Zelulosa β-1,4-glikosidiko loturaz lotutako glukosa unitate askoz osatutako polisakarido konplexua da. Landare-zelulen paretaren osagai nagusia da eta landare-zelulen paretak egitura-euskarri sendoa eta gogortasuna ematen ditu. Zelulosa-kate molekular luzea eta kristalinitate handia duelako, egonkortasun handia eta disolbaezintasuna ditu.
(1) Zelulosa propietateak eta disolbatzeko zailtasuna
Zelulosa disolbatzea zailtzen duten propietate hauek ditu:
Kristalinitate handia: Zelulosa-kate molekularrek sare-egitura estua osatzen dute hidrogeno-loturen eta van der Waals indarren bidez.
Polimerizazio-maila altua: Zelulosa-polimerizazio-maila (hau da, kate molekularraren luzera) altua da, normalean ehunka eta milaka glukosa-unitate artekoa, eta horrek molekularen egonkortasuna handitzen du.
Hidrogeno-loturen sarea: Hidrogeno-loturak oso ugariak dira zelulosa-kate molekularren artean eta barruan, eta horrek zaildu egiten du disolbatzaile orokorrek suntsitzea eta disolbatzea.
(2) Zelulosa disolbatzen duten erreaktiboak
Gaur egun, zelulosa eraginkortasunez disolba dezaketen erreaktibo ezagunen artean, batez ere, kategoria hauek daude:
1. Likido ionikoak
Likido ionikoak katioi organikoz eta anioi organiko edo ez-organikoz osatutako likidoak dira, normalean lurrunkortasun txikikoak, egonkortasun termiko handikoak eta doikuntza handikoak. Likido ioniko batzuek zelulosa disolbatu dezakete, eta mekanismo nagusia zelulosa-kate molekularren arteko hidrogeno-loturak haustea da. Zelulosa disolbatzen duten likido ioniko ohikoenen artean hauek daude:
1-Butil-3-metilimidazolio kloruroa ([BMIM]Cl): Likido ioniko honek zelulosa disolbatzen du zelulosaren hidrogeno loturekin elkarreraginez hidrogeno loturen hartzaileen bidez.
1-Etil-3-metilimidazolio azetatoa ([EMIM][Ac]): Likido ioniko honek zelulosa kontzentrazio handiak disolba ditzake baldintza nahiko leunetan.
2. Amina oxidatzaileen disoluzioa
Amina oxidatzaileen disoluzioa, hala nola dietilamina (DEA) eta kobre kloruroaren nahasketa-disoluzioari [Cu(II)-amonio disoluzioa] deritzo, eta zelulosa disolba dezakeen disolbatzaile-sistema sendoa da. Zelulosa-egitura kristalinoa suntsitzen du oxidazioaren eta hidrogeno-loturaren bidez, zelulosa-kate molekularra bigunagoa eta disolbagarriagoa bihurtuz.
3. Litio kloruro-dimetilazetamida (LiCl-DMAc) sistema
LiCl-DMAc (litio kloruro-dimetilazetamida) sistema zelulosa disolbatzeko metodo klasikoetako bat da. LiCl-k hidrogeno loturen lehia sor dezake, eta horrela zelulosa molekulen arteko hidrogeno loturen sarea suntsitzen du, eta disolbatzaile gisa DMAc-k, berriz, zelulosa molekula-katearekin ondo elkarreragin dezake.
4. Azido klorhidriko/zink kloruro disoluzioa
Azido klorhidriko/zink kloruro disoluzioa zelulosa disolba dezakeen erreaktibo goiztiarra da. Zelulosa disolba dezake zink kloruroaren eta zelulosa molekula-kateen arteko koordinazio-efektu bat sortuz, eta azido klorhidrikoek zelulosa molekulen arteko hidrogeno-loturak suntsituz. Hala ere, disoluzio hau oso korrosiboa da ekipamenduentzat eta aplikazio praktikoetan mugatua da.
5. Entzima fibrinolitikoak
Entzima fibrinolitikoek (zelulasak adibidez) zelulosa disolbatzen dute zelulosa oligosakarido eta monosakarido txikiagoetan deskonposatzea katalizatuz. Metodo honek aplikazio sorta zabala du biodegradazioaren eta biomasaren bihurketaren arloetan, nahiz eta bere disoluzio prozesua ez den guztiz disoluzio kimikoa, biokatalisiaren bidez lortzen den baizik.
(3) Zelulosa disolbatzeko mekanismoa
Erreaktibo ezberdinek zelulosa disolbatzeko mekanismo desberdinak dituzte, baina, oro har, bi mekanismo nagusiri egotz dakieke:
Hidrogeno loturen suntsipena: Zelulosa-kate molekularren arteko hidrogeno loturak suntsitzea, lehiakortasun handiko hidrogeno loturak eratuz edo elkarrekintza ionikoa erabiliz, disolbagarri bihurtuz.
Kate molekularren erlaxazioa: Zelulosa-kate molekularren biguntasuna handitzea eta kristalinitatea murriztea bitarteko fisiko edo kimikoen bidez, disolbatzaileetan disolbatu ahal izateko.
(4) Zelulosa disolbatzeko aplikazio praktikoak
Zelulosa disolbatzeak aplikazio garrantzitsuak ditu hainbat arlotan:
Zelulosa deribatuen prestaketa: Zelulosa disolbatu ondoren, kimikoki eraldatu daiteke zelulosa eterrak, zelulosa esterrak eta beste deribatu batzuk prestatzeko, eta horiek asko erabiltzen dira elikagaietan, medikuntzan, estalduretan eta beste arlo batzuetan.
Zelulosa-oinarritutako materialak: Zelulosa disolbatua erabiliz, zelulosa nanofibrak, zelulosa mintzak eta beste material batzuk prestatu daitezke. Material hauek propietate mekaniko eta biobateragarritasun onak dituzte.
Biomasaren energia: Zelulosa disolbatu eta degradatuz, azukre hartzigarri bihur daiteke bioetanola bezalako bioerregaiak ekoizteko, eta horrek energia berriztagarrien garapena eta erabilera lortzen laguntzen du.
Zelulosa disolbatzea hainbat mekanismo kimiko eta fisiko barne hartzen dituen prozesu konplexua da. Gaur egun, likido ionikoak, aminooxidatzaileen soluzioak, LiCl-DMAc sistemak, azido klorhidriko/zink kloruro soluzioak eta entzima zelolitikoak zelulosa disolbatzeko agente eraginkorrak direla ezagutzen da. Agente bakoitzak bere disoluzio mekanismo eta aplikazio eremu berezia du. Zelulosa disoluzio mekanismoaren azterketa sakonarekin, uste da disoluzio metodo eraginkorragoak eta ingurumena errespetatzen dutenak garatuko direla, zelulosa erabiltzeko eta garatzeko aukera gehiago eskainiz.
Argitaratze data: 2024ko uztailak 9