Kemisk uppbyggnad av biomassa III - lignin, extraktivämnen, organiskt material Flashcards
(34 cards)
Vad är lignin?
- Unik biomolekyl
- Tillhör ingen större klass kolhydrat (ej kolhydrat eller protein)
- Optiskt inaktiv - racemiskt, trots många optiskt aktiva kol, detta pga lika många av båda virala formerna
- Väldigt många olika typer av bindningar
- etrar och kol-kol bindningar (huvudsakligen)
- nätformat (cellulosa linjär och ogrenad, hemi grenad från huvudkedjan, nätnoder delar sig och går ihop igen)
- biopolymeriseringen => radikal process och inte kondensation (varför den har dessa unika egenskaper)
Lignins biologiska roll
Styvhet till cellvägg
- ved kan beskrivas som kompositmaterial med cellulosa fibriller/fibrill som stärker fibrer i ett amorft lignin/hemi matris
Limmar ihop celler
Gör cellväggen hydrofob
Motståndskraftig mot mikrobiologisk attack
Strukturen är väl anpassat för dessa funktioner
- aromatiska ringar ovh hydroxidgrupperr integrerar bra med kolhydrater. Stora möjligheter för icke-kovalenta bindningar mellan lignin och polysackarider.
- finns också kovalenta bindningar => nätverk som tvärbindar också ger styvhet
Vilka interaktioner finns det mellan lignin och kolhydrater
Vätebindningar
Aromatisk interaktion
Kovalent bindning
Monolignoler (manometer hos lignin), vilka tre finns det? vad skiljer dem åt?
p-coumaryl alkohol (endast OH-grupp) coniferyl alkohol (OH och en OCH3) sinapyl alkohol (OH och två OCH3)
SE BILD PÅ DEM I ANTECKNINGAR.
Monolignolers komposition
Barrved
- p-coumaryl <5%
- coniferyl >95%
- sinapyl 0%
Lövved
- p-coumaryl 0-8%
- coniferyl 25-50%
- sinapyl 46-75%
Gräslignin
- p-coumaryl 5-33%
- coniferyl 33-80%
- sinapyl 20-54%
Hur går det till när lignin bildar kovalenta bindningar
En conferyl alkohol radikal med en oparad e i 5 position som närmar sig en fenolisk ändgrupp också radikalen i 5-pos
=> bildar kov bind => rearrangemang (vätet lämnar och flyttar till syret) => 5-5’ bind
Två radikaler möts. En i 5’-pos och en i 4-O-pos => slås ihop => kov bind => omorganisation, vätet flyttas till syret, man får en aromat => 4-O-5’ bind
Quinonmetid
- har resonansstruktur
- zwitterjon (aromatisk) => stabil. Mer gynnsam än man tror
LCC - kom bind mellan polysackarider och lignin
- Får ester eller eter
- OH tar vattnets roll
- Bildas alkohol ? => alfaeter => omlagring => gammaetrar
- Bildas ester? => alfaester => omlagring => gammaestrar
- Kallas LCC
- Fenylglykosidbindning också vanlig
- lignin kan tvärbinda kov bind i ved
- lignin hindrar från att svälla i vatten
- lignin - härdande substans
Hur bildas ligninpolymer?
- Bulkpolymerisation (massa monolignoler om oxideras., först kopplas ihop 2 och 2, sen 4 och 4 osv)
- Ändvis polymerisation (en ändgrupp och monolignoler, monolignolerna kopplar på sig en och en på växande ändgrupp)
- Syntetiskt (oftast bulk)
- Naturligt (oftast ändvis)
Vad gör monolignolsammansättningen?
