वह कौन सा अभिकर्मक है जो सेलूलोज़ को घोलता है?

सेलूलोज़ एक जटिल पॉलीसेकेराइड है जो β-1,4-ग्लाइकोसिडिक बांड से जुड़ी कई ग्लूकोज इकाइयों से बना है। यह पौधों की कोशिका दीवारों का मुख्य घटक है और पौधों की कोशिका दीवारों को मजबूत संरचनात्मक समर्थन और कठोरता प्रदान करता है। लंबी सेलूलोज़ आणविक श्रृंखला और उच्च क्रिस्टलीयता के कारण, इसमें मजबूत स्थिरता और अघुलनशीलता होती है।

(1) सेलूलोज़ के गुण और घुलने में कठिनाई

सेलूलोज़ में निम्नलिखित गुण होते हैं जो इसे घुलना कठिन बनाते हैं:

उच्च क्रिस्टलीयता: सेलूलोज़ आणविक श्रृंखलाएं हाइड्रोजन बांड और वैन डेर वाल्स बलों के माध्यम से एक तंग जाली संरचना बनाती हैं।

पोलीमराइजेशन की उच्च डिग्री: सेलूलोज़ की पोलीमराइजेशन की डिग्री (यानी आणविक श्रृंखला की लंबाई) उच्च होती है, आमतौर पर सैकड़ों से हजारों ग्लूकोज इकाइयों तक होती है, जो अणु की स्थिरता को बढ़ाती है।

हाइड्रोजन बांड नेटवर्क: हाइड्रोजन बांड सेल्युलोज आणविक श्रृंखलाओं के बीच और भीतर व्यापक रूप से मौजूद होते हैं, जिससे सामान्य सॉल्वैंट्स द्वारा नष्ट और विघटित होना मुश्किल हो जाता है।

(2) अभिकर्मक जो सेल्युलोज को घोलते हैं

वर्तमान में, ज्ञात अभिकर्मक जो सेलूलोज़ को प्रभावी ढंग से भंग कर सकते हैं उनमें मुख्य रूप से निम्नलिखित श्रेणियां शामिल हैं:

1. आयनिक तरल पदार्थ

आयनिक तरल पदार्थ कार्बनिक धनायनों और कार्बनिक या अकार्बनिक आयनों से बने तरल पदार्थ होते हैं, जिनमें आमतौर पर कम अस्थिरता, उच्च तापीय स्थिरता और उच्च समायोजन क्षमता होती है। कुछ आयनिक तरल पदार्थ सेल्युलोज को घोल सकते हैं, और मुख्य तंत्र सेल्युलोज आणविक श्रृंखलाओं के बीच हाइड्रोजन बंधन को तोड़ना है। सेलूलोज़ को घोलने वाले सामान्य आयनिक तरल पदार्थों में शामिल हैं:

1-ब्यूटाइल-3-मिथाइलिमिडाज़ोलियम क्लोराइड ([बीएमआईएम]सीएल): यह आयनिक तरल हाइड्रोजन बांड स्वीकर्ता के माध्यम से सेलूलोज़ में हाइड्रोजन बांड के साथ बातचीत करके सेलूलोज़ को घोलता है।

1-एथाइल-3-मिथाइलिमिडाज़ोलियम एसीटेट ([ईएमआईएम][एसी]): यह आयनिक तरल अपेक्षाकृत हल्की परिस्थितियों में सेलूलोज़ की उच्च सांद्रता को भंग कर सकता है।

2. अमीन ऑक्सीडेंट घोल
अमीन ऑक्सीडेंट घोल जैसे डायथाइलमाइन (डीईए) और कॉपर क्लोराइड के मिश्रित घोल को [Cu(II)-अमोनियम घोल] कहा जाता है, जो एक मजबूत विलायक प्रणाली है जो सेलूलोज़ को घोल सकती है। यह ऑक्सीकरण और हाइड्रोजन बंधन के माध्यम से सेलूलोज़ की क्रिस्टल संरचना को नष्ट कर देता है, जिससे सेलूलोज़ आणविक श्रृंखला नरम और अधिक घुलनशील हो जाती है।

3. लिथियम क्लोराइड-डाइमिथाइलएसिटामाइड (LiCl-DMAc) प्रणाली
LiCl-DMAc (लिथियम क्लोराइड-डाइमिथाइलएसिटामाइड) प्रणाली सेलूलोज़ को घोलने की क्लासिक विधियों में से एक है। LiCl हाइड्रोजन बांड के लिए प्रतिस्पर्धा बना सकता है, जिससे सेलूलोज़ अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड नेटवर्क नष्ट हो सकता है, जबकि DMAc एक विलायक के रूप में सेल्यूलोज़ आणविक श्रृंखला के साथ अच्छी तरह से बातचीत कर सकता है।

4. हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जिंक क्लोराइड घोल
हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जिंक क्लोराइड घोल एक प्रारंभिक खोजा गया अभिकर्मक है जो सेल्युलोज को घोल सकता है। यह जिंक क्लोराइड और सेलूलोज़ आणविक श्रृंखलाओं के बीच एक समन्वय प्रभाव बनाकर सेलूलोज़ को भंग कर सकता है, और हाइड्रोक्लोरिक एसिड सेलूलोज़ अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड को नष्ट कर सकता है। हालाँकि, यह समाधान उपकरणों के लिए अत्यधिक संक्षारक है और व्यावहारिक अनुप्रयोगों में सीमित है।

5. फाइब्रिनोलिटिक एंजाइम
फ़ाइब्रिनोलिटिक एंजाइम (जैसे सेल्यूलेज़) सेल्युलोज़ के अपघटन को छोटे ऑलिगोसेकेराइड और मोनोसेकेराइड में उत्प्रेरित करके सेल्युलोज़ को घोलते हैं। इस विधि में जैव निम्नीकरण और बायोमास रूपांतरण के क्षेत्र में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, हालांकि इसकी विघटन प्रक्रिया पूरी तरह से रासायनिक विघटन नहीं है, लेकिन बायोकैटलिसिस के माध्यम से प्राप्त की जाती है।

(3) सेल्युलोज विघटन की क्रियाविधि

विभिन्न अभिकर्मकों में सेलूलोज़ को घोलने के लिए अलग-अलग तंत्र होते हैं, लेकिन सामान्य तौर पर उन्हें दो मुख्य तंत्रों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है:
हाइड्रोजन बांड का विनाश: प्रतिस्पर्धी हाइड्रोजन बांड गठन या आयनिक इंटरैक्शन के माध्यम से सेलूलोज़ आणविक श्रृंखलाओं के बीच हाइड्रोजन बांड को नष्ट करना, इसे घुलनशील बनाना।
आणविक श्रृंखला विश्राम: सेल्युलोज आणविक श्रृंखलाओं की कोमलता बढ़ाना और भौतिक या रासायनिक साधनों के माध्यम से आणविक श्रृंखलाओं की क्रिस्टलीयता को कम करना, ताकि उन्हें विलायक में भंग किया जा सके।

(4) सेल्युलोज विघटन के व्यावहारिक अनुप्रयोग

सेलूलोज़ विघटन के कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं:
सेल्युलोज डेरिवेटिव की तैयारी: सेल्युलोज को घोलने के बाद, इसे सेल्युलोज ईथर, सेल्युलोज एस्टर और अन्य डेरिवेटिव तैयार करने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित किया जा सकता है, जिनका व्यापक रूप से भोजन, दवा, कोटिंग्स और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।
सेल्युलोज-आधारित सामग्री: विघटित सेल्युलोज का उपयोग करके, सेल्युलोज नैनोफाइबर, सेल्युलोज झिल्ली और अन्य सामग्री तैयार की जा सकती है। इन सामग्रियों में अच्छे यांत्रिक गुण और जैव अनुकूलता होती है।
बायोमास ऊर्जा: सेल्युलोज को घोलकर और विघटित करके, इसे बायोएथेनॉल जैसे जैव ईंधन के उत्पादन के लिए किण्वित शर्करा में परिवर्तित किया जा सकता है, जो नवीकरणीय ऊर्जा के विकास और उपयोग को प्राप्त करने में मदद करता है।

सेलूलोज़ विघटन एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई रासायनिक और भौतिक तंत्र शामिल होते हैं। आयनिक तरल पदार्थ, अमीनो ऑक्सीडेंट समाधान, LiCl-डीएमएसी सिस्टम, हाइड्रोक्लोरिक एसिड/जिंक क्लोराइड समाधान और सेलोलाइटिक एंजाइम वर्तमान में सेलूलोज़ को घोलने के लिए प्रभावी एजेंट के रूप में जाने जाते हैं। प्रत्येक एजेंट का अपना विशिष्ट विघटन तंत्र और अनुप्रयोग क्षेत्र होता है। सेलूलोज़ विघटन तंत्र के गहन अध्ययन से, यह माना जाता है कि अधिक कुशल और पर्यावरण के अनुकूल विघटन विधियाँ विकसित की जाएंगी, जिससे सेलूलोज़ के उपयोग और विकास के लिए अधिक संभावनाएँ उपलब्ध होंगी।