سليولوز
البنية والخصائص

ليس للسليلوز طعم ولا رائحة، وهو محب للماء بزاوية تلامس تتراوح بين 20 و30 درجة، وهو غير قابل للذوبان في الماء ومعظم المذيبات العضوية، وهو كيرالي وقابل للتحلل البيولوجي. وقد ثبت أنه يذوب عند 467 درجة مئوية في اختبارات النبض التي أجراها داونهاور وآخرون عام 2016. يمكن تقسيمه كيميائيًا إلى وحدات الجلوكوز عن طريق معالجته بأحماض معدنية مركزة عند درجة حرارة عالية.
يشتق السليلوز من وحدات الجلوكوز D، والتي تتكثف من خلال روابط ( β(1→4 -جليكوسيدية. يتناقض هذا النمط من الارتباط مع الروابط ( α(1→4-جليكوسيدية الموجودة في النشا والجليكوجين. السليلوز عبارة عن بوليمر سلسلة مستقيمة. على عكس النشا، لا يحدث التفاف أو تفرع ويتبنى الجزيء تكوينًا ممتدًا وصلبًا إلى حد ما يشبه القضيب، بمساعدة التكوين الاستوائي لبقايا الجلوكوز. تشكل المجموعات الهيدروكسيلية المتعددة على الجلوكوز من سلسلة واحدة روابط هيدروجينية مع ذرات الأكسجين على نفس السلسلة أو على سلسلة مجاورة، ما يربط السلاسل معًا بقوة جنبًا إلى جنب ويشكل أليافًا دقيقة ذات قوة شد عالية. يمنح هذا قوة شد في جدران الخلايا حيث تدمج ألياف السليلوز الدقيقة في مصفوفة عديد السكاريد. تنشأ أيضًا قوة الشد العالية لسيقان النباتات وخشب الأشجار من ترتيب ألياف السليلوز الموزعة بشكل وثيق في مصفوفة اللجنين. يمكن مقارنة الدور الميكانيكي لألياف السليلوز في مصفوفة الخشب المسؤولة عن مقاومتها البنيوية القوية، إلى حد ما بدور قضبان التسليح في الخرسانة، حيث يلعب اللجنين هنا دور عجينة الأسمنت المتصلبة التي تعمل كغراء بين ألياف السليلوز. ترتبط الخصائص الميكانيكية للسليلوز في جدار الخلية النباتية الأولية بنمو وتوسع الخلايا النباتية. تعد تقنيات المجهر الفلوري الحي واعدة في التحقيق في دور السليلوز في نمو الخلايا النباتية.
مقارنة بالنشا، فإن السليلوز أكثر تبلورًا أيضًا. بينما يخضع النشا لانتقال بلوري إلى غير متبلور عند تسخينه إلى ما يزيد عن 60-70 درجة مئوية في الماء (كما هو الحال في الطهي)، يتطلب السليلوز درجة حرارة 320 درجة مئوية وضغط 25 ميغا باسكال ليصبح غير متبلور في الماء.
هناك عدة أنواع معروفة من السليلوز. تتميز هذه الأشكال باختلاف موقع الروابط الهيدروجينية بين الخيوط وداخلها. السليلوز الطبيعي هو السليلوز I، مع البنيتين Iα وIβ. السليلوز المنتج بواسطة البكتيريا والطحالب غني بـ Iα بينما يتكون السليلوز من النباتات العليا بشكل أساسي من Iβ. السليلوز في ألياف السليلوز المتجددة هو السليلوز II. تحويل السليلوز I إلى السليلوز II غير قابل للعكس، ما يشير إلى أن السليلوز I غير مستقر والسليلوز II مستقر. مع العديد من المعالجات الكيميائية، من الممكن إنتاج البنيتين السليلوز III والسليلوز IV.
تعتمد العديد من خصائص السليلوز على طول سلسلته أو درجة البلمرة، أي عدد وحدات الجلوكوز التي تشكل جزيء بوليمر واحد. يبلغ طول سلسلة السليلوز من لب الخشب عادةً ما بين 300 و1700 وحدة؛ وتتراوح أطوال سلسلة القطن والألياف النباتية الأخرى وكذلك السليلوز البكتيري من 800 إلى 10000 وحدة. تعرف الجزيئات ذات طول السلسلة الصغير جدًا الناتجة عن تحلل السليلوز باسم السيلودكسترين؛ وعلى النقيض من السليلوز طويل السلسلة، فإن السيلودكسترين قابل للذوبان عادة في الماء والمذيبات العضوية.
الصيغة الكيميائية للسليلوز هي (C6H10O5) n حيث n هي درجة البلمرة وتمثل عدد مجموعات الجلوكوز.
يوجد السليلوز المشتق من النباتات عادةً في خليط مع الهيميسليلوز واللجنين والبكتين ومواد أخرى، في حين أن السليلوز البكتيري نقي تمامًا، ويحتوي على نسبة ماء أعلى بكثير وقوة شد أعلى بسبب أطوال السلسلة الأعلى.
يتكون السليلوز من ألياف ذات مناطق بلورية وغير متبلورة. يمكن تخصيص ألياف السليلوز هذه عن طريق المعالجة الميكانيكية للب السليلوز، غالبًا بمساعدة الأكسدة الكيميائية أو المعالجة الأنزيمية، ما ينتج ألياف نانوية من السليلوز شبه مرنة يبلغ طولها عمومًا من 200 نانومتر إلى 1 ميكرومتر اعتمادًا على شدة المعالجة. يمكن أيضًا معالجة لب السليلوز بحمض قوي لتحليل مناطق الألياف غير المتبلورة، وبالتالي إنتاج بلورات نانوية قصيرة من السليلوز الصلبة يبلغ طولها بضع مئات من النانومتر. تتمتع هذه النانوسليلوزات بأهمية تقنية عالية بسبب تجميعها الذاتي في بلورات سائلة كولسترولية، وإنتاج الهلاميات المائية أو الهلاميات الهوائية، واستخدامها في المركبات النانوية ذات الخصائص الحرارية والميكانيكية الفائقة، واستخدامها كمثبتات بيكرينج للمستحلبات.