18 Hess und Xi id the ,

mg-Mol Cu

4 4 4 4 4

315 4

415 515 6 5

9,5 715

11,5 13,5

2 0 Xylan -ue- I)

0,87 1,62 2,18 2,60 2,91 2,52

0 8 _ _ ..__ __-__.__

- -

3,44

3,99 4,33 4,49 4,53

-

Mannan A +a:$+

0,18 0,34 0,45 0,5 1 0,55 0,46 0,54 0,62 0,74 0,81 0,85 0,92 0,93 0,94

Isolierung von Mannan und Xylan aus Sulfitzellstoff (Bichte) ;

von Kurt Hess und Max Ludtke.

(III. Mit t e i lunga ) iiber B e g l e i t s t o f f e d e r Cellulose.)

(Mit 3 Figuren auf Tafel I.)

I. Mannan A a u s F ich tenho lz .

Seitdem J. B. L i n d s e y und B. Tol lens ' ) in der Sulfit- ablauge Mannose nachgewiesen haben, ist dieser Zucker von zahlreichen Forschern sowohl in den Ablaugen als auch im Zellstoff selbst qualitativ und quantitativ bestimmt

l) B. 23, 2990 (1890); Z. Ang. 5, 154 (1892); A. 287, 341 (1892). 4, 11. Mittlg. M. Lud tke , B. 61, 465 (1928).

Tsolierung von Afannan und Xylan aus Sul/2zellstoff (Fichte). 19

worden.') Das der Mannose zugrundeliegende Rlannan ist daraus bisher niclit isoliert worden.

Kxtrahiert man Sulfitzellstoff 2, mit 8-proc. Natronlauge, so ld3t sich aus der Losung durch Essigsiiure oder Alkohol ein ails RIannan, Cellulose und Xylan bestehendes Gemisch fallen, ails dem sich nach der Auflosung in Kupferammin auf Zrigabe von Natronlauge (bis die Gesamtkonzentration an XaOH 0,2-n ist) eine Kupferalkaliverbindung des blannans abscheidet $), aus der sich nach einigen weiteren Operationen ein reines Nannan gewinnen liiot. Das JIannan ist iu seinen Eigenschaften mit den1 Nannan A aus Steinnussen identisch. Die Identitiit ergibt sich aus folgendem:

1. Drehwert in n-Natronlauge:

Nannan A Msnuau aus Zellstoff [a];' = - 44,94 = - 44,58.

2. Polarimetrische Bestimmungen in Kupferamminlosung vgl. voran-

3. Rijntgendingrammes):

gehende Mitteilung.')

l) G. B e r t r a n d , C. r. 129, 1025 (1699); W. K o c h , Dim. Frei- burg 1909; E. H i i g g l u n d , Rio. Z. i0 , 416 (1915); A. W. S c h o r g e r , Journ. hid. Eng. Chem. 9, 748 (1917); E. K o n i g and E. B e e k e r , Z. Ang. 32, 155 (1919); IV. €1. D o r e , Journ. Ind. Eng. Chem. 12, 476 (1920); Cellulosecheinie 1, 62 (1920); F. L e n z e , B. P l e u a u. J. hl i i l l cr , J. pr. 101, 213 (1921); E. C. S h e r r a r d u. G. W. B l a n c o , Journ. Am. Chem. Soe. 4.5, 1008 (1923); E. H e u s e r u. W. D a m m e l , Cellulose- chemic 6, 45 (1924); E. H i g g l u n d u. F. W. K l i n g s t e d t , Cellulose- chemie 6, 57 (1924).

*) Benutzt wurde das in der vorangehenden Abhandlung be- achriebene Praparat.

*) In aoaloger Weise wurde Mannan A, hlannan B und Cellulose in der SteinnuE, Xylan und Cellulose im Bainbuaholz getrennt. Dieee also wohl allgemein zutreffende Moglichkeit einer Trennung von Kohlen- hydraten aus Zellmembraneii beruht darauf, daS fur die Loslicbkeit der Kohlenhydrate in Kupferemminlosuug eine bestiinmte p,,-Zahl maEgebcnd ist, die durch gewiase Zusiitze (Alkali, Ammoncarbonat uaw.) geregelt wird. W i r sind mit der genauen Priifung der Verhaltnisse bes chaftigt.

') Sowie A. 45G, 202 (1927). 6, Die Ausfiihrung verdanken wir Herrn Dr. C. T r o g u s .

2.

