Що вам відомо про полімер хітин
Думаю, деякі вперше чують цю назву. Однак з хітином ми стикаємося досить часто. Мухи і жуки, раки і кальмари, їстівні підосичники і отруйні мухомори - всі вони містять хітин.
Правда, про це стало відомо лише на початку XIX століття. І хітин спочатку називався зовсім не хітином. У 1811 році француз Г.Бракон, професор природної історії і директор Ботанічного саду в Нансі, надумав покласти в пробірку з лугом шматочок мухомора. Ефект був разючий - в пробірці виявили досі невідому речовину, названу дослідником фунгин (від латинської fungus - гриб).
Трохи пізніше інший учений, А.Одье, підкоряючись тому ж дослідному
імпульсу, сунув в пробірки з реактивами (кислотою і лугом) хруща. В результаті було виділено нову речовину, яка отримало назву хітин (від грецького «хітон» - покриття). Одье не передбачав, що не стане першовідкривачем, що його хітин - те ж саме, що відкритий за 12 років до цього фунгин. Втім, в одному Одье зберіг пріоритет: за речовиною закріпилася назва «хітин», що, до речі кажучи, краще відображало широке поширення хітину в природі.
Родовід хітину
Довгий час будівля хітину залишалося таємницею, про склад його молекул сперечалися. Виявити його допоміг випадок. Майже через 70 років з дня відкриття хітину ще один цікавий дослідник, на цей раз студент Геттінгенського університету Г.Ледерозе, поклав в пробірку з соляною кислотою клешню раку і кип'ятив розчин до тих пір, поки на краях пробірки не відклався білий порошок - сіль глюкозаміну. Запах оцтової кислоти видавав і її присутність в продуктах реакції. Стало ясно, що до складу молекули хітину входить глюкозамін і оцтова кислота. Але залишалося нез'ясованим, яка структурна формула хітину і як пов'язані один з одним частини його молекули. Вирішення цього питання затягнулося майже на п'ятдесят років.
Зрештою було з'ясовано, що хітин прямий родич целюлози.
Їх формули відрізняються тільки тим, що в молекулі хітину на місці однієї з гідроксильних груп знаходиться ацетоамідна група.
По міцності і хімічній стійкості до кислот і інших розчинників хітин помітно перевершує целюлозу.
Хітин розчиняється і в лугах. Однак при високій температурі він вступає з ними в реакцію; при цьому утворюється хітозан - речовина, в якому частина ацетамідних груп замінена амінними групами.
Хітин в природі
Колообіг хітину в природі - його синтез і руйнування - обумовлено дією специфічних ферментів. Цілком ймовірно, хітин утворюється з ацетилглюкозамінна завдяки ферменту синтетази в присутності аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ).
Цей фермент вдалося виділити в лабораторії з спор грибів. Руйнуванням хітину відають два інших ферменти: хітинази, починаюча гідроліз, і хітобіаза, що сприяє завершенню цього процесу.
Хітин - один з найпоширеніших природних полімерів. За рік на дно океанів випадає кілька мільярдів тонн хітину. Хітинові опади - наслідок линьки ракоподібних - у воді не залежуються. Вони руйнуються під дією ферментів, що знаходяться в бактеріях і інші мікроорганізмах.
Однак не завжди хітинові завали зникають безслідно. Якщо бактерії не мають до них доступу, хітин залишається в цілості й схоронності протягом тисячоліть.
У покладах кам'яного вугілля палеонтологи виявили крила комах, які жили близько 25 млн. років тому.
Хітин входить в покриви комах, мешканців морів і річок, в стінки клітин грибів і дріжджів. Так, панцири ракоподібних (раків, креветок і т.п.) На 25-50% Складаються з хітину. У грибах зміст хітину не однаково: від часток відсотка до 50-60%. У красеня-мухомора, наприклад, хітину 35%.
Роль хітину в живих організмах найчастіше зводиться до захисту їх від зовнішніх впливів. Зауважимо, що в присутності карбонатів і фосфатів кальцію, а також білків, що знаходяться в покривах ракоподібних і виконують роль цементуючою прошарку, міцність природного хітину зростає. Виходить свого роду композиційний полімерний матеріал.
Хітон з хітину
А чи не можна якось використовувати міцність і інші корисні властивості хітину для того, щоб одягнути в нього (після якихось перетворень) не муху-цокотуху або доісторичного динозавра, а цілком сучасну людину?
Питання це не пусте. В нашому столітті синтетики постійно зростає, як ми всі знаємо, попит на натуральні, перш за все бавовняні тканини. А їх основою служить целюлоза, яка за складом і будовою мало відрізняється від хітину.
