La cellulose est un polysaccharide complexe composé de nombreuses unités de glucose reliées par des liaisons β-1,4-glycosidiques. C'est le composant principal des parois des cellules végétales et donne aux parois des cellules végétales et à un fort soutien structurel et à la ténacité. En raison de la longue chaîne moléculaire de la cellulose et de la cristallinité élevée, il a une forte stabilité et insolupeness.
(1) Propriétés de la cellulose et difficulté à dissoudre
La cellulose a les propriétés suivantes qui rendent la dissolution difficile:
Haute cristallinité: les chaînes moléculaires de cellulose forment une structure de réseau serrée par des liaisons hydrogène et des forces Van der Waals.
Degré élevé de polymérisation: le degré de polymérisation (c'est-à-dire que la longueur de la chaîne moléculaire) de la cellulose est élevée, allant généralement de centaines à des milliers d'unités de glucose, ce qui augmente la stabilité de la molécule.
Réseau de liaison hydrogène: les liaisons hydrogène sont largement présentes entre et dans les chaînes moléculaires de cellulose, ce qui rend difficile d'être détruit et dissous par des solvants généraux.
(2) réactifs qui dissolvent la cellulose
Actuellement, les réactifs connus qui peuvent dissoudre efficacement la cellulose incluent principalement les catégories suivantes:
1. Liquides ioniques
Les liquides ioniques sont des liquides composés de cations organiques et d'anions organiques ou inorganiques, généralement avec une faible volatilité, une stabilité thermique élevée et un réglage élevé. Certains liquides ioniques peuvent dissoudre la cellulose et le principal mécanisme est de briser les liaisons hydrogène entre les chaînes moléculaires de cellulose. Les liquides ioniques courants qui dissolvent la cellulose comprennent:
Chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium ([BMIM] CL): Ce liquide ionique dissout la cellulose en interagissant avec les liaisons hydrogène dans la cellulose par des accepteurs de liaisons hydrogène.
1-éthyl-3-méthylimidazolium acétate ([EMIM] [AC]): Ce liquide ionique peut dissoudre des concentrations élevées de cellulose dans des conditions relativement douces.
2. Solution oxydante amine
La solution d'oxydant amine tel qu'une solution mixte de diéthylamine (DEA) et de chlorure de cuivre est appelée [Cu (II) -ammonium Solution], qui est un système de solvant fort qui peut dissoudre la cellulose. Il détruit la structure cristalline de la cellulose par l'oxydation et la liaison hydrogène, ce qui rend la chaîne moléculaire de cellulose plus douce et plus soluble.
3. Système de chlorure de chlorure de lithium (LICL-DMAC)
Le système LICL-DMAC (chlorure de lithium-diméthylacétamide) est l'une des méthodes classiques de dissolution de la cellulose. LICL peut former une compétition pour les liaisons hydrogène, détruisant ainsi le réseau de liaisons hydrogène entre les molécules de cellulose, tandis que le DMAC en tant que solvant peut bien interagir avec la chaîne moléculaire de cellulose.
4. Solution chlorure d'acide chlorhydrique / zinc
La solution de chlorure d'acide chlorhydrique / zinc est un réactif découvert tôt qui peut dissoudre la cellulose. Il peut dissoudre la cellulose en formant un effet de coordination entre le chlorure de zinc et les chaînes moléculaires de cellulose, et l'acide chlorhydrique détruisant les liaisons hydrogène entre les molécules de cellulose. Cependant, cette solution est hautement corrosive à l'équipement et est limitée dans les applications pratiques.
5. Enzymes fibrinolytiques
Les enzymes fibrinolytiques (comme les cellulases) dissolvent la cellulose en catalysant la décomposition de la cellulose en oligosaccharides et monosaccharides plus petits. Cette méthode a un large éventail d'applications dans les champs de biodégradation et de conversion de biomasse, bien que son processus de dissolution ne soit pas complètement dissolution chimique, mais est obtenu par biocatalyse.
(3) Mécanisme de dissolution de la cellulose
Différents réactifs ont des mécanismes différents pour la dissolution de la cellulose, mais en général, ils peuvent être attribués à deux mécanismes principaux:
Destruction des liaisons hydrogène: détruire les liaisons hydrogène entre les chaînes moléculaires de cellulose par la formation de liaisons hydrogène concurrentielle ou l'interaction ionique, ce qui le rend soluble.
Détente de la chaîne moléculaire: augmentation de la douceur des chaînes moléculaires de cellulose et réduisant la cristallinité des chaînes moléculaires par des moyens physiques ou chimiques, afin qu'ils puissent être dissous dans des solvants.
(4) Applications pratiques de la dissolution de la cellulose
La dissolution de la cellulose a des applications importantes dans de nombreux domaines:
Préparation des dérivés de cellulose: Après dissolution de la cellulose, il peut être modifié chimiquement pour préparer les éthers de cellulose, les esters de cellulose et d'autres dérivés, qui sont largement utilisés dans les aliments, la médecine, les revêtements et d'autres champs.
Matériaux à base de cellulose: en utilisant de la cellulose dissous, des nanofibres de cellulose, des membranes de cellulose et d'autres matériaux peuvent être préparés. Ces matériaux ont de bonnes propriétés mécaniques et la biocompatibilité.
Énergie de la biomasse: En dissolvant et en dégradant la cellulose, il peut être converti en sucres fermentes pour la production de biocarburants tels que le bioéthanol, ce qui aide à réaliser le développement et l'utilisation d'énergie renouvelable.
La dissolution de la cellulose est un processus complexe impliquant de multiples mécanismes chimiques et physiques. Les liquides ioniques, les solutions d'oxydant amino, les systèmes licl-DMAC, les solutions chlorure d'acide chlorhydrique / zinc et les enzymes cellulaires sont actuellement connues pour être des agents efficaces pour dissoudre la cellulose. Chaque agent a son propre mécanisme de dissolution et son champ d'application unique. Avec l'étude approfondie du mécanisme de dissolution de la cellulose, on pense que des méthodes de dissolution plus efficaces et respectueuses de l'environnement seront développées, offrant plus de possibilités pour l'utilisation et le développement de la cellulose.
Heure du poste: juil-09-2024