Istoric Pentru descoperirea celulozei nu există  o

dată anume, deoarece aceasta a apărut înainte de naşterea omului. Celuloza a fost un element component al Terrei de când au apărut copacii şi plantele fiind constituentul principal al pereţilor celulari vegetali.

         În natură celuloza este prezentă sub diferite forme a căror structură a fost înţeleasă doar după 1838, anul în care botanistul francez Anselme Payen a izolat celuloza pentru prima dată din lemn.

CELULOZA

este polizaharida cea mai raspindita in natura. Ea corespunde formulei(C6 H10 O5)n, in care n are valori cuprinse intre 700-800 si 2500-3000. Impreuna cu lignina si alte substante necelulozice , ea formeaza peretii celulelor vegetale si da plantei rezistenta mecanica si elasticitate.

Structura Celuloza este o substanţă organică, un polimer

sau mai specific o polizaharidă formată din peste 3 000 de molecule de glucoză unite în poziţia 1-4.

Deoarece elementele componente ale celulozei sunt nemetale, celuloza prezintă legături covalente.

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, pana la 85-99% în plante textile.

Producerea celulozei         Polizaharidele, precum celuloza sunt produse

eliminând apa conţinută în moleculele monozaharoase. În acest caz glucoza este monozaharida. Companiile de bumbac şi alte fabrici de materiale textile  împreună cu alte metode  folosesc acest proces pentru a rafina celuloza.

Cea mai pura varietate de celuloza se obtine din bumbac prin egrenarea(indepartarea semintelor) si apoi spalarea vatei din capsulele plantei de bumbac.

O celuloza mai putin pura se obtine din lemn, stuf sau paie. In acestea celuloza este amestecata cu diferiti componenti necelulozici, numiti irecruste (lignina, oligozaharide, ceruri, rasini etc.), care trebuie indepartati. Separarea se poate face cu ajutorul unor reactivi acizi sau bazici care dizolva incrustele, eliberind cea mai mare parte a materialului celulozic util. Printre reactivii folositi, cel mai intrebuintat este bisulfitul de calciu, Ca (HSO3)2 (in procedeul bisulfitic) sau amestecul de sulfat de sodiu si hidroxid de sodiu (in procedeul sulfat). Celuloza rezultata este supusa albirii si serveste la fabricarea hartiei sau la chimizare.

Celuloza este o substanta solida, amorfa, de culoare alba, insolubila in apa sau in solventi organici, solubila in hidroxid tetra aminocupric, [Cu(NH3)4](OH)2 (reactiv Schweitzer). La incalzire se carbonizeaza fara sa se topeasca. Nu are gustul dulce caracteristic zaharidelor.

Prin hidroliza enzimatica, celuloza formeaza glucoza; celuloza prezinta un slab caracter reducator. Aceste constatari au dus la concluzia ca lantul macro molecular de celuloza este format dintr-un mare numar de resturi de glucoza legate intre ele prin legaturi monocarbonilice in pozitiile 1-4 (gruparea hidroxil glucozitic de la C1 al unui rest glucozic cu gruparea hidroxil de la C4 al restului urmator). Rezulta astfel o structura filiforma a lantului macromolecular celulozic.

Numeroasele grupari hidroxil existente de-a lungul lantulului, in resturile glucozice, formeaza intre ele un numar urias de legaturi de hidrogen; acestea impacheteaza foarte strans lanturile macromoleculare si confera celulozei structura macroscopica de fir.

Derivati ai celulozei    

   Celuloza nitrată a fost primul material plastic realizat cu succes în 1869 prin transformarea celulozei  în nitrat. Este folosită în industrie pentru confecţionarea lacurilor (1920 - folosită pentru prima dată), pieselor de tualetă.

       Celuloza acetică a fost produsă din reacţia celulozei cu acidul acetic, anhidridă acetică şi catalizatori. A fost folosită pentru prima dată în 1930. E utilizată în confecţia materialelor de împachetat,  a jucăriilor, uneltelor, izolatorilor şi ochelarilor. Este cel mai ieftin material produs.

       Celuloza etilică rezultă atunci când celuloza este tratată cu sulf sau clor etilic. Este folosită în comerţ, pentru extinctoare şi în industria electronicelor. Este cea mai scumpă celuloză.

       Mătasea artificială a fost produsă în 1884 pentru a fi folosită în industria confecţiilor dar a fost scoasă repede de pe piaţă deoarece era inflamabilă. Acum mătasea artificială  e folosită ca materie primă pentru haine şi este fibra cea mai utilă omului.

Dacă celuloza este supusă fierberii cu un acid mineral (acid clorhidric sau sulfuric) concentrat, ea se descompune intr-un produs care se dovedeşte a fi glucoză.

Proprietati chimiceIn mod obisnuit celuloza este o macromolecula cu un grad de polimerizare variabil(3000-12000).

Actiunea acizilor asupra celulozei duce la micsorarea gradului de polimerizare,rezultand hidroceluloze.Dupa taria acidului si durata actiunii se obtin hidroceluloze cu proprietati diferite.

Din modul in care celuloza reactioneaza cu diferiti reactivi s-a dedus ca in macromolecula sa fiecare rest de glucoza prezinta trei grupari hidroxil capabila sa reactioneze chimic. Evidentiind aceste trei grupari functionale se poate scrie pentru celuloza o formula de tipul:

-OH-(C6 H7 O2 -OH)-n-OH

Gruparile hidroxil din celuloza au reactivite normala si participa la reactiile specifice lor: formarea de eteri, de esteri, de alcooli etc.Dupa numarul gruparilor hidroxil dintr-un rest glucozic, care participa la asemenea reactii se obtin produsi cu diferite grade de transfer.Tratata cu amestec de acid acetic si anhidrida acetica, celuloza poate forma mono-,di-sau tri-acetatul de celuloza.

-OH -OH -O-NO2- (C6 H7 O2 -O.CO.CH3 )n- - (C6 H7 O2 -O.OC.CH3 )n- -(C6 H7 O2 -O-NO2 )n--OH -O-CO-CH3 -O-NO2

Higroscopicitatea celulozei ( capacitatea celulozei de a absorbi umiditatea din aer) este datorata fixarii moleculelor de apa numai inregiunile exterioare ale cristalitelor sau in regiunile amorfe alemacromoleculelor. Din acesata cauza, cantitatea de apa retinuta de fibrele de celuloza este mica.

Prin hidroliza enzimatica – produsa de celulaza– celuloza este trecuta in celobioza. Enzima nu este continuta in sucul digestiv al omului si animalelor superioare, din acesata cauza celuloza nu poate constitui un aliment penru vietuitoare.

Utilizarile celulozei

Celuloza este utilizată la obținerea substanțelor explozibile de tip pulbere fără fum; a mătăsii artificiale de tip vâscoză (milaneză) și a mătăsii acetat; a nitrolacurilor și nitroemailurilor (lacuri de acoperire cu uscare rapidă și luciu puternic); a celofanului. Este o materie primă de mare valoare economică și constituie punctul de plecare în fabricarea unor produse importante, dintre care cea de hârtie ocupă un loc principal (a fost folosită pentru obținerea hârtiei încă din secolul II).

Se întâlnește în cantități mari în aproape toate plantele și este o principală sursă de hrană. Are proprietăți de reducere a valorii calorice a unor alimente dacă în acestea se adaugă celuloză cristalizată. Mătasea vâscoză este întrebuințată la fabricarea diferitelor țesături precum și a cordului pentru anvelope. Dacă soluția de vâscoză este filată, printr-o fontă fină în baie de acid sulfuric diluat și glicerină, se obțin folii dintr-un produs larg folosit-celofanul. Produse care conțin celuloza: bureți, sprayuri pentru alergie sau pudre, benzi medicale. Celuloza este foarte ieftină pentru că este foarte abundentă.

Prin tratarea celulozei cu solutii de NaOH sau KOH se produce “mercerizarea bumbacului”rezultand alcali-celuloza,ca urmare a inlocuirii partiale a hidrogenului hidroxilic cu sodiu sau cu potasiu.Prin tratare cu apa,alcali-celuloza se descompun,regenerand celuloza,cu aceleasi proprietati chimice ca si cea initiala deosebindu-se prin structura fizica.

Hidroliza celulozei-in prelucrarea celulozei,hidroliza prezinta o deosebita importanta ,deoarece permite obtinerea glucozei din celuloza;glucoza rezultata la randul ei poate fi transformata in alcool etilic.

- prin incalzirea lemnului taiat in bucati,in autoclave care contin osolutie de acid sulfuric,celuloza se hidrolizeaza in glucoza.Acidul sulfuric este apoi neutralizat cu o solutie de hidroxid de calciu,care se precipita si se indeparteaza.Solutia de glucoza ramasa este supusa apoi fermentarii alcoolice obtinandu-se alcool etilic (spirt) .

[C6 H10 O5] 

Amidonul este o polizaharida formata din resturi ale unui izomer spatial al glucozei, unite prin eliminarea apei intre cele doua grupari –OH.

FORMULA GENERALA (C6H10O5)n

Amidonul este format din amiloza(10-30%) si amilopectina(70-90%). Amiloza este partea solubila a amidonului, care in reactia cu iodul da o coloratie albastra, in timp ce amilopectina este insolubila si da cu iodul o coloratie rosie-violeta.

