Qual é o reagente que dissolve a celulose?

A celulose é um polissacarídeo complexo composto por muitas unidades de glicose conectadas por ligações β-1,4-glicosídicas. É o principal componente das paredes celulares das plantas e confere às paredes celulares das plantas forte suporte estrutural e resistência. Devido à longa cadeia molecular da celulose e à alta cristalinidade, possui forte estabilidade e insolúbilidade.

(1) Propriedades da celulose e dificuldade de dissolução

A celulose possui as seguintes propriedades que dificultam sua dissolução:

Alta cristalinidade: As cadeias moleculares de celulose formam uma estrutura estreita através de ligações de hidrogênio e forças de van der Waals.

Alto grau de polimerização: O grau de polimerização (ou seja, o comprimento da cadeia molecular) da celulose é alto, geralmente variando de centenas a milhares de unidades de glicose, o que aumenta a estabilidade da molécula.

Rede de ligações de hidrogênio: As ligações de hidrogênio estão amplamente presentes entre e dentro das cadeias moleculares de celulose, dificultando sua destruição e dissolução por solventes em geral.

(2) Reagentes que dissolvem a celulose

Atualmente, os reagentes conhecidos que podem dissolver eficazmente a celulose incluem principalmente as seguintes categorias:

1. Líquidos Iônicos

Os líquidos iônicos são líquidos compostos por cátions orgânicos e ânions orgânicos ou inorgânicos, geralmente com baixa volatilidade, alta estabilidade térmica e alta ajustabilidade. Alguns líquidos iônicos podem dissolver a celulose, e o principal mecanismo é quebrar as ligações de hidrogênio entre as cadeias moleculares da celulose. Os líquidos iônicos comuns que dissolvem a celulose incluem:

Cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio ([BMIM]Cl): Este líquido iônico dissolve a celulose interagindo com ligações de hidrogênio na celulose por meio de aceitadores de ligações de hidrogênio.

Acetato de 1-etil-3-metilimidazólio ([EMIM][Ac]): Este líquido iônico pode dissolver altas concentrações de celulose em condições relativamente suaves.

2. Solução oxidante de amina
A solução oxidante de amina, como uma solução mista de dietilamina (DEA) e cloreto de cobre, é chamada [solução de Cu (II) -amônio], que é um sistema solvente forte que pode dissolver a celulose. Ele destrói a estrutura cristalina da celulose por meio de oxidação e ligações de hidrogênio, tornando a cadeia molecular da celulose mais macia e solúvel.

3. Sistema de cloreto de lítio-dimetilacetamida (LiCl-DMAc)
O sistema LiCl-DMAc (cloreto de lítio-dimetilacetamida) é um dos métodos clássicos para dissolução de celulose. O LiCl pode formar uma competição por ligações de hidrogênio, destruindo assim a rede de ligações de hidrogênio entre as moléculas de celulose, enquanto o DMAc como solvente pode interagir bem com a cadeia molecular da celulose.

4. Solução de ácido clorídrico/cloreto de zinco
A solução de ácido clorídrico/cloreto de zinco é um reagente descoberto anteriormente que pode dissolver a celulose. Pode dissolver a celulose formando um efeito de coordenação entre o cloreto de zinco e as cadeias moleculares da celulose, e o ácido clorídrico destruindo as ligações de hidrogênio entre as moléculas de celulose. No entanto, esta solução é altamente corrosiva para o equipamento e é limitada em aplicações práticas.

5. Enzimas fibrinolíticas
As enzimas fibrinolíticas (como as celulases) dissolvem a celulose catalisando a decomposição da celulose em oligossacarídeos e monossacarídeos menores. Este método tem uma ampla gama de aplicações nas áreas de biodegradação e conversão de biomassa, embora seu processo de dissolução não seja completamente químico, mas seja obtido por meio de biocatálise.

(3) Mecanismo de dissolução da celulose

Diferentes reagentes possuem diferentes mecanismos de dissolução da celulose, mas em geral podem ser atribuídos a dois mecanismos principais:
Destruição das ligações de hidrogênio: Destruição das ligações de hidrogênio entre as cadeias moleculares de celulose através da formação competitiva de ligações de hidrogênio ou interação iônica, tornando-a solúvel.
Relaxamento da cadeia molecular: Aumentar a suavidade das cadeias moleculares de celulose e reduzir a cristalinidade das cadeias moleculares por meios físicos ou químicos, para que possam ser dissolvidas em solventes.

(4) Aplicações práticas de dissolução de celulose

A dissolução da celulose tem aplicações importantes em muitos campos:
Preparação de derivados de celulose: Após a dissolução da celulose, ela pode ser posteriormente modificada quimicamente para preparar éteres de celulose, ésteres de celulose e outros derivados, que são amplamente utilizados em alimentos, medicamentos, revestimentos e outras áreas.
Materiais à base de celulose: Usando celulose dissolvida, podem ser preparadas nanofibras de celulose, membranas de celulose e outros materiais. Esses materiais apresentam boas propriedades mecânicas e biocompatibilidade.
Energia de biomassa: Ao dissolver e degradar a celulose, pode ser convertida em açúcares fermentáveis ​​para a produção de biocombustíveis como o bioetanol, o que ajuda a alcançar o desenvolvimento e utilização de energias renováveis.

A dissolução da celulose é um processo complexo que envolve múltiplos mecanismos químicos e físicos. Líquidos iônicos, soluções aminooxidantes, sistemas LiCl-DMAc, soluções de ácido clorídrico/cloreto de zinco e enzimas celolíticas são atualmente conhecidos por serem agentes eficazes para dissolver celulose. Cada agente tem seu próprio mecanismo de dissolução e campo de aplicação exclusivos. Com o estudo aprofundado do mecanismo de dissolução da celulose, acredita-se que serão desenvolvidos métodos de dissolução mais eficientes e ecologicamente corretos, proporcionando mais possibilidades de aproveitamento e desenvolvimento da celulose.


Horário da postagem: 09/07/2024