URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Захаров А.Г. Научные основы химической технологии углеводов
Id: 57048
 
815 руб.

Научные основы химической технологии углеводов

URSS. 2008. 528 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-382-00622-2.

 Аннотация

Предлагаемая читателю коллективная монография обобщает научные достижения последнего десятилетия в области химии углеводов. Впервые во взаимосвязи рассматриваются особенности структуры, физико-химических и биохимических превращений, а также модификации углеводов по всей иерархической цепочке соединений данной группы, включая моно- и дисахариды, олигосахариды, полисахариды крахмала, хитин, хитозан и целлюлозу. Обсуждаются вопросы взаимодействия углеводов с разнообразными растворителями (включая водные и неводные растворы), низкомолекулярными соединениями, макроциклическими и высокомолекулярными реагентами. Рассмотрены некоторые аспекты механохимической модификации углеводов в твердом состоянии и в гелях. Проанализированы современные представления о ферментативной деградации полисахаридов, технологии энзимной переработки природных полимеров, особенностях молекулярной и надмолекулярной организаций биомолекул в твердом виде и в растворах, а также о структуре образованных ими соединений включения с различными низкомолекулярными, макроциклическими и макромолекулярными соединениями. Приводятся варианты практического использования углеводов и их соединений в различных областях современной промышленности.

Книга адресована ученым-исследователям, химикам-технологам, специалистам в области химии углеводов, а также аспирантам и студентам вузов соответствующих специальностей.


 Оглавление

Предисловие
1. Молекулярные комплексы моно- и олигосахаридов в растворах
 Введение
 1.1.Особенности структуры и состояния моно- и олигосахаридов в растворах
  1.1.1.Таутомерные равновесия и конформации в растворе
  1.1.2.Стереохимия моно- и олигосахаридов. Ее влияние на гидратацию и реакционную способность
 1.2.Молекулярные комплексы моно- и олигосахаридов с макроциклическими соединениями в растворах
  1.2.1.Циклодекстрины
  1.2.2.Циклофаны
  1.2.3.Краун-эфиры
  1.2.3.1.Характеристика вхаимодействий сахарид -- краун-эфир в растворах с точки зрения вириальных энтальпийных коэффициентов парных взаимодействий
  1.2.3.2.Термодинамические параметры образования молекулярных ассоциатов между некоторыми сахаридами и краун-эфирами в воде
  1.2.3.3.Объемные эффекты взаимодействий в трехкомпонентных системах сахарид--краун-эфир--вода
 1.3.Взаимодействия моно- и олигосахаридов с малыми молекулами, представляющими биологический интерес
  1.3.1.Взаимодействия моно- и олигосахаридов с азотсодержащими молекулами в растворах
  1.3.2.Взаимодействие моно- и олигосахаридов с аминокислотами и пептидами в водных растворах
 Литература к главе 1
2. Циклодекстрины. Физико-химические аспекты образования комплексов "хозяин-гость" и молекулярная избирательность по отношению к биологически активным соединениям
 Введение
 2.1.Структура и физико-химические свойства циклодекстринов
 2.2.Комплексообразующие свойства циклодекстринов и основные направления их практического использования
 2.3.Термодинамические и структурные аспекты селективного взаимодействия циклодекстринов с некоторыми биологически активными молекулами в водном растворе
  2.3.1.Подходы, используемые для термодинамического описания межмолекулярных взаимодействий
  2.3.2.Комплексообразование alpha- и beta-циклодекстринов с основаниями нуклеиновых кислот. Термодинамическое и ЯМР 1H спектроскопическое исследование
  2.3.3.Термодинамика и механизм образования супрамолекулярных комплексов природных и модифицированных циклодекстринов с некоторыми витаминами
 Литература к главе 2
3. Соединения включения амилозы
 Введение
 3.1.Структурная и надмолекулярная организация молекул амилозы в твердой фазе и в растворах
  3.1.1.Структурные особенности молекулы амилозы
  3.1.2.Структура соединений включения амилозы
  3.1.3.Кристаллическое соединение включения иод-амилоза
  3.1.4.Структура растворов амилозы
 3.2.Комплексообразование амилозы с малыми молекулами в растворах
  3.2.1.Образование соединений включения йод--амилоза в растворах
  3.2.2.Соединения включения амилозы с красителями в растворах
  3.2.3.Каталитический эффект соединений включения
 Заключение
 Литература к главе 3
4 .Физико-химические свойства растворов природных полимеров и их смесей
 Введение
 4.1.Физико-химия растворов целлюлозы и ее смесей с природными и синтетическими полимерами в растворах и пленках
  4.1.1.Растворение целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде и бинарных системах на его основе
  4.1.2.Совместимость целлюлозы с природными и синтетическими полимерами в растворах и пленках
 4.2.Физико-химия растворов фиброина и его совместимость с природными и синтетическими полимерами в растворах и в пленках
  4.2.1.Физико-химические свойства растворов фиброина
  4.2.2.Исследование совместимости фиброина с природными и синтетическими полимерами в растворах и в пленках
 Заключение
 Литература к главе 4
5. Закономерности формирования структуры в процессе переработки целлюлозы и ее производных в присутствии жидкости
 Введение
 5.1.Современные представления о строении целлюлозы
 5.2.Физические и физико-химические основы активации целлюлозы
 5.3.Сольватационные процессы и структурообразование в жидкофазных эфироцеллюлозных растворах
 Литература к главе 5
6. Растворы целлюлозы в оксидах третичных аминов: межмолекулярные взаимодействия, структура, реология
 Введение
 6.1.Химическое строение и молекулярная структура целлюлозы. Особенности взаимодействия с целлюлозой новых неводных электронодонорных растворителей -- оксидов третичных аминов
 6.2.О механизме растворения целлюлозы в ОТА
 6.3.Особенности твердофазного взаимодействия целлюлозы с ММО
 6.4.О жидкокристаллическом состоянии целлюлозы
 6.5.Реологические свойства растворов целлюлозы и ее смесей с другими полимерами в N-метилморфолин-N-оксиде
  6.5.1.Вязкостные свойства
  6.5.2.Вязкоупругие и высокоэластические свойства
  6.5.3.Релаксационные свойства
  6.5.4.Реологические свойства растворов целлюлозы в ММО с добавками ПЭГ
  6.5.5.Растворы смесей целлюлозы и ЖК-полимеров в ММО
 Литература к главе 6
7. Взаимодействие целлюлозы и других полисахаридов с водными системами