Separarea acestor componente poate fi realizata lasand amidonul sa se umfle in apa. In aceste conditii amiloza se dizolva si difuzeaza, din interiorul granulelor, in solutie. O metoda moderna mai eficace consta in dizolvarea amidonului integral in apa, la temperatura ridicata, si adaugarea unu agent de precipitare a amilozei. Un asemenea agent este n-butanolul, dar se obtin rezultate bune si cu n-pentanol, ciclohexanol, timol, acizi grasi si nitro-alcani. Solutia de amidon, saturata cu agentul de precipitare, se tine 1-2 zile la temperatura camerei, in care timp se precipita complexul uneori microcristalin al amilozei cu alcoolul. Acesta se separa si se descompune prin extragerea agentului de precipitare cu dizolvanti. Amilopectina ramane nedizolvata.

Amiloza obtinuta pe aceasta cale este pura (si a fost obtinuta in stare cristalizata).

Amidonul se formează în plante, fiind o sursă importantă de glucide pentru animale. Reactiile care au loc in procesul

fotosintezei:* 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

* nCH12O6 → (C6H10O5)n + nH2OCele doua reactii au loc in prezenta luminii.

Primele cercetari nu au tinut seama de faptul ca amidonul nu este un compus unitar. Vom examina cateva din rezultatele cercetatorilor mai vechi. Formula bruta a amidonului este (C6H10O5)n, la fel ca a celulozei. Prin hidroanaliza cu acizi, amidonul trece in D-glucoza, cu randament cantitativ.

Prin hidroliza cu enzime se formeaza dizaharida maltoza, cu un randament ce poate ajunge pana la 80%. Se poate obtine din amidon un derivat al maltozei si pe cale pur chimica: tratand amidon cu bromura de acetil se formeaza acetobromomaltoza (un compus asemanator acetobromoglucozei); acesta a fost transformat prin hidroliza in heptaacetil-maltoza.

Fiecare rest C6H10O5 din amidon contine ( in prima aproximatie) trei grupe OH, ce se pot metila , acetila etc. Pornindu-se de la un amidon perfect metilat si hidrolizandu-se acest compus cu acizi, se formeaza ca produs principal 2,3,6- trimetilglucoza. S-a tras de aici concluzia ca macromoleculele de amidon sunt compuse din resturi de D-glucopiranoza, legate intre ele in pozitiile 1,4, la fel ca in celuloza.

In maltoza cele doua resturi de glucoza sunt unite printr-o legatura -glicozidica. Deci cel putin jumatate din legaturile care unesc resturile de glucoza in macromolecula sunt legaturi -glicozidice. Si celalalte legaturi dintre resturile de glucoza sunt -glicozidice, caci, dupa cum se stie, celobioza (cu legatura -glicozidica) se hidrolizeaza mult mai incet decat maltoza; daca in macromolecula amidonului ar exista si legaturi -glicozidice, ar trebui sa ramana la hidroliza incompleta a amidonului legaturi -glicozidice nehidrolizate, cu alte cuvinte ar trebui sa se formeze si celobioza, ceea ce nu se intampla.

La hidroliza blanda cu acizi, a amidonului, se formeaza, in afara de maltoza, o trizaharida, o tetra zaharida si oligo zaharide superioare ( dextrine) in care s-a putut dovedii ca resturile de glucoza sunt legate -glicozidic.

Amidonul este o pulbere alba, amorfa, fara gust, insolubila in apa rece.

In apa calda, la 90 de grade, granulule de amidon se umfla si apoi se sparg, formand solutii vascoase. La rece, ele se transforma intr-un gel numit coca sau clei de amidon. Coca este formata doar din amilopectina, insolubila in apa calda.

Amidonul da cu iodul o reactie caracteristica in urma careia se formeaza compusi de culoare albastra(compusi de incluziune ai iodului in golurile din structura amidonului). Ea este folosita pentru identificarea amidonului in produse alimentare. Celuloza cu reactioneaza cu iodul.

Intr-o eprubeta se dizolva la cald, in 5-6 ml de apa, un varf de spatula de amidon solubil. Separat se dizolva in 2-3 ml de apa, tot calda, un cristal de iod. Peste solutia rece de amidon se picura solutia de iod. Apare o coloratie albastra intensa. La incalzire (circa 70) culoarea dispare complet; prin racire reapare coloratia initiala albastra.

Amidonul este un amestec de doua substante, numite amiloza si amilopectina. Numai ultima formeaza coca. Unele plante sunt mai bogate in amiloza, altele in amilopectina. Prin hidroliza cu acizi, atat amiloza cat si amilopectina dau numai glucoza.