотр. [692] промежуточных продуктов биосинтеза лигнина из кониферилового спирта in vitro отсутствовали соединения с диарилэфирными связями между фенилпропановыми звеньями. Однако рассмотренные ранее работы Пью [325, 326, 693, 694] (см. параграф V. 3.6) дают убедительные доказательства возможности образования диарилэфирных связей в процессе энзиматического дегидрирования различных производных фенилпропана. Так, Пью и сотр. [326] нашли среди продуктов энзиматического дегидрирования 4-проиилгваякола димерный и тримерпый о-дифениловые эфиры, о-Дифенил эфирная связь обнаружена также в димерном и тримерпом продуктах, полученных при энзиматическом дегидрировании пропиогваякона [325, 693]. Наконец, Пью и Коннорс [693, 694] показали, что при энзиматическом дегидрировании гваяцилэтилкарбинола (гваяцилпропапол-1) и гваяцилглицерин-3-гваяцилового эфира образуются диоксепиновые структуры, и получили косвенные доказательства того, что другие п-оксибензиловые спирты и некоторые n-оксибензиловые эфиры реагируют аналогичным образом в процессе энзиматического дегидрирования. По мнению авторов, важную роль в образовании диоксепиновых структур играют фепоксильные радикалы циклогексадиеноиового типа, у которых о-положение к хинонной группе блокировано бифенильной связью. Результаты рассмотренных исследований привели Пью и Коннорса к выводу о важной роли дифенилэфирных связей в построении макромолекулы лигнина.
VI.3.8. Типы связи между фенилпропановыми структурными звеньями лигнина
Рассмотренные в предыдущих разделах структурные элементы, наличие которых в лигнине было доказано экспериментально, позволяют сделать заключение об основных типах связи между фенилпропановыми звеньями лигнина.
19 О. П. Трушников, В. В. Елкин	281
Согласно современным представлениям [42, 427, 476], приблизительно 2/3—3/4 арилпропановых звеньев лигнина связано с соседними звеньями различными типами эфирной связи. Некоторые из этих звеньев помимо эфирных связей связаны с соседними звеньями углерод-углеродными связями. Остальные звенья (~ х/4—1/3) связаны только углерод-углеродными связями.
Ниже схематично представлены основные типы эфирных связей в лигнине. Их количество, выраженное в процентах, приведено согласно данным Гирера [476], а рассчитанное на структурное звено С6—С3 — согласно данным Фрёйденберга [42]. Возможное замещение у С5-атома (о-замещение по отношению к OR-заместителю) соседним лигнинным звеном или метоксильной группой (в сиреневых звеньях) показано пунктирными
линиями.
~6% (0,09)	~6% (0,08)	ин
<а'арил)	-6% (о%)
(а-алкил, V-алкил)
OR	OR Е	‘ F
D	~ 6% (0,06)	(метиларил)
-40% (0,44)	(диарил)
(р-арил)
Aj-F,: R=H (фенольные структуры)
A2-F/ R = соседнее звено (нефенольные стоуктуры)
а-Алкиларилэфирные связи представлены в фенилкумарановых структурах (тип А), где они являются частью гетероциклической системы, а также в открытых (нециклических) структурах (тип В).
«-Алкилалкилэфирные связи обнаружены только в пинорезинольных структурах (тип С), где они являются частью тетрагидрофурановых кольцевых систем, в образовании которых участвуют у-углеродные атомы соседних звеньев.
p-Алкиларилэфирные связи (тип D) являются доминирующим типом связи между фенилпропановыми структурными звеньями лигнина и в значительной степени определяют его химические свойства. Разрыв [3-алкил-арилэфирных связей приводит к полному расщеплению соседних лигнинных
282
звеньев и тем самым в значительной степени участвует во фрагментации лигнина. Поэтому приобретает особое значение изучение поведения этих связей в ходе различных превращений лигнина.
В меньшей степени деградация лигнина может быть отнесена за счет расщепления нециклических а-алкиларилэфирных связей (тип В). Расщепление эфирных связей, относящихся к типам А и С, только увеличивает гидрофильный характер лигнина и не приводит к его деградации, поскольку оба фенилпропановых звена после разрыва эфирных связей остаются связанными углерод-углеродными связями.
Сравнительно недавно показано наличие в макромолекуле лигнина диарилэфирных связей (тип Е), которые являются одним из наиболее устойчивых типов эфирных связей.
Метиларилэфирные связи (тип F) присутствуют почти во всех фенилпропановых звеньях лигнина (90—95%). Как и в случае эфирных связей типов А и С, их расщепление делает лигнин более гидрофильным, но не приводит к его деградации.
Рассмотренные типы- эфирных связей (А—F) могут присутствовать в фенольных и нефенольных звеньях лигнина. В зависимости от этого они обозначаются индексами 1 и 2 соответственно. Оба соответствующих структурных варианта, например А4 и А2, значительно различаются по поведению в различных реакциях, причем фенольные структуры обычно более реакционноспособны.
Как отмечалось выше, ~1/4—1/3 фенилпропановых звеньев лигнина связана только углерод-углеродными связями. Широко представлены в макромолекуле лигнина бифенильные связи типа G. Они связывают ~25—30% мономерных звеньев лигнина. Значительно менее широкошред-ставлены сравнительно недавно обнаруженные бифенильные связи типов Н и I.
Обнаруженные в лигнине 1,2-диарилпропановые связи представлены двумя типами: Ср—С5-связями (тип J) и Ср—Срсвязями (тип К). На современном этапе не представляется возможным оценить количество связей типов J и К в макромолекуле лигнина.
Следует также указать на возможность наличия в макромолекуле лигнина связей лигнанного типа между боковыми цепями двух мономерных фенилпропановых звеньев лигнина. Примером связи этого типа являются Ср—С8,-связи в пинорезинольных и сирингарезинольных структурных элементах лигнина. Наличие других возможных типов лигнанных связей требует дополнительных экспериментальных подтверждений.
19*
283
ЛИТЕРАТУРА
1.	R. Benedikt, M. Bamberger. Monatsh. 11, 260 (1890).
2.	S. Zeisel. Monatsh., 6, 989 (1885).
3.	S. Zeisel. Monatsh., 7, 406 (1886).
4.	A. Kirpal, T. Biihn. Ber., 47, 1084 (1914).
5.	A. Kirpal, T. Biihn. Monatsh., 36, 853 (1915).
6.	F. Viebock, A. Schwappach. Ber., 63B, 2818 (1930).
7.	F. Viebock, C. Brecher. Там же, стр. 3207.
8.	К. Kratzl, К. Gruber. Monatsh., 89, 618 (1958).
9.	К. F. Sporek, M. D. Danyi. Anal. Chem., 34, 1527 (1962).
10.	H. Sobue, A. Halano, T. Aral. J. Soc. Text.Cell. Ind., Japan, 15, 21 (1959).
11.	M. Fukuda. Mikrochim. Acta, 1960, 448.
12.	R. H. Cundiff, P. C. Markunas. Anal. Chem., 33, 1028 (1961).
13.	A. Verley, F. Bolsing. Ber., 34, 3354 (1901).
14.	A. Verley, F. Bolsing. Там же, стр. 3359.
15.	P. В. Sarkar. J. Indian Chem. Soc., 12, 547 (1935).
16.	F. E. Brauns. J. Am. Chem. Soc., 61, 2120 (1939).
17.	W. E. Hillis. J. Soc. Leather Trades’ Chemists, 38, 177 (1954).
18.	W. E. Hillis. Там же, стр. 209.
19.	К. Freudenberg, Н. Schluter. Chem. Ber., 88, 617 (1955).
20.	Л. H. Можейко, Г. Ф. Закис, В. Н. Сергеева. Изв. АН ЛатвССР, серия хим., № 4, 599 (1962).
21.	Б. Д. Богомолов, Е. Д. Гельфанд, М. Ф. Беренсон. Изв. вузов, Лесной ж., № 6, 152 (1963).
22.	L. Redinger, К. Lindenhayn. Monatsber. Deut. Akad. Wiss. Berlin, 6, 582(1964).
23.	R. Delaby, S. Sabetay. Bull. Soc. chim. France, Ser. 5, 2, 1716 (1935).
24.	Л. H. Можейко, В. P. Яунземс, Г. T. Упите. Химия древесины, 2, 89 (1968).
25.	К. Freudenberg, Н. Wilk, H.-U. Leuck, L. Knof, T. H. Fung. Liebigs Ann. Chem., 630, 1 (1960).
26.	В. P. Яунземс. Rang,, pucc. Рига. Ин-т химии древесины АН ЛатвССР, 1969.
27.	К. Freudenberg. Liebigs Ann. Chem., 433, 230 (1923).
28.	К. Freudenberg, E. Weber. Angew. Chem., 38, 280 (1925).
29.	E. Wiesenberger. Mikrochemie ver. Mikrochim. ;Acta, 30, 241 (1942).
30.	E. Wiesenberger. Mikrochemie ver. Mikrochim. ^cta, 33, 51 (1947).
31.	E. Heuser, R. Schmitt, L. Gunkel. Cellulosechem., 2, 81 (1921).
32.	E. Heuser, S. Samuelsen. Cellulosechem, 3, 78 (1922).
33.	H: Urban. Cellulosechem., 7, 73 (1926).
34.	E. Ё. Harris, E. C. Sherrard, R. L. Mitchell. J. Am. Chem. Soc., 56, 889 (1934).
35.	F. Ullmann, P. Wenner. Ber., 33, 2476 (1900).
36.	C. Graebe, R. H. Aders. Liebigs Ann. Chem., 318, 365 (1901).
37.	T. Enkvist, B. Alm, B. Holm. Paperi ja Pun, 38, 1 (1956).
38.	Я. Я. M акаров-Землянский, В. В. Герцев, Ю. А. Романов. Гидролизн. и лесохим. пром., № 1, 17 (1969).
39.	В. В. Герцев, Я. Я. Макаров-Землянский. Высокомол. соед., 6, 1458 (1964).
40.	Я. Я. М акаров-Землянский, В. В. Герцев. Ж. общ. химии, 35, 272 (1965).
41.	D. Gagnaire, D. Robert. Bull. Soc. chim. France, 1968, 781.
42.	K. Freudenberg, A. C. Neish. Constitution and biosynthesis of lignin. Berlin—Heidelberg—N. Y., Springer-Ver-lag, 1968, p. 73.
