CARBOSSIMETILCELLULOSA: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, SINTESI, USI - CHIMICA - 2026

La carbossimetilcellulosa è un composto derivato dalla cellulosa, un polimero del glucosio. Riceve anche i nomi di cellulosa o gomma carmellosa. Può essere sotto forma di sale di sodio.

La carbossimetilcellulosa è igroscopica e solubile in acqua, a differenza della cellulosa, che è insolubile in acqua. Alcuni gruppi –CH ₂ OH delle molecole di glucosio che compongono la cellulosa sono sostituiti da gruppi –CH ₂ OCH ₂ COOH. Questa sostituzione conferisce proprietà ioniche alla sua struttura.

Fonte: di LHcheM, da Wikimedia Commons

Ma cos'è la cellulosa? È un biopolimero costituito esclusivamente da molecole di β-glucosio, legate da legami β-1,4-o-glucosidici. La cellulosa ha la formula (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n con un valore minimo di 2000 per n. Il polimero può avere una struttura lineare o fibrosa, essendo il costituente principale della parete cellulare vegetale.

La sua struttura compatta è impenetrabile dall'acqua e quindi insolubile in essa. Nonostante sia composta da glucosio, la cellulosa non può essere utilizzata dagli animali, poiché mancano dell'enzima cellulasi per rompere i legami β1,4-glucosidici.

Il gruppo carbossimetile attaccato alla cellulosa conferisce alla carbossimetilcellulosa una superficie caricata negativamente. Queste cariche ne consentono l'utilizzo nella tecnica cromatografica a scambio ionico, funzionando come uno scambiatore cationico che viene utilizzato nella purificazione delle proteine.

A causa della sua proprietà idrofila, la carbossimetilcellulosa viene utilizzata nel trattamento degli occhi asciutti. Allo stesso modo, a causa di questa proprietà, è stato utilizzato nella produzione di pannolini e prodotti sanitari di questo tipo. Queste applicazioni servono come esempio dell'enorme elenco di usi e / o applicazioni che questo composto ha.

Caratteristiche fisiche e chimiche

Formula

RnOCH ₂ -COOH

Aspetto fisico

Polvere bianca. Carbossimetilcellulosa di sodio: particelle fibrose bianche o lattiginose.

Odore e gusto

Inodore e insapore.

Solubilità dell'acqua

È solubile (20 mg / mL).

Solubilità in solventi organici

È insolubile in metanolo, etanolo, etere dietilico, acetone, cloroformio e anche in benzene.

Punto di decomposizione

274 ° C.

Densità

0,7 - 0,9 g / cm ³ .

Acidità

È simile all'acido acetico e la sua costante di dissociazione è 5 x 10 ^-5 .

Struttura

Fonte: di Elrond, da Wikimedia Commons

L'immagine in alto mostra la struttura di un'unità monomerica carbossimetilcellulosa. Si noti che l'H dei gruppi idrossilici è sostituito dai gruppi CH ₂ COOH; Ad eccezione del gruppo OH in C-3. Cioè, secondo l'immagine, il polimero non è completamente sostituito.

I gruppi CH ₂ COOH possono deprotonarsi e circondarsi di attrazione elettrostatica dei cationi Na ⁺ : CH ₂ COO ^- Na ⁺ . È grazie a loro che la carbossimetilcellulosa è molto solubile in acqua, poiché è in grado di formare legami idrogeno con essa (CH ₂ COOH-OH ₂ ). Questa è la causa principale del suo marcato carattere idrofilo e igroscopico.

Inoltre, questi gruppi sono molto più voluminosi degli idrossili, così che le proprietà fisico-chimiche del polimero cambiano rispetto alla cellulosa originale. Le sue grandi dimensioni prevengono la formazione di legami idrogeno interni, cioè tra le catene monomeriche, lasciando gli anelli totalmente esposti alle interazioni con l'acqua.

Pertanto, maggiore è il grado di sostituzione di OH con CH ₂ COOH, maggiore è il carattere idrofilo della cellulosa risultante. Microscopicamente questa differenza potrebbe non essere molto evidente; ma su scala macroscopica, sarebbe lo stesso che poter sciogliere un blocco di legno in un recipiente d'acqua se tali sostituzioni avvenissero sul posto.

Sintesi

Per ottenere la carbossimetilcellulosa, dalle fibre di cellulosa, si segue la procedura Druvacell:

A) Le fibre di cellulosa vengono trattate con isopropanolo e alcali per provocarne il rigonfiamento e la ionizzazione dei gruppi idrossilici.

B) Le fibre di cellulosa del trattamento precedente vengono ulteriormente alcalinizzate mediante trattamento con NaOH, secondo la seguente reazione:

RceOH + NaOH => RceOH ∙ NaOH

C) Le fibre di cellulosa legate a NaOH reagiscono quindi con il cloroacetato di sodio, producendo così carbossimetilcellulosa di sodio:

RceOH ∙ NaOH + ClCH ₂ COO ^- Na => RceOCH ₂ COO ^- Na ⁺ + NaCl + H ₂ O

Il legame del COO ^- gruppo di cellulosa per formare marchi carboxymethiclulose è solubile in acqua e più reattive.

A cosa serve (usi)

La carbossimetilcellulosa ha numerosi usi e applicazioni grazie alla sua idrofilia e alla sua capacità di combinarsi con numerosi composti. Tra i suoi usi sono i seguenti.

