Selulosa adalah polisakarida kompleks yang terdiri dari banyak unit glukosa yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4-glikosida. Ini adalah komponen utama dari dinding sel tanaman dan memberikan dinding sel tanaman yang kuat dan ketangguhan struktural. Karena rantai molekul selulosa yang panjang dan kristalinitas tinggi, ia memiliki stabilitas dan kekebalan yang kuat.
(1) Sifat selulosa dan kesulitan dalam pelarutan
Selulosa memiliki sifat -sifat berikut yang membuatnya sulit untuk larut:
Kristalinitas Tinggi: Rantai molekul selulosa membentuk struktur kisi yang kencang melalui ikatan hidrogen dan gaya van der Waals.
Tingkat polimerisasi yang tinggi: tingkat polimerisasi (yaitu panjang rantai molekul) selulosa tinggi, biasanya mulai dari ratusan hingga ribuan unit glukosa, yang meningkatkan stabilitas molekul.
Jaringan ikatan hidrogen: Ikatan hidrogen secara luas hadir antara dan dalam rantai molekul selulosa, membuatnya sulit untuk dihancurkan dan dilarutkan oleh pelarut umum.
(2) Reagen yang melarutkan selulosa
Saat ini, reagen yang diketahui yang secara efektif dapat melarutkan selulosa terutama mencakup 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 memecahkan ikatan hidrogen antara rantai molekul selulosa. Cairan ionik umum yang melarutkan selulosa meliputi:
1-butil-3-metilimidazolium klorida ([BMIM] Cl): Cairan ionik ini melarutkan selulosa dengan berinteraksi dengan ikatan hidrogen dalam selulosa melalui akseptor ikatan hidrogen.
1-etil-3-metilimidazolium asetat ([emim] [ac]): cairan ionik ini dapat melarutkan konsentrasi selulosa yang tinggi dalam kondisi yang relatif ringan.
2. Larutan oksidan amina
Larutan oksidan amina seperti larutan campuran dietilamin (DEA) dan tembaga klorida disebut [Cu (II) -Ammonium Solution], yang merupakan sistem pelarut yang kuat yang dapat melarutkan selulosa. Ini menghancurkan struktur kristal selulosa melalui oksidasi dan ikatan hidrogen, membuat rantai molekul selulosa lebih lembut dan lebih larut.
3. Lithium chloride-dimethylacetamide (LICL-DMAC) Sistem
Sistem LiCl-DMAC (lithium klorida-dimetilasetamid) adalah salah satu metode klasik untuk melarutkan selulosa. LICL dapat membentuk persaingan untuk ikatan hidrogen, sehingga menghancurkan jaringan ikatan hidrogen antara 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 adalah reagen awal yang ditemukan yang dapat melarutkan selulosa. Ini dapat melarutkan selulosa dengan membentuk efek koordinasi antara seng klorida dan rantai molekul selulosa, dan asam klorida yang menghancurkan ikatan hidrogen antara molekul selulosa. Namun, solusi ini sangat korosif untuk peralatan dan terbatas dalam aplikasi praktis.
5. Enzim fibrinolitik
Enzim fibrinolitik (seperti selulase) melarutkan selulosa dengan mengkatalisasi dekomposisi selulosa menjadi oligosakarida dan monosakarida yang lebih kecil. Metode ini memiliki berbagai aplikasi di bidang biodegradasi dan konversi biomassa, meskipun proses pembubarannya tidak sepenuhnya pembubaran kimia, tetapi dicapai melalui biokatalisis.
(3) Mekanisme Pembubaran Selulosa
Reagen yang berbeda memiliki mekanisme yang berbeda untuk melarutkan selulosa, tetapi secara umum mereka dapat dikaitkan dengan dua mekanisme utama:
Penghancuran ikatan hidrogen: menghancurkan ikatan hidrogen antara rantai molekul selulosa melalui pembentukan ikatan hidrogen yang kompetitif atau interaksi ionik, membuatnya larut.
Relaksasi rantai molekul: Meningkatkan kelembutan rantai molekul selulosa dan mengurangi kristalinitas rantai molekul melalui cara fisik atau kimia, sehingga mereka dapat dilarutkan dalam pelarut.
(4) Aplikasi praktis pembubaran selulosa
Pembubaran selulosa memiliki aplikasi penting di banyak bidang:
Persiapan turunan selulosa: Setelah melarutkan selulosa, dapat dimodifikasi secara kimia lebih lanjut untuk menyiapkan eter selulosa, ester selulosa dan turunan lainnya, yang banyak digunakan dalam makanan, obat -obatan, pelapis dan bidang lainnya.
Bahan berbasis selulosa: Menggunakan selulosa selulosa, nanofiber selulosa, membran selulosa dan bahan lainnya dapat disiapkan. Bahan -bahan ini memiliki sifat mekanik yang baik dan biokompatibilitas.
Energi Biomassa: Dengan melarutkan dan merendahkan selulosa, dapat dikonversi menjadi gula yang dapat difermentasi untuk produksi biofuel seperti bioetanol, yang membantu mencapai pengembangan dan pemanfaatan energi terbarukan.
Pembubaran 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 disolusi dan bidang aplikasi yang unik. Dengan studi mendalam tentang mekanisme disolusi selulosa, diyakini bahwa metode disolusi yang lebih efisien dan ramah lingkungan akan dikembangkan, memberikan lebih banyak kemungkinan untuk pemanfaatan dan pengembangan selulosa.
Waktu posting: Jul-09-2024