43.	C. G. Schwalbe, E. Becker. Z. angew. Chem., 33, I, 14 (1920).
44.	E. Hagglund, T. Rosenqvist. Biochem. Z., 179, 376 (1926).
45.	K. Freudenberg, M. Harder. Ber., 60B, 581 (1927).
46.	K. Freudenberg, M. Harder, L. Markert. Ber., 61B, 1760 (1928).
47.	K. Freudenberg. Svensk Kem. Tidskr., 55, 201 (1943).
48.	K. Freudenberg, E. Plankenhorn. Chem. Ber., 80, 149 (1947).
49.	K. Freudenberg, G. Wilke. Chem. Ber., 85, 78 (1952).
50.	K. Freudenberg, F. Bittner. Chem. Ber., 86, 155 (1953).
51.	G. A. Berg, B. Holmberg. Svensk Kem. Tidskr., 47, 257 (1935).
52.	B. Holmberg. Papir-J., 23, 81, 92 (1935).
53.	B. Holmberg. Svensk Papperstidn., 38, 586 (1935).
54.	B. Holmberg. Svensk Papperstidn., 39, special number, 113 (1936).
55.	В. O. Lindgren. Acta Chem. Scand., 3, 1011 (1949).
56.	В. O. Lindgren. Acta Chem. Scand., 4, 1365 (1950).
57.	E. Adler, В. O. Lindgren. Svensk Papperstidn., 55, 563 (1952).
58.	B. Holmberg. J. prakt. Chem. 141, 93 (1934); Papier-Fabr., 36, Tech.-Wiss. TL, 218 „(1938).
59.	B. Holmberg. Osterr. Chem.-Ztg., 43, 152 (1940).
60.	E. Adler, J. Gierer. Acta Chem. Scand., 9, 84 (1955).
61.	J. Marton, E. Adler. Tappi, 46, 92 (1963).
62.	E. Adler, H-D. Becker, T. Ishihara, A. Stamvik. Holzforschung, 20, 3 (1966).
63.	J. Gierer. Acta Chem. Scand., 8, 1319 (1954).
64.	A. Hirsch. Ber., 13, 1903 (1880).
65.	J. Gierer. Chem. Ber., 89, 257 (1956).
66.	T. Ishihara. Paperi ja Puu, 43, 662 (1961).
67.	H.-D. Becker, E. Adler. Acta Chem. Scand., 15, 218 (1961).
284
68.	E. Adler, J. Gierer. Abstracts of Papers. 13th International Congress of Pure and Applied Chemistry, Stockholm, Uppsala, 1953, p. 259.
69.	K. Auwers, O. Muller. Ber., 35, 114 (1902).
70.	T. Zincke, O. Hahn. Liebigs Ann. Chem. 329, 1 (1903).
71.	E. Adler, B. Stenemur. Chem. Ber., 89, 291 (1956).
72.	B. Holmberg, S. Runius. Svensk Kern. Tidskr., 37, 189 (1925).
73.	B. Holmberg. Svensk Papperstidn., 31, 256 (1928); Papier-Fabr., 26, 506 (1928).
74.	E. Adler. Proceedings of the 4th International Congress of Biochemistry, Vienna, 1958, vol. 2. London— N. Y.—Paris—Los Angeles, Perga-mon Press, 1959, p. 137.
75.	E. Adler. Paperi ja Pun, 43, 634 (1961).
76.	J. Marton, E. Adler. Acta Chem. Scand., 15, 370 (1961).
77.	E. Adler, G. E. Miksche, B. Johansson. Holzforschung, 22, 171 (1968).
78.	В. O. Lindgren, H. Mikawa. Acta Chem. Scand., 11, 826 (1957).
79.	J. Marton, E. Adler, K.-I. Persson. Acta Chem. Scand., 15, 384 (1961).
80.	K. Freudenberg, H. Hess. Liebigs Ann. Chem., 448, 121 (1926).
81.	K. Freudenberg, H. Watch. Ber., 76B, 305 (1943).
82.	K. Freudenberg, E. Plankenhorn. Ber., 75B, 857 (1942).
83.	K. Freudenberg, G. Dietrich. Liebigs Ann. Chem., 563, 146 (1949).
84.	A.	H.	Крешков,	Л.	H.	Быкова,
H. А. Казарян, H. Ш. Алдарова. Усп. химии, 31, 490 (1962).
85.	А.	И.	Крешков,	Л.	Н.	Быкова,
Н. А. Казарян. Кислотно-основное титрование в неводных растворах. М., «Химия», 1967.
86.	В. А. Заринский, И. А. Гурьев. Зав. лаб., 29, 1157 (1963).
87.	К. Freudenberg, К. Dall. Natur-wiss., 42, 606 (1955).
88.	Н. Brockmann, Е. Meyer. Chem. Ber., 86, 1514 (1953).
89.	J. P. Butler, T. P. Czepiel. Anal. Chem., 28, 1468 (1956).
90.	M. И. Чудаков, Г. Д. Георгиевская. Ж. аналит. химии, 15, 347 (1960).
91.	S. О. Thompson, G. Chesters. Anal. Chem., 36, 655 (1964).
92.	L. Redinger. K. Lindenhayn. Z. Chem., 4, 428 (1964).
93.	Б. Д. Богомолов, E. Д. Гельфанд. Изв. вузов, Лесной ж., № 3, 149 (1962).
94.	Е. Д. Гельфанд, Б. Д. Богомолов. Изв. вузов. Лесной ж., № 1, 157 (1965).
95.	Е. Д. Гельфанд, Б. Д. Богомолов. Сб. «Современные методы исследования в химии лигнина». Архангельск, 1970, стр. 79.
96.	У. Hachihama, К. Shinra, У. Куо-goku. J. Soc. Chem. Ind. Japan, 47, 209 (1944).
97.	О. Samuelson. Svensk Kem. Tidskr., 60, 128 (1948).
98.	K. Sarkanen, C. Schuerch. Anal« Chem., 27, 1245 (1955).
99.	H. Mikawa, K. Sato, C. Takasaki' K. Ebisawa. Bull. Chem. Soc. Japan, 29, 209 (1956).
100.	H. Mikawa, K. Sato, C. Takasaki, K. Ebisawa. Там же, стр. 245.
101.	H. Mikawa, К. Sato, С. Takasaki, К. Ebisawa. Там же, стр. 254.
102.	К. Sato, К. Ebisawa, Н. Mikawa. Bull. Chem. Soc. Japan, 31, 659 (1958).
103.	H. Mikawa, K. Sato, C. Takasaki, K. Ebisawa. Bull. Chem. Soc. Japan, 28, 653 (1955).
104.	J. Okabe, Y. Hachihama. J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Sect., 58, 779 (1955).
105.	У. Hachihama, J. Okabe. Technol. Bepts. Osaka Univ., 6, 171 (1956).
106.	F. Gaslini, L. Z. Nahum. Anal. Chem., 31, 989 (1959).
107.	F. Gaslini, L. Z. Nahum. Svensk Papperstidn., 62, 520 (1959).
108.	В. П. Ершов, В. Л. Покровская, В. А. Заринский, Д. И. Кошкин. Ж. аналит. химии, И, 139 (1956).
109.	Г. А. Мухин, М. А. Векслер, А. И. Бояринов. Зав. лаб., 29, 1008 (1963).
110.	Л. Н. Можейко, В. Н. Сергеева, В. Р. Яунземс. Труды Ин-та лесохоз. проблем й химии древесины, 19, 135 (1960).
111.	Г. Д. Понурое, И. Л. Шапиро. Сборник материалов конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1962 г. Сибирск. технол. ин-т, вып. 2. Красноярск, 1963, стр. 19.
Illa. Р. К. Боярская, М. Н. Цыпкина. Труды ВНИИ целл.-бум. пром., вып. 51, 3 (1965).
112.	В. М. Резников, О. Н. Чудновская. Ж. аналит. химии, 21, 1243 (1966).
112а. J. Turunen. Paperi ja Pun, 49, 151 (1967).
113.	Т. М. Васильева, Г. П. Григорьев, К. П. Мищенко. Ж. прикл. химии, 38, 2757 (1965).
114.	Т. М. Васильева, Р. К. Боярская, Г. П. Григорьев. Ж. прикл. химии, 41, 603 (1968).
115.	Т. М. Васильева, И. И. Николаева, Г. П. Григорьев, К. П. Мищенко. Сб. «Современные методы исследования в химии лигнина». Архангельск, 1970, стр. 59.
116.	Л. Н. Можейко, Д. Ю. Балцере, Л. А. Гринева, В. Р. Яунземс. Химия древесины, 11, 87 (1972).
117.	A. Ishizu, J. Nakano, Н. Оуа, N. Migita. J. Japan Wood Res. Soc., 4, 176 (1958).
118.	E. Д. Гельфанд. Изв. вузов. Лесной ж., № 2, 144 (1964).
119.	В. Д. Богомолов, Е. Д. Гельфанд. Бум. пром., № 3, 3 (1966).
285
120.	Е. Д. Гельфанд, Б. Д. Богомолов. Иав. вузов, Лесной ж., № 4, 128 (1966); № 5, 169 (1968).
121.	Л. Н. Можейко, В. Р. Яунземс, Г. Ф. Закис, В. Я. Сергеева. Химия древесины, 3, 139 (1969).
122.	Т. Энквист. Доклады советско-финского симпозиума, 1968. Л., 1968.
123.	В. Р. Яунземс, Л. Н. Можейко, В. Я. Сергеева. Химия древесины, 1, 69 (1968).
123а. Л. Я. Можейко, Д. Ю. Балцере, Л. А. Гринева, В. Р. Яунземс. Химия древесины, 11, 93 (1972).
124.	Е. Д. Гельфанд. Канд. дисс. Рига, Ии-т химии древесины АН ЛатвССР, 1967.
125.	А. И. Галочкин. Сб. «Современные методы исследования в химии лигнина». Архангельск, 1970, стр. 81.
126.	К. Я. Сысков, Т. А. Кухаренко. Зав. лаб., 13, 25 (1947).
127.	Т. А. Кухаренко. Ж. аналит. химии, 3, 181 (1948).
128.	Т. А. Кухаренко. Ж. прикл. химии, 21, 291 (1948).
129.	Я. В. Авгушевич, Я. М. Караваев. Докл. АН СССР, 163, 161 (1965).
130.	А. А. Соколова, Р. С. Жданова.
Сб. «Современные методы исследования в химии лигнина». Архангельск, 1970, стр. 69.
131.	Е. Sjdstrom, Р. Haglund. Svensk Papperstidn., 64, 438 (1961).
132.	Е. Sjdstrom, Р. Haglund. Svensk Papperstidn., 65, 370 (1962).
133.	E. Sjdstrom, B. Enstrom, P. Haglund. Svensk Papperstidn., 68, 186 (1965).
134.	E. Sjdstrom, J. Janson, P. Haglund, B. Enstrom. J. Polymer Sci., C, № 11, 221 (1965).
135.	E. Sjdstrom, B. Enstrom. Svensk Papperstidn., 69, 55 (1966).
136.	P. К. Боярская, M. Я. Цыпкина. Сб. «Современные методы исследования в химии лигнина». Архангельск, 1970, стр. 65.
137.	F. Е. Brauns. Paper Trade J., Ill, N 14, 33 (1940).
138.	E. Y. Spencer, G. F. Wright. J. Am. Chem. Soc., 63, 2017 (1941).
139.	A. Bell, G. F. Wright. Can. J. Research, 27B, 565 (1949).
140.	A. Bondi, H. Meyer. Biochem. J., 43, 248 (1948).
141.	H. W. Lemon. J. Am. Chem. Soc., 69, 2998 (1947).
142.	G. Aulin-Erdtman. Svensk Papperstidn., 55, 745 (1952).
143.	C. Aulin-Erdtman. Svensk Papperstidn., 56, 91 (1953).
144.	G. Aulin-Erdtman. Там же, стр. 287.
145.	G. Aulin-Erdtman. Svensk Papperstidn., 57, 745 (1954).
146.	G. Aulin-Erdtman, L. Hegbom. Svensk Papperstidn., 59, 363 (1956);
60, 671 (1957); 61, 187 (1958).
147.	G. Aulin-Erdtman. Svensk Kem. Tidskr., 70, 145 (1958).
148.	G. Aulin-Erdtman, R. Sanden. Acta Chem. Scand., 22, 1187 (1968).
149.	O. Goldschmid. J. Am. Chem. Soc., 75, 3780 (1953).
150.	O. Goldschmid. Anal. Chem., 26, 1421 (1954).
151.	G. H. Stillson, D W. Sawyer, С. K. Hunt. J. Am. Chem. Soc., 67, 303 (1945).
152.	N. D. Coggeshall, A. S. Glessner, Jr. J. Am. Chem. Soc., 71, 3150 (1949).
153.	T. Enkvist. Finska Kemist. Medd., 64, 28 (1955).
154.	J. J. Lindberg, T. Enkvist. Suomen Kemistilehti, B28, 23 (1955).
155.	Б. Д. Богомолов, Г. Б. Штрейс, Е. Д. Гельфанд. Иав. вузов, Лесной ж., № 3, 129 (1965).
156.	В. М. Резников, Т. В. Сухая. Сб. «Современные методы исследования в химии лигнина». Архангельск, 1970, стр. 78.
157.	Г. Б. Штрейс, В. М. Никитин. Ж. прикл. химии, 40, 1814 (1967).
158.	Г. В. Штрейс, В. М. Никитин. Изв. вузов, Лесной ж., Ks 4, 116 (1968).
159.	Е. Adler, S. Hernestam. Acta Chem. Scand., 9, 319 (1955).
160.	E. Adler, S. Hernestam, I. Wall-den. Svensk Papperstidn., 61, 641 (1958).
161.	L. S. Levitt. J. Org. Chem., 20, 1297 (1955).
162.	A. Olcay. Holzforschung, 24, 172 (1970).
163.	E. Adler, K. Lundquist. Acta Chem. Scand., 15, 223 (1961).
164.	E. Д. Гельфанд, Б. Д. Богомолов. Изв. вузов, Лесной ж., № 1, 145 (1967).
165.	М. И. Чудаков. Усп. химии, 30, 184 (1961).
166.	К. Н. Ekman, J. J. Lindberg. Pa-peri ja Puu, 42, 21 (1960).
167.	В. M. Никитин, А. В. Оболенская. Труды Ленинградской лесотехн, акад., вып. 75, 79 (1956).
168.	К. Ekman. Soc. Sci. Fenn., Comment. Phys.-Math., 23, N 1 (1958).
169.	К. H. Ekman, T. Enkvist. Paperi ja Puu, 37, 369 (1955).
170.	Y. Kojima, A. Hayashi, I. Tachi. J. Japan. Techn. Ass. Pulp and Paper Ind., 14, 831 (1960).
171.	H. Mikawa, K. Sato, C. Takasakt, K. Ebisawa. Bull. Chem. Soc. Japan, 29, 265 (1956).
172.	T. Enkvist. Paperi ja Puu, 43, 657 (1961).
173.	А. А. Соколова. Химия древесины, 1, 63 (1968).
173a. Г. Б. Штрейс, В. М. Никитин. Изв. вузов, Лесной ж., № 3, 111 (1969).
174.	К. U. Lefevre, В. Tollens. Вег., 40, 4513 (1907).
175.	К. Freudenberg, Н. Gudjons, G. Dum-pert. Ber., 74В, 245 (1941).
176.	Л. Н. Можейко, В. Р. Яунземс. Гидролизн. и лесохим. пром., № 3, 7 (1959).
286
177.	II. Deuel, Р. Dubach. Helv. chim. acta, 41, 1310 (1958).
178.	M. H. Hubacher. Anal. Chem., 21, [945 (1949).
179.	M. Beroza. Anal. Chem., 25, 177 (1953).
180.	C. Engler, E. Lbw. Ber., 26, 1436 (1893).
181.	J. Herzig, F. Wenzel. Monatsh., 22, 215 (1901).
182.	J. Lindner. Monatsh., 28, 1041 (1907).
183.	J. F. Norris, H. F. Tucker. J. Am. Chem. Soc., 55, 4697 (1933).
184.	H. Meyer. Analyse und Konstitution-sermittlung organischer Verbindun-gen. Wien, Verlag J. Springer, 1938, S. 474.
185.	Вейганд-Хилъгетаг. Методы эксперимента в органической химии. М., «Химия», 1968, стр. 814.
186.	В. Р. Яунземс, В. Н. Сергеева, Л. II. Можейко. Ж. аналит. химии, 22, 1257 (1967).
187.	Р. Klason. Ber., 55В, 448 (1922).
188.	F. Е. Brauns. The chemistry of lignin. N. Y., Acad. Press, 1952, p. 255.
189.	Ф. 9. Браунс, Д. А. Браунс. Химия лигнина. M., «Лесная промышленность», 1964, стр. 301.
190.	J. Mitchell, Jr. Organic Analysis, v. 1. N. Y., Interscience Publishers, 1953, p. 243.
191.	Губен-Вейлъ. Методы органической химии, т. 2. Методы анализа. М., «Химия», 1967, стр. 447.
192.	К. Бауер. Анализ органических соединений. М., ИЛ, 1953, стр. 170.
193.	О. Ant-Wuorinen, A. Visapaa. Paperi ja Puu, 37, 235 (1955).
194.	A. Bjbrkman, B. Person. Svensk Papperstidn., 60, 158 (1957).
195.	E. Adler, L. Ellmer. Acta Chem. scand., 2, 839 (1948).
196.	D. M. Smith, J. Mitchell, Jr. Anal. Chem., 22, 750 (1950).
197.	Б. Д. Богомолов, С. Б. Палъмова, E. Д. Гельфанд. Изв. вузов, Лесной ж., № 2, 139 (1968).
198.	В. А. Климова, К. С. Забродина. Ж. аналит. химии, 15, 726 (1960).
199.	А. А. Соколова, Л. А. Семакова. Сб. «Современные методы исследования в химии лигнина». Архангельск, 1970, стр. 102.
200.	В. Lindberg, A. Misiorny. Svensk Papperstidn., 55, 13 (1952).
201.	В. Lindberg, J. Paju. Svensk Kem. Tidskr., 65, 9 (1953).
202.	B. Lindberg, O. Theander. Svensk Papperstidn., 57, 83 (1954).
203.	J. Gierer, S. Soderberg. Acta Chem. Scand., 13, 127 (1959).
203a. E. Adler, J. Gierer. В кн.: Die Chemie der Pflanzenzellwand, Hrsg. E. Treiber.	Berlin—Gottingen-
Heidelberg, Springer-Verlag, 1957, S. 446.
204.	E. Adler, J. Marton. Acta Chem. Scand., 13, 75 (1959).
205.	А. П. Терентьев, И. С. Новикова. Ж. аналит. химии, 20, 836 (1965).
206.	Р- 3. Пен, Г. Д. Понурое. Сборник материалов конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1962 г. Сибирск. технол. ин-т, вып. 2. Красноярск, 1963, стр. 9.
207.	В. В. Сергеева, М. Н. Цыпкина. Сб. «Современные методы исследования в химии лигнина». Архангельск, 1970, стр. 99.
208.	Н. L. Hergert. J. Org. Chem., 25, 405 (1960).
209.	J.	Polcin, В. Kosikova,	P. Sipos,
M.	Dandarova-Vasatkova,	J. Suchy.
Chem. Zvesti, 17, 891 (1963).
209a. E. Adler,	K. J.	Bjbrkqvist,
S.	Haggroth.	Acta Chem. Scand.,
2, 93 (1948).
210.	K. Kratzl, F. Bettenbacher. Monatsh., 80, 622 (1949).
211.	J. C. Pew. J. Am. Chem. Soc., 73, 1678 (1951); 74, 2850, 5784 (1952).
212.	D. С. C. Smith. Nature, 176, 927 (1955).
213.	E. Adler, J. Marton. Acta Chem. Scand., 15, 357 (1961).
214.	E. Hagglund, G. E. Carlsson. Bio-chem. Z., 257, 467 (1933).
215.	P. Traynard,- A. Eymery. Holzforschung, 10, 6 (1956).
216.	В. M. Никитин. Труды Ленингр. Лесотехн, акад., вып. 75, 3 (1956).
217.	В. М. Никитин, А. В. Оболенская. Бумажная пром., № 12, 2 (1956).
218.	В. М. Никитин. Лигнин. М.—Л., Гослесбумиздат, 1961, стр. 184.
219.	Ю. С. Пилипчук, Р. 3. Пен, А. В. Финкельштейн, И. Л. Шапиро. Изв. вузов, Лесной ж., № 6, 116 (1966).
220.	J. М. Harkin. Advan. Chem. Ser., 59, 65 (1966).
221.	К. Freudenberg, J. M. Harkin. Holzforschung, 18, 166 (1964).
222.	M. И. Чудаков, А. П. Самсонова. Сб. трудов ВНИИ гидролизн. и сульфитно-спирт. пром., 15, 285 (1966).
223.	Л. А. Щукина, М. М. Шемякин. Ж. общ. химии, 19, 193 (1949).
224.	Г.	С.	Чиркин,	Д.	В.	Тищенко.
Бумажная пром., № 5, 3 (1964).
225.	Г.	С.	Чиркин,	Д.	В.	Тищенко.
Ж. прикл. химии, 39, 432 (1966).
226.	С. Б. Палъмова, Б. Д. Богомолов.
Изв. вузов, Лесной ж., № 4, 102 (1969).
227.	Б. Д. Богомолов, С. Б. Палъмова, Г. И. Попова. Изв. вузов, Лесной ж., № 3, 116 (1969).
228.	См. [188], стр. 536.
229.	См. [189], стр. 572.
230.	К. Kratzl, G. Billek. Tappi, 40, 269 (1957).
231.	К. Кюршнер. Ж. прикл. химии, 28, 957 (1955).
