A celulosa é un polisacárido complexo composto por moitas unidades de glicosa conectadas por enlaces β-1,4-glicosídicos. É o principal compoñente das paredes das células vexetais e dá ás paredes das células vexetais un forte apoio estrutural e dureza. Debido á longa cadea molecular de celulosa e á alta cristalinidade, ten unha forte estabilidade e insolabilidade.
(1) Propiedades da celulosa e dificultade para disolverse
A celulosa ten as seguintes propiedades que dificultan a disolución:
Alta cristalinidade: as cadeas moleculares de celulosa forman unha estrutura de celosía axustada a través de enlaces de hidróxeno e forzas de van der Waals.
Alto grao de polimerización: o grao de polimerización (é dicir, a lonxitude da cadea molecular) da celulosa é alta, normalmente que vai dende centos a miles de unidades de glicosa, o que aumenta a estabilidade da molécula.
Rede de enlace de hidróxeno: os enlaces de hidróxeno están moi presentes entre e dentro das cadeas moleculares de celulosa, polo que é difícil ser destruído e disolto por disolventes xerais.
(2) Reactivos que disolven a celulosa
Actualmente, os reactivos coñecidos que poden disolver eficazmente a celulosa inclúen principalmente as seguintes categorías:
1. Líquidos iónicos
Os líquidos iónicos son líquidos compostos por catións orgánicos e anións orgánicos ou inorgánicos, normalmente con baixa volatilidade, alta estabilidade térmica e alta axustabilidade. Algúns líquidos iónicos poden disolver a celulosa e o mecanismo principal é romper os enlaces de hidróxeno entre as cadeas moleculares de celulosa. Os líquidos iónicos comúns que disolven a celulosa inclúen:
Cloruro de 1-butil-3-metilimidazolio ([BMIM] CL): Este líquido iónico disolve a celulosa interactuando cos enlaces de hidróxeno na celulosa a través de aceptores de enlaces de hidróxeno.
Acetato de 1-etil-3-metilimidazolio ([EMIM] [AC]): Este líquido iónico pode disolver altas concentracións de celulosa en condicións relativamente leves.
2. Solución de oxidante amina
Solución de oxidante de amina como unha solución mixta de dietilamina (DEA) e cloruro de cobre chámase solución [Cu (II) -ammonio], que é un sistema de disolvente forte que pode disolver a celulosa. Destrúe a estrutura de cristal da celulosa mediante oxidación e unión de hidróxeno, facendo que a cadea molecular de celulosa sexa máis suave e máis soluble.
3. Sistema de cloruro-dimetilacetamida de litio (LICL-DMAC)
O sistema LiCl-DMAC (cloruro-dimetilacetamida) de litio é un dos métodos clásicos para disolver a celulosa. O LICL pode formar unha competencia para enlaces de hidróxeno, destruíndo así a rede de enlaces de hidróxeno entre moléculas de celulosa, mentres que o DMAC como disolvente pode interactuar ben coa cadea molecular de celulosa.
4. Solución de cloruro de ácido clorhídrico/cinc
A solución de cloruro de ácido clorhídrico/cinc é un reactivo descuberto precoz que pode disolver a celulosa. Pode disolver a celulosa formando un efecto de coordinación entre o cloruro de cinc e as cadeas moleculares de celulosa e o ácido clorhídrico que destrúe os enlaces de hidróxeno entre moléculas de celulosa. Non obstante, esta solución é altamente corrosiva aos equipos e está limitada en aplicacións prácticas.
5. Enzimas fibrinolíticas
As enzimas fibrinolíticas (como as celulases) disolven a celulosa catalizando a descomposición da celulosa en oligosacáridos e monosacáridos máis pequenos. Este método ten unha ampla gama de aplicacións nos campos de biodegradación e conversión de biomasa, aínda que o seu proceso de disolución non é completamente disolución química, senón que se consegue mediante a biocatalise.
(3) Mecanismo de disolución de celulosa
Diferentes reactivos teñen diferentes mecanismos para disolver a celulosa, pero en xeral pódense atribuír a dous mecanismos principais:
Destrución de enlaces de hidróxeno: destruír os enlaces de hidróxeno entre as cadeas moleculares de celulosa mediante formación de enlaces de hidróxeno competitivo ou interacción iónica, tornándoa soluble.
Relaxación da cadea molecular: aumentando a suavidade das cadeas moleculares de celulosa e reducindo a cristalinidade das cadeas moleculares a través de medios físicos ou químicos, para que poidan ser disolvidos en disolventes.
(4) Aplicacións prácticas da disolución de celulosa
A disolución de celulosa ten importantes aplicacións en moitos campos:
Preparación de derivados de celulosa: despois de disolver a celulosa, pódese modificar químicamente para preparar éteres de celulosa, ésteres de celulosa e outros derivados, que son amplamente empregados en alimentos, medicamentos, revestimentos e outros campos.
Materiais a base de celulosa: pódese preparar a utilización de celulosa disolta, nanofibras de celulosa, membranas de celulosa e outros materiais. Estes materiais teñen boas propiedades mecánicas e biocompatibilidade.
Enerxía de biomasa: disolvendo e degradante celulosa, pódese converter en azucres fermentables para a produción de biocombustibles como o bioetanol, o que axuda a lograr o desenvolvemento e a utilización de enerxías renovables.
A disolución de celulosa é un proceso complexo que implica múltiples mecanismos químicos e físicos. Os líquidos iónicos, solucións amino oxidantes, sistemas LICL-DMAC, solucións de ácido clorhídrico/cloruro de cinc e enzimas celolíticas son actualmente coñecidos por ser axentes eficaces para disolver a celulosa. Cada axente ten o seu propio mecanismo de disolución e campo de aplicación. Co estudo en profundidade do mecanismo de disolución de celulosa, crese que se desenvolverán métodos de disolución máis eficientes e ecolóxicos, proporcionando máis posibilidades para a utilización e desenvolvemento da celulosa.
Tempo de publicación: xul-09-2024