CARBOXIMETILCEL·LULOSA: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, SÍNTESI, USOS - QUIMICA - 2025

La carboximetilcel·lulosa és un compost derivat de la cel·lulosa, un polímer de la glucosa. Rep també els noms de goma de la cel·lulosa o carmelosa. Pot presentar-se en forma de sal sòdica.

La carboximetilcel·lulosa és higroscòpica i soluble en l'aigua, a l'contrari que la cel·lulosa, la qual és insoluble en l'aigua. Té substituïts alguns grups -CH ₂ OH de les molècules de glucosa que formen la cel·lulosa per grups -CH ₂ OCH ₂ COOH. Aquesta substitució li confereix propietats iòniques a la seva estructura.

Font: By LHcheM, from Wikimedia Commons

Però, què és la cel·lulosa? És un biopolímer format exclusivament de molècules de β-glucosa, unides mitjançant enllaços β-1,4-o-glicosídic. La cel·lulosa presenta la fórmula (C ₆ H ₁₀ O ₅) _n amb un valor mínim de 2000 per n. El polímer pot tenir una estructura lineal o fibrosa, sent el constituent principal de la paret cel·lular dels vegetals.

La seva estructura compacta és impenetrable per l'aigua i per tant, és insoluble en ella. Tot i estar formada per glucosa, la cel·lulosa no pot ser utilitzada pels animals, ja que aquests no tenen l'enzim cel·lulasa per trencar els enllaços β1,4-glucosídics.

El grup carboximetil unit a la cel·lulosa li confereix a la carboximetilcel·lulosa una superfície amb càrregues negatives. Aquestes càrregues permeten el seu ús en la tècnica de cromatografia d'intercanvi iònic, funcionant com un intercanviador catiònic que s'utilitza en la purificació de proteïnes.

A causa de la seva propietat hidrofílica, la carboximetilcel·lulosa és utilitzada en el tractament de la sequedat ocular. Igualment, a causa d'aquesta propietat, ha estat usada en la fabricació de bolquers i productes sanitaris d'aquest tipus. Aquestes aplicacions serveixen d'exemple de la llista enorme d'usos i / o aplicacions que té aquest compost.

Característiques físiques i químiques

fórmula

RnOCH ₂ -COOH

aspecte físic

Pols color blanc. Carboximetilcel·lulosa sòdica: partícules fibroses de color blanc o lletós.

Olor i sabor

Inodora i insípida.

Solubilitat en aigua

És soluble (20 mg / ml).

Solubilitat en dissolvents orgànics

És insoluble en metanol, etanol, dietiléter, acetona, cloroform i també en benzè.

Punt de descomposició

274ºC.

densitat

0,7-0,9 g / cm ³.

acidesa

És similar a la de l'àcid acètic i la seva constant de dissociació és de 5 x 10 ^-5.

estructura

Font: By Elrond, from Wikimedia Commons

A la imatge superior es mostra l'estructura d'una unitat monomèrica de carboximetilcel·lulosa. Cal notar que l'H dels grups hidroxils es troben substituïts pels grups CH ₂ COOH; excepte, el de el grup OH al C-3. És a dir, d'acord a la imatge, el polímer no es troba completament substituït.

Els grups CH ₂ COOH poden desprotonarse i envoltar-se per atracció electrostàtiques de cations Na ⁺: CH ₂ COO ^- Na ⁺. És gràcies a ells que la carboximetilcel·lulosa és molt soluble en aigua, ja que és capaç de formar ponts d'hidrogen amb ella (CH ₂ COOH-OH ₂). Aquesta és la causa principal de la seva marcat caràcter hidrofílic i higroscòpic.

Així mateix, aquests grups són molt més voluminosos que els hidroxils, de manera que les propietats fisicoquímiques de l'polímer canvien respecte a la cel·lulosa original. La seva gran mida impedeix la formació de ponts d'hidrogen interns, és a dir, entre les cadenes monomèriques, deixant els anells totalment exposats a les interaccions amb l'aigua.

Per tant, quant més gran sigui el grau de substitució d'OH per CH ₂ COOH, més gran serà el caràcter hidrofílic de la cel·lulosa resultant. Microscòpicament pot ser que aquesta diferència no sigui molt evident; però en escales macroscòpiques, seria igual a poder dissoldre un bloc de fusta en un contenidor amb aigua si aquestes substitucions ocorreguessin a l'acte.

síntesi

Per a l'obtenció de carboximetilcel·lulosa, a partir de fibres de cel·lulosa, se segueix el procediment de Druvacell:

A) Les fibres de cel·lulosa es tracten amb isopropanol i àlcalis per tal de produir el seu inflament i la ionització dels grups hidroxils.