232.	К. Freudenberg, W. Lautsch. Na-turwiss., 27, 227 (1939).
233.	К. Freudenberg. Angew. Chem., 52, 362 (1939).
234.	K. Freudenberg, W. Lautsch, K. Engler. Вег., 73B, 167 (1940).
287
235.	W. Lautsch, E. Plankenhorn, F. Klink. Angew. Chem., 53, 450 (1940).
236.	W. Lautsch, G. Plazolo. Вег., 73B, 317 (1940).
237.	W. Lautsch. Cellulosechem., 19, 69 (1941).
238.	H. Richtzenhain. Ber., 75B, 269 (1942).
239.	7?. H. J. Creighton, J. L. McCarthy, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 63, 312 (1941).
240.	R. H. J. Creighton, J. L. McCarthy, H. Hibbert. Там же, стр. 3049.
241.	R. H. J. Creighton, R. D. Gibbs, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 66, 32 (1944).
242.	R. II. J. Creighton, H. Hibbert. Там же, стр. 37.
243.	В. Leopold. Acta Chem. Scand., 6, 38 (1952).
244.	5. A. Brown, A. C. Neish. Can. J. Biochem. Physiol., 33, 948 (1955).
245.	J. M. Pepper, M. Siddlqueullah. Can. J. Chem.. 38, 2324 (1960).
246.	W. G. Simpson, E. Sondheimer. Tappi, 43, 1025 (1960).
247.	D. E. Bland. Nature, 164, 1093 (1949).
248.	D. E. Bland, G. Ho, W. E. Cohen. Austr. J. Sci. Res., A3, 642 (1950).
249.	J. E. Stone, M. J. Blundell. Anal. Chem., 23, 771 (1951).
250.	B. Leopold, I.-L. Malmstrbm. Acta Chem. Scand., 6, 49 (1952).
251.	J. Tanaka, T. Kondo. J. Japan Wood Res. Soc., 3, 28 (1957); 4, 34 (1958).
252.	J. L. Gardon, B. Leopold. Pulp Paper Mag. Can., 59, N 8, 148 (1958).
253.	O. Toppel. Das Papier, 15, 177 (1961).
254.	C. Kunze. Experientia, 24, 844 (1968).
255.	J. Кис, О. E. Nelson. Arch. Biochem. Biophys., 105, 103 (1964).
256.	K. Kratzl, G. Puschmann. Holz-forschung, 14, 1 (1960).
257.	M. J. Reale. Anal. Biochem., 13, 162 (1965).
258.	A. L. Prabucki, F. Lenz. Helv. chim. acta, 45, 2012 (1962).
259.	J. M. Pepper, M. Manolopoulo, R. Burton. Can. J. Chem., 40, 1976 (1962).
260.	C. Simionescu, I. Anton. Bui. Inst. Politechn. la^i, 11 (15), fa^c. spec., 217 (1965).
261.	B. F. Hrutfiord. Tappi, 48, 48 (1965).
262.	J. G. Bicho, E. Zavarin, D. L. Brink. Tappi, 49, 218 (1966).
263.	D. L. Brink, J. G. Bicho, M. M. Merriman. Advan. Chem. Ser., 59, 177 (1966).
264.	J. M. Brand. J. Chromatogr., 26, 373 (1967).
265.	N. F. Cymbaluk, T. S. Neudoerffer. J. Chromatogr., 51, 167 (1970).
266.	D. L. Brink, Y. T. Wu, H. P. Na-veau, J. G. Bicho, M. M. Merriman. Tappi, 55, 719 (1972).
267.	J. E. Jayne. Tappi, 36, 571 (1953).
268.	B. Leopold. Acta Chem. Scand., 4, 1523 (1950).
269.	B. Leopold, I.-L. Malmstrom. Acta Chem. Scand., 5, 936 (1951).
270.	B. Leopold. Acta Chem. Scand., 5, 1393 (1951).
271.	B. Leopold. Svensk Kem. Tidskr., 63, 260 (1951).
272.	B. Leopold. Acta Chem. Scand., 6, 55 (1952).
273.	B. Leopold. Там же, стр. 64.
274.	В. Leopold. Svensk Papperstidn., 55, 816 (1952).
275.	В. Leopold. Acta Chem. Scand., 6, 1294 (1952).
276.	B. Leopold. Svensk Kem. Tidskr., 64, 18 (1952).
277.	B. Leopold. Там же, стр. 1.
278.	F. Fischer, H. Schrader, W. Treibs. Ges. Abhandl. Kenntnis Kohle, 5, 221 (1921).
279.	F. Fischer, H. Schrader, A. Friedrich. Ges. Abhandl. Kenntnis Kohle, 6, 1 (1921).
280.	F. Fischer, H. Schrader, A. Friedrich. Там же, стр. 22.
281.	H. W. Lemon. Anal. Chem., 19, 846 (1947).
282.	J. M. Pepper, M. Siddlqueullah. Can. J. Chem., 39, 390 (1961).
283.	P. 3. Пен. Ж. аналит. химии, 20, 277 (1965).
284.	Е. Т. Reaville, G. W. Shreve. Anal. Chem., 27, 565 (1955).
285.	И. В. Сенько, В. М. Резников. Ж. прикл. химии, 40, 1879 (1967).
286.	Я. Г. Милешкевич, В. М. Резников, И. В. Сенько. Химия древесины, 6, 115 (1970).
287.	К. Kratzl, Н. Silbernagel. Monatsh., 83, 1022 (1952).
288.	II. Н. Одинцов, 3. Н. Крейцберг. Труды Ин-та лесохоз. проблем, 6, 63 (1953).
289.	3. Н. Крейцберг. Труды Ин-та лесохоз. проблем, 8, 55 (1955).
290.	В. II. Карливан, П. Н. Одинцов.
Уч. зап. Латв. гос. ун-та, 14, 89 (1957).
291.	Г. Ф. Закис, И. Н. Одинцов. Изв. АН ЛатвССР, серия хим., № 3, 364 (1965).
292.	A. v. Wacek, К. Kratzl. Cellulosechem., 20, 108 (1942).
293.	А. V. Wacek, К. Kratzl. Ber., 76В, 891 (1943).
294.	A. v. Wacek, К. Kratzl. Ber., 77В, 516 (1944).
295.	В. М. Резников, И. В. Сенько. Химия древесины, 1, 51 (1968).
296.	К. Freudenberg, A. Janson, Е. Knopf, A. Haag. Ber., 69В, 1415 (1936).
297.	К. Freudenberg, М. Meister, Е. Flickinger. Ber., 70В, 500 (1937).
298.	К. Freudenberg, К. Engler, Е. Flickinger, A. Sobek, F. Klink. Ber., 71В, 1810 (1938).
299.	К. Freudenberg, F. Klink, E. Flickinger, A. Sobek. Ber., 72B, 217 (1939).
300.7	7. R ichtzenhain. Chem. Ber., 83, 488 (1950).
301.	H. Richtzenhain. Svensk Papperstidn., 53, 644 (1950).
288
302.	H. Richtzenhain. Acta Chem. Scand., 4, 206 (1950).
303.	H. Richtzenhain. Acta Chem. Scand., 4, 589 (1950).
304.	D. E. Read, С. B. Purves. J. Am. Chem. Soc., 74, 120 (1952).
305.	I. M. Cabott, С. B. Purves. Pulp Paper Mag. Can., 57, N 4, 151 (1956).
306.	K. Freudenberg, C.-L. Chen. Chem. Ber., 93, 2533 (1960).
307.	K. Freudenberg, C.-L. Chen, G. Cardinale. Chem. Ber., 95, 2814 (1962).
308.	K. Freudenberg, B. Lehmann. Chem. Ber., 96, 1850 (1963).
309.	K. Freudenberg, C.-L. Chen. Chem. Ber., 100, 3683 (1967).
310.	Cm. [42], стр. 78.
311.	О. Anderzen, В. Holmberg. Ber., 56B, 2044 (1923).
312.	K. Freudenberg, F. Niedercorn. Chem. Ber., 89, 2168 (1956).
313.	K. Freudenberg, F. Niedercorn. Chem. Ber., 91, 591 (1958).
314.	K. Ogiyama, T. Kondo. Tetrahedron Letters, 1966, 2083.
315.	S.	Larsson,	G.	E.	Miksche.	Acta
Chem. Scand., 21, 1970 (1967).
316.	5.	Larsson,	G.	E.	Miksche.	Acta
Chem. Scand., 23, 917 (1969).
317.	S. Larsson, G. E. Miksche. Там же, стр. 3337.
318.	S. Larsson, G. E. Miksche. Acta Chem. Scand., 25, 647 (1971).
319.	S. Larsson, G. E. Miksche. Там же, стр. 673.
320.	5. Larsson, G. E. Miksche. Acta Chem. Scand., 26, 2031 (1972).
321.	J. Gierer, L.-A. Smedman. Acta Chem. Scand., 20, 1769 (1966).
322.	E. Adler, J. M. Pepper, E. Eriksoo.
Ind. Eng. Chem., 49, 1391 (1957).
323.	E. Adler, K. Lundquist, G. E. Miksche. Advan. Chem. Ser., 59, 22 (1966).
324.	G. Brunow. Soc. Sci. Fenn., Comment. Phys.-Math., 33, N 9 (1967).
325.	J. C. Pew, W. J. Connors. J. Org. Chem., 34, 585 (1969).
326.	Д. Пью, В. Коннорс, А. Куниши. Сб. «Химия и биохимия лигнина, целлюлозы и гемицеллюлоз». М., «Лесная промышленность», 1969, стр. 107.
327.	Т. К. Kirk, Е. Adler. Acta Chem. Scand., 24, 3379 (1970).
328.	I. A. Pearl. J. Am. Chem. Soc., 64, 1429 (1942).
329.	I. A. Pearl. J. Am. Chem. Soc., 71, 2196 (1949).
330.	I. A. Pearl. J. Am. Chem. Soc., 72, 1427 (1950).
331.	I. A. Pearl, D. L. Beyer. Tappi, 33, 508 (1950).
332.	I. A. Pearl. J. Am. Chem. Soc., 72, 2309 (1950).
333.	I. A. Pearl, E. E. Dickey. J. Am. Chem. Soc., 74, 614 (1952).
334.	I. A. Pearl, D. L. Beyer. Tappi, 39, 171 (1956).
335.	I. A. Pearl, D. L. Beyer. J. Am. Chem. Soc., 76, 6106 (1954).
336.	J. M. Pepper, B. W. Casselman, J. C. Karapally. Can. J. Chem., 45, 3009 (1967).
337.	I. A. Pearl, D. L. Beyer. J. Am. Chem. goc., 76, 2224 (1954).
338.	I. A. Pearl. J. Am. Chem. Soc., 78, 5672 (1956).
339.	I. A. Pearl, A. Olcay. Tappi, 54, 1656 (1971).
340.	I. A. Pearl, D. L. Beyer. Tappi, 42, 800 (1959).
341.	I. A. Pearl, D. L. Beyer, B. Johnson, S. Wilkinson. Tappi, 40, 374 (1957).
342.	I. A. Pearl, D. L. Beyer, D. Whitney. Tappi, 44, 479 (1961).
343.	G. C. Harris. Патент США 2673148 (1954).
344.	D. H. Grangaard, G. H. Saunders. Патент США 2926114 (1960).
345.	D. H. Grangaard. Патент США 2928868 (1960).
346.	D. II. Grangaard. Патент США 3008984 (1961).
347.	D. H. Grangaard, G. H. Saunders. Патент США 3024158 (1962).
348.	M. M. Merriman, Н. Choulett, D. L. Brink. Tappi, 49, 34 (1966).
349.	Л. А. Биман, И. С. Рейхерт. Сб. «Отбелка целлюлозы». М.—Л., Гослесбумиздат, 1957, стр. 201.
350.	F. L. Fennell, G. Е. Smedberg, N. J. Stalter. Tappi, 43, 903 (1960).
351.	В. Н. Reeves, I. A. Pearl. Tappi, 48, 121 (1965).
352.	D. D. Jones, D. C. Johnson. J. Org. Chem., 32, 1402 (1967).
353.	H. Ishikawa, T. Oki. J. Japan. Techn. Ass. Pulp and Paper Ind., 18, 477 (1964).
354.	C. W. Bailey, C. W. Dence. Tappi, 52, 491 (1969).
355.	О. П. Грушников, H. H. Шорыеина. Химия древесины, 12, 3 (1972).
356.	J. Kbnig. Ber., 39, 3564 (1906).
357.	J. Kbnig, E. Rump. Chemie und Struktur der Pflanzen-Zellmembra-hen. Berlin, Verlag J. Springer, 1914, S. 60.
358.	T. В. Изумрудова, Л. H. Деревен-чук, H. H. Шорыеина. Ж. прикл. химии, 37, 1638 (1964).
359.	Д. В. Тищенко. Ж. прикл. химии, 32, 686 (1959).
360.	Z. Osawa, С. Schuerch. Tappi, 46, 79 (1963).
361.	Z. Osawa, W. A. Erby, К. V. Sar-kanen, E. Carpenter, C. Schuerch. Tappi, 46, 84 (1963).
362.	C. Schuerch. J. Polymer Sci., C, N 2, 79 (1963).
363.	H. Hatakeyama, T. Tonooka, J. Nakano, N. Mlgita. J. Chem. Soc.
Japan, Ind. Chem. Sect., 70, 2348 (1967).
364.	H. Hatakeyama, T. Tonooka, J. Nakano, N. Migita. J. Chem. Soc.
Japan, Ind. Chem. Sect., 71, 1214 (1968).
365.	N. Soteland, K. Kringstad. Norsk Skogind., 22, 46 (1968).
366.	N. Soteland. Norsk Skogind., 25, 61 (1971).
289
367.	AL Soteland. Norsk Skogind., 25, 135 (1971).
368.	S. Katuscdk, A. Hrivtk, M. Mah-daltk. Paperi ja Puu, 53, 519 (1971).
369.	S. Katuscdk, I. Rybarik, E. Pau-llnyovd, M. Mahdalik. Там же, стр. 665.
370.	S. Katuscdk, A. Hrivtk, K. Macak. Paperi ja Puu, 54, 201 (1972).
371.	R. Criegee, G. Wenner. Liebigs Ann. Chem., 564, 9 (1949).
372.	G. Lohaus. Liebigs Ann. Chem., 583, 6 (1953).
373.	R. Criegee, G. Blust, H. Zinke. Chem. Ber., 87, 766 (1954).
374.	W. A. Mosher. Advan. Chem. Ser., 21, 140 (1959).
375.	K. W. Bentley. В кн.: Elucidation of Structures by Physical and Chemical Methods, part II, p. 876—892 (1963) in the series «Technique of Organic Chemistry» by A. Weiss-berger, vol. XI. N. Y.—London, Interscience Publishers.
376.	P. Klason. Tek. Tidskr., Afdeln. Kemi och Metallurgie, 23, 49 (1893).
377.	B. Holmberg. Ing. Vetenskaps Akad. Handl., N 103, 5 (1930).
378.	Cm. [188], стр. 453.
379.	E. Hagglund. Chemistry of Wood. N. Y., Acad. Press, 1951, p. 237.
380.	A. B. Cramer, M. J. Hunter, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 61, 509 (1939).
381.	M. J. Hunter, A. B. Cramer, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 61, 561 (1939)
382.	L. Brickman, J. J. Pyle, J. L. McCarthy, H. Hibbert. Там же, стр. 868.
383.	E. West, W. S. MacGregor, T. H. Evans, I. Levi, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 65, 1176 (1943).
384.	W. B. Hewson, J. L. McCarthy, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 63, 3041 (1941).
385.	M. Kulka, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 65, 1180 (1943).
386.	M. Kulka, W. L. Hawkins, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 63, 2371 (1941).
387.	L. Brickman, W. L. Hawkins, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 62, 2149 (1940).
388.	E. West, A. S. Maclnnes, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 65, 1187 (1943).
389.	M. Kulka, H. E. Fisher, S. B. Baker, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 66, 39 (1944).
390.	H. Hibbert. Paper Trade J., 113, N 4, 35 (1941).
391.	H. Hibbert. Ann. Rev. Biochem., 11, 183 (1942).
392.	H. E. Fisher, M. Kulka, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 66, 598 (1944).
393.	L. Mitchell, H. Hibbert. Там же, стр. 602.
394.	J. A. F. Gardner. Can. J. Chem., 32, 532 (1954).
395.	A. M. Eastham, H. E. Fisher, M. Kulka, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 66, 26 (1944),
396.	L. Mitchell, T. H. Evans, H. Hibbert. Там же, стр. 604.
397.	W. S. MacGregor, T. H. Evans, H. Hibbert. Там же, стр. 41.
398.	E. E. Harris, J. D'lanni, H. Adkins.
J. Am. Chem. Soc., 60, 1467 (1938).
399.	H. P. Godard, J. L. McCarthy, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 63, 3061 (1941).
400.	J. R. Bower, Jr., L. M. Cooke, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 65, 1192 (1943).
401.	T. Ishihara, T. Kondo. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 30, 720 (1956).
402.	J. A. F. Gardner, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 66, 607 (1944).
403.	E. Adler, S. Yllner. Svensk Papperstidn., 55, 238 (1952).
404.	E. Adler, В. O. Lindgren, U. Saeden. Svensk Papperstidn., 55, 245 (1952).
405.	E. Adler, S. Yllner. Svensk Papperstidn., 57, 78 (1954).
406.	E. Adler, E. Eriksoo. Acta Chem. Scand., 9, 341 (1955).
407.	K. Kratzl, L. Paszner. Cell. Chem. Technol., 4, 293 (1970).
408.	K. Lundquist, K. Hedlund. Acta chem. Scand., 21, 1750 (1967).
409.	E. Адлер. Сб. «Химия и биохимия лигнина, целлюлозы и гемицеллюлоз». М., «Лесная промышленность», 1969, стр. 36.
410.	К. Sarkanen, С. Schuerch. J. Am. Chem. Soc., 79, 4203 (1957).
411.	M. Matsukura, A. Sakakibara. J. Japan Wood Res. Soc., 15, 43 (1969).
412.	E. H agglund, H. Richtzenhain. Tappi, 35, 281 (1952).
413.	K. Kratzl, G. Billek. Holzforschung, 10, 161 (1957).
414.	K. Kratzl, G. Billek, E. Klein, K. Buchtela. Monatsh., 88, 721 (1957).
415.	K. Kratzl, K. Buchtela. Monatsh., 90, 1 (1959).
416.	K. Kratzl, W. Kisser, A. Graf, G. Hofbauer. Там же, стр. 526.
417.	К. Kratzl. Holz Roh- Werkstoff, 19, 219 (1961).
418.	K. Kratzl, W. Schweers. Monatsh., 85, 1046 (1954).
419.	K. Kratzl, W. Schweers. Там же, стр. 1166.
420.	К. Kratzl, W. Schweers. Chem. Ber., 89, 186 (1956).
421.	O. Toppel. Holzforschung, 14, 139 (1960).
422.	K. Kratzl. Mikrochim. Acta, 1956, 159.
423.	K. Kratzl, E. Klein. Monatsh., 86, 847 (1955).'
424.	T. Ishihara, T. Kondo. J. Agr. Chem. Soc. Japan, 30, 278 (1956).
425.	K. Kratzl, H. Czepel. Monatsh., 95, 1609 (1964).
426.	C. Gustafsson, K. Sarkanen, S. Ka-hila, E. Niskasaari. Paperi ja Puu, 33B, 74 (1951).
427.	E. Adler. Svensk Kem. Tidskr., 80, 279 (1968).
428.	R. Lundgren. Paperi ja Puu, 43, [670, (1961).
290
429.	К. Lundquist. Acta Chem. Scand., 16, 2303 (1962).
430.	K. Lundquist. Svensk Kem. Tidskr., 75, 423 (1963).
431.	K. Lundquist. Acta Chem. Scand., 18, 1316 (1964).
432.	K. Lundquist, G. E. Miksche. Tetrahedron Letters, 1965, 2131.
433.	K. Lundquist, G. E. Miksche, L. Sric-sson, L. Berndtson. Tetrahedron Letters, 1967, 4587.
434.	K. Lundquist. Acta Chem. Scand., 24, 889 (1970).
435.	K. Lundquist, L. Ericsson. Там же, стр. 3681.
436.	К. Lundquist, Т. К. Kirk. Acta Chem. Scand., 25, 889 (1971).
437.	К. Lundquist, К. Hedlund. Там же, стр. 2199.
438.	К. Lundquist, L. Ericsson. Acta Chem. Scand., 25, 756 (1971).
439.	K. Lundquist, R. Lundgren. Acta Chem. Scand., 26, 2005 (1972).
440.	H. Nimz. Chem. Ber., 100, 2633 (1967).
441.	E. Adler, K. Lundquist. Acta Chem. Scand., 17, 13 (1963).
442.	P. Traynard, A. Eymery. Holzforschung, 9, 172 (1955).
443.	G. A. Richter. Tappi, 38, 129 (1955).
444.	G. A. Richter. Tappi, 39, 193(1956).
445.	K. Kratzl. Mitt. Osterr. Ges. Holz-forsch., 2, 135 (1950).
446.	5. I. Aronovsky, R. A. Gortner.
Ind. Eng. Chem., 22, 264 (1930).
447.	W. Overbeck, H. F. Muller. Ber., 75B, 547 (1942).
447a. O. Goldschmid. Tappi, 38, 728 (1955).
