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 das células vegetais e fornece paredes celulares vegetais fortes apoio estrutural e resistência. Devido à cadeia molecular longa da celulose e à alta cristalinidade, ela tem forte estabilidade e insolidez.
(1) Propriedades da celulose e dificuldade em dissolver
A celulose tem as seguintes propriedades que dificultam a dissolução:
Alta cristalinidade: As cadeias moleculares de celulose formam uma estrutura de treliça apertada 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 alta, geralmente variando de centenas a milhares de unidades de glicose, o que aumenta a estabilidade da molécula.
Rede de ligação de hidrogênio: as ligações de hidrogênio estão amplamente presentes entre e dentro das cadeias moleculares de celulose, dificultando a destruição e dissolvida por solventes gerais.
(2) reagentes que dissolvem celulose
Atualmente, os reagentes conhecidos que podem efetivamente dissolver a celulose incluem principalmente as seguintes categorias:
1. Líquidos iônicos
Líquidos iônicos são líquidos compostos por cátions orgânicos e ânions orgânicos ou inorgânicos, geralmente com baixa volatilidade, alta estabilidade térmica e alta ajuste. Alguns líquidos iônicos podem dissolver a celulose, e o principal mecanismo é quebrar as ligações de hidrogênio entre as cadeias moleculares da celulose. Líquidos iônicos comuns que dissolvem celulose incluem:
Cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio ([BMIM] CL): Este líquido iônico dissolve a celulose interagindo com ligações de hidrogênio na celulose através dos aceitadores da ligação de hidrogênio.
Acetato de 1-etil-3-metilimidazólio ([EMIM] [AC]): Este líquido iônico pode dissolver altas concentrações de celulose em condições relativamente leves.
2. Solução oxidante de amina
A solução oxidante de amina, como uma solução mista de dietilamina (DEA) e cloreto de cobre, é chamada [Cu (II) -ammonium Solution], que é um forte sistema de solvente que pode dissolver celulose. Destrói a estrutura cristalina da celulose através da oxidação e ligação de hidrogênio, tornando a cadeia molecular da celulose mais macia e mais solúvel.
3. Sistema de cloreto de lítio-dimetilacetamida (LiCl-DMAC)
O sistema LiCl-DMAC (cloreto de lítio-dimetilacetamida) é um dos métodos clássicos para dissolver a celulose. O LiCL pode formar uma competição por ligações de hidrogênio, destruindo assim a rede de ligação de hidrogênio entre as moléculas de celulose, enquanto o DMAC como solvente pode interagir bem com a cadeia molecular da celulose.
4. Solução de cloreto de ácido clorídrico/zinco
A solução de cloreto de ácido clorídrico/zinco é um reagente descoberto precoce que pode dissolver a celulose. Ele pode dissolver a celulose, formando um efeito de coordenação entre cloreto de zinco e cadeias moleculares de celulose e ácido clorídrico que destroem as ligações de hidrogênio entre moléculas de celulose. No entanto, essa solução é altamente corrosiva ao equipamento e é limitada em aplicações práticas.
5. Enzimas fibrinolíticas
As enzimas fibrinolíticas (como celuloses) dissolvem a celulose catalisando a decomposição da celulose em oligossacarídeos menores e monossacarídeos. Esse método possui uma ampla gama de aplicações nos campos de biodegradação e conversão de biomassa, embora seu processo de dissolução não seja completamente dissolução química, mas seja alcançada através da biocatálise.
(3) mecanismo de dissolução de celulose
Diferentes reagentes têm mecanismos diferentes para dissolver a celulose, mas em geral eles podem ser atribuídos a dois mecanismos principais:
Destruição de ligações de hidrogênio: destruindo as ligações de hidrogênio entre cadeias moleculares de celulose através da formação competitiva de ligação de hidrogênio ou interação iônica, tornando -a solúvel.
Relaxamento da cadeia molecular: aumentando a suavidade das cadeias moleculares de celulose e reduzindo a cristalinidade das cadeias moleculares por meios físicos ou químicos, para que possam ser dissolvidos em solventes.
(4) Aplicações práticas da dissolução de celulose
A dissolução de celulose tem aplicações importantes em muitos campos:
Preparação de derivados de celulose: Após a dissolução da celulose, pode ser modificada quimicamente para preparar éteres de celulose, ésteres de celulose e outros derivados, amplamente utilizados em alimentos, medicamentos, revestimentos e outros campos.
Materiais à base de celulose: usando celulose dissolvida, nanofibras de celulose, membranas de celulose e outros materiais podem ser preparados. Esses materiais têm 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 a utilização da energia renovável.
A dissolução da celulose é um processo complexo que envolve múltiplos mecanismos químicos e físicos. Líquidos iônicos, soluções de amino oxidantes, sistemas LiCl-DMAC, soluções de cloreto de ácido clorídrico/zinco e enzimas celolíticas são atualmente conhecidas por serem agentes eficazes para dissolver celulose. Cada agente possui seu próprio mecanismo de dissolução e campo de aplicação exclusivo. Com o estudo aprofundado do mecanismo de dissolução de celulose, acredita-se que os métodos de dissolução mais eficientes e ambientalmente amigáveis sejam desenvolvidos, fornecendo mais possibilidades para a utilização e desenvolvimento da celulose.
Hora de postagem: JUL-09-2024