B) Les fibres de cel·lulosa de el tractament anterior es alcalinitzen addicionalment mitjançant el tractament amb NaOH, segons la reacció següent:

RceOH + NaOH => RceOH ∙ NaOH

C) Les fibres de cel·lulosa unida a l'NaOH reaccionar després amb cloroacetato sòdic, per produir així la carboximetilcel·lulosa sòdica:

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

La unió de el grup COO ^- a la cel·lulosa per a originar carboximeticlulosa la fa soluble en aigua i més reactiva.

Per a què serveix (usos)

La carboximetilcel·lulosa té nombrosos usos i aplicacions causa del seu caràcter hidrofílic i la seva capacitat per combinar-se amb nombrosos compostos. Entre els seus usos estan els següents.

aliments

-Es fa servir com a espessidor i estabilitzant dels aliments. A més, s'utilitza com fibra dietètica i emulsificante. És utilitzada en el batut de gelats, cremes i nates, així com a auxiliar en la formació de gels en gelatina i púdings.

-Es fa servir com a agent de suspensió en sucs de fruites i com col·loide protector en maionesa. Així mateix s'utilitza per cobrir la superfície de les fruites.

-A causa de que la carboximetilcel·lulosa no és metabolitzada per l'organisme, pot usar-se per persones sotmeses a una dieta baixa en calories.

Medicina

-Les solucions de carboximetilcel·lulosa formen gels utilitzats en les cirurgies de cor, toràciques i de la còrnia.

-En les operacions de tòrax, els pulmons són engrapados i recoberts amb una solució de carboximetilcel·lulosa. Això amb la finalitat d'evitar les fuites de l'aire contingut en els alvèols i l'entrada de líquids als pulmons.

-A la branca de l'ortopèdia, s'utilitza la carboximetilcel·lulosa a la lubricació de les articulacions, especialment als canells, els genolls i el maluc. S'injecta la solució de l'polímer en les articulacions per evitar l'erosió, inflamació i la possible destrucció de l'cartílag.

-Es fa servir en el tractament de la sequedat i irritació ocular. També s'usa com un agent protector per evitar danys de l'globus ocular, tal com pot ocórrer en la col·locació dels lents de contacte.

-També s'empra la carboximetilcel·lulosa en el tractament de la constipació, afavorint la formació de la femta amb la consistència adequada. S'empra com a laxant.

-S'ha fet servir una combinació de carboximetilcel·lulosa-heparina per a la prevenció d'adhesió durant les cirurgies.

Indústria de la construcció

-Actua com a agent estabilitzador i hidrofílic en la major part de les preparacions de ciment i materials per a la construcció. Millora la dispersió de la sorra en el ciment, a més augmenta l'acció adhesiva de el ciment.

-També s'empra com a part dels coles dels papers de tapisseria.

en detergents

El ram de la indústria que potser té el major consum de carboximetilcel·lulosa és en l'elaboració de sabons i detergents. Actua com un agent inhibidor que impedeix que els greixos, retirades de la superfície de les teles pels detergents, tornin unir-se a elles.

adhesius

-Es fa servir en l'elaboració d'adhesius per al paper, ja que no ho taca, no desprèn olor i és extraïble. Això ho fa ideal per al seu ús en la reparació de llibres o altres materials.

-També s'ha provat en mescles amb midó i fenol formaldehid per a l'elaboració de coles que permetin la unió de làmines de fusta.

indústria vinícola

S'empra per evitar la precipitació de les sals tartàriques presents en el vi.

indústria paperera

-El recobriment amb preparacions de carboximetilcel·lulosa dels papers i cartrons encerats redueix el consum de ceres. Així mateix, redueix el consum de la tinta d'impressió, produint com a resultat superfícies amb major brillantor. A més, la superfície de el paper té major suavitat i major resistència als greixos.

-La carboximetilcel·lulosa millora la unió entre les fibres de paper, millorant la seva coloració. També s'empra com dispersant auxiliar en l'extrusió de les fibres de les pasta de cel·lulosa, evitant la seva floculació.

Agricultura

La carboximetilcel·lulