معرفی که سلولز را حل می کند چیست؟

سلولز یک پلی ساکارید پیچیده است که از بسیاری از واحدهای گلوکز متصل شده توسط پیوندهای β-1،4 گلیکوزیدی تشکیل شده است. این مؤلفه اصلی دیواره های سلول گیاهی است و به دیواره های سلول گیاهی پشتیبانی ساختاری قوی و چقرمگی می دهد. با توجه به زنجیره مولکولی سلولز طولانی و تبلور بالا ، از ثبات و عدم رعایت قوی برخوردار است.

(1) خواص سلولز و مشکل در حل

سلولز دارای خواص زیر است که حل آن را دشوار می کند:

تبلور بالا: زنجیره های مولکولی سلولز از طریق پیوندهای هیدروژن و نیروهای ون در والس یک ساختار شبکه محکم را تشکیل می دهند.

درجه بالای پلیمریزاسیون: درجه پلیمریزاسیون (یعنی طول زنجیره مولکولی) سلولز زیاد است ، معمولاً از صدها تا هزاران واحد گلوکز ، که باعث افزایش پایداری مولکول می شود.

شبکه پیوند هیدروژن: پیوندهای هیدروژن به طور گسترده ای بین زنجیره های مولکولی سلولز وجود دارد و باعث می شود که توسط حلال های عمومی نابود و حل شود.

(2) معرفهایی که سلولز را حل می کنند

در حال حاضر ، معرفهای شناخته شده که می توانند سلولز را بطور مؤثر حل کنند ، شامل دسته های زیر است:

1. مایعات یونی

مایعات یونی مایعاتی هستند که از کاتیونهای آلی و آنیونهای آلی یا معدنی تشکیل شده اند ، معمولاً با نوسانات کم ، پایداری حرارتی بالا و قابلیت تنظیم بالا. برخی از مایعات یونی می توانند سلولز را حل کنند و مکانیسم اصلی شکستن پیوندهای هیدروژن بین زنجیره های مولکولی سلولز است. مایعات یونی رایج که سلولز را حل می کنند عبارتند از:

کلرید 1-بوتیل-3-متیلیمیدازولیوم ([BMIM] CL): این مایع یونی سلولز را با تعامل با پیوندهای هیدروژن در سلولز از طریق پذیرندگان پیوند هیدروژن حل می کند.

1-اتیل-3-متیلیمیدازولیوم استات ([EMIM] [AC]): این مایع یونی می تواند غلظت بالای سلولز را در شرایط نسبتاً خفیف حل کند.

2. محلول اکسیدان آمین
محلول اکسیدان آمین مانند محلول مخلوط دی اتیل آمین (DEA) و کلرید مس [محلول مس (II) -Ammonium] نامیده می شود ، که یک سیستم حلال قوی است که می تواند سلولز را حل کند. این ساختار کریستالی سلولز را از طریق اکسیداسیون و پیوند هیدروژن از بین می برد و باعث می شود زنجیره مولکولی سلولز نرمتر و محلول تر شود.

3. سیستم لیتیوم کلرید-دی متیل استامید (LICL-DMAC)
سیستم LICL-DMAC (لیتیوم کلرید-دی متیل استامید) یکی از روشهای کلاسیک برای حل سلولز است. LICL می تواند یک رقابت برای پیوندهای هیدروژن ایجاد کند ، در نتیجه شبکه پیوند هیدروژن بین مولکول های سلولز را از بین می برد ، در حالی که DMAC به عنوان یک حلال می تواند به خوبی با زنجیره مولکولی سلولز تعامل داشته باشد.

4. محلول کلرید اسید هیدروکلریک/روی
محلول کلرید اسید هیدروکلریک اسید/روی یک معرف اولیه کشف شده است که می تواند سلولز را حل کند. این سلول می تواند با تشکیل یک اثر هماهنگی بین کلرید روی و زنجیره های مولکولی سلولز و اسید هیدروکلریک که پیوندهای هیدروژن بین مولکول های سلولز را از بین می برد ، سلولز را حل کند. با این حال ، این راه حل برای تجهیزات بسیار خورنده است و در کاربردهای عملی محدود است.

5 آنزیم های فیبرینولیتیک
آنزیم های فیبرینولیتیک (مانند سلولز) سلولز را با کاتالیز کردن تجزیه سلولز به الیگوساکاریدهای کوچکتر و مونوساکاریدها حل می کنند. این روش دارای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی در زمینه های زیست تجزیه و تبدیل زیست توده است ، اگرچه فرآیند انحلال آن کاملاً شیمیایی نیست ، اما از طریق بیوکاتالیز حاصل می شود.

(3) مکانیسم انحلال سلولز

معرفهای مختلف مکانیسم های مختلفی برای حل سلولز دارند ، اما به طور کلی می توان آنها را به دو مکانیسم اصلی نسبت داد:
تخریب پیوندهای هیدروژن: از بین بردن پیوندهای هیدروژن بین زنجیره های مولکولی سلولز از طریق تشکیل پیوند هیدروژن رقابتی یا تعامل یونی ، و آن را محلول می کند.
آرامش زنجیره مولکولی: افزایش نرمی زنجیره های مولکولی سلولز و کاهش تبلور زنجیره های مولکولی از طریق وسایل فیزیکی یا شیمیایی ، به طوری که می توان آنها را در حلال ها حل کرد.

(4) کاربردهای عملی انحلال سلولز

انحلال سلولز کاربردهای مهمی در بسیاری از زمینه ها دارد:
تهیه مشتقات سلولز: پس از حل سلولز ، می توان آن را برای تهیه اترهای سلولز ، استرهای سلولز و سایر مشتقات ، که به طور گسترده در مواد غذایی ، دارو ، روکش ها و سایر زمینه ها استفاده می شود ، از نظر شیمیایی اصلاح کرد.
مواد مبتنی بر سلولز: با استفاده از سلولز محلول ، نانوالیاف سلولز ، غشاهای سلولز و سایر مواد قابل تهیه است. این مواد دارای خواص مکانیکی خوبی و زیست سازگاری هستند.
انرژی زیست توده: با انحلال و تحقیر سلولز ، می توان آن را برای تولید سوخت های زیستی مانند بیوتانول به قندهای تخمیر تبدیل کرد که به دستیابی به توسعه و استفاده از انرژی های تجدید پذیر کمک می کند.

انحلال سلولز یک فرآیند پیچیده است که شامل مکانیسم های شیمیایی و فیزیکی متعدد است. مایعات یونی ، محلول های اکسیدان آمینه ، سیستم های LICL-DMAC ، محلول های کلرید اسید هیدروکلریک اسید/روی و آنزیم های سلولزی در حال حاضر به عنوان عوامل مؤثر برای حل سلولز شناخته شده اند. هر عامل مکانیسم انحلال منحصر به فرد و زمینه کاربرد خود را دارد. با مطالعه عمیق مکانیسم انحلال سلولز ، اعتقاد بر این است که روشهای انحلال کارآمدتر و سازگار با محیط زیست تدوین خواهد شد و امکانات بیشتری را برای استفاده و توسعه سلولز فراهم می کند.