 Введение
 7.1.Влияние воды и водных систем на релаксационное состояние целлюлозы и других полисахаридов
  7.1.1.Релаксационное (физическое) состояние целлюлозы
  7.1.2.Влияние пластифицирующих сред на релаксационное (физическое) состояние полимера
  7.1.3.Влияние воды и других низкомолекулярных жидкостей на релаксационное состояние целлюлозы
  7.1.4.О механизме расстекловывания целлюлозы под действием воды и других низкомолекулярных жидкостей
 7.2.Специфические особенности химических, физико-химических и механохимических процессов при высокоэластическом состоянии целлюлозы
 7.3.Роль высокоэластического состояния целлюлозы при осуществлении ее химических превращений
 7.4.Изменение релаксационного состояния целлюлозы и других полисахаридов в процессах получения и переработки бумаги и картона
  7.4.1.Влияние сушки на релаксационное состояние полимерных компонентов древесины
  7.4.2.Изменение релаксационного состояния целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина при получении бумаги
  7.4.3.Влияние целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина на прочность бумажного листа при использовании различных волокнистых полуфабрикатов
 7.5.Многокомпонентные целлюлозные суспензии
 7.6.Роль релаксационного состояния полимеров в процессах получения целлюлозных композиционных материалов
 7.7.Роль капиллярно-пористой структуры бумаги при нанесении на бумагу покрытий
 Заключение
 Литература к главе 7
8. Механоинициируемые структурные и химические превращения в растворах и жидких дисперсиях полисахаридов
 Введение
 8.1.Ультразвуковая и гидроакустическая аппаратура
 8.2.Механодеструкция полисахаридов в растворах и гелях
  8.2.1.Механодеструкция растворенных полисахаридов, инициирумая ультразвуковыми и сдвиговыми воздействиями
  8.2.2.Механодеструкция клейстеризованного крахмала при гидроакустических воздействиях
 8.3.Механоинициируемые структурные процессы в растворах и гелях полисахаридов
  8.3.1.Влияние гидроакустических воздействий на реологические свойства Na-карбоксиметилцеллюлозы
  8.3.2.Структурные превращения в гидрогелях крахмала, инициируемые гидроакустическими воздействиями
 8.4.Влияние интенсивных механических воздействий на реакционную способность крахмала
  8.4.1.Влияние гидроакустических воздействий на скорость реакции гетерогенного окисления крахмала
  8.4.2.Влияние гидроакустических воздействий на скорость реакции окисления клейстеризованного крахмала
  8.4.3.Влияние ультразвуковых и гидроакустических воздействий на скорость кислотного гидролиза клейстеризованного крахмала
 8.5.Примеры промышленного использования роторно-импульсных аппаратов в технологиях ускоренного приготовления модифицированных крахмальных материалов
 Литература к главе 8
9. Биохимическая модификация полисахаридов в процессах текстильного производства
 Введение
 9.1.Современные представления о ферментативной деградации полимеров
  9.1.1.Специфика деструкции полимеров мультиэнзимными комплексами
  9.1.2.Состав мультиэнзимных комплексов, расщепляющих полисахариды
  9.1.3.Роль синергизма в действии гидролитических ферментов
  9.1.4.Особенности проявления каталитических свойств множественных форм ферментов
  9.1.4.1.Термостойкость полиферментных препаратов и их компонентов
  9.1.4.2.Адсорбция ферментов твердофазным субстратом
 9.2.Научно обоснованные подходы к подбору полиферментных препаратов для биомодификации крахмалсодержащих составов в текстильной промышленности
  9.2.1.Критерии подбора ферментных препаратов для биохимической клейстеризации крахмала
  9.2.2.Оценка влияния биомодификации крахмала на распределение шлихты в структуре текстильного материала
  9.2.3.Совершенствование методов биохимического удаления крахмальных примесей с текстильных материалов
  9.2.3.1.Специализированные препараты для применяемых вариантов подготовки льняных и хлопчатобумажных тканей
  9.2.3.2.Особенности биохимической расшлихтовки опаливаемого ассортимента тканей
  9.2.4.Задачи и преимущества биомодификации загущающих и аппретирующих крахмальных композиций
  9.2.4.1.Биохимические способы интенсификации массопереноса в процессах узорчатой расцветки тканей
  9.2.4.2.Биомодификация крахмала в процессах заключительной отделки тканей
 9.3.Развитие методов ферментативной подготовки текстильных материалов из натуральных целлюлозных волокон
  9.3.1.Роль целлюлаз в процессах биоскоринга хлопчатобумажных тканей
  9.3.2.Особенности ферментативной мацерации льняной ровницы
  9.3.3.Комплексный подход к ферментативному разрушению полимерных примесей при облагораживании льняных тканей
 Литература к главе 9