Alimenti

-È usato come addensante e stabilizzante per il cibo. Inoltre, è usato come fibra alimentare ed emulsionante. Viene utilizzato nel frullato di gelati, creme e creme, oltre che come coadiuvante nella formazione di gelatine e budini.

-Utilizzato come agente sospendente nei succhi di frutta e come colloide protettivo nella maionese. Viene anche usato per coprire la superficie dei frutti.

-Poiché la carbossimetilcellulosa non viene metabolizzata dall'organismo, può essere utilizzata da persone che seguono una dieta ipocalorica.

Medicinale

-Le soluzioni di carbossimetilcellulosa formano gel utilizzati negli interventi chirurgici al cuore, al torace e alla cornea.

-Nelle operazioni al torace, i polmoni vengono pinzati e coperti con una soluzione di carbossimetilcellulosa. Questo per evitare fughe di aria contenuta negli alveoli e l'ingresso di liquidi nei polmoni.

-Nel ramo dell'ortopedia, la carbossimetilcellulosa viene utilizzata per lubrificare le articolazioni, soprattutto a livello di polsi, ginocchia e fianchi. La soluzione polimerica viene iniettata nelle articolazioni per prevenire l'erosione, l'infiammazione e la possibile distruzione della cartilagine.

-È usato nel trattamento della secchezza e dell'irritazione degli occhi. Viene anche usato come agente protettivo per prevenire danni al bulbo oculare, come possono verificarsi nel posizionamento delle lenti a contatto.

-La carbossimetilcellulosa viene utilizzata anche nel trattamento della stitichezza, favorendo la formazione di feci con la consistenza adeguata. È usato come lassativo.

-Una combinazione di carbossimetilcellulosa-eparina è stata utilizzata per prevenire l'adesione durante gli interventi chirurgici.

Industria di costruzioni

- Agisce come agente stabilizzante e idrofilo nella maggior parte delle preparazioni di cemento e dei materiali da costruzione. Migliora la dispersione della sabbia nel cemento, inoltre aumenta l'azione adesiva del cemento.

-Viene utilizzato anche come parte degli adesivi per carte da tappezzeria.

Nei detersivi

Il ramo dell'industria che forse ha il più alto consumo di carbossimetilcellulosa è quello della produzione di saponi e detergenti. Agisce come un agente inibitore che impedisce ai grassi, rimossi dalla superficie dei tessuti dai detergenti, il loro ricongiungimento.

Adesivi

-Viene utilizzato nell'elaborazione di adesivi per la carta, poiché non la macchia, non emana odore ed è asportabile. Ciò lo rende ideale per la riparazione di libri o altri materiali.

-È stato testato anche in miscele con amido e fenolo formaldeide per l'elaborazione di colle che consentono l'unione di fogli di legno.

Industria del vino

Viene utilizzato per evitare la precipitazione dei sali tartari presenti nel vino.

Industria della carta

-Il rivestimento con preparati carbossimetilcellulosici di carte cerate e cartone riduce il consumo di cere. Inoltre riduce il consumo di inchiostro da stampa, con conseguente maggiore lucentezza delle superfici. Inoltre, la superficie della carta ha una maggiore levigatezza e una maggiore resistenza al grasso.

-La carbossimetilcellulosa migliora il legame tra le fibre della carta, migliorandone la colorazione. Viene anche utilizzato come disperdente ausiliario nell'estrusione delle fibre della polpa di cellulosa, evitandone la flocculazione.

agricoltura

La carbossimetilcellulosa agisce come agente disperdente per i pesticidi. Inoltre, è usato come colla per legare l'insetticida alla superficie delle foglie delle piante. In alcune occasioni viene utilizzato come coadiuvante nella degradazione di alcuni fertilizzanti altamente inquinanti.

Cosmetici

È usato come addensante, stabilizzante e filmogeno in creme, lozioni, shampoo e prodotti per la cura dei capelli. Inoltre, viene utilizzato nella preparazione di gel da utilizzare nella pulizia dentale.

vernici

Viene utilizzato nella produzione di pitture e vernici a base di olio, agendo come agente addensante e disperdente per pigmenti nei fluidi.

plastica

Viene utilizzato per aumentare la viscosità del lattice.

Ceramica

Viene utilizzato per unire pezzi di porcellana, poiché le soluzioni di carbossimetilcellulosa si originano quando si cuociono poche ceneri.

Industria tessile

-Viene utilizzato nella sua forma grezza per evitare la deformazione dei tessuti. La carbossimetilcellulosa, in combinazione con l'amido, viene utilizzata nelle lavanderie. Viene utilizzato anche nel finissaggio dei tessuti. Durante la loro fabbricazione, i tessuti vengono impregnati di carbossimetilcellulosa e quindi trattati con acido e calore.

-Viene utilizzato nella stampa di tessuti, collaborando come addensante per pitture e vernici tessili.

Industria farmaceutica

-La carbossimetilcellulosa è utilizzata nel rivestimento delle compresse medicinali. Il polimero è insolubile in condizioni di acidità dello stomaco, ma solubile nell'intestino tenue, dove vengono assorbiti gli agenti terapeutici.

-È anche usato come formatore di gel, trasportatori di farmaci sotto forma di unguenti. Inoltre, è usato come agente stabilizzante in sospensioni ed emulsioni. È usato come bioadesivo in compresse che si legano al muco del corpo.

Riferimenti

1. Sidley Chemical. (2018). Proprietà della carbossimetilcellulosa di sodio. Estratto da: celluloseether.com
2. Wikipedia. (2018). Carbossimetilcellulosa. Estratto da: es.wikipedia.org
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