Целюлозу можна (бажано!), хоча б частково, замінити хітином, тим більше що по міцності і стійкості до хімічних впливів він її перевершує. До того ж хітин менше, ніж целюлоза, набухає у воді; тканини з добавкою хітину при пранні не сідають, менше линяють під дією води, довше зберігають яскравість фарб.
Але поки не знайшли ці корисні властивості хітину гідного застосування.
Одна з головних тому причин - труднощі переробки: хітин не розчиняється у більшості звичайних розчинників. Тому модифікувати його, як целюлозу, розчиняючи в тих або інших речовинах, досить складно. А в модифікований хітин - в панцирі на зразок крабових - навряд чи захочуть одягатися навіть солдати. Не виключено, що коли буде успішно вирішена проблема переробки, тканини на основі хітину стануть такими ж звичайними матеріалами, як целюлозні, капронові, поліефірні...
Ще одна суттєва деталь. Плаття, зшите з тканини з добавкою хітину, що не накопичує статичної електрики. Полярні ацетамідні і гідроксильні групи молекул хітину змушують заряди швидко стікати з поверхні полімеру.
Здатність хітину протистояти статичній електриці була використана італійськими інженерами-текстильниками. Вони створили тканину на основі полівінілового спирту та хітозану.
Отримане волокно володіло вчетверо меншою електризованністю, ніж звичайне.
Не тільки текстильної, але і целюлозно-паперової промисловості в майбутньому, очевидно, буде потрібно хітин.
В ідеалі папір для друкованих видань повинна бути тонким і міцним. На практиці ж виходить, що міцність паперу зростає зі збільшенням його товщини, а отже, і ваги. Доводиться витрачати більше сировини, ростуть витрати на транспортування книг і журналів, листів і газет. Добавки хітину і хітозану надають папері підвищену міцність навіть при мінімальній товщині.
Такий папір добре утримує друкарські фарби. За кордоном хітозан вже використовують у виробництві друкарських матриць.
Хітин на варті здоров'я
Хітин і деякі його похідні цілком годяться на роль основи полімерних повільно розчинних оболонок для ліків пролонгованої дії. В Італії, наприклад, змішували в розчині формальдегіду 6-о-карбоксиметил хітин з пілокарпіном. Отриману з цього розчину плівку використовували для лікування захворювань очей. Цим не обмежуються можливості застосування хітину в медицині. Сульфопохідні хітозану перешкоджають згортанню крові і утворенню тромбів в судинах. Хітин допомагає загоєнню ран: в Бельгії запатентовано для загоєння ран засіб з тонко подрібненого хітину з добавкою антисептиків.
Хітин пробували додавати навіть в тютюн, щоб зменшити шкоду куріння. У димі такого облагородженого хітином тютюну виявилося значно менше золи і отруйних речовин - нікотину, піридину; при цьому тютюн на смак і аромат задовольняв курців.
Є у хітину ще одна перспективна область застосування. Він володіє здатністю сорбувати іони важких, в тому числі рідкоземельних, металів. Відомо, наприклад, що більше половини свинцю, який потрапив в морську воду, поглинається зоопланктоном - ракоподібними, що містять хітин.
Хітин утворює з іонами металів досить міцні хелатні (від грецького «Хела» - клешня рака) комплекси.
Хітин можна використовувати і для очищення промислових стоків від токсичних домішок ртуті, кадмію, цинку, для виділення і концентрування рідкоземельних металів, цирконію, гафнію, рутенію. До того ж хітин і хітозан досить стійкі до радіоактивного опромінення. Італійський дослідник Р. Музареллі використовував хітин і хітозан для видалення радіоактивних ізотопів цезію, цирконію, гафнію і рутенію з води, циркулюючої в системі охолодження ядерного реактора.
Де взяти хітин
Сьогодні промисловий видобуток хітину і отримання хітозану ведеться головним чином в США і Японії. Основним джерелом хітину служать відходи переробки креветок, крабів і омарів.
Найбільша кількість цих ракоподібних зосереджено біля узбережжя США, Індії, Таїланду, Філіппін, Південної Африки. За даними американських вчених, тільки з відходів переробки крабів і креветок можна отримати від п'яти до восьми тисяч тонн хітину в рік. Але це джерело хітину не нескінченний.
Зростаюча рік від року видобуток ракоподібних загрожує порушенням екологічного балансу Світового океану.
Де ж вихід? Один із шляхів - штучне розведення ракоподібних.
Інший шлях - отримання хітину з мікроорганізмів, грибкових утворень, які накопичуються на деяких заводах як побічний продукт виробництва органічних кислот, антибіотиків, ферментів.
