Ո՞րն է ցելյուլոզը լուծող ռեագենտը:

Ցելյուլոզը բարդ պոլիսախարիդ է, որը կազմված է բազմաթիվ գլյուկոզայի միավորներից, որոնք կապված են β-1,4-գլիկոզիդային կապերով։ Այն բույսերի բջիջների պատերի հիմնական բաղադրիչն է և բույսերի բջիջների պատերին տալիս է ամուր կառուցվածքային աջակցություն և ամրություն: Երկար ցելյուլոզային մոլեկուլային շղթայի և բարձր բյուրեղականության շնորհիվ այն ունի ուժեղ կայունություն և անլուծելիություն:

(1) Ցելյուլոզայի հատկությունները և լուծարման դժվարությունը

Ցելյուլոզն ունի հետևյալ հատկությունները, որոնք դժվարացնում են դրա լուծարումը.

Բարձր բյուրեղություն. ցելյուլոզային մոլեկուլային շղթաները ջրածնային կապերի և վան դեր Վալսյան ուժերի միջոցով ստեղծում են ամուր ցանցային կառուցվածք:

Պոլիմերացման բարձր աստիճան. ցելյուլոզայի պոլիմերացման աստիճանը (այսինքն՝ մոլեկուլային շղթայի երկարությունը) բարձր է, սովորաբար տատանվում է հարյուրավորից մինչև հազարավոր գլյուկոզայի միավորների միջև, ինչը մեծացնում է մոլեկուլի կայունությունը:

Ջրածնային կապերի ցանց. Ջրածնային կապերը լայնորեն առկա են ցելյուլոզային մոլեկուլային շղթաների միջև և ներսում, ինչը դժվարացնում է ընդհանուր լուծիչների կողմից ոչնչացումը և լուծարումը:

(2) Ռեակտիվներ, որոնք լուծում են ցելյուլոզը

Ներկայումս հայտնի ռեակտիվները, որոնք կարող են արդյունավետորեն լուծել ցելյուլոզը, հիմնականում ներառում են հետևյալ կատեգորիաները.

1. Իոնային հեղուկներ

Իոնային հեղուկները հեղուկներ են, որոնք կազմված են օրգանական կատիոններից և օրգանական կամ անօրգանական անիոններից, սովորաբար ցածր անկայունությամբ, բարձր ջերմային կայունությամբ և բարձր կարգավորելիությամբ։ Որոշ իոնային հեղուկներ կարող են լուծարել ցելյուլոզը, և հիմնական մեխանիզմը ցելյուլոզային մոլեկուլային շղթաների միջև ջրածնային կապերի կոտրումն է։ Ընդհանուր իոնային հեղուկները, որոնք լուծում են ցելյուլոզը, ներառում են.

1-Բուտիլ-3-մեթիլիմիդազոլիումի քլորիդ ([BMIM]Cl): Այս իոնային հեղուկը լուծում է ցելյուլոզը՝ փոխազդելով ցելյուլոզայի ջրածնային կապերի հետ ջրածնային կապի ընդունիչների միջոցով:

1-էթիլ-3-մեթիլիմիդազոլիում ացետատ ([EMIM][Ac]): Այս իոնային հեղուկը կարող է լուծարել ցելյուլոզայի բարձր կոնցենտրացիաները համեմատաբար մեղմ պայմաններում:

2. Ամինօքսիդիչ լուծույթ
Ամին օքսիդանտ լուծույթը, ինչպիսին է դիէթիլամինի (DEA) և պղնձի քլորիդի խառը լուծույթը, կոչվում է [Cu(II)-ամոնիումի լուծույթ], որն ուժեղ լուծողական համակարգ է, որը կարող է լուծարել ցելյուլոզը: Այն ոչնչացնում է ցելյուլոզայի բյուրեղային կառուցվածքը օքսիդացման և ջրածնային կապի միջոցով՝ դարձնելով բջջանյութի մոլեկուլային շղթան ավելի փափուկ և լուծելի:

3. Լիթիումի քլորիդ-դիմեթիլացետամիդ (LiCl-DMAc) համակարգ
LiCl-DMAc (լիթիումի քլորիդ-դիմեթիլացետամիդ) համակարգը ցելյուլոզայի լուծարման դասական մեթոդներից է։ LiCl-ը կարող է մրցակցություն ձևավորել ջրածնային կապերի համար՝ դրանով իսկ ոչնչացնելով ցելյուլոզայի մոլեկուլների միջև ջրածնային կապի ցանցը, մինչդեռ DMAc-ը որպես լուծիչ կարող է լավ փոխազդել բջջանյութի մոլեկուլային շղթայի հետ:

4. Հիդրոքլորաթթու/ցինկի քլորիդի լուծույթ
Աղաթթվի/ցինկի քլորիդի լուծույթը վաղ հայտնաբերված ռեագենտ է, որը կարող է լուծարել ցելյուլոզը: Այն կարող է լուծարել ցելյուլոզը՝ ձևավորելով կոորդինացիոն էֆեկտ ցինկի քլորիդի և բջջանյութի մոլեկուլային շղթաների միջև, իսկ աղաթթուն՝ ոչնչացնելով ցելյուլոզայի մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերը: Այնուամենայնիվ, այս լուծումը շատ քայքայիչ է սարքավորումների համար և սահմանափակ է գործնական կիրառման մեջ:

5. Ֆիբրինոլիտիկ ֆերմենտներ
Ֆիբրինոլիտիկ ֆերմենտները (օրինակ՝ ցելյուլազները) լուծում են ցելյուլոզը՝ կատալիզացնելով ցելյուլոզայի տարրալուծումը ավելի փոքր օլիգոսաքարիդների և մոնոսաքարիդների։ Այս մեթոդը կիրառությունների լայն շրջանակ ունի կենսաքայքայման և կենսազանգվածի փոխակերպման ոլորտներում, թեև դրա տարրալուծման գործընթացը ամբողջովին քիմիական տարրալուծում չէ, այլ ձեռք է բերվում կենսակատալիզի միջոցով:

(3) Ցելյուլոզայի տարրալուծման մեխանիզմը

Տարբեր ռեակտիվներ ունեն ցելյուլոզայի լուծարման տարբեր մեխանիզմներ, բայց ընդհանուր առմամբ դրանք կարող են վերագրվել երկու հիմնական մեխանիզմների.
Ջրածնային կապերի ոչնչացում. Ջրածնային կապերի ոչնչացում ցելյուլոզային մոլեկուլային շղթաների միջև մրցակցային ջրածնային կապի ձևավորման կամ իոնային փոխազդեցության միջոցով՝ դարձնելով այն լուծելի:
Մոլեկուլային շղթայի թուլացում. ցելյուլոզային մոլեկուլային շղթաների փափկության բարձրացում և մոլեկուլային շղթաների բյուրեղության նվազեցում ֆիզիկական կամ քիմիական միջոցներով, որպեսզի դրանք լուծվեն լուծիչների մեջ:

(4) Ցելյուլոզայի տարրալուծման գործնական կիրառությունները

Ցելյուլոզայի տարրալուծումը կարևոր կիրառություն ունի բազմաթիվ ոլորտներում.
Ցելյուլոզայի ածանցյալների պատրաստում. Ցելյուլոզը լուծարելուց հետո այն կարող է հետագայում քիմիական ձևափոխվել՝ պատրաստելով ցելյուլոզային եթերներ, բջջանյութի եթերներ և այլ ածանցյալներ, որոնք լայնորեն օգտագործվում են սննդի, բժշկության, ծածկույթների և այլ ոլորտներում:
Ցելյուլոզային հիմքով նյութեր. լուծված ցելյուլոզայի միջոցով կարելի է պատրաստել ցելյուլոզային նանո մանրաթելեր, ցելյուլոզային թաղանթներ և այլ նյութեր: Այս նյութերն ունեն լավ մեխանիկական հատկություններ և կենսահամատեղելիություն:
Կենսազանգվածի էներգիա. ցելյուլոզը լուծարելով և քայքայելով՝ այն կարող է վերածվել խմորվող շաքարների՝ կենսավառելիքի արտադրության համար, ինչպիսին է կենսաէթանոլը, որն օգնում է հասնել վերականգնվող էներգիայի զարգացմանն ու օգտագործմանը:

Ցելյուլոզայի տարրալուծումը բարդ գործընթաց է, որը ներառում է բազմաթիվ քիմիական և ֆիզիկական մեխանիզմներ: Իոնային հեղուկները, ամինոօքսիդանտ լուծույթները, LiCl-DMAc համակարգերը, աղաթթվի/ցինկի քլորիդի լուծույթները և ցելոլիտիկ ֆերմենտները ներկայումս հայտնի են որպես ցելյուլոզա լուծարելու արդյունավետ միջոցներ: Յուրաքանչյուր գործակալ ունի իր յուրահատուկ տարրալուծման մեխանիզմը և կիրառման դաշտը: Ցելյուլոզայի տարրալուծման մեխանիզմի խորը ուսումնասիրությամբ ենթադրվում է, որ կմշակվեն ավելի արդյունավետ և էկոլոգիապես մաքուր տարրալուծման մեթոդներ՝ ավելի շատ հնարավորություններ տալով ցելյուլոզայի օգտագործման և զարգացման համար: