سليولوز

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
ما لم يُذكر غير ذلك، البيانات المعطاة للمواد في حالاتهم العيارية (عند 25 °س [77 °ف]، 100 kPa).
Y verify (what is YN ?)
مراجع الجدول

السليولوز Cellulose هوسكر عديد وقد يكون المركب الأساسي في الخلايا النباتية وهوموجود في جميع أنسجة النباتات، والسليولوز مثل النشا هوتعبير عن كربوهيدرات معقدة ويتم الحصول على سليولوز القطن من ألياف القطن.

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

السليولوز من الكربوهيدرات (السكريات) لكن طعمه ليس حلواً كباقي السكريات .. وهويعد من السكريات الكثيرة 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. وهومادة كربوهيدارتية مؤلفة من كربون وهيدروجين وأكسجين. وتحتوي جميع الفواكه والخضراوات على السّليلوز.

الأهمية البيولوجية

تزيد الألياف السليلوزية من قوة السيقان والجذور والأوراق لأنواع عديدة من النباتات. ويصنع النبات السّليلوز من الجلوكوز ـ وهوسُكَّر ينتجه النبات في البداية من ثاني أكسيد الكربون والماء ـ عن طريق عملية تعهد بالهجريب الضوئي انظر: الهجريب الضوئي. ويتكون السليلوز من جزيئات جلوكوز مُتصّلة في سلاسل طويلة تُسمّى البوليمرات. ويشبه هجريبها الكيميائي هجريب النشويّات ـ أحد بوليمرات الجلوكوز، إلاّ حتى 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 الكثير من المنتجات المعروفة. عملى سبيل المثالقد يكون السليلوز نحو42% من الخشب الذي يُستخدم في المباني والأثات ومئات الأمور الأخرى. ويحتوي القطن، وهوأكثر 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. عملى سبيل المثال، يستخدم صانعوالمنسوجات 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) وهوبلاستيك يُصَنع بمعالجة السّليلوز بأنْدريد حمض الخليك. وتضم 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.

وتضم 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 وهومادة 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، وأسهل في التّصنيع من السليلوز إلا أنّ بعض الخبراء يعتقدون حتى نقصاً في النفط وارتفاعاً في أسعاره قد يؤدّيان إلى استخدام أكبر للسّليلوز.

التخليق الحيوي

المشتقات السلولوزية

لا يُعهد بدء اكتـشاف الـسلولوز cellulose، فهوالمكوِّن الرئيس للخـشب والنـسج النباتية، إلا حتى فهم بنية السلولوز بدأت منذ عام 1838؛ إذ فُصِل أول مرة من الشـجر. له الصيغـة المجملة (C6H12O6)n أي هومتماثر (بولمير) الموحودات فيه جزيئات غلوكوز. وتؤدي الحلمهة الحمضية الكاملة للجزيء إلى الحصول على D - (+) - غلوكوز على هيئة سكاريد أحادي فقط.

تحتوي جميع وحدة غلوكوز في السلولوز على ثلاث زمر -OH حرة، وهذه هي المواقع التي يحدث فيها التفاعل. وهوذووزن 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

واستناداً إلى بنيته يدعى السلولوز متعدد السكريات الذي لا يمكن هضمه بسهولة من قبل الإنسان، في حين حتى 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، وهومفيد 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 حتى التفاعل يجري بوسط قلوي فالناتجقد يكون ملح الصوديوم للحمض الكربوكسيلي R-O-CH2COONa. ويستحصل بتفاعل السلولوز القلوي مع كلوروأسيتات الصوديوم. ويستخدم مثبّتاً، وعامل تعليق، ولتلبيس المضغوطات، ورافع لزوجة، وفي مستحضرات التجميل، والمواد الدوائية.

السلولوز الميكروبلوري: وهوسلولوز بنيته المجهرية (الميكروسكوبية) مؤلفة من ميكروبلورات 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. فهوعامل ادمصاص (امتزاز)، وعامل تعليق، كما يستعمل ممدِداً في المضغوطات.

يتفاعل السلولوز مع بلا ماء حمض الخل أوحمض 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 ذوأهمية تجارية ويسمى أسيتات السلولوز (وهوثنائي 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 تعهد باسم رايون الأستيات acetate rayon.

ويمكن، صناعياً، ألكلة السلولوز بعمل 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 بعمل 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 خلق المسحوق اللادخاني هوثلاثي نترات السلولوز (أي ثلاث زمر نترات بوحدة الغلوكوز الواحدة)، وهويستعمل 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. وهويستعمل في خلق المواد البلاستيكية (أي اللدائن) مثل السيلولوئيد celluloid والكولوديون collodion، وفي خلق أفلام التصوير وفي ضروب الورنيش [ر: البرنيق]. إلا حتى هذا المنتج قابل للاشتعال وتنتشر باحتراقه أكاسيد آزوتية شديدة السمية.

انظر أيضًا

• جدار الخلية
• Cellulose insulation
• Cellulosic ethanol
• Hemicellulose
• Microbial cellulose
• سلوفان
• ليف
• قطن البارود
• رايون

المصادر

وصلات خارجية

• Structure and morphology of cellulose by Serge Pérez and William Mackie, CERMAV-CNRS
• Cellulose, by Martin Chaplin, London South Bank University
• Clear description of a cellulose assay method at the Cotton Fiber Biosciences unit of the USDA.
• Cellulose films could provide flapping wings and cheap artificial muscles for robots - TechnologyReview.com
• Using cellulase enzymes in the bioethanol process
• A list of cellulolytic bacteria