bestämmer strukturen av lignin
Ligninstrultur i reaktionsved (barrved)
- p-coumaryl alkoholen i barrved (men inte mycket) men det som finns finns i tryckvedsligninet (upp till 30%)
=> mer kondenserat lignin, mer kol-kol bindningar
=> mer motståndskraftigt i kemisk massatillverkning (PROBLEM)
Suberin
- finns i de flesta former av bark (speciellt lövved)
- bark skiljer sig avsevärt
- ligninliknande. har monolignoler som är karboxylsyror
- fettsyror och glycerol som bildar kov bind
- struktur:
aromatisk del som liknar lignin men med gamma-karboxylsyror
långa fettsyror
hydrofob polymer
motståndskraftig - Suberin = korkämne
- vinkork består mycket av denna
Tanniner
- Mer avlägset från lignin (påminner)
- I bark, kärnved, vissa trädarter
- Två typer: hydrolyserbara och kondenserade
oorganiska material
- saltmetaller
- obetydlig mekanisk roll
- metalljoner spelar roll ibland
- kan ge oss olika typer av processproblem
Extraktivämnen
- stor och heterogen
- kan ha olika roller: 1 metabolism (energilagring) OCH 2 försvarssystem mot insekter och mikroorganismer (ex i bark)
- biologiskt aktiva
Typer av extraktion ämnen
Vattenlösliga
- socker
- lignan och andra
Resins (Lipophilic extractive)
- fett, fettsyror, vax, fet alkohol
- sterol esters och steroler
- Terpenoids (terpenes och polyisoprenes)
Vattenlösliga extraktivämnan
Socker
- energilagring
- nedbrytning
- metabolisk
Fenoliska
- lignan, stilbenes, tannis, flavanoids
Giftverkan och kan ge problem i vatten
Stilben (pinosylvin) kan störa kemiska massatillverkningen
Måste rena utsläpp från mekanisk massabruk
Resins 1: Fett, fettsyror m.m.
Roll: energilagring
Fettsyror (i ved) har oftast jämt antal kol (12-25)
Fett alkoholer och rena kolvätekedjor kan finnas
I barrved finns framför allt omättade strukturer med dubbelbind.
I lövved finns mer mättade
Fett (triglycerider) och vax är mest hydrofob
Triglycerid är huvudproblem i kvarnar, men kan också ge värdefulla biprodukter
Resins 2: Terpenerna
Funktion: försvar
Monomener, oligomener och polymerer av isopropen (“1/2 terpen”)
Vissa är cykliska
De längre terpenerna är flyktiga (går över i gasfas), är anledningen till den typiska lukten i barrskog
De längre är vätskeformiga och de längsta är i fast form
Stor teknisk användning (ex. råterpentin, naturgummi)
Resin syror
Hartssyra - syror baserade på tricyklisk diterpener
Viktigt i barrved
Cyklisk struktur med bär på en karboxylsyra => antifilisk
Kan vara giftiga och kan ge miljöproblem när de kommer som utsläpp från mekanisk massatillverkning
Hög löslighet i alkaliska förhållanden
Teknisk användning när de kan erhållas som bioprodukter
Resins 3: Steroler
Polycyklikt grundstruktur
Stor och viktig grupp i mesta liven
Vanlig i barrved
Kan bilda sterolestrar med fettsyror
En viktig: betulinol, finns i väldigt stora mängder i björkbark. Ställer till mycket stora problem i massabruk när man kokar björkved. Likhet med kolesterol
Extraktivämnesinnehåll och komposition varierar?
Barrved eller lövved
- endel lövved har högt innehåll av hydrofoba, mycket steroler, mycket oladdade resterna => mer besvärliga
- barrved har mer laddade och anfifila => mer gynnsamt på många sätt
Variation mellan nära besläktade
- ex. tall har mer extraktivämnen än gran och specifikt har pinosylvin som ställer till der vid massatillverkning
Klimat och växtplats
- långsammare växta => fler extraktivämnen
Historia hos individuellt träd
- träd med en mer “våldsam” historia har mer extraktivämnen (försvarssystem)
Vart finns extrakitivämnena?
Mest i märgen, mitten av trädet. Också mycket i kärnveden och bark, även i splintveden.
I splintveden finns det i märgstrålarna i parenkymceller, i hartchkanaler (utsöndras).
I kärnveden är extrakitivämnena mera jämt fördelade
Lägre extraktivinnehåll i splintveden är kärnved
Fetter finns framförallt i splintveden
Hatch och pinosylvin finns mest i kärnveden
Vad är ägglådor?
Kalsium som tvräbinder kedjor av pektin.
Viktigt i mitt lamellen i tvåhjärtbladiga