448.	T. Higuchi. J. Biochem. (Tokyo), 45, 675 (1958).
449.	D. A. Stanek. Tappi, 41, 601 (1958).
450.	K. Freudenberg, J. M. Harkin, H.-К. Werner. Naturwiss., 50, 476 (1963).
451.	K. Freudenberg, J. M. Harkin, H.-К. Werner. Chem. Ber., 97, 909( 1964).
452.	K. Freudenberg, C.-L. Chen, J. M. Harkin, H. Nimz, H. Renner. Chem. Commun., 1965, 224.
453.	H. Nimz. Chem. Ber., 98, 3153 (1965).
454.	H. Nimz. Там же, стр. 3160.
455.	H. Nimz. Chem. Ber., 99, 469 (1966).
456.	H. Nimz. Holzforschung, 20, 105 (1966).
457.	H. Nimz, H. Gaber. Chem. Ber., 98, 538 (1965).
458.	H. Nimz. Там же, стр. 533.
459.	H. Nimz. Chem. Ber., 100, 181 (1967).
460.	К. Freudenberg. Science, 148, 595 (1965).
461.	Cm. [42], стр. 82.
462.	К. Kratzl, W. Kisser, J. Gratzl, H. Silbernagel. Monatsh., 90, 771 (1959).
463.	H. Nimz. Chem. Ber.. 99, 2638 (1966).
464.	A. Sakakibara, N. Nakayama. J. Japan Wood Res. Soc., 7, 13 (1961).
465.	A. Sakakibara, N. Nakayama. J. Japan Wood Res. Soc., 8, 153 (1962).
466.	A. Sakakibara, N. Nakayama. Там же, стр. 157.
467.	A. Sakakibara, H. Takeyama, N. Mo-rohoshi. Holzforschung, 20, 45 (1966).
468.	Y. Sana, A. Sakakibara. J. Japan Wood Res. Soc., 16, 76 (1970).
469.	Y. Sana, A. Sakakibara. Там же, стр. 81.
470.	Y. Sana, A. Sakakibara. Там же, стр. 121.
471.	Y. Sana, A. Sakakibara. J. Japan Wood. Res Soc., 17, 66 (1971).
472.	5. Omori, A. Sakakibara. Там же, стр. 464.
473.	J. Gierer. Paperi ja Puu, 43, 654 (1961).
474.	T. Enkvist, T. Ashorn, К. Hdstbacka. Pure Appl. Chem., 5, 177 (1962).
475.	Б. Д. Богомолов. Химия древесины, 1, 157 (1968).
476.	J. Gierer. Svensk Papperstidn., 73,  571 (1970).
477.	О. Д. Камалдина. Хим. наука и пром., 2, 462 (1957).
478.	См. [188], стр. 405.
479.	См. [189], стр. 459.
480.	D. С. С. Smith. J. Chem. Soc., 1955, 2347.
481.	Т. Ishihara, Т. Kondo. Bull. Agr. Chem. Soc. Japan, 21, 250 (1957).
482.	H. Richtzenhain, C. v. Hofe. Ber., 72B, 1890 (1939).
483.	J. Tanaka, T. Kondo. J. Japan. Techn. Ass. Pulp and Paper Ind., 11, 111 (1957).
484.	I. Sobolev, C. Schuerch. Tappi, 41, 447 (1958).
485.	I. A. Pearl, D. L. Beyer, B. Johnson. Там же, стр. 255.
486.	I. A. Pearl, D. L. Beyer, S. S. Lee, D. Laskowski. Tappi, 42, 61 (1959).
487.	I. A. Pearl. Tappi, 41, 621 (1958).
488.	I. A. Pearl, D. L. Beyer, D Laskowski. Tappi, 42, 849 (1959).
489.	I. A. Pearl, D. L. Beyer, D. Whitney. Tappi, 44, 656 (1961).
490.	J. Okabe, K. Kratzl. Tappi, 48, 347 (1965).
491.	J. Gierer, B. Alfredsson. Acta Chem. Scand., 11, 1516 (1957).
492.	J. Gierer. I. Kunze. Acta Chem. Scand., 15, 803 (1961).
493.	J. Gierer, I. Noren. Acta Chem. Scand., 16, 1713 (1962).
494.	J. Gierer, I. Noren. Там же, стр. 1976.
495.	J. Gierer, S. Soderberg, S. Thoren. Svensk Papperstidn., 66, 990 (1963).
496.	J. Gierer, B. Lenz, N.-H. Wallin.
Acta Chem. Scand., 18, 1469 (1964).
497.	J. Gierer, L.-A. Smedman. [Acta Chem. Scand., 19, 1103 (1965).
498.	J. Gierer, N.-H. Wallin. Там же, стр. 1502.
499.	E. Adler, J. Marton, I. Falkehag. Acta Chem. Scand., 18, 1311 (1964).
500.	E. Adler, I. Falkehag, J. Marton, H. Halvarson. Там же, стр. 1313.
501.	В. Johansson, G. E. Miksche. Acta Chem. Scand., 23, 924 (1969).
502.	G. Brunow, G. E. Miksche. Там же, стр. 1444.
503.	T. Enkvist, J. Turunen, T. Ashorn. Tappi, 45 128 (1962).
291
504.	T. Enkvist, Т. Ashorn, К. Hdst-backa. Paperi ja Puu, 44, 395 (1962).
505.	A. v. Wacek, A. Voykowitsch. Holz-forschung, 22, 77 (1968).
506.	E. Adler, B. Wesslen. Acta Chem. Scand., 18, 1314 (1964).
507.	J. Gierer, B. Lenz, I. Noren, S. Soderberg. Tappi, 47, 233 (1964).
508.	J. Gierer, B. Lenz. Svensk Papperstidn., 68, 334 (1965).
509.	J. Gierer, B. Lenz, N,-H. Wallin. Tappi, 48, 402 (1965).
510.	IV. Morohoshi, A. Sakakibara. J. Japan Wood Res. Soc., 18, 27 (1972).
511.	A. v. Wacek, H. Griengl. Holz Roh-Werkstoff, 25, 225 (1967).
512.	M. J. Hunter, H. Llibbert. J. Am. Chem. Soc., 61, 2196 (1939).
513.	K. Kratzl, G. Hofbauer. Monatsh., 87, 617 (1956).
514.	К. H. Ekman. Tappi, 48, 398 (1965).
515.	T. Enkvist, B. Alfredsson. Tappi, 36, 211 (1953).
516.	G. H. Tomlinson, Jr, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 58, 340 (1936).
517.	G. H. Tomlinson, Jr., H. Hibbert. Там же, стр. 345.
518.	G. H. Tomlinson, Jr., H. Hibbert.
Там же, стр. 348.
519.	I. К. Bvakland, G. H. Tomlinson, Jr., H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 59, 597 (1937).
520.	K. Kratzl. Monatsh., 78, 173 (1948).
521.	K. Kratzl. Monatsh., 80, 314 (1949).
522.	A. v. Wacek, K. Kratzl. J. Polymer Sci., 3, 539 (1948).
523.	E. Adler, S. Haggroth. Acta Chem. Scand., 3, 86 (1949).
524.	K. Kratzl, G. Hofbauer. Monatsh., 89, 96 (1958).
525.	К. Крапгцл, E. Ризниовский. Сб. «Химия и биохимия лигнина, целлюлозы и гемицеллюлоз». М., «Лесная промышленность», 1969, стр. 59.
526.	К. Kratzl, Е. Risnyovszky-Schdfer, Р. Claus, Е. Wittmann. Holzfors-chung, 20, 21 (1966).
527.	К. Kratzl, J. Spona. Там же, стр. 271.
528.	F. Bergius. Gliickauf, 61,1317,1353 (1925).
529.	F. Bergius. 1. Ver. Dtsch. Ing., 69, 1313, 1359 (1925).
530.	Cm. [188], стр. 511.
531.	См. [189], стр. 558.
532.	A. M. Ayroud. Tech. Repts. Series 132. Pulp and Paper Research Inst, of Canada N 35 (1959).
532a. W. Schweers. Paperi ja Puu, 48, 161 (1966).
533.	E. E. Harris, H. Adkins. Paper Trade J., 107, N 20, 38 (1938).
534.	E. E. Harris, J. Saeman, E. C. Sherrard. Ind. Eng. Chem., 32, 440 (1940).
535.	H. Adkins, R. L. Frank, E. S. Bloom.
J. Am. Chem. Soc., 63, 549 (1941).
536.	J. F. Saeman, E. E. Harris. J. Am. Chem. Soc., 68, 2507 (1946).
537.	H. P. Godard, J. L. McCarthy, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 62, 988 (1940).
538.	S. B. Baker, H. Hibbert. J. Am. Chem Soc., 70, 63 (1948).
539.	С. P. Brewer, L. M. Cooke, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 70, 57 (1948).
540.	K. Freudenberg, W. Lautsch, G. Pi-azolo, A. Scheffer. Ber., 74B, 171 (1941).
541.	Y. Hachihama, S. Zyddai, M. Umezu.. J. Soc. Chem. Ind. Japan, 43, Suppl. binding, 127 (1940).
542.	J. M. Pepper, H. Hibbert. J. Am. Chem. Soc., 70, 67 (1948).
543.	Y. Hachihama, S. Jodai. J. Soc. Chem. Ind. Japan, 46, 132 (1943).
544.	Y. Hachihama, S. Jodai. J. Soc. Chem. Ind. Japan, 47, 763 (1944).
545.	C. J. Coscia, W. J. Schubert, F. F. Nord. J. Org. Chem., 26, 5085 (1961).
546.	A. Olcay. J. Org. Chem., 27, 1783 (1962).
547.	A. Olcay. Holzforschung, 17, 105 (1963).
548.	J. M. Pepper, D. C. Hagerman. Can J. Chem., 32, 614 (1954).
549.	J. M. Pepper, W. Steck. Can. J. Chem., 41, 2867 (1963).
550.	J. M. Pepper, W. F. Steck, R. Swoboda, J. C. Karapally. Advan. Chem. Ser., 59, 238 (1966).
551.	J. M. Pepper, Y. W. Lee. Can. J. Chem., 47, 723 (1969).
552.	J. M. Pepper, Y. W. Lee. Can. J. Chem., 48, 477 (1970).
553.	A. Klemola, J. M. Pepper. Chem. Commun., 1969) 1048.
554.	H. G. Arlt, Jr., S. K. Gross, C. Schuerch. Tappi, 41, 64 (1958).
555.	A. Bhattacharya, E. Sondheimer, C. Schuerch. Tappi, 42, 446 (1959).
556.	A. Bhattacharya, C. Schuerch. Tappi, 43, 840 (1960).
557.	L. S. Nahum. Ind. Eng. Chem., Prod. Res. Develop., 4, 71 (1965).
558.	F. Gaslini, L. S. Nahum. J. Org. Chem., 29, 1177 (1964).
559.	P. E. Parker, R. L. Coalson, C. Schuerch. Advan. Chem. Ser., 59, 249 (1966).
560.	J. G. Miller, C. Schuerch. Tappi, 51, 273 (1968).
561.	T. A . Bhaskaran, C. Schuerch. Tappi,.
52, 1948 (1969).
