Selulosa adalah polisakarida kompleks yang terdiri dari banyak unit glukosa yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4-glikosidik. Ini adalah komponen utama dinding sel tumbuhan dan memberikan dukungan struktural dan ketangguhan yang kuat pada dinding sel tumbuhan. Karena rantai molekul selulosa yang panjang dan kristalinitas yang tinggi, ia memiliki stabilitas dan ketidaklarutan yang kuat.
(1) Sifat selulosa dan kesulitan larut
Selulosa memiliki sifat-sifat berikut yang membuatnya sulit larut:
Kristalinitas tinggi: Rantai molekul selulosa membentuk struktur kisi yang rapat melalui ikatan hidrogen dan gaya van der Waals.
Tingkat polimerisasi yang tinggi: Tingkat polimerisasi (yaitu panjang rantai molekul) selulosa tinggi, biasanya berkisar antara ratusan hingga ribuan unit glukosa, yang meningkatkan stabilitas molekul.
Jaringan ikatan hidrogen: Ikatan hidrogen terdapat secara luas di antara dan di dalam rantai molekul selulosa, sehingga sulit untuk dihancurkan dan dilarutkan oleh pelarut umum.
(2) Reagen yang melarutkan selulosa
Saat ini, reagen yang diketahui dapat melarutkan selulosa secara efektif terutama meliputi kategori berikut:
1. Cairan Ionik
Cairan ionik adalah cairan yang terdiri dari kation organik dan anion organik atau anorganik, biasanya dengan volatilitas rendah, stabilitas termal tinggi, dan penyesuaian tinggi. Beberapa cairan ionik dapat melarutkan selulosa, dan mekanisme utamanya adalah memutus ikatan hidrogen antar rantai molekul selulosa. Cairan ionik umum yang melarutkan selulosa meliputi:
1-Butil-3-methylimidazolium klorida ([BMIM]Cl): Cairan ionik ini melarutkan selulosa dengan berinteraksi dengan ikatan hidrogen dalam selulosa melalui akseptor ikatan hidrogen.
1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate ([EMIM][Ac]): Cairan ionik ini dapat melarutkan selulosa konsentrasi tinggi dalam kondisi yang relatif ringan.
2. Larutan oksidan amina
Larutan oksidan amina seperti larutan campuran dietilamina (DEA) dan tembaga klorida disebut [larutan Cu(II)-amonium], yang merupakan sistem pelarut kuat yang dapat melarutkan selulosa. Ini menghancurkan struktur kristal selulosa melalui oksidasi dan ikatan hidrogen, membuat rantai molekul selulosa lebih lembut dan lebih mudah larut.
3. Sistem litium klorida-dimetilasetamida (LiCl-DMAc).
Sistem LiCl-DMAc (lithium klorida-dimethylacetamide) adalah salah satu metode klasik untuk melarutkan selulosa. LiCl dapat membentuk persaingan ikatan hidrogen sehingga merusak jaringan ikatan hidrogen antar molekul selulosa, sedangkan DMAc sebagai pelarut dapat berinteraksi dengan baik dengan rantai molekul selulosa.
4. Larutan asam klorida/seng klorida
Larutan asam klorida/seng klorida merupakan reagen yang ditemukan awal yang dapat melarutkan selulosa. Ia dapat melarutkan selulosa dengan membentuk efek koordinasi antara seng klorida dan rantai molekul selulosa, dan asam klorida menghancurkan ikatan hidrogen antara molekul selulosa. Namun, solusi ini sangat korosif terhadap peralatan dan terbatas dalam penerapan praktisnya.
5. Enzim fibrinolitik
Enzim fibrinolitik (seperti selulase) melarutkan selulosa dengan mengkatalisis penguraian selulosa menjadi oligosakarida dan monosakarida yang lebih kecil. Metode ini memiliki penerapan yang luas di bidang biodegradasi dan konversi biomassa, meskipun proses pelarutannya tidak sepenuhnya merupakan pelarutan kimiawi, tetapi dicapai melalui biokatalisis.
(3) Mekanisme pembubaran selulosa
Reagen yang berbeda memiliki mekanisme yang berbeda untuk melarutkan selulosa, namun secara umum dapat dikaitkan dengan dua mekanisme utama:
Penghancuran ikatan hidrogen: Penghancuran ikatan hidrogen antara rantai molekul selulosa melalui pembentukan ikatan hidrogen yang kompetitif atau interaksi ionik, sehingga membuatnya larut.
Relaksasi rantai molekul: Meningkatkan kelembutan rantai molekul selulosa dan mengurangi kristalinitas rantai molekul melalui cara fisik atau kimia, sehingga dapat dilarutkan dalam pelarut.
(4) Aplikasi praktis pelarutan selulosa
Pelarutan selulosa memiliki penerapan penting dalam banyak bidang:
Pembuatan turunan selulosa: Setelah selulosa larut, selanjutnya dapat dimodifikasi secara kimia untuk menghasilkan eter selulosa, ester selulosa dan turunan lainnya, yang banyak digunakan dalam makanan, obat-obatan, pelapis dan bidang lainnya.
Bahan berbasis selulosa: Menggunakan selulosa terlarut, serat nano selulosa, membran selulosa dan bahan lainnya dapat dibuat. Bahan-bahan ini memiliki sifat mekanik dan biokompatibilitas yang baik.
Energi biomassa: Dengan melarutkan dan menguraikan selulosa, selulosa dapat diubah menjadi gula yang dapat difermentasi untuk produksi biofuel seperti bioetanol, sehingga membantu mencapai pengembangan dan pemanfaatan energi terbarukan.
Pelarutan selulosa adalah proses kompleks yang melibatkan berbagai mekanisme kimia dan fisik. Cairan ionik, larutan oksidan amino, sistem LiCl-DMAc, larutan asam klorida/seng klorida dan enzim selolitik saat ini dikenal sebagai agen yang efektif untuk melarutkan selulosa. Setiap agen memiliki mekanisme pembubaran dan bidang penerapannya yang unik. Dengan dikaji secara mendalam mengenai mekanisme pelarutan selulosa, diyakini akan dapat dikembangkan metode pelarutan yang lebih efisien dan ramah lingkungan sehingga memberikan lebih banyak kemungkinan bagi pemanfaatan dan pengembangan selulosa.
Waktu posting: 09-Juli-2024