 Предисловие

Углеводы представляют собой наиболее распространенную группу природных соединений, вызывающую возрастающий интерес благодаря своим уникальным физическим, биохимическим и технологическим свойствам, использование которых открывает широкие перспективы в различных областях современной жизни. Источниками углеводов в окружающем нас мире являются, главным образом, растения, хотя углеводы широко представлены в структуре тканей и физиологических жидкостей животных и человека.

Среди природных углеводов важнейшая роль принадлежит полигликозидам, основой молекулярной структуры которых являются молекулы глюкозы -- целлюлоза, амилоза и многочисленные олигосахариды.

В целлюлозе заключено около пятидесяти процентов всего углерода, находящегося в растениях, и по общей массе целлюлоза занимает первое место среди всех органических соединений. Физиологически целлюлоза выполняет структурную функцию -- из нее построены клеточные стенки всех растений. Крахмал служит главным энергетическим запасом растений. Молекулы крахмала состоят из двух компонентов -- амилозы и амилопектина. Он накапливается в клетках в виде так называемых крахмальных зерен. Основными органами растений, где запасается крахмал, являются хлоропласты листьев, а также клубни картофеля или семена злаков и бобовых. Хитин -- широко распространенный в природе полисахарид, участвует в образовании наружного скелета членистоногих и некоторых других беспозвоночных животных, а также оболочек некоторых сапрофитов. Олигосахариды (в частности, сахароза), содержащиеся во многих растениях, относятся к важнейшим пищевым продуктам.

Области практического использования углеводов и их роль в процессах живой природы настолько разнообразны, что отразить их в одной монографии невозможно. При написании данной книги авторы рассмотрели только те структурные, химические, физические и биологические свойства углеводов и процессы с участием этих соединений, которые на данном этапе представляют максимальный интерес как с точки зрения их биологической роли, так и с позиции их полезности в различных аспектах жизнедеятельности человека, включая медицину и технологию. В монографии рассмотрены главным образом химические взаимодействия с участием гомополисахаридов, построенных из молекул глюкозы, и их свойства. Вместе с тем представлен ряд полисахаридов, состоящих из аминосахаров.

Если рассматривать полисахариды в целом, то химические процессы с их участием можно подразделить на две группы. К первой следует отнести химические реакции синтеза полисахаридов из мономерных молекул или дисахаридов, а также реакции с участием полисахаридов, приводящие к разрыву их внутримолекулярных связей и переходу в новое структурное и химическое состояние. К таким реакциям следует отнести в первую очередь ферментативные реакции с участием полисахаридов, а также процессы их химической модификации путем введения разнообразных заместителей органической и неорганической природы. Современные технологии используют также такие способы изменения структурного и реакционного состояния полисахаридов, как интенсивные механические или совмещенные механохимические воздействия, включая сонохимию, плазмохимию и радиохимию.

Ко второй группе процессов, представляющих существенный интерес, относятся химические реакции полисахаридов с разнообразными молекулами и ионами, приводящие к образованию между ними устойчивых соединений, не сопровождающиеся разрывом внутримолекулярных связей в полисахаридах.

История науки имеет множество значительных достижений, связанных с химией и биохимией полисахаридов, которые открыли новые возможности их практического использования. Начало XX века было ознаменовано присуждением Э.Фишеру Нобелевской премии за открытия в области химии сахаридов, что послужило толчком к стремительному развитию химии углеводов. К наиболее значительным успехам прошедшего столетия в области химии углеводов следует отнести открытие реакций химического синтеза сахаридов и ферментативного синтеза полисахаридов, выявление иммуностимулирующей роли полисахаридов, получение циклодекстринов -- природных макроциклических молекул, дающих соединения включения. Был установлен двухкомпонентный состав полисахаридов крахмала и охарактеризована их структура. Выявлено строение молекул целлюлозы и пути ее химической модификации.

Промышленное значение целлюлозы огромно. Из нее изготавливают, в частности, хлопчатобумажные ткани и бумагу, хотя производство нитроцеллюлозы составляет более 70% от общего количества перерабатываемого биополимера. До сих пор основными способами обработки целлюлозного сырья остаются так называемые сульфатная и сульфитная варки. К сожалению, данные технологии приводят к накоплению вредных промышленных отходов и загрязнению окружающей среды. Поиск путей эффективного, экологически безопасного использования природных источников целлюлозы позволил не только установить ее молекулярное строение и пути химической модификации, но и привел к разработке неводных растворителей, позволяющих получать концентрированные растворы целлюлозы, являющиеся основой для получения волокон и пленок. Применение метилморфолин-N-оксида и его смесей с диметилсульфоксидом, 2-метил-N-пирролидоном и сульфоланом дает возможность получать растворы с содержанием целлюлозы более двадцати пяти процентов. Такие растворы характеризуются ярко выраженными признаками высокоориентированного состояния молекул биополимера, что создает возможности получения изделий с улучшенными физико-механическими и уникальными оптическими свойствами. Это является предпосылкой для создания замкнутых технологий получения материалов из растворов целлюлозы, использующих регенерацию растворителей и исключающих промышленные экологически вредные сбросы.