562.	A. Sakakibara, M. Ohta, I. Wada, M. Matsukura. J. Japan Wood Res. Soc., 15, 84 (1969).
563.	I. Wada, A. Sakakibara. Там же, стр. 214.
564.	/. Wada, M. Ohta, A. Sakakibara.. Там же, стр. 218.
565.	M. Ohta, A. Sakakibara. Там же, стр. 247.
566.	М. Matsukura, A. Sakakibara. Там же, стр. 297.
567.	М. Matsukura, A. Sakakibara. J. Japan Wood Res. Soc., 17, 263 (1971).
568.	M .Matsukura, A. Sakakibara. Там же, стр. 265.
569.	H. Nimz. Chem. Ber., 102, 799 (1969).
570.	J. Bougault, E. Cattelain, P. Chab-rier. Compt. rend., 208, 657 (1939).
571.	R. Mozingo, D. E. Wolf, S. A. Harris, K. Folkers. J. Am. Chem. Soc., 65, 1013 (1943).
292
572.	H. Nimz. Chem. Ber., 102, 3803 (1969).
573.	II. Nimz, K. Das, N. Minemura. Chem. Ber., 104, 1871 (1971).
574.	II. Nimz, K. Das. Chem. Ber., 104, 2359 (1971).
575.	D. W. Goheen. Advan. Chem. Ser., 59, 205 (1966).
576.	B. E. Броновицкий, II. К. Черемухин, M. А. Волочкович, Л. Л. Ка-линская. Изобретения, пром, образцы, товарные знаки, № 14, 165 (1967).
577.	В. Е. Броновицкий, Л. Л. Калин-ская. Узб. хим. ж., № 2, 31 (1967); № 5, 79 (1967).
578.	В. Е. Броновицкий, Л. Л. Балийская, Д. Р. Икрамова. Узб. хим. ж., № 1. 67 (1968).
579.	В. Е. Броновицкий, М. А. Волочкович, Л. Л. Калинская, А. Нам. Узб. хим. ж., № 3, 71 (1968).
580.	В. Е. Броновицкий, Л. Л. Калинская, Д. Р. Икрамова. Гидролизн. и лесохим. пром., № 8, 14 (1971).
581.	Р. Schorigin. Вег., 56В, 176 (1923). 582. Р. Schorigin. Ber., 57В, 1627 (1924). 583. Р. Schorigin. Там же, стр. 1634. 584. Р. Schorigin. Ber., 58В, 2028 (1925). 585. Р. Schorigin. Ber., 59В, 2510 (1926). 586. II. II. Шорагин, С. А. Скоблинская.
Докл. АН СССР., 14, 505 (1937).
587.	К. Freudenberg, W. Lautsch, G. Pia-zolo. Ber., 74B, 1879 (1941).
588.	H. H. Шорагина, T. Я. Кефели. Ж. общ. химии, 17, 2058 (1947).
589.	Я. Я. Шорагина, Т. Я. Кефели, Ж. общ. химии, 18, 528 (1948).
590.	Я. II. Шорагина, Т. Я. Кефели, А. Ф. Семечкина. Ж. общ. химии, 19, 1558 (1949).
591.	Я. Я. Шорагина, Т. Я. Кефели, А. Ф. Семечкина. Докл. АН СССР, 64, 689 (1949).
592.	И. Я. Шорагина, Т. Я. Кефели. Ж. общ. химии, 20, 1199 (1950).
593.	А. Ф. Семечкина, Я. Н. Шорагина. Ж. общ. химии, 23, 593 (1953).
594.	А. Ф. Семечкина, II. Я. Шорагина. Там же, стр. 1593.
595.	Я. Я. Шорагина, А. Ф. Семечкина. Труды Ин-та лесохоз. проблем, 8, 37 (1955).
596.	А. Ф. Семечкина, Я. Я. Шорагина. Ж. общ. химии, 28, 3265 (1958).
597.	А. Ф. Семечкина, Я. Я. Шорагина. Труды Ин-та лесохоз. проблем и химии древесины, 19, 65 (I960).
598.	X. Р. Ниязов, Я. Я. И1орагина. Изв. АН СССР, ОХН, № 3, 563 (1963).
599.	А. Ф. Семечкина, И. Я. Шорагина. Изв. АН СССР, ОХН, № 4, 715 (1963).
600.	А. Ф. Семечкина, И. Я. Шорагина. Изв. АН СССР, серия хим., № 5 884 (1964).
601.	А. Ф. Семечкина, И. Н. Шорагина. Химия древесины, 1, 57 (1968).
602.	В. В. Елкин, А. Ф. Семечкина, И. Я. Ш орагина. Изв. АН СССР, серия хим., № 1, 187 (1971).
603.	Т. С. Сдаков, Я. Я. Шорагина, А. Ф. Семечкина, Б. В. Лопатин. Химия природн. соед., № 4, 491 (1971).
604.	Я. II. Михайлов, Я. Я. HIорагина, Я. К. Воробьева. Тезисы докладов 5-й Всес. конф, по химии лигнина. Рига, «Зпнатне», 1971, стр. 63.
605.	С. D. Hurd, G. L. Oliver. J. Am. Chem. Soc., 81, 2795 (1959).
606.	H. Erdtman, B. Leopold. Acta Chem. Scand., 3, 1358 (1949).
607.	H. Erdtman. Research, 3, 63 (1950).
608.	H. Erdtman. Liebigs Ann. Chem., 503, 283 (1933).
609.	E. Adler. Ind. Eng. Chem., 49, 1377 (1957).
610.	K. Freudenberg. Fortschr. Chem. Org. Naturstoffe, 11, 43 (1954).
611.	K. Freudenberg. Angew. Chem., 68, 84 (1956).
612.	K. Freudenberg. Там же, стр. 508.
613.	К. Freudenberg, J. M. Harkin. Phy-tochem., 2, 189 (1963).
614.	K. Freudenberg, II. G. Muller. Liebigs Ann. Chem., 584, 40 (1953).
615.	K. Freudenberg, W. Eisenhut. Chem. Ber., 88, 626 (1955).
616.	I. A. Pearl, J. Gratzl. J. Org., Chem., 27, 2111 (1962).
617.	E. Adler, S. Delin, G. E. Miksche. Acta Chem. Scand., 20, 1035 (1966).
618.	G. E. Miksche, I. Gratzl, M. Fried-Matzka. Там же, стр. 1038.
619.	А. Раб, M. Я. Зарубин. Изв. вузов, Леспоп ж., № 6, 120 (1968).
620.	G. Gellerstedt, J. Gierer. Acta Chem. Scand., 22, 2510 (1968).
621.	G. Gellerstedt, J. Gierer. Svensk Papperstidn., 74, 117 (1971).
622.	J. Nakano, M. Suzuki, S. Saheki, N. Migita. J. Japan Wood Res. Soc., 13, 208 (1967).
623.	H. Richtzenhain, B. Alfredsson. Acta Chem. Scand., 8, 1519 (1954).
624.	H. Richtzenhain, B. Alfredsson. Acta Chem. Scand., 10, 719 (1956).
625.	J. Gierer, H.-F. Huber. Acta Chem. Scand., 18, 1237 (1964).
626.	J. Gierer, L. Sundholm. Svensk Papperstidn., 74, 345 (1971).
627.	А. А. Чуксанова, И. Я. Шорагина. Изв. АН СССР, ОХН, № 8, 1511 (1960).
628.	Я. Я. Михайлов, Я. Я. Шорагина, Б. В. Лопатин. Изв. АН СССР, серия хим., № 4, 816 (1971).
629.	Т. Fukuzumi. Bull. Agr. Chem. Soc. Japan, 24, 728 (1960).
630.	H. Ishikawa, W. J. Schubert, F. F. Nord. Arch. Biochem. Biophys, 100, 131 (1963).
631.	P. Klason. Ber., 56B, 300 (1923).
632.	K. Freudenberg. Sitzungsber. Heidelberg. Akad. Wiss., Math.-naturwiss. KI., 19, 3 (1928).
633.	K. Freudenberg, F. Sohns. Ber., 66B, 262 (1933).
634.	K. Freudenberg. Ann. Rev. Biochem., 8, 81 (1939).
635.	H. Erdtman. Biochem. Z., 258, 172 (1933).
293
636.	К. Freudenberg, И. Н. Hiibner. Chem. Вег., 85, 1181 (1952).
637.	К. Freudenberg, К. Jones, Н. Renner. Chem. Вег., 96, 1844 (1963).
638.	В. О. Lindgren, Н. Mikawa. Acta Chem. Scand., 8, 954 (1954).
639.	E. Adler, S. Delin, K. Lundquist. Acta Chem. Scand., 13, 2149 (1959).
640.	A. Wacek, H. D dubner-Rettenbacher. Monatsh., 81, 266 (1950).
641.	A. Wacek, F. Zeisler. Monatsh., 83, 5 (1952).
642.	A. Wacek, W. Limontschew. Monatsh., 84, 453 (1953).
643.	H. Erdtman. Svensk Papperstidn., 43, 255 (1940).
644.	II. Erdtman. Svensk Papperstidn., 46, 226 (1943).
645.	H. Erdtman. Cellulosechem., 18, 83 (1940).
646.	II. Mikawa, K. Sato, C. Takasaki, H. Okada. J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Sect., 54, 299 (1951).
647.	H. Mikawa. Там же, стр. 651.
648.	H. Mikawa. Там же, стр. 741.
649.	Н. Mikawa. Там же, стр. 762.
650.	Н. Mikawa. J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Sect., 55, 342 (1952).
651.	В. O. Lindgren. Acta Chem. Scand., 5, 616 (1951).
652.	В. O. Lindgren, U. Saeden. Acta Chem. Scand., 6, 91 (1952).
653.	В. O. Lindgren. Acta Chem. Scand., 5, 603 (1951).
654.	K. Freudenberg, D. Rasenack. Chem. Ber., 86, 755 (1953).
655.	G. Jayme, K. Reimann. Das Papier, 12, 44 (1958).
656.	H. Erdtman, J. Gripenberg. Acta Chem. Scand., 1, 71 (1947).
657.	K. Ogiyama, T. Kondo. J. Japan Wood Res. Soc., 11, 206 (1965).
658.	K. Ogiyama, T. Kondo. J. Japan Wood Res. Soc., 14, 31 (1968).
659.	K. Ogiyama, T. Kondo. Там же, стр. 416.
660.	К. Ogiyama, Т. Kondo. J. Japan Wood Res. Soc., 11, 65 (1965).
