СПЕКТРАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИГНИНОВ 2. ИК-СПЕКТРЫ ДИОКСАНЛИГИНОВ ЗЛАКОВЫХ РАСТЕНИЙ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены спектроскопические данные шелухи и соломы злаковых культур, стеблей сорго и кукурузы, которые были охарактеризованы методом инфракрасной спектроскопии. Сделан вывод о том, что лигнин злаков характеризуется наличием сложноэфирных связей между фенилпропановыми структурными единицами.

ABSTRACT

This article presents spectroscopic data of cereal plants, rice husks and straw, sorghum and corn stalks, which are characterized by IR spectroscopy. It is concluded that cereal lignins are characterized by the presence of ester bonds between the phenylpropane structural units of the studied lignins.

Ключевые слова: лигноцеллюлозные материалы, фенилпропановые структурные единицы, диоксанлигнины, фенолокислоты.

Keywords: lignocellulosic materials, phenylpropane structural units, dioxanelignins, phenolic acids.

В предыдущем исследовании, используя УФ-спектры, мы проанализировали химический состав исследуемых объектов и определили их физико-химические характеристики.

Изучение данных выявило, что характерной особенностью УФ спектров лигнинов риса, кукурузы и сорго является гиперхромный эффект в области 280–380 нм, и наличие высокоинтенсивных полос при 315–316 нм. Подобные спектры характерны для лигнинов злаковых и некоторых травянистых растений. Хигучи приписывал эту полосу сопряженной системе кислоты, связанной с лигнином сложной эфирной связью. Как было показано результатами щелочного гидролиза, в продуктах гидролиза исследуемых лигнинов злаковых растений идентифицируется в большом количестве п-оксибензойная кислота. Следовательно, для лигнинов злаковых растений характерно наличие связанных сложноэфирной связью фенолкарбоновых кислот [1].

ИК спектры лигнинов как нерегулярного аморфного высокомолекулярного вещества растительного происхождения имеет особенности, отличающие их от ИК спектров низкомолекулярных веществ. ИК спектры лигнинов представляют собой не отдельные полосы поглощения, а контур совокупности перекрывающихся полос поглощения, так как при одном и том же волновом числе ИК спектров лигнинов поглощают разные функциональные группы. Тем не менее, внешний вид ИК спектра и группировка полос поглощения является объективной характеристикой, и позволяет однозначно идентифицировать лигнин.

В ИК спектрах исследуемых диоксанлигнинов имеются полосы характерные для (см^-1): гидроксильных групп (3400), β-карбонильных групп (1700), бензольного кольца с заместителями (1610,1600,1510), метоксильных групп (1424,1423), гваяциловых ядер (1330), простых эфирных связей (1280), но их интенсивности различны для каждого препарата (рис. 1–4, табл. 1).

Гидроксильные группы лигнинов обусловливают поглощение в двух основных областях спектра: в области 3700–3000см^-1 за счет валентных колебаний ОН групп, и в области 1200-900 см^-1 деформационных колебаний О-Н и С-Н связей. Из данных таблицы видно, что в ИК-спектрах всех исследуемых лигнинов проявились поглощения, характерные для колебаний ОН групп.

Таблица 1.

Значения частот валентных колебаний функциональных групп в диоксанлигнинах злаковых растений, см^-1

*Данные для диоксанлигнина стеблей кенафа, сем. мальвовые [2]

В ИК спектрах лигнинов наибольшее внимание привлекают полосы поглощения гидроксильных (3600–3000 см^-1) и карбонильных (1750–1600 см^-1) групп. В ИК-спектрах всех исследуемых лигнинов наблюдаются полосы поглощения, характерные для карбонильных и карбоксильных групп.

Рисунок 1. ИК- спектр диоксанлигнин рисовой лузги

Рисунок 2. ИК- спектр диоксанлигнин рисовой соломы

Рисунок 3. ИК - спектр диоксанлигнин стеблей кукурузы

Рисунок 4. ИК - спектр диоксанлигнин стеблей cорго

Наибольший интерес представляет ИК-спектр в области 1750–1600 см^-1, где наблюдаются карбонильные группы и их колебательные частоты, а также ОН – группы лигнина. В ИК-спектрах исследуемых лигнинов наблюдались полосы поглощения, характерные для карбонильных и карбоксильных групп (табл. 1).

Многие ученые относят пик поглощения при 1720 см^-1 в лигнине лиственных пород к ароматическим эфирным группам [3]. Поглощение фенолкарбоновых кислот зависит от типа заместителя в ароматическом кольце. Так, ванилиновая кислота поглощает при 1677 см^-1, вератровая при 1672 см^-1, бензойная – при 1686 см^-1. На фрагменте ИК спектра ДЛА рисовой соломы видны полосы при 1707 см^-1, вероятно, характеризующие поглощение карбоксильной группы.

Таким образом, ИК-спектральные исследования показали различия в свойствах исследуемых лигнинов. Предположения о наличии фенолкарбоновых кислот, связанных с лигнином, или о наличии сложноэфирных связей между ФПСЕ исследуемых лигнинов были подтверждены данными ИК-спектров для полосы поглощения 1716–1697 см^-1.

Список литературы:

1. Джуманова З.К.  Спектральная характеристика лигнинов.  I.УФ-спектры диоксанлигнинов злаковых растений // Universum: Химия и биология.  – №12 (102).  – 2022. DOI - 10.32743/UniChem.2022.102.12.14645
2. Кочева Л.С. Структурная организация и свойства лигнина и целлюлозы травянистых растений семейства злаковых: автореф. дис. … д-ра хим. наук. – Архангельск. – 2008. – 40 с.
3. Кирюшина М.Ф., Федулина Т.Г., Беннасер Э.М., Султанов В.С. Реакционная способность димерных моделей лигнина в растворах гидроксида тетрабутиламмония // Сб. науч. ст. междунар. конф. «Физикохимия лигнина». – Архангельск. – 2005. – С.258–262.