Интенсивные механические или совмещенные механохимические воздействия на полисахариды или на их коллоиды играют существенную роль в современной технологии их переработки и модификации. Специфика биополимеров накладывает отпечаток на изменение их структуры и реакционной способности при интенсивном перемешивании, сдвиговых воздействиях, истирании и нагреве. Это дает возможность получать продукты с набором свойств, недостижимых при традиционных способах переработки полисахаридов.

На основе растворов полисахаридов -- целлюлозы, амилозы, хитозана -- можно формировать высокопрочные пленки. Химическая модификация молекул биополимеров разнообразными заместителями позволяет получать как растворимые, так и нерастворимые в воде пленки. Важной задачей является разработка биодеградируемых полимеров.

Энергетические характеристики взаимодействия сахаридов с разнообразными молекулами, включая хиральные формы, различны. Это свойство лежит в основе применения полисахаридов и сахаров в качестве активных фаз в жидкостной хроматографии. В последнее время полисахариды, такие как циклодекстрины, производные крахмала и целлюлозы широко используются в фармацевтике для разделения и очистки лекарственных форм. Возможность разделения оптически активных таутомеров с помощью полисахаридов имеет большое значение в связи с принятием рядом стран законодательных актов о хиральной чистоте лекарственных препаратов.

Развитие химии углеводов привело к тому, что биополимеры данной группы стали с успехом использовать в медицине в качестве конструкционных материалов -- искусственные органы (мембраны) и ткани, покрытия, клеи и т.д. В фармацевтической практике полисахариды нашли применение в технологии лекарств как вспомогательные вещества: пролонгаторы, эмульгаторы, покрытия таблеток, основы для мазей и других лекарственных форм. Из целлюлозы и ее производных изготавливают высокоэффективные биосорбенты и энтеросорбенты.

Существенный интерес представляет использование полисахаридов при конструировании новых лекарственных препаратов, состоящих из комбинации биополимера-носителя и низкомолекулярных или высокомолекулярных физиологически активных веществ, ковалентно связанных с полисахаридами или инкапсулированных в молекулярные полости, сформированные полисахаридами. Значительная роль при этом отводится циклодекстринам, разнообразным модификациям амилозы, декстранам. В результате появляется возможность получения лекарственных препаратов с заданной активностью, с регулируемой фармакокинетикой (длительностью действия, распределением в организме, направленным транспортом в орган-мишень) и рядом других свойств, которые трудно или невозможно придать традиционно используемым лекарственным формам. Важно, что биодеструкция (ферментативный распад) полисахаридов в организме приводит к их утилизации и практически полному выведению.

Конец XX и начало XXI века привнесли в химию углеводов ряд новых направлений, связанных с углублением представлений об их роли в процессах жизнедеятельности, реализацией новых подходов к структурной организации веществ с участием полисахаридных матриц, созданием новых путей направленного синтеза гликозидов и олигосахаридов, а также новых принципов переработки и использования полисахаридов. Важнейшую роль в химии углеводов играет растворитель. Химическая природа и структура растворителя определяют не только их растворимость, но и их структурную и надмолекулярную организацию в растворах и реакционную способность. Процессы гидратации и сольватации играют фундаментальную роль как в химии углеводов, так и во всех процессах, протекающих в живой природе. Необходимо отметить, что роль растворителя в химических реакциях с участием углеводов и в процессах сольватации этих биополимеров в настоящее время недостаточно изучена. Эта проблема, разрабатываемая сравнительно недавно, находится в стадии накопления и осмысления экспериментальных и теоретических результатов.

Сделанный краткий экскурс, отражающий роль и место углеводов в современной науке и технологии, не в состоянии охватить эту динамично развивающуюся область в целом. Часть из этих научных направлений рассматривается в данной книге.

Доктор химических наук,
профессор А.Г.Захаров,
Доктор химических наук
А.В.Агафонов
 
© URSS 2016.

Информация о Продавце