661.	R. D. Haworth, D. Woodcock. J. Chem. Soc., 1939, 1054.
662.	K. Weinges. Tetrahedron Letters, 1960, № 20, 1.
663.	K. Ogiyama, T. Kondo. J. Japan Wood Res. Soc., 15, 331 (1969).
664.	K. Ogiyama, E. Taniguchi. J. Japan Wood Res. Soc., 16, 31 (1970).
665.	K. Ogiyama, E. Taniguchi. J. Japan Wood Res. Soc., 16, 277 (1970).
666.	G. Brunow. Suomen Kemistilehti, B42, 469 (1969).
667.	J. C. Pew. J. Am. Chem. Soc., 77, 2831 (1955).
668.	R. E. Davis, E. T. Reaville, Q. P. Peniston, J. L. McCarthy. J. Am. Chem. Soc., 77, 2405 (1955).
669.	H. Ishikawa, T. Nakajima. J. Japan. ’Forest. Soc., 36, 130 (1955).
670.	J. C. Pew. Nature, 193, 250 (1962).
671.	J. C. Pew. J. Org. Chem., 28, 1048 (1963).
672.	K. Freudenberg, V. Jovanovic, F. Topf-meier. Chem. Ber., 94, 3227 (1961).
673.	H. Cousin, H. Herissey. Compt. rend., 146, 1413 (1908).
674.	H. Cousin, H. Herissey. Bull. Soc. chim. France, Ser. 4, 3, 1066 (1908).
675.	H. Richtzenhain. Chem. Ber., 82, 447 (1949).
676.	K. Freudenberg, A. Sakakibara. Liebigs Ann. Chem., 623, 129 (1959).
677.	K. Freudenberg, K.-C. Renner. Chem. Ber., 98, 1879 (1965).
678.	D. E. Bland. Biochem. J., 81, 23 (1961).
679.	D. E. Bland, A. F. Logan. Biochem. J., 95, 515 (1965).
680.	E. Adler, R. Magnusson. Acta Chem. Scand., 13, 505 (1959).
681.	A. W. Sohn, H. Munder. Holzforschung, 9, 161 (1955).
682.	A. W. Sohn. Пат. ФРГ 1003206 (1957).
683.	J. Tanaka, T. Kondo. J. Japan. Techn. Ass. Pulp and Paper Ind., 11, 29 (1957).
684.	J. Tanaka, T. Kondo. J. Japan Wood Res. Soc., 5, 105 (1959).
685.	Cm. [379], стр. 235.
686.	H.-J. Teuber, G. Staiger. Chem. Ber., 88, 802 (1955).
687.	J. Tornquist. Paperi ja Puu, 43, 671 (1961).
688.	K. Freudenberg, H. Nimz. Chem. Commun., 1966, 132.
689.	K. Freudenberg, M. Friedmann. Chem. Ber., 93, 2138 (1960).
690.	K, Freudenberg, H. Tausend. Chem. Ber., 97, 3418 (1964).
691.	B. Johansson, G. E. Miksche. Acta Chem. Scand., 26, 289'(1972).
692.	Cm. [42], стр. 85.
693.	J. C. Pew, W. J. Connors. Nature, 215, 623 (1967).
694.	J. C. Pew, W. J. Connors. J. Org. Chem., 34, 580 (1969).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................. 3
Глава I. Общие представления о лигнине................................ 5
1.1.	Функции лигнина в растении................................... 5
1.2.	Распределение лигнина в клеточных стенках растительной ткани 7
1.3.	Неоднородность лигнина в древесине........................... И
Глава II. Лигноуглеводные связи в растительных тканях.................. 14
II.1.	Химические связи между лигнином и углеводными компонентами растительных тканей..............................................  14
II.2.	Водородные связи и возможность образования трехмерных сетчатых структур ......................................................... 19
II.3.	Возможные типы химических лигноуглеводных связей.......... 21
II.3.1.	Сложноэфирные и простые эфирные связи................. 21
II.3.2.	Фенолгликозидные	связи............................... 24
II.3.3.	Ацетальные связи...................................... 25
II.4.	Лигноуглеводные связи и проблема неоднородности лигнина ...	30
Глава III. Методы выделения и количественного определения лигнина в растительных тканях......................................................... 36
III.1.	Методы выделения лигнинов, близких к природному............. 37
III.1.1.	Лигнин Бьеркмана ...................................  37
III.1.2.	Лигнин Браунелла .................................. 41
III.1.3.	Диоксан-лигнин, или лигнин Пепиера................. 46
III.1.4.	Ультразвуковой лигнин.............................. 48
III. 1.5. Нативный лигнин Браунса........................... 49
III.2. Биолигнины................................................ 52
III.3. Методы количественного определения содержания лигнина в растительных тканях................................................ 55^
II 1.3.1. Метод Кюршнера ................................... 59
йава IV. Физические свойства лигнина................................. 64
IV.1. Молекулярный вес и полидисперсность препаратов лигнина ....	64
IV.1.1. Характеристика методов определения молекулярных весов лигнинов .................................................    64
IV.1.2. Молекулярные веса лигнинов, извлеченных из растительных тканей органическими растворителями ......................... 67
IV.1.3. Молекулярные веса щелочных лигнинов .................. 71
IV.1.4. Молекулярные веса лигносульфонатов (ЛС)..........  .	73
IV.1.5. Полидисперсность растворимых лигнинов................. 74
IV.2. УФ-спектры лигнина........................................... 80
IV.2.1. Природа УФ-сиектра поглощения лигнина ........	81
IV.2.2. Дифференциальные УФ-спектры лигнина................... 90
IV.3. ИК-спектры лигнина .......................................... 94
IV.3.1. Общий вид ИК-сиектров и их зависимость от способа выделения лигнина и исходного материала........................ 94
IV.3.2. Интерпретация полос поглощения в ИК-спектрах лигнина 97
IV.3.3. Дифференциальные ИК-спектры......................... 106
IV.3.4. Влияние температуры на ИК-спектры. лигнина.......... 107
IV.3.5. Методы количественного и полуколичественпого анализов в ИК-спектроскопии лигнина.................................. 108
IV	.4. ЯМР-спектры лигнина....................................... 110
1ава V. Современные представления о биосинтезе лигнина............... 123	-
V	.I. Введение.................................................. 123
V.	2. Образование мономерных промежуточных соединений в процессе биосинтеза лигнина .............................................. 124
V	.2.I. Роль двуокиси углерода в процессе лигнификации ....	124
V	.2.2. Роль углеводов	в	процессе	лигнификации............. 124
V	.2.3. Исследования процесса	ароматизации................. 125
295
V	.2.4. Исследования превращения ароматических аминокислот в мономерные предшественники лигнина............................ 1
V	.2.5. Возможность иных путей биосинтеза мономерных предшественников лигнина ......................................... 1
V	.2.6. Роль конифергша в процессе лигнификацпп.............. 1
V.3. Исследования образования лигнина из мономерных предшественников ........................................................ 1
V.3.I. Краткий исторический обзор работ ио биосинтезу лигнина in vitro ................................................... 1
V	.3.2. Механизм полимеризации кониферилового спирта......
V	.3.3. Принципы роста молекулы ДГП и основные промежуточные продукты, выделяемые в процессе образования биосинтетического лигнина ...........................................
V	.3.4. Химические и физические свойства ДГП и их сравнение со свойствами ЛМР..........................................
V	.3.5. Схема строения фрагмента лигнина..................
V	.3.6. Работы Пью по энзиматическому дегидрированию фенилпропановых соединений.........................................
V	.3.7. Химический синтез лигнина.........................
V	.4. Некоторые аспекты биосинтеза лигнина in vivo............
Глава VI. Строение лигнина...........................................
VI	. 1. Функциональные группы лигнина и методы их определения ....
V	I. 1.1. Метоксильные группы ..............................
V	I.1.2. Гидроксильные группы ............................
V	I.1.3. Карбонильные группы..............................
VI.2. Методы, используемые для установления строения лигнина . . . .
V	I.2.1. Окисление........................................
V	I.2.2. Этанолиз................................  .	. . .
V	I.2.3. Ацидолиз ..........................................
V	I.2.4. Гидролиз ........................................
V	I.2.5. Каталитическая гидрогенизация и гидрогенолиз.....
V	I.2.6.. Разложение металлическим натрием в жидком аммиаке . . .
V	I.2.7. Физические методы................................
VI.3. Основные структурные элементы лигнина и типы связи между его фепилпропановыми Звеньями........................................
V	I.3.1. Арилглицерин- р-арилэфирные структуры............
V	I.3.2. Фенилкумараповые структуры.......................
V	I.3.3. Пинорезинольные структуры........................
V	I..3.4. Бифенильные структуры...........................
V	I.3.5. 1,2-Диарилпропан-1,3-диольные структуры . . .....
V	I.3.6. Бензиларилэфирные структуры......................
V	I.3.7. Диарплэфирные структуры..........................
V	I.3.8. Типы связи между фенилпропановыми структурными звеньями лигнина ...............................................
Олег Павлович Г рушников, Владимир Васильевич Елкин
ДОСТИЖЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ ХИМИИ ЛИГНИНА
Утверждено к печати Институтом органической химии им. Н. Д. Зелинского Академии наук СССР
Редактор М. Л. Франк
Художник С. С. Верховский. Художественный редактор Н. Н. Власик Технические редакторы П. С. Кашина, Л. Н. Золотухина
Сдано в набор 23/П 1973 г. Подписано к печати 4/VI 1973 г. Формат 70X1087i«. Бумага № : Усл. печ. л. 25,9. Уч.-изд. л. 27,8. Тираж 1350. Т-04896. Тип. зак. 127. Цена 2 р. 16 к.
Издательство «Наука», 103717 ГСП, Москва, К-62, Подсосенский пер., 21.
1-я тип. Издательства «Наука». 199034, Ленинград, 9 линия, д. 12
130
133
134
135
135 139
140
145 147
150 154
155
16.' io;
IS 1ft 18
18
18
26
23
28
20
24
28 -
28
28
21 36 20 23 28 30	ИСПРАВЛЕНИЯ И ОПЕЧАТКИ			
	Стр.	Строка	Напечатано	Должно быть
31	14	16 св.	инкрустационного	инкрустирующего
	75	2 сн.	соответствующих	без соответствующих
	82	7 сн.		
	112	Табл.IV.9	[261]	[259]
—		(аагл.)		
	114	Рис. IV.17	Иокоямы	4 — Иокоямы
		(подпись)		
			1 —С-1	1 —С— I
	192	Ф-ла XIX		п
			\/\	
			I исн3	|.
			он	он
	273	15 сн.		r;
2.
О. И. Трушников, В. В. Елкин