ما هو الكاشف الذي يذوب السليلوز؟

السليلوز هو عديد السكاريد المعقد يتكون من العديد من وحدات الجلوكوز المتصلة بواسطة β-1،4-glycosidic bonds. إنه المكون الرئيسي لجدران الخلايا النباتية ويمنح جدران الخلايا النباتية دعمًا قويًا للهيكليًا والصلابة. بسبب السلسلة الجزيئية السليلوز الطويلة والبلورة العالية ، فإنه يتمتع باستقرار قوي وغير قوي.

(1) خصائص السليلوز وصعوبة في الذوبان

السليلوز لديه الخصائص التالية التي تجعل من الصعب حل:

تبلور مرتفع: تشكل السلاسل الجزيئية السليلوز بنية شعرية ضيقة من خلال روابط الهيدروجين وقوى فان دير فال.

درجة عالية من البلمرة: درجة البلمرة (أي طول السلسلة الجزيئية) من السليلوز عالية ، والتي تتراوح عادة من مئات إلى آلاف وحدات الجلوكوز ، مما يزيد من ثبات الجزيء.

شبكة رابطة الهيدروجين: توجد روابط الهيدروجين على نطاق واسع بين السلاسل الجزيئية السليلوز وداخلها ، مما يجعل من الصعب تدميرها وتذوبها بواسطة المذيبات العامة.

(2) الكواشف التي تذوب السليلوز

حاليًا ، تتضمن الكواشف المعروفة التي يمكن أن تذوب السليلوز بشكل فعال الفئات التالية:

1. السوائل الأيونية

السوائل الأيونية عبارة عن سوائل مكونة من الكاتيونات العضوية والأنيونات العضوية أو غير العضوية ، وعادة ما تكون مع تقلبات منخفضة ، والاستقرار الحراري العالي وقابلية ضبط عالية. يمكن لبعض السوائل الأيونية إذابة السليلوز ، والآلية الرئيسية هي كسر روابط الهيدروجين بين السلاسل الجزيئية السليلوز. السوائل الأيونية الشائعة التي تذوب السليلوز تشمل:

1-Butyl-3-methylimidazolium Chloride ([BMIM] CL): يذوب هذا السائل الأيوني السليلوز عن طريق التفاعل مع روابط الهيدروجين في السليلوز من خلال مستقبلات رابطة الهيدروجين.

1-إيثيل-3 ميثيلميدازوليوم خلات ([EMIM] [AC]): يمكن لهذا السائل الأيوني حل تركيزات عالية من السليلوز في ظل ظروف معتدلة نسبيا.

2. محلول أمين المؤكسد
يسمى محلول الأمين المؤكسد مثل محلول مختلط من ثنائي إيثيل أمين (DEA) والكلوريد النحاسي [Cu (II)-محلول الأمونيوم] ، وهو نظام مذيب قوي يمكنه إذابة السليلوز. إنه يدمر التركيب البلوري للسليلوز من خلال الأكسدة وترابط الهيدروجين ، مما يجعل السلسلة الجزيئية السليلوز أكثر ليونة وأكثر قابلة للذوبان.

3. نظام كلوريد الليثيوم-ديميثيل أسيتاميد (LICL-DMAC)
يعد نظام LICL-DMAC (كلوريد الليثيوم-ديميثيل أسيتاميد) أحد الطرق الكلاسيكية لتذوب السليلوز. يمكن أن تشكل LICL منافسة على روابط الهيدروجين ، وبالتالي تدمير شبكة رابطة الهيدروجين بين جزيئات السليلوز ، في حين أن DMAC كمذيب يمكن أن يتفاعل بشكل جيد مع السلسلة الجزيئية السليلوز.

4. حل حمض الهيدروكلوريك/محلول كلوريد الزنك
محلول حمض الهيدروكلوريك/كلوريد الزنك هو كاشف تم اكتشافه مبكرًا يمكن أن يذوب السليلوز. يمكن أن يذوب السليلوز عن طريق تشكيل تأثير التنسيق بين كلوريد الزنك والسلاسل الجزيئية السليلوز ، وحمض الهيدروكلوريك الذي يدمر روابط الهيدروجين بين جزيئات السليلوز. ومع ذلك ، فإن هذا الحل يتآكل للغاية للمعدات وهو محدود في التطبيقات العملية.

5. الإنزيمات الليفية
إنزيمات التحلل الفيبرين (مثل السليلايا) تذوب السليلوز عن طريق تحفيز تحلل السليلوز إلى قلة السكريات الأصغر والسكريات الأحادية. تحتوي هذه الطريقة على مجموعة واسعة من التطبيقات في مجالات التحلل الحيوي وتحويل الكتلة الحيوية ، على الرغم من أن عملية الذوبان الخاصة بها ليست حل كيميائي تمامًا ، ولكن يتم تحقيقها من خلال التحفيز الحيوي.

(3) آلية حل السليلوز

الكواشف المختلفة لها آليات مختلفة لتذوب السليلوز ، ولكن بشكل عام يمكن أن تعزى إلى آليتين رئيسيتين:
تدمير روابط الهيدروجين: تدمير روابط الهيدروجين بين السلاسل الجزيئية السليلوز من خلال تكوين رابطة الهيدروجين التنافسية أو التفاعل الأيوني ، مما يجعله قابل للذوبان.
الاسترخاء في السلسلة الجزيئية: زيادة نعومة السلاسل الجزيئية السليلوز وتقليل بلورة السلاسل الجزيئية من خلال الوسائل الفيزيائية أو الكيميائية ، بحيث يمكن حلها في المذيبات.

(4) التطبيقات العملية لحل السليلوز

حل السليلوز له تطبيقات مهمة في العديد من المجالات:
تحضير مشتقات السليلوز: بعد إذابة السليلوز ، يمكن تعديله كيميائيًا لإعداد إيثرات السليلوز ، واسترات السليلوز وغيرها من المشتقات ، والتي تستخدم على نطاق واسع في الغذاء والطب والطلاء وغيرها من الحقول.
المواد القائمة على السليلوز: باستخدام السليلوز الذائبة والألياف النانوية السليلوز وأغشية السليلوز والمواد الأخرى يمكن إعدادها. هذه المواد لها خصائص ميكانيكية جيدة وتوافق حيوي.
طاقة الكتلة الحيوية: من خلال إذابة السليلوز وتحللها ، يمكن تحويلها إلى سكريات قابلة للتخمير لإنتاج الوقود الحيوي مثل الإيثانول ، مما يساعد على تحقيق تطوير الطاقة المتجددة واستخدامها.

حل السليلوز هو عملية معقدة تتضمن آليات كيميائية وفيزيائية متعددة. من المعروف حاليًا أن السوائل الأيونية ، وحلول الأكسدة الأمينية ، وأنظمة LICL-DMAC ، وحمض حمض الهيدروكلوريك/كلوريد الزنك والإنزيمات الجيلية معروفة على أنها عوامل فعالة لتذوب السليلوز. كل وكيل له آلية حل فريدة وحقل التطبيق. من خلال الدراسة المتعمقة لآلية حل السليلوز ، يُعتقد أنه سيتم تطوير أساليب الذوبان الأكثر كفاءة وصديقة للبيئة ، مما يوفر المزيد من الاحتمالات لاستخدام وتطوير السليلوز.