سليولوز

(تم التحويل من السلولوز)
سليولوز[1]
Cellulose, a linear polymer of D-glucose units (two are shown) linked by β(1→4)-glycosidic bonds.
Three-dimensional structure of cellulose.
تمييز
رقم CAS [9004-34-6]
EC-number 232-674-9
الخصائص
الصيغة الجزيئية (C6H10O5)n
المظهر white powder
الكثافة 1.5 g/cm3
نقطة الانصهار

decomp.

قابلية الذوبان في الماء none
مركبات ذا علاقة

الاستخدام

This template, {{error-small}}, should be used in templates to display error messages for errors that are less clear-cut or less urgent than those that require {{error}}.

إلا إذا ذُكـِر غير ذلك، فالبيانات معطاة
للمواد في حالاتها الطبيعية
(عند 25 °س, 100 kPa)

مراجع الجدول
ملف:Cellulose.jpeg
التركيب الكيميائي للسليولوز

السليولوز Cellulose هو سكر عديد و يكون المركب الأساسي في الخلايا النباتية وهو موجود في جميع أنسجة النباتات، والسليولوز مثل النشا هو عبارة عن كربوهيدرات معقدة ويتم الحصول على سليولوز القطن من ألياف القطن.

السليولوز يشكل المادة الخام الأساسية في كثير من الصناعات المختلفة مثل صناعة الورق واللدائن والمنسوجات النباتية والمتفجرات عالية القدرة.

السليولوز من الكربوهيدرات (السكريات) لكن طعمه ليس حلواً كباقي السكريات .. وهو يعد من السكريات العديدة المكوّنة من نوع واحد من السكريات الأحادية (الجلوكوز)، هذا ويوجد السليولوز وسكريات معقدة أخرى في جدران خلايا النباتات ويمتاز السليولوز كما السكريات المعقدة الأخرى بعدم قابليتها للذوبان في الماء وعدم نفاذيتها من خلال أغشية الخلايا.


السَّليلوز مادة تؤلف الجزء الرّئيسي من جدران خلايا أنواع عديدة من الأشجار والخضراوات والأعشاب. وهو مادة كربوهيدارتية مؤلفة من كربون وهيدروجين وأكسجين. وتحتوي جميع الفواكه والخضراوات على السّليلوز.

A strand of cellulose (conformation Iα), showing the hydrogen bonds (dashed) within and between cellulose molecules.

الأهمية البيولوجية

تزيد الألياف السليلوزية من قوة السيقان والجذور والأوراق لأنواع عديدة من النباتات. ويصنع النبات السّليلوز من الجلوكوز ـ وهو سُكَّر ينتجه النبات في البداية من ثاني أكسيد الكربون والماء ـ عن طريق عملية تعرف بالتركيب الضوئي انظر: التركيب الضوئي. ويتكون السليلوز من جزيئات جلوكوز مُتصّلة في سلاسل طويلة تُسمّى البوليمرات. ويشبه تركيبها الكيميائي تركيب النشويّات ـ أحد بوليمرات الجلوكوز، إلاّ أن جزيئات الجلوكوز في السّليلوز تتصل بعضها ببعض بشكل مختلف عن النشويات.

وتُعد الخضراوات التي تتكون من السيقان والأوراق مثل الكرفس والسّبانخ أكثر الأطعمة غنى بالسّليلوز. ولا يستطيع الجسم البشري هضم السّليلوز غير أنه يعمل على حفز الأمعاء للمساعدة في عملية التخلص من الفضلات.


الاستخدامات الصناعية

يؤلف السليلوز جزءاً مهماً في العديد من المنتجات المعروفة. فعلى سبيل المثال يكون السليلوز نحو 42% من الخشب الذي يُستخدم في المباني والأثات ومئات الأشياء الأخرى. ويحتوي القطن، وهو أكثر الألياف استخداماً في صناعة المنسوجات، على 95% من السّليلوز. كما يحتوي الورق أيضاً على نسبة عالية من السّليلوز. وأرقى أنواع الورق جودة هي المكونة من السليلوز النقي.

وتستخدم الصّناعات أحماضاً وقلويات قوية لتحوير خواص السّليلوز بغرض استخدامه في أغراض متنوّعة. فعلى سبيل المثال، يستخدم صانعو المنسوجات الصودا الكاوية لتقوية ألياف القطن. وتُسمّى هذه العملية مَرْسَرة القطن. وهناك محلول يُسمّي الفسكوز يتمّ إنتاجه بمعالجة السّليلوز بالصّودا الكاوية وثاني كبريتيد الكربون. ويعالج الصّناعيون الفسكوز لإنتاج ألياف الرايون لاستخدامها في النّسيج بدلاً من الخيوط. كما يُصنع السلوفان من الفسكوز أيضاً.

وينتج الصّناعيون مواد تُسمّى مشتقات السليلوز بإضافة السليلوز إلى بعض المواد الكيميائية. وأكثر هذه المواد استخداماً خلات السليلوز (أسيتات السليلوز) وهو بلاستيك يُصَنع بمعالجة السّليلوز بأنْدريد حمض الخليك. وتشمل المواد المنتجة المصنوعة من خلات السّليلوز، أفلام التصوير، وشرائط التّسجيل وعوازل الكهرباء، والألياف الصناعية. وتُستخدم بيوتيرات خلات السّليلوز ـ وهي مادة بلاستيكية أصلية وأكثر مقاومة للماء من السّليلوز ـ في صناعة عجلات القيادة. ويقوم الصناعيون بسبك بلاستيك يسمى السّليلوز الإثيلي لإنتاج أدوات قوية مثل حقائب الملابس والمصابيح الكهربائية اليدوية.

وتشمل مشتقات السّليلوز الأخرى كربوكسي مثيل السليلوز ونيترات السليلوز. يذوب كربوكسي مثيل السّليلوز في الماء، ويمكن استخدامه في تكثيف الطّعام والبويات. كما تُستخدم نترات السّليلوز في طلاء اللك والدهانات. وتُصنع نترات السّليلوز بمعالجة السّليلوز بمزيج من حمضي النيتريك والكبريتيك. وهناك شكل من أشكال نترات السّليلوز يسمي القطن المتفجر وهو مادة مُتَفجّرة تُستخدم خاصةً في البارود اللادخاني.

وفي الأربعينيات من القرن العشرين، بدأت المواد الاصطناعية المنتجة من النّفط بصورة رئيسية في أخذ مكان السّليلوز. تكون المواد المصنعة من النفط أرخص ثمنًا، و أسهل في التّصنيع من السليلوز إلا أنّ بعض الخبراء يعتقدون أن نقصاً في النفط وارتفاعاً في أسعاره قد يؤدّيان إلى استخدام أكبر للسّليلوز.

التخليق الحيوي

Location and arrangement of cellulose microfibrils in the plant cell wall.

المشتقات السلولوزية

لا يُعرف بدء اكتـشاف الـسلولوز cellulose، فهو المكوِّن الرئيس للخـشب والنـسج النباتية، إلا أن معرفة بنية السلولوز بدأت منذ عام 1838؛ إذ فُصِل أول مرة من الشـجر. له الصيغـة المجملة (C6H12O6)n أي هو متماثر (بولمير) الموحودات فيه جزيئات غلوكوز. وتؤدي الحلمهة الحمضية الكاملة للجزيء إلى الحصول على D - (+) - غلوكوز على هيئة سكاريد أحادي فقط.[2]

تحتوي كل وحدة غلوكوز في السلولوز على ثلاث زمر -OH حرة، وهذه هي المواقع التي يحدث فيها التفاعل. وهو ذو وزن جزيئي عال جداً، وسلاسله طويلة غير متفرعة مكوّنة من أكثر من 3000 وحدة من الغلوكوز.

والغلوكوز عنصر مهم في خلايا التنفس الاصطناعي الضوئيcellular respiration photosynthesis

9925-1.jpg

النبات السلولوز%
الخشب 40-50
اللحاء 20-30
الطحالب 25-30
البكتريا 20-30
القطن 95-99
القنب 80-90
الخيزران 40-50

واستناداً إلى بنيته يدعى السلولوز متعدد السكريات الذي لا يمكن هضمه بسهولة من قبل الإنسان، في حين أن الحيوانات مثل الأبقار والأحصنة تملك الأنزيمات اللازمة لتحطيم هذه المواد بتسريع عملية حلمهة السلولوز وتحويله إلى غلوكوز. ويشكل السلولوز أكثر من 90٪ من القطن و50٪ من الخشب، وهو مفيد للإنسان لوفرته ورخص ثمنه.

درجة الانصهار: غير محددة، درجة الغليان: غير محددة، درجة التفكك: 26 ْس–70 ْس، الكتلة الحجمية 1.27-1.69غ/مل لتر، الوزن المولي يراوح بين 250000 ومليون.

يحوي السلولوز 44٪ كربون و6.2٪ هدروجين و49.4٪ أكسجين. يحتوي كثير من النباتات على نسبة كبيرة منه. ويبين الجدول (1) النسبة المئوية للسلولوز في بعض النباتات:

أهم مشتقاته

كربوكسي ميتيل سلولوز carboxymethylcellulose: ومختصره CMC، حيث ترتبط زمر CH2COOH بموحودات الغلوكوز في سلسلة السلولوز من خلال رابطة إيترية. وزنه الجزيئي يراوح بين 21000 و500000. وبما أن التفاعل يجري بوسط قلوي فالناتج يكون ملح الصوديوم للحمض الكربوكسيلي R-O-CH2COONa. ويستحصل بتفاعل السلولوز القلوي مع كلورو أسيتات الصوديوم. ويستخدم مثبّتاً، وعامل تعليق، ولتلبيس المضغوطات، ورافع لزوجة، وفي مستحضرات التجميل، والمواد الدوائية.

السلولوز الميكرو بلوري: وهو سلولوز بنيته المجهرية (الميكروسكوبية) مؤلفة من ميكرو بلورات متصلة بعضها ببعض بسلاسل جزيئية. وتعتمد طريقة الحصول عليه على كسر شبكة البلورات الميكروئية بالتحلل بالماء بوسط حمضي، ثم فصل هذه البلورات بخضِّها آلياً. يراوح حجم البلورة بين 2.5 و500 نانومتر (ميلي ميكرون). ويكون المنتَج على هيئة هلام ثابت جداً وله استعمالات صناعية عديدة. فهو عامل ادمصاص (امتزاز)، وعامل تعليق، كما يستعمل ممدِداً في المضغوطات.

يتفاعل السلولوز مع بلا ماء حمض الخل أو حمض الخل بوجود قليل من حمض الكبريت فيتشكل ثلاثي أسيتات السلولوز. وبالحلمهة (التحلل بالماء) الجزئية تنزاح بعض زمر الأسيتات، فتتكسر السلاسل وتتكون شدفات أصغر (كل منها مكوّنة من 200-300 وحدة) وهذا المنتج ذو أهمية تجارية ويسمى أسيتات السلولوز (وهو ثنائي أسيتات تقريباً). وأسيتات السلولوز أقل قابلية للالتهاب من نترات السلولوز؛ وحلَّت الأسيتات محل النترات في كثير من استعمالاتها مثال ذلك أفلام التصوير من النمط الأمين. ويصنع من أسيتات السلولوز خيوط تعرف باسم رايون الأستيات acetate rayon.

ويمكن، صناعياً، ألكلة السلولوز بفعل ضروب كلوريد ألكيل بوجود قلوي. وفي هذه التفاعلات لابد من تكسر السلاسل، وتتكوَّن ضروب إيتيرات السلولوز (ميتيل، إيتيل، بنزيل)، ولهذه المركبات أهمية في صناعة النسيج، والأفلام ومختلف الأدوات البلاستيكية.

أما إذا تألْكل السلولوز جزئياً بفعل كلوريد البروبان فيتشكل هدروكسي بروبيل سلولوز hydroxypropyl cellulose، وله استعمالات عديدة في صناعة مواد التجميل وكحل العيون.

يتفاعل السلولوز مع مزيج من حمضَي الآزوت والكبريت ويتكون نترات السلولوز. وقطن البارود الذي يُستعمل في صنع المسحوق اللادخاني هو ثلاثي نترات السلولوز (أي ثلاث زمر نترات بوحدة الغلوكوز الواحدة)، وهو يستعمل في صناعة المتفجرات، ومواد التجميل، والجلود. والبروكسيلين pyroxylin فيه عدد زمر النترات أقل؛ إذ يراوح عدد الزمر فيه بين زمرتين وثلاث زمر بوحدة الغلوكوز الواحدة. وهو يستعمل في صنع المواد البلاستيكية (أي اللدائن) مثل السيلولوئيد celluloid والكولوديون collodion، وفي صنع أفلام التصوير وفي ضروب الورنيش [ر: البرنيق]. إلا أن هذا المنتج قابل للاشتعال وتنتشر باحتراقه أكاسيد آزوتية شديدة السمية.

انظر أيضًا

المصادر

  1. ^ Nishiyama, Yoshiharu; Langan, Paul; Chanzy, Henri (2002). "Crystal Structure and Hydrogen-Bonding System in Cellulose Iβ from Synchrotron X-ray and Neutron Fiber Diffraction". J. Am. Chem. Soc. 124 (31): 9074–82. PMID 12149011. doi:10.1021/ja0257319.  More than one of |author2= and |last2= specified (help); More than one of |author3= and |last3= specified (help).
  2. ^ مصطفى فواز شحنة. "المشتقات السلولوزية". الموسوعة العربية. Retrieved 2012-09-01. 

وصلات خارجية