Reacții de oxidare a celulozei

Introducere

Celuloza este polizaharida cea mai raspindită în natură. Ea corespunde formulei (C6H10O5)n, în care n are valori cuprinse între 700-800 și 2500-3000. Împreună cu lignina și alte substante necelulozice , ea formează pereți celulelor vegetale și dă plantei rezistență mecanică și elasticitate.

Molecule de glucoză înlănţuite formând celuloza.

Formarea celulozei în plante este rezultatul unui proces de biosinteză fotochimică. Procentual celuloza din plante variază în limite foarte largi: 7-10% pentru unele plante leguminoase, 40-50% în paiele de cereale sau stuf, 40-60% în masa lemnoasă a diferitelor specii de arbori și pânî la 85-99% în plante textile.

Celuloza se obține în general din bumbac, lemn, stuf și paie. Cea mai pură varietate de celuloză se obține din bumbac prin egrenarea (îndepartarea semintelor) și apoi spălarea vatei din capsulele plantei de bumbac. Această varietate este folosită aproape exclusiv în scopuri textile.

O celuloză mai puțin pură se obține din lemn, stuf sau paie. Acesteă celuloză este amestecată cu diferiți componenți necelulozici, numiți incruste (lignina, oligozaharide, ceruri, rășini etc.), care trebuie îndepărtate. Separarea se poate face cu ajutorul unor reactivi acizi sau bazici care dzolvă incrustele, eliberând cea mai mare parte a materialului celulozic util. Printre reactivii folosiți, cel mai întrebuintat este bisulfitul de calciu, Ca(HSO3)2 (în procedeul bisulfitic) sau amestecul de sulfat de sodiu si hidroxid de sodiu (în procedeul sulfat). Celuloza rezultată este supusa albirii și servește la fabricarea hârtiei sau la chimizare; în tara noastră producția de celuloză se realizează în numeroase unități industriale.

Celuloza este o substanță solidă, amorfă, de culoare albă, insolubilă în apă sau în solvenți organici, solubilă însă în hidroxid tetra aminocupric, [Cu(NH3)4](OH)2 (reactiv Scheueizer). La încalzire se carbonizează fară să se topească. Nu are gustul dulce caracteristic zaharidelor.

Deoarece conține un număr mare de grupări de hidroxil reacționează cu acizi și formează esteri sau cu alcool și formează eteri. Din modul în care celuloza reacționează cu diferiți reactivi s-a dedus că în macromolecula sa, fiecare rest de glucoză prezintă trei grupări hidroxil capabilă să reacționeze chimic. Grupările hidroxil din celuloză au reactivitate normală și participă la reacțiile specifice lor: formarea de eteri, de esteri, de alcooli. După numărul grupărilor hidroxil dintr-un rest glucozic, care participă la asemenea reacții se obțin produși cu diferite grade de transfer.

Oxidarea celulozei

Reacțile de oxidare se realizează în scopul transformării grupelor hidroxil alcoolice în grupe carbonilice sau carboxilice.

Oxidarea celulozei reprezintă una din reacțiile cele mai importante, ea avad loc la una din cele trei grupe alcoolice. Multe procese tehnologice de prelucrare a celulozei se realizează în prezența agenților de oxidare (oxigenul din aer în mediu alcalin, acțiunea clorului, acidului hipocloros sau a peroxizilor în albirea pastelor celulozice, mercerizarea, permaturarea alcalicelulozei în fabricarea firelor artificiale) care acționează sub forma reacțiilor secundare asupra caracteristicilor celulozei. Alteori se recurge în mod intenționat la acțiunea agenților selectivi de oxidare, pentru a transforma grupele OH ale polimerului celulozic în alte grupe funcționale (cerbonilice, carboxilice) rezultând preparate cu proprietăți noi.

Oxidarea totală a celulozei conduce la formarea dioxidului de carbon și a apei (combustia umedă):

De cele mai multe ori, procesul de oxidare a celulozei prezintă numai un caracter parțial datorită accesibilității inegale a lanțurilor sau verigilor elementare la acțiunea agenților de oxidare, precum si datorită neomogenității chimice a produselor rezultate prin oxidare (grupe aldehidice, cetonice și carboxilice formate în diferite poziții).

Produsele obținute prin acțiunea diverșilor agenți de oxidare asupra celulozei se numesc oxiceluloze. Acest termen caracterizează combinațiile complexe și neomogene formate dintr-un amestec de celuloză nemodificată chimic și diferitele ei produse de oxidare și degradare.

Spre deosebire de reacțile de hidroliză, procesele de oxidare a celulozei pot decurge cu sau făra degradarea catenelor macromoleculare, un rol important în această direcție avându-l natura agentului oxidant folosit.

Oxidarea celulozei reprezintă o reacție în care pot participa toate grupele funcționale ale acesteia, resectiv: grupele hidroxil alcoolice primare, secundare, grupele de tip aldehidic din verigile de anhidroglucoză aflate la capetele catenelor macromoleculare, precum și punțile de oxigen din punțile glicozilice.