セルロースは、β-1,4-グリコシド結合で接続された多くのグルコース単位で構成される複雑な多糖類です。それは植物細胞壁の主要な成分であり、植物細胞の壁に強力な構造的サポートと靭性を与えます。長いセルロース分子鎖と高い結晶性により、強い安定性と不均衡があります。
（1）セルロースの特性と溶解の難しさ
セルロースには、溶解することを困難にする次の特性があります。
高結晶化度：セルロース分子鎖は、水素結合とファンデルワールス力を介して密集した格子構造を形成します。
高度の重合：セルロースの重合度（つまり、分子鎖の長さ）は通常数百から数千のグルコース単位の範囲であり、分子の安定性を高めます。
水素結合ネットワーク：水素結合は、セルロース分子鎖の間に広く存在し、一般的な溶媒によって破壊および溶解することを困難にしています。
（2）セルロースを溶解する試薬
現在、セルロースを効果的に溶解できる既知の試薬には、主に次のカテゴリが含まれています。
1。イオン液体
イオン液体は、有機陽イオンと有機アニオンまたは無機陰イオンで構成される液体であり、通常は揮発性が低く、熱安定性が高く、調整可能です。一部のイオン液体はセルロースを溶解することができ、主なメカニズムは、セルロース分子鎖間の水素結合を破壊することです。セルロースを溶解する一般的なイオン液体は次のとおりです。
1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム塩化物（[BMIM] Cl）：このイオン液体は、水素結合受容体を介してセルロースの水素結合と相互作用することにより、セルロースを溶解します。
1-エチル-3-メチルイミダゾリウム酢酸（[EMIM] [AC]）：このイオン液体は、比較的軽度の条件下で高濃度のセルロースを溶解できます。
2。アミン酸化溶液
ジエチルアミン（DEA）と塩化銅の混合溶液などのアミン酸化剤は[Cu（II） - アンモニウム溶液]と呼ばれます。これは、セルロースを溶解できる強力な溶媒系です。酸化と水素結合によりセルロースの結晶構造を破壊し、セルロース分子鎖をより柔らかく溶けやすくします。
3。塩化リチウム - ジメチルアセトアミド（LICL-DMAC）システム
LICL-DMAC（塩化リチウム - ジメチルアセトアミド）システムは、セルロースを溶解するための古典的な方法の1つです。 LICLは、水素結合の競争を形成し、それによりセルロース分子間の水素結合ネットワークを破壊しますが、溶媒としてのDMACはセルロース分子鎖とうまく相互作用できます。
4。塩酸/塩化亜鉛溶液
塩酸/塩化亜鉛溶液は、セルロースを溶解できる初期の発見された試薬です。塩化亜鉛とセルロース分子鎖の間に配位効果を形成し、塩酸がセルロース分子間の水素結合を破壊することにより、セルロースを溶解できます。ただし、このソリューションは機器に対して非常に腐食性があり、実際のアプリケーションでは制限されています。
5。線維溶解酵素
セルロースの小さなオリゴ糖と単糖への分解を触媒することにより、線維分解酵素（セルラーゼなど）がセルロースを溶解します。この方法には、生分解とバイオマス変換の分野で幅広い用途がありますが、その溶解プロセスは完全に化学的溶解ではなく、生物触媒を通じて達成されます。
（3）セルロース溶解のメカニズム
さまざまな試薬には、セルロースを溶かすためのメカニズムが異なりますが、一般に、2つの主要なメカニズムに起因する可能性があります。
水素結合の破壊：競合的な水素結合形成またはイオン相互作用を介して、セルロース分子鎖間の水素結合を破壊し、可溶性にします。
分子鎖緩和：セルロース分子鎖の柔らかさを増加させ、物理的または化学的平均を介して分子鎖の結晶性を低下させ、溶媒に溶解できるようにします。
（4）セルロース溶解の実用的な応用
セルロース溶解には、多くの分野で重要な用途があります。
セルロース誘導体の調製：セルロースを溶解した後、食物、薬、コーティング、その他の畑で広く使用されているセルロースエーテル、セルロースエステル、およびその他の誘導体を調製するためにさらに化学的に修飾できます。
セルロースベースの材料：溶存セルロース、セルロースナノファイバー、セルロース膜、およびその他の材料を使用することができます。これらの材料には、優れた機械的特性と生体適合性があります。
バイオマスエネルギー：セルロースを溶解および分解することにより、バイオエタノールなどのバイオ燃料の生産のために発酵性糖に変換できます。これは、再生可能エネルギーの開発と利用を実現するのに役立ちます。
セルロース溶解は、複数の化学的および物理的メカニズムを含む複雑なプロセスです。イオン液体、アミノ酸化溶液、LICL-DMACシステム、塩酸/塩化亜鉛溶液および細胞溶解酵素は現在、セルロースを溶解するための有効な薬剤であることが知られています。各エージェントには、独自の独自の溶解メカニズムとアプリケーションフィールドがあります。セルロース溶解メカニズムの詳細な研究により、より効率的で環境に優しい溶解方法が開発され、セルロースの利用と発達の可能性が増えると考えられています。
投稿時間：7月9日 - 2024年