20

Intensitiit

-_ sehr schwach

sehr stark sehr schwach

stark stark

sehr schwach schwach

sehr schwach aehr schwach

Interferene- ring vom

Mittelpunkt aus gezahlt

1 2 3 4 5 6 7 8 9

- - . . . - - - -

Mannan A

0,01492 0,01905 0,02510 0,03187 0,04478 0,06743 0,08258 0,1065 0,1259

Bess und Ludtke,

- I

__- Zellstoff- mannan

0,O 1492 0,01850 0,02429 0,03078 0,04478 0,06641 0,08146 0,1045 0,1238

- Mannan B _____ ____

fehlt 0,01834

fehlt 0,03096 0,04859 0,06526 0,O 8 0 3 4

fehlt fehlt

Wir bemerken, daB die aesamtintensitat der Interferemen bei dem Fichtenholzmannan ein klein wenig geringer ist ale beim Stein- nudmannan.

Die Rontgendiagramme widersprechen demnach der auf Grund der polarimetrischen Bestimmungen geforder- ten Identitat der beiden Mannane nicht, wenngleich sie allein fur die Identitat der Mannane nicht beweisend waren.’)

Da es bisher nicht gelang, das Mannan aus der Cellu- lose zu isolieren, sind einige Auloren veranlaDt worden, chemische Bindung mit der Cellulose anzunehmen und dem- gemaD von einer Mannocellulose zu sprechen. In diesem

’) Vgl. dazu K. H e s s und C. T r o g u s B. 61 (Abhandlung im Druck.) Wir fiihren zum Vergleich hier auch das Rontgendiagramm und die Ausmessung von Mannan B [vgl. A. 466, 201 (192711 an. Bei oberfltichlicher Betrachtung (vgl. Fig. 1 und 3) gewinnt man den Eindruck, dnB die Diagramme von Mannan A und Mannan B recht verschieden sind. Bei gensuer Ausmessung der Interfereneringe des Diagramme von Mnnnan B ergibt sich eine weitgehende Ubereinstim- mung mit den Interferenzringen fur Mannau A. Der Unterschied beider Diagramme liegt in einer verschiedenen relativen Intensitat des Interferenzringes 1 bei Mannan A gegeniiber dem ubereinstimmenden Ring 2 bei Mannan B. AuBerdem fehlt in Mannan A der fur Mannan B charakterietische Ring 1. Da die praparativen Untersuchungen keinen

Liebig’s Annalen der Chemie. Bd. 466. I’afel 1

Kurt Hem und Max Liidtke, Isolieruny von Mannan und XyZan aus Sulfitzellstoff (Fichte).

Fig. 1. Mannan aus SteinnuS. Fig. 3. Man- nan B am SteinnuB (in allen FiilIen gleiche Belichtungedauer; die Figuren

entsprechen nicht naturlicher GroBe).

Fig. 2. Mannan aus Zellstoff.

Tsolierung von Mannan und Xylan aus S d f h e l l s t o f f (Fichte). 21

Sinne anDern sich G. B e r t r a n d ' ) und besonders E. C. S h e r - r a r d und G. IT. Blanco.a) In einer friiheren Arbeit ist indessen am Beispiel des SteinnuOsamens gezeigt worden, daO die Cellulose in einer besonderen Lamelle abgelagert ist, und - ebenso wie das Mannan - isoliert werden kannS3) Weiterhin muD auf Grund von Farbreaktionen nnd der anatomischen Untersuchung die Cellulose i n zahl- reichen verholzten Gemeben als nicht in chemischer Bin- dung mit anderen Korpern befindlich angesprochen werden.') Diese Tatsachen in Verbindung mit der hier beschriebenen Isolierung und Identifizierung des Mannans zwingt uns auch im vorliegenden Falle, das Bestehen einer Mannocellulose abzulehnen.

Anhalt fur die Moglichkeit bieten, ds6 Mannan B noch Mannan A enthalt, diirfte die Abnlichkeit der Diagramme zufiilliger Natur sein.

M a n n a n B.

. - ..

_ _ - ~ _ _ _ -~ -. 1 Interferenz- 1 I

sehr schwsch schwach

stark ~ schwsch

sehr schwach sehr schwach

ring vom Mittelpunkt BUS geziihlt

Intensitiit l?

sin' - 2

0,01069 0,01834 0,03096 0,04659 0,06526 0,08034

') C. r. 129, 1025 (1899); G. B e r t r e n d u. J. L a b s r r e , C. r. 186, 1419 (1927); BI. [4] 43, 311 (1928). Die Unterscheidung zwischen Msnnsn A und Mannan B wird hier irrtiimlicherweise B a k e r und P o p e zugeschrieben.

*) Journ. Am. Chem. SOC. &, 1008 (1923). Die Verfasser suchten das Msnnan durch Kochen mit Natronlauge zu extrahieren; es ist un- notig darauf hinzuweisen, daS eine solche Behsndlungsweise die Sub- stanz zcrstort, wic man an der Veriindcrung des Drehwertes solcher Priiparate leicht feststellcn kann. Das gleiche ist von der Arbeitsweise J. P a t t e r s o n s [SOC. 123, 1139 (1923)] zu sagen, der mit heiSer 20-proc. Lauge arbeitete.

a) M. L i i d t k e , k 456, 201 (1927). ') M. L i i d t k e , B. 61, 645 (1928) und die folgende Abhandlung.

22 a e s s und Lud the ,

E. S c h m i d t ' ) glaubt eine Substanz in der Zellmembran von Fichte und Buche gefunden eu habeu, in der Cellulose, Hemicellulosen und Glucuronsaure glucosidisch bew. esterartig verkniipft sind. Wir mochten hierauf nicht nlher eingchen, bevor einige Konstsnten dieser Substanz hekannt geworden sind, sondern hier nur dsrauf hinweisen, da6 es uns immer gelungen ist, solche Komplexe durch Fraktionierungs- operationen aufzuteilen.*)

2. X y l a n a u s F ich tenho lz . Bei der Hydrolyse von Koniferenholzgnmmi liaben

W h e e l e r und T o l l e n s zum erstenmal Xylose na~hgewiesen.~) Das Holzgummi war durch Extraktion rnit 5-proc. Natron- lange und Ausfallung niit Alkohol gewonnen worden. Das Xylan kann daher, wie wir hente wissen, noch nicht rein gewesen sein, da Mannan und noch weitere Produkte j e nach der Vorbeliandlung rnit in den Xylanniederschlag gehen. Das gleiche ist von dem Produkt zu sagen, das W. E. S t o n e und W.H.Test ' ) aus der Snlfitlauge isolierten. Uas Xylan ist unseres Wissens bisher noch nicht isoliert worden. Man hat sich immer mi t der Feststellung des Furfurolwertes bei der Uestillation durch 12-proc. SaIz- saure und mit dem Nachweis von Xylose begniigt.6)

Ans der oben erwahnten, nach Abscheidung des Man- nans erhaltenen Kupferamminlosung laDt sich znnachst Cellulose durch Neutralisieren rnit Essigsaure abscheiden. Xylan bleibt im wesentlichen i n LBsung und 1aOt sich daraus durch Methanol niederschlagen. Nach einigen wei- teren Reinignngsoperationen zeigte es in Kupferammin- 1osnng einen konstanten Drehwert (vgl. die Drehwerts- kurve 6 in Fig. 1 der vorangehenden Abhandlung). I)as Xylan erscheint nach seinen Eigenschaften nicht rnit dem Xylan aus Bambus identisch.

l) Papierfabrikant 26, 377 (1928). *) Vgl. folgende Abhsndluog sowie auch B. 61, 645 (1928). A. 264, 323 (1889); splter fanden T o l l e n s und Mitarbeiter

[B. 23, 2990 (ISSO)] Xylose auch in der Sulfitlauge. ') Am. 16, 195 (1893).

E. Hi igglund u. F. W. K l i n g s t e d t , Cellulosechemie 5, 57 (1924).

Isolierung von Mannan und Xylan aus Sitlfifrellstoff (Fichte). 23

stand loslich, nach dem Troeknen nur eum ge-

ringen Teil loslich I -_

[a&'' in 2 n Alkali

Versuche. 630 g Sulfitzellstoff mit den in der vorangehenden Ab-

handlung angegebenen Eigenschaften (d. i. ,598 g aschefreie Trockensubstanz) wurden mit 4 Liter 2-proc. Natronlauge etwa 14 Stunden geschiittelt. Nach dem Absaugen durch ein Glasfrittenfilter wurde das Fil trat niit dem gleichen Volumen Methanol versetzt, der Niederschlag abzentrifugiert und mit 50-proc. Methanol alkalifrei gemaschen. Nach 24 stundigem Stelien unter Methanol, Verdrangen dieses durch ebenso langes Stellen unter i t h e r wurde abgesaugt und iiber Pliosphorpentoxyd getrocknet. Die Ausbeute betrug 0,51 g cines gelben Produktes, das hauptsachlich

lost sich nur trube lost sich klar; I - 8 7 , 4 4 0 3

I) Vgl. folgende Abhandlung. *) Unter den fur Cellulose iihlichen Bedingungen.

Die fur Xylaupriiparate angegebenen apezifischen Drehwerte in Alkali echwanken (von -70 bis -85O); abgesehen von der oft zweifelhaften Reinheit der Priiparate ist vielfiich auch die Alkalikonzen- tration nicht geniigend berucksichtigt. €1. J. W h e e l e r u. B. T o l l e n e , A. 254, 333 (1889); T h . T h o r n s o n , J. pr. 19, 146 (1879); B:13, 2168 (1880); B. 40, 136 (1881). uber die Miiglichkeit dcr Identitiit der aus den rerschiedenen Zellmandprjiparsten isolierten Xylane l%Bt sich noch kein Urteil fallen.

24 Hess und Ji idtke,

aus Vernnreinigungen bestand , so daO diese Extraktion im wesentlichen der Vorreinigung diente. In gleicher Weise wurde der Riickstand rnit 8-proc. Natronlauge nach- einander 8 ma1 ausgezogen. Die alkalischen Ansziige der funften bis achten Extraktion wurden zur FLllnng rnit Essigsanre nentralisiert.

Ausbeuten der iiber Phosphorpentoxyd im Vakuum bei 1000 ge- trockneten Extrakte: l . und 2. Extrakt 5,7 g; 3. Extrakt 4,8 g ; 4. Extrakt 2,8 g; 5. Extrakt 2,97 g; 6. Extrakt 3,6 g; 7. Extrakt 1,8 g ; 8. Extrakt und Fiillung der Waachwiieser des Ruckst,andes 2,3 g (zu- sammen 23,97 g). Der Riickstand (535 g rnit 0,25 Proc. Asche) war mit Wasser alkalifrei gewaschen worden.

Die vereinigten Extrakte 1-3 (10,5 g) wnrden rnit 10 g Cu(OH), and 1000 ccm etwa 25-proc. Ammoniak in gut schlielendem GefaBe 15 Stunden bei Raumtemperatnr geschuttelt. Die Substanz war groltenteils in Losnng ge- gangen. Uer beim Zentrifugieren hinterbleibende Riickstand wurde noch einmal rnit gesattigter Kupferamminlosnng an- geriihrt und abgeschleudert. Die vereinigten Knpferlosungen wurden einschlielllich Waschflussigkeit rnit soviel 2 n-Natron- lauge unter Umschutteln in kleinen Portionen versetzt, daS die Gesamtflussigkeit hieran 0,2 n war. Nach 4 stiindigem Stehen bei Raumtemperatur wurde der Niederschlag, der aus einer Kupferalkaliverbindung des Mannans bestand, abzentrifugiert.

Die klare Restlosung wurde unter Kiihlung vorsichtig mit 50-proc. Essigsaure neutralisiert. Nach 1 stiindigem Stehen wurde der Niederschlag, der aus Cellulose rnit etwas Xylan bestand, abzentrifugiert.

Aus der Losung fie1 der groSte Teil des Xylans nach Zusatz des gleichen Volumens oder etwas mehr Methanol im Verlauf von 15-16 Stunden aus.

Die drei isolierten Praparate sind noch nicht rein. Zur Reindarstelluny des Mannans wird die Kupfernatrinm- verbindpng in etwas Wasser unter Umriihren gelost, unter Kiihlung durch 50-proc. Essigsaure bis znr schwach sanren Reaktion zersetzt und das Mannan durch Zugabe des gleichen Volumens Methanol abgeschieden. Das Praparat wird ab-

Isolierung van 4fannan und Xylan aus Sulfitzellstaff (Fichtz). 25

gesclileudert, mit Methanol, dem 5 Proc. Essigsaure zugesetzt sind, kupferfrei gewasclien, rnit reinem hlethanol von Essig- saure befreit, 24 Stunden in Ather gelegt uud getrocknet (Pakuum P,O,, 65'). Nach einer zweiten Aufnahme in Kupfer- ammin (etwa l--8-proc. Losung beziiglich Kohlenhydrat) und Abscheidnng durch Alkali (die Cu-Losung war 012 n an Alkali), Auswnschen wie oben usw. zeigte das Praparat [ulb" = - 42,5O in n-NaOH. Uurch Losen in moglichst wenigl) n-NaOH und Ausfallung durch Essigsiure erhohte sich der Urehwert auf [ulpB = (0,37-100) : (1.0,830) = - 44,58O. Der Drehwert blieb nach wiederholter Umfallung konstant.3 Die Chlorzinkjodreaktion ist negativ.

0,1000 g Subst. (aschefrei und trocken berechnet): 0,1615 g CO,,

C,,H,,,Ob (162,05) Ber. C 44,42 11 6,22 0,0587 g H,O.

Gef. ,, 44,05 11 6157 - Bei der Hydrolyse mit Sehwefelsaure lafit sich niir

Mannose nachweisen. Als Phenylhydrazon ideiitifiziert Schmelzp. 188-189O.

Zur Reindarstellung des Xylans wurde das mit Nethanol gefallte Praparat (vgl. S. 24 unten) noch einmal in Knpfer- ammin gelost, mit Essigsaure und Methanol gefallt und abzentrifugiert. In frisch gefalltem, besonders noch in feuchtem Zustand ist das Produkt leicht in V'asser loslich. Znr Reinigung wurde davon Gebrauch gemacht, indem das Praparat in warmem Wasser gelost, filtriert (Drehwert negativ) und mit Methanol, gegebenenfalls unter Zusatz von etwas Essigsaure, da die Fallung beim Keutralpunkt zu- weilen ausbleibt, abgeschieden. Nach dem Abschleudern

I) Etwa 3-proc. Losung bezogen auf Kohlenhydrat. Aus ver- dunnten Liisungen fallt das Mannan nur unvollstiindig. Aus der Mutter- huge liiSt sich der Rest des nlannans eventuell eusammen mit Ver- unreiuigungen durch Methanol fallen.

9 ) 1st nach diesen Operationen der angegcbene Drehwert noch nicht erreicht, so ist die Umfallung BUS Kupferliisung usw. nochmals zu wiederholen. Zur Beurteilung auf Reinheit eignet sich besonders gut der Drehwert in Kupferamminlosung (vgl. vorangehende Abhand- lung), weil dieser Drehwert sehr empfindlich gegen die in Frage kommen- den Beimengungen (Cellulose, Xylan) ist.

26 H e s s und Ludtke , Isolierung von Mannan und Xylan mw.

nnd 24stiindigem Aufbewahren in Ather wurde die Substanz wie iiblich bei 65 O getrocknet.

Cu(OH), in 10 ccrn etwa 25-proc. Ammoniak gelijst: 0,0660 Subst. (aschefrei und trocken berechnet) wurden mit 0,0995 g

= - 4,53 O (5-cm-Robr).

Die Substanz wurde noch einmal in n-NaOH suspendiert 4 Stunden bei Raumtemperatnr geschiittelt, wobei sie bis auf ganz geringe Reste in Losuog ging. Auf Zusatz 50-proc. Essigsaure bis zur neutralen Reaktion fie1 das Xylan im Laufe von 24 Stunden znm grofiten Teil ans.

Nach dem Entfernen der Essigsiiure durch Methanol UBW. zeigte die Subetanz (aschefrei ber.) unter den obigen Bedingungen in Kupfer- amminlijsung denselben Drehwert

a:.& = - 4,55".

0,0704 g Subst.: 0,1169 g COs; 0,0397 g H,O. C,H,O, (132,06) Ber. C 45,44 H 6,11

0,0718 g Subst.: 0,0014 g Asche, d. i. 1,95 Proc. Den Xylanpraparaten ist ein hoherer Aschengehalt eigen , der

sich aueh durch anhaltendes Waschen mit verdiinuten Sauren nur un- vollkommen entfernen lii6t.

0,0996 g Subst. gaben 0,1096 g Furfurolphloroglucid, d. i. 93 Proc. Xylan (Krober ) ; 150 ccm bei 160° destilliert.') Bei der Hydrolyse konnte nur Xylose nachgewiesen werden, als Xylosazon, Schmelzp. 158 O,

identifiziert. Der Gesamtniederschlag war in Aceton loslich, Mannose und Glucose waren also abwesend. Die Xylose wurde auch noch durch das cbarakteristische Bromcadmium-Doppclsalz dcr Xylonsiiure identifiziert.

Gef. ,, 45,28 9 , 6,31

Die Chlorzinkjod-Reaktion ist negativ. Dieser Befund spricht neben dem Drehwert und der leichteren Liislichkeit i n Alkali und Wasser dafiir, dal3 das Fichtenholz-Xylan nicht mit dem Xylan ttus Bambus identisch ist. Doch mochten wir diese Folgerung nur mit Vorbehalt machen, da die Mengen, mit denen wir bei dem uns zur Verfiigung stehen- den Zellstoffpraparat arbeiten mufiten, vielleicht etwas zu gering wareo, urn die Reinheit des Xylans voll verbiirgen zu konnen.

l) Vgl. hierzu die Anmerkung 2 in der nachsten Abhandlung S. 50.