Byggstenar
Lignin byggs av tre likartade molekyler. Var och en har en bensenring och en kort svans av tre kolatomer. De skiljer sig bara i antalet metoxylgrupper på ringen: ingen, en eller två. Enheterna de bildar betecknas H, G och S.
Monolignolerna är p-kumarylalkohol, koniferylalkohol och sinapylalkohol, som ger p-hydroxifenyl- (H), guajacyl- (G) och syringylenheter (S) i polymeren. Var och en bygger på en C6-C3-fenylpropanenhet. Barrvedslignin är nästan helt guajacyllignin (med lite H), lövvedslignin är guajacyl-syringyllignin, och gräslignin innehåller alla tre.
Hur polymeren växer
Lignin har ingen ritning. Enzymer gör om alkoholerna till reaktiva radikaler, och dessa fäster vid varandra slumpmässigt. Varje ligninmolekyl är unik, så en ligninformel i en lärobok är alltid bara en skiss.
Monolignolerna oxideras av peroxidaser och lackaser till fenoxiradikaler som kopplas kombinatoriskt, utan mall och, enligt den vedertagna teorin, utan enzymatisk styrning av stereokemin; kedjan växer främst genom att en monomer adderas till polymerens ände. Lignin är därför optiskt inaktivt och saknar en enhetlig struktur; det beskrivs genom andelarna av olika enhets- och bindningstyper.
Bindningar mellan enheterna
Oftast är enheterna förbundna via en syreatom, β-O-4-bindningen. Den är relativt lätt att bryta, och det utnyttjas vid kokningen. Det finns också starka kol-kolbindningar som knappast bryts alls.
β-O-4-bindningen (arylglycerol-β-aryleter) utgör ungefär hälften av bindningarna mellan enheterna i barrvedslignin och cirka 60 % i lövvedslignin. Resten är C-C-bindningar (β-5, 5-5, β-β, β-1) och 4-O-5-diaryletrar. I S-enheter bär C5-positionen en metoxylgrupp, så de kan inte bindas via C5: de bildar inga 5-5-bindningar och kan delta i β-5- och 4-O-5-bindningar bara från andra sidan. Lövvedslignin är därför mindre kondenserat och lättare att avlägsna vid kokning.
Hur ligninet avlägsnas
För att göra papper kokas veden med kemikalier tills ligninet löses upp. Kvar blir nästan ren cellulosafiber. Det lösta ligninet förbränns och ger bruket energi.
Sulfatkokning (NaOH och Na2S) klyver β-O-4-bindningar och ligninfragmenten löses upp; den förbrukade luten (svartluten) förbränns i en sodapanna som också återvinner kemikalierna. I sulfitprocessen sulfoneras ligninet och avgår som lignosulfonater. Analytiskt bestäms lignin som den återstod som är olöslig efter behandling med 72-procentig svavelsyra följd av kokning i utspädd syra (Klasonmetoden, Klasonlignin).
Färg och gulning
Lignin missfärgas lätt och mörknar i ljus. Därför gulnar tidningspapper i solen, medan vitt kontorspapper, som nästan saknar lignin, håller sig vitt.
Kromoforer i lignin och dess fotooxidationsprodukter orsakar gulning av mekanisk massa och papper med hög ligninhalt. Det klassiska kvalitativa ligninprovet, floroglucinol med saltsyra (Wiesners reaktion), färgar lignifierade väggar rödvioletta via kanelaldehydändgrupper (koniferylaldehyd och sinapylaldehyd).
Viktiga fakta
- monomerer
- H, G, S
- enhet
- C6-C3-fenylpropan
- huvudbindning
- β-O-4
- tall
- 27,7 %
- vårtbjörk
- 22,0 %
- barrved
- G (+ lite H)
Källor till kapitlet
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
- Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
- Ralph J. et al. Lignins: natural polymers from oxidative coupling of 4-hydroxyphenyl-propanoids. Phytochemistry Reviews 3, 29-60 (2004).
- Ek M., Gellerstedt G., Henriksson G. (eds.) Wood Chemistry and Wood Biotechnology. Pulp and Paper Chemistry and Technology, vol. 1. Berlin: De Gruyter, 2009.