Περιεχόμενο
- Τι είναι η κυτταρίνη;
- Ιστορία παραγώγων κυτταρίνης
- Δομή οξεικής κυτταρίνης
- Χρήσεις οξεικής κυτταρίνης
- Οξική κυτταρίνη και το περιβάλλον
Η οξική κυτταρίνη είναι μια ουσία που, όπως και μια σειρά άλλων υλικών που χρησιμοποιούνται στην ανθρώπινη βιομηχανία, οφείλει την ύπαρξή της στην κυτταρίνη, έναν φυσικά απαντώμενο πολυσακχαρίτη που βρίσκεται στα φυτά. (Ο πολυσακχαρίτης είναι ένα μόριο υδατάνθρακα αποτελούμενο από πολλές επαναλαμβανόμενες μονάδες σακχάρου, το γλυκογόνο, μια μορφή αποθήκευσης γλυκόζης σε ανθρώπους και άλλα ζώα, είναι ένας άλλος πολυσακχαρίτης.) Πρώτα αναπτυγμένος στη δεκαετία του 1860, η οξική κυτταρίνη άλλαξε τελικά την κινηματογραφική βιομηχανία καθιστώντας δυνατή την αποθήκευση εικόνων σε μια ουσία που δεν είχε την τάση να σκάσει σε φλόγες, όπως και οι ξαδέλφες με βάση την κυτταρινική ουσία του υλικού που προηγούσαν την οξική κυτταρίνη στον κόσμο του φιλμ.
Ενώ η οξική κυτταρίνη τελικά αντικαταστάθηκε από πολυεστέρα στην κατασκευή φιλμ, αποδείχθηκε ότι είναι μια εξαιρετικά ευπροσάρμοστη ουσία. Συνδέεται στενά με την τροποποίηση του βαμβακιού και σωστά, αλλά βρήκε ένα σπίτι και σε πολλές άλλες εφαρμογές.
Τι είναι η κυτταρίνη;
Η κυτταρίνη είναι ένα πολυμερές μορίων γλυκόζης. Με τη σειρά του, η γλυκόζη, η οποία είναι η κύρια πηγή ενέργειας για τα ζωντανά κύτταρα είτε είναι κατάποση (όπως στα ζώα) είτε συντίθεται (όπως στα φυτά), είναι ένα μόριο έξι ατόμων άνθρακα που περιλαμβάνει ένα εξαγωνικό δακτύλιο. Ένας από τους έξι άνθρακες βρίσκεται πάνω από τον δακτύλιο και συνδέεται με μία ομάδα -ΟΗ ή υδροξύλιο. δύο από τους άνθρακες εντός του ίδιου του δακτυλίου συνδέονται επίσης με μια ομάδα υδροξυλίου. Αυτές οι τρεις ομάδες -ΟΗ μπορούν εύκολα να αντιδρούν με άλλα μόρια για να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου.
Υπάρχουν άλλα πολυμερή γλυκόζης, αλλά στην κυτταρίνη, η οποία παράγεται από μια ποικιλία φυτών, τα μεμονωμένα μονομερή γλυκόζης είναι τα πλέον εκτεταμένα ή τεντωμένα. Επίσης, μεμονωμένες αλυσίδες κυτταρίνης τοποθετούνται παράλληλα παράλληλα μεταξύ τους, πράγμα που ενθαρρύνει δεσμούς υδρογόνου μεταξύ γειτονικών αλυσίδων και ενισχύει ολόκληρη τη δομή κυτταρίνης. Στον τύπο βαμβακιού της κυτταρίνης, οι αλυσίδες είναι τόσο σφιχτά συνδεδεμένες και ευθυγραμμισμένες ώστε να είναι δύσκολο να τις διαλύσουν χρησιμοποιώντας συμβατικές μη-επιθετικές μεθόδους, όπως απλά να τους πάρουν υγρές.
Ιστορία παραγώγων κυτταρίνης
Στις πρώτες μέρες των κινηματογραφικών ταινιών, στις αρχές του 20ου αιώνα, η ταινία που διασχίζει τους προβολείς αποτελείται από νιτροκυτταρίνη, η οποία πήρε την εμπορική ονομασία Celluloid. Όπως πολλές ενώσεις πλούσιες σε άζωτο, η νιτροκυτταρίνη είναι εξαιρετικά εύφλεκτη και στην πραγματικότητα μπορεί να πυροδοτήσει αυθόρμητα υπό τις κατάλληλες συνθήκες. Λόγω της θερμότητας που παράγεται από τους προβολείς και της προφανής ανάγκης να διατηρηθεί η μεμβράνη στεγνή, αυτό έθεσε τη σκηνή, έτσι να μιλήσει, για φλογερά ατυχήματα ακριβώς στον ελάχιστα πρόσφορο χρόνο.
Το 1865 ένας γάλλος χημικός Paul Schützenberger ανακάλυψε ότι αν αναμίξει ξυλοπολτό, πλούσιο σε κυτταρίνη, με μια ένωση που ονομάζεται οξικός ανυδρίτης, η τελευταία ουσία ήταν σε θέση να σκουπίσει το δρόμο μεταξύ των αλυσίδων κυτταρίνης που είναι συνδεδεμένες με το υδρογόνο και να προσκολληθεί ίδια με τις πολλές ομάδες υδροξυλίου που υπάρχουν εκεί. Αρχικά, αυτή η νέα ουσία, οξική κυτταρίνη, δεν χρησιμοποιήθηκε καθόλου. Αλλά 15 χρόνια αργότερα, οι Ελβετοί αδελφοί Camille και Henri Dreyfus ανακάλυψαν ότι η οξική κυτταρίνη θα μπορούσε να διαλυθεί στον ισχυρό διαλύτη ακετόνη και στη συνέχεια να επαναμορφωθεί σε μια ποικιλία διαφορετικών ενώσεων. Για παράδειγμα, όταν συναρμολογείται σε λεπτά στερεά φύλλα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μεμβράνη.
Δομή οξεικής κυτταρίνης
Υπενθυμίζουμε ότι τα μόρια γλυκόζης περιλαμβάνουν τρεις ομάδες υδροξυλίου, μία από τις οποίες συνδέεται στο εξωτερικό άνθρακα με τους εξαγωνικούς δακτυλίους και δύο άλλες προβάλλουν από τον ίδιο τον δακτύλιο. Το άτομο υδρογόνου της υδροξυλομάδας, το οποίο είναι προσαρτημένο στο οξυγόνο που είναι επίσης προσκολλημένο στον άνθρακα στην άλλη πλευρά, μπορεί να μετατοπιστεί εύκολα από ορισμένα μόρια τα οποία στη συνέχεια λαμβάνουν τα εν λόγω υδρογόνα κηλίδες στο γονικό κατασκεύασμα γλυκόζης. Ένα από αυτά τα μόρια είναι οξικό.
Το οξικό άλας, η μορφή του οξικού οξέος που έχει χάσει το όξινο υδρογόνο του, είναι μια ένωση δύο-άνθρακα που συχνά γράφεται CH3ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ-. Αυτό σημαίνει ότι το οξικό έχει ένα μεθύλιο (CH3-) στο ένα άκρο και μια καρβοξυλομάδα στο άλλο άκρο. Μία καρβοξυλική ομάδα έχει έναν διπλό δεσμό με ένα οξυγόνο και έναν απλό δεσμό με τον άλλο. Επειδή το οξυγόνο μπορεί να σχηματίζει δύο δεσμούς και φέρει ένα αρνητικό φορτίο όταν έχει μόνο ένα δεσμό, σε αυτό το οξυγόνο το οξικό δεσμεύεται στο μόριο γλυκόζης όπου μια ομάδα υδροξυλίου προηγουμένως έμεινε άθικτη.
Η οξική κυτταρίνη ως ο όρος που συνήθως χρησιμοποιείται πραγματικά αναφέρεται στην διοξική κυτταρίνη, στην οποία δύο από τις τρεις διαθέσιμες ομάδες υδροξυλίου σε κάθε μονομερές γλυκόζης έχουν αντικατασταθεί από οξικό. Εάν διατεθεί αρκετό οξικό άλας, οι υπόλοιπες υδροξυλομάδες αρχίζουν επίσης να αντικαθίστανται από οξεικές ομάδες, σχηματίζοντας τριοξική κυτταρίνη.
Το οξικό οξύ, παρεμπιπτόντως, είναι το ενεργό συστατικό στο ξύδι. Επιπλέον, ένα παράγωγο οξικού οξέος που ονομάζεται ακετύλιο συνένζυμο Α ή ακετύλιο CoA, είναι ένα βασικό μόριο στον κύκλο τρικαρβοξυλικού οξέος (TCA) στην αερόβια κυτταρική αναπνοή.
Χρήσεις οξεικής κυτταρίνης
Όπως σημειώνεται, η οξική κυτταρίνη έχει αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό από μια μορφή πολυεστέρα στην κατασκευή ταινιών, αλλά και οι δύο είναι σε μεγάλο βαθμό επωφελείς τώρα που η ψηφιακή φωτογραφία και η φιλμογραφία έχουν γίνει γρήγορα το πρότυπο των εποχών. Η οξική κυτταρίνη είναι επίσης ένα κύριο συστατικό των φίλτρων τσιγάρων.
Όταν τα αεροσκάφη ήρθαν στη σκηνή στις αρχές της δεκαετίας του 1900, οι χημικοί διαπίστωσαν σύντομα ότι η οξική κυτταρίνη θα μπορούσε να στρωθεί μέσα στο υλικό που χρησιμοποιήθηκε για να σχηματίσουν τα σώματα και τα φτερά των αεροπλάνων και έτσι θα τα έκανε πιο ανθεκτικά χωρίς να προσθέσουν πολύ μεγάλο βάρος.
Τα οξικά υφάσματα, όπως ονομάζονται, είναι παντού στον κόσμο του ιματισμού. Τα μπλουζάκια είναι ένα δημοφιλές προϊόν που περιλαμβάνει οξικό υλικό. (Όταν βλέπετε "οξικό" σε μια ετικέτα ρούχων, αυτό που στην πραγματικότητα αναφέρεται είναι οξική κυτταρίνη.) Αλλά στις πρώτες χρήσεις της οξικής κυτταρίνης στη βιομηχανία ενδυμάτων, χρησιμοποιήθηκε στην πραγματικότητα σε συνδυασμό με μετάξι, μια ακριβότερη θεραπεία, από ως βάση για μαζική παραγωγή, φθηνή ενδυμασία. Εδώ, χρησιμοποιήθηκε για να βοηθήσει στη διατήρηση των περίπλοκων μοτίβων που συχνά παρατηρούνται στα μεταξωτά υλικά.
Στη δεκαετία του 1940, όταν ήταν δυνατή η διαμόρφωση διαφανών μορφών του υλικού, η οξική κυτταρίνη βρήκε ένα σπίτι στο Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ, το οποίο το χρησιμοποίησε για να παράγει παράθυρα αεροσκαφών και τα μάτια που καλύπτουν τμήματα αερίων μάσκας. Σήμερα χρησιμοποιείται σε διάφορα πλαστικά και παραμένει μια κοινή εναλλακτική λύση στα γυάλινα παράθυρα, αν και έχει αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό από ακρυλικό από αυτή την άποψη.
Οξική κυτταρίνη και το περιβάλλον
Τα προϊόντα οξικής κυτταρίνης εξ ορισμού φτιάχνονται για να αντιστέκονται στην αποδόμηση όλων των τύπων, και ειδικότερα στη χημική αποικοδόμηση. Αυτό σημαίνει ότι όταν σκέφτεστε μια λίστα με "βιοαποικοδομήσιμα" προϊόντα, οτιδήποτε γίνεται με οξική κυτταρίνη πρέπει να βρίσκεται στο κάτω μέρος της διανοητικής σας λίστας, επειδή τα προϊόντα αυτά παραμένουν στο περιβάλλον για μεγάλες περιόδους κατά τις οποίες γίνονται απορρίμματα. (Εξετάστε τον αριθμό των τσιγάρων που πιθανότατα έχετε δει την τελευταία φορά που κάνατε μια βόλτα κατά μήκος ενός τυπικού δρόμου. Δυστυχώς, αυτά δεν είναι αρκετά μεγάλα, ένα μπουκάλια και κουτάκια, που πρέπει να εντοπιστούν και να πάρουν από τα πληρώματα, αλλά είναι αρκετά πανταχού παρόν για να παρουσιάσει ως συλλογικό βλέμμα.)
Όταν τα προϊόντα οξικής κυτταρίνης κάθονται στον ήλιο για αρκετό καιρό, η φωτεινή ενέργεια που τους χτυπά μπορεί να αρχίσει να διαλύει την οξική κυτταρίνη. Αυτό επιτρέπει μόρια στο περιβάλλον, κυρίως εστεράσες, να επιτεθούν σοβαρά στους δεσμούς σε οξική κυτταρίνη. Αυτός ο συνδυασμός "επίθεση" είναι γνωστός ως φωτοχρωματοποίηση.