Selulosa ialah polisakarida kompleks yang terdiri daripada banyak unit glukosa yang disambungkan oleh ikatan β-1,4-glikosidik. Ia adalah komponen utama dinding sel tumbuhan dan memberikan dinding sel tumbuhan sokongan struktur dan keliatan yang kuat. Oleh kerana rantaian molekul selulosa yang panjang dan kehabluran yang tinggi, ia mempunyai kestabilan yang kuat dan tidak larut.
(1) Sifat selulosa dan kesukaran larut
Selulosa mempunyai sifat berikut yang menyukarkan larut:
Kehabluran tinggi: Rantai molekul selulosa membentuk struktur kekisi yang ketat melalui ikatan hidrogen dan daya van der Waals.
Tahap pempolimeran tinggi: Tahap pempolimeran (iaitu panjang rantai molekul) selulosa adalah tinggi, biasanya antara ratusan hingga ribuan unit glukosa, yang meningkatkan kestabilan molekul.
Rangkaian ikatan hidrogen: Ikatan hidrogen banyak terdapat di antara dan dalam rantai molekul selulosa, menjadikannya sukar untuk dimusnahkan dan dibubarkan oleh pelarut am.
(2) Reagen yang melarutkan selulosa
Pada masa ini, reagen yang diketahui yang boleh melarutkan selulosa dengan berkesan terutamanya termasuk kategori berikut:
1. Cecair Ionik
Cecair ionik ialah cecair yang terdiri daripada kation organik dan anion organik atau bukan organik, biasanya dengan turun naik yang rendah, kestabilan terma yang tinggi dan kebolehlarasan yang tinggi. Sesetengah cecair ionik boleh melarutkan selulosa, dan mekanisme utamanya adalah untuk memecahkan ikatan hidrogen antara rantai molekul selulosa. Cecair ionik biasa yang melarutkan selulosa termasuk:
1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl): Cecair ionik ini melarutkan selulosa dengan berinteraksi dengan ikatan hidrogen dalam selulosa melalui penerima ikatan hidrogen.
1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate ([EMIM][Ac]): Cecair ionik ini boleh melarutkan kepekatan tinggi selulosa dalam keadaan yang agak ringan.
2. Larutan pengoksidaan amina
Larutan oksidan amina seperti larutan campuran diethylamine (DEA) dan kuprum klorida dipanggil [Cu(II)-ammonium solution], iaitu sistem pelarut yang kuat yang boleh melarutkan selulosa. Ia memusnahkan struktur kristal selulosa melalui pengoksidaan dan ikatan hidrogen, menjadikan rantai molekul selulosa lebih lembut dan lebih larut.
3. Sistem litium klorida-dimethylacetamide (LiCl-DMAc).
Sistem LiCl-DMAc (lithium chloride-dimethylacetamide) adalah salah satu kaedah klasik untuk melarutkan selulosa. LiCl boleh membentuk persaingan untuk ikatan hidrogen, dengan itu memusnahkan rangkaian ikatan hidrogen antara molekul selulosa, manakala DMAc sebagai pelarut boleh berinteraksi dengan baik dengan rantai molekul selulosa.
4. Larutan asid hidroklorik/zink klorida
Larutan asid hidroklorik/zink klorida ialah reagen yang ditemui awal yang boleh melarutkan selulosa. Ia boleh melarutkan selulosa dengan membentuk kesan koordinasi antara zink klorida dan rantai molekul selulosa, dan asid hidroklorik memusnahkan ikatan hidrogen antara molekul selulosa. Walau bagaimanapun, penyelesaian ini sangat menghakis peralatan dan terhad dalam aplikasi praktikal.
5. Enzim fibrinolitik
Enzim fibrinolitik (seperti selulase) melarutkan selulosa dengan memangkinkan penguraian selulosa kepada oligosakarida dan monosakarida yang lebih kecil. Kaedah ini mempunyai pelbagai aplikasi dalam bidang biodegradasi dan penukaran biojisim, walaupun proses pembubarannya bukanlah pembubaran kimia sepenuhnya, tetapi dicapai melalui biocatalysis.
(3) Mekanisme pembubaran selulosa
Reagen yang berbeza mempunyai mekanisme yang berbeza untuk melarutkan selulosa, tetapi secara umum ia boleh dikaitkan dengan dua mekanisme utama:
Pemusnahan ikatan hidrogen: Memusnahkan ikatan hidrogen antara rantai molekul selulosa melalui pembentukan ikatan hidrogen kompetitif atau interaksi ionik, menjadikannya larut.
Kelonggaran rantai molekul: Meningkatkan kelembutan rantai molekul selulosa dan mengurangkan kehabluran rantai molekul melalui cara fizikal atau kimia, supaya ia boleh larut dalam pelarut.
(4) Aplikasi praktikal pembubaran selulosa
Pembubaran selulosa mempunyai aplikasi penting dalam banyak bidang:
Penyediaan derivatif selulosa: Selepas melarutkan selulosa, ia boleh diubah suai secara kimia untuk menyediakan eter selulosa, ester selulosa dan derivatif lain, yang digunakan secara meluas dalam makanan, perubatan, salutan dan bidang lain.
Bahan berasaskan selulosa: Menggunakan selulosa terlarut, gentian nano selulosa, membran selulosa dan bahan lain boleh disediakan. Bahan-bahan ini mempunyai sifat mekanikal dan biokompatibiliti yang baik.
Tenaga biojisim: Dengan melarutkan dan merendahkan selulosa, ia boleh ditukar menjadi gula yang boleh ditapai untuk pengeluaran biofuel seperti bioetanol, yang membantu mencapai pembangunan dan penggunaan tenaga boleh diperbaharui.
Pembubaran selulosa adalah proses kompleks yang melibatkan pelbagai mekanisme kimia dan fizikal. Cecair ionik, larutan oksidan amino, sistem LiCl-DMAc, larutan asid hidroklorik/zink klorida dan enzim selolitik kini diketahui sebagai agen yang berkesan untuk melarutkan selulosa. Setiap ejen mempunyai mekanisme pembubaran unik dan medan aplikasinya sendiri. Dengan kajian mendalam tentang mekanisme pembubaran selulosa, adalah dipercayai bahawa kaedah pembubaran yang lebih cekap dan mesra alam akan dibangunkan, memberikan lebih banyak kemungkinan untuk penggunaan dan pembangunan selulosa.
Masa siaran: Jul-09-2024