ทำไมเซลลูโลสถึงเรียกว่าพอลิเมอร์?

เซลลูโลสซึ่งมักเรียกกันว่าสารประกอบอินทรีย์ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในโลกเป็นโมเลกุลที่น่าสนใจและซับซ้อนที่มีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อแง่มุมต่าง ๆ ของชีวิตตั้งแต่โครงสร้างของพืชไปจนถึงการผลิตกระดาษและสิ่งทอ

เพื่อทำความเข้าใจว่าทำไมเซลลูโลสถูกจัดหมวดหมู่เป็นพอลิเมอร์จำเป็นต้องเจาะลึกลงไปในองค์ประกอบโมเลกุลคุณสมบัติโครงสร้างและพฤติกรรมที่แสดงในระดับมหภาคและระดับกล้องจุลทรรศน์ โดยการตรวจสอบแง่มุมเหล่านี้อย่างครอบคลุมเราสามารถอธิบายลักษณะของพอลิเมอร์ของเซลลูโลส

พื้นฐานเคมีพอลิเมอร์:
Polymer Science เป็นสาขาวิชาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาของ macromolecules ซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยหน่วยโครงสร้างซ้ำที่เรียกว่าโมโนเมอร์ กระบวนการของการเกิดพอลิเมอไรเซชันนั้นเกี่ยวข้องกับการเชื่อมของโมโนเมอร์เหล่านี้ผ่านพันธะโควาเลนต์สร้างโซ่หรือเครือข่ายที่ยาวนาน

โครงสร้างโมเลกุลเซลลูโลส:
เซลลูโลสส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอนไฮโดรเจนและอะตอมออกซิเจนจัดเรียงในโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายห่วงโซ่เชิงเส้น หน่วยการสร้างพื้นฐานของมันคือโมเลกุลกลูโคสทำหน้าที่เป็นหน่วยโมโนเมอร์สำหรับเซลลูโลสพอลิเมอไรเซชัน แต่ละหน่วยกลูโคสภายในห่วงโซ่เซลลูโลสเชื่อมต่อกับการเชื่อมโยง glycosidic ต่อไปผ่านβ (1 → 4) glycosidic linkages ซึ่งกลุ่มไฮดรอกซิล (-OH) ในคาร์บอน -1 และคาร์บอน -4 ของหน่วยกลูโคสที่อยู่ติดกัน

ธรรมชาติโพลีเมอร์ของเซลลูโลส:

หน่วยทำซ้ำ: β (1 → 4) การเชื่อมโยง glycosidic ในเซลลูโลสส่งผลให้เกิดการทำซ้ำของหน่วยกลูโคสตามโซ่พอลิเมอร์ การทำซ้ำของหน่วยโครงสร้างนี้เป็นลักษณะพื้นฐานของโพลีเมอร์
น้ำหนักโมเลกุลสูง: โมเลกุลเซลลูโลสประกอบด้วยหน่วยกลูโคสหลายพันถึงล้านตัวซึ่งนำไปสู่น้ำหนักโมเลกุลสูงโดยทั่วไปของสารพอลิเมอร์
โครงสร้างห่วงโซ่ยาว: การจัดเรียงเชิงเส้นของหน่วยกลูโคสในโซ่เซลลูโลสก่อตัวเป็นโซ่โมเลกุลที่ขยายออกไปคล้ายกับโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายโซ่ลักษณะที่สังเกตได้ในโพลิเมอร์
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล: โมเลกุลเซลลูโลสแสดงพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลระหว่างโซ่ที่อยู่ติดกันอำนวยความสะดวกในการก่อตัวของไมโครไฟบริลส์และโครงสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์เช่นเส้นใยเซลลูโลส
คุณสมบัติเชิงกล: ความแข็งแรงเชิงกลและความแข็งแกร่งของเซลลูโลสซึ่งจำเป็นสำหรับความสมบูรณ์ของโครงสร้างของผนังเซลล์พืชนั้นมาจากธรรมชาติของพอลิเมอร์ คุณสมบัติเหล่านี้ชวนให้นึกถึงวัสดุพอลิเมอร์อื่น ๆ
ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ: แม้จะมีความทนทานเซลลูโลสสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพภายใต้การย่อยสลายของเอนไซม์โดยเซลลูโลสซึ่งไฮโดรไลซ์การเชื่อมโยง glycosidic ระหว่างหน่วยกลูโคสในที่สุดก็ทำลายพอลิเมอร์ลงในโมโนเมอร์

แอปพลิเคชันและความสำคัญ:
ธรรมชาติของพอลิเมอร์เซลลูโลสเป็นรากฐานของการใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมถึงกระดาษและเยื่อกระดาษสิ่งทอยาและพลังงานหมุนเวียน วัสดุที่ใช้เซลลูโลสมีมูลค่าสำหรับความอุดมสมบูรณ์ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพการต่ออายุและความเก่งกาจทำให้พวกเขาขาดไม่ได้ในสังคมสมัยใหม่

เซลลูโลสมีคุณสมบัติเป็นพอลิเมอร์เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลซึ่งประกอบด้วยหน่วยกลูโคสที่ทำซ้ำซึ่งเชื่อมโยงโดยβ (1 → 4) พันธะ glycosidic ส่งผลให้โซ่ยาวที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ธรรมชาติของพอลิเมอร์ปรากฏในลักษณะต่าง ๆ รวมถึงการก่อตัวของโซ่โมเลกุลขยายการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลคุณสมบัติเชิงกลและความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ การทำความเข้าใจเซลลูโลสในฐานะพอลิเมอร์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้ประโยชน์จากการใช้งานมากมายและควบคุมศักยภาพในเทคโนโลยีและวัสดุที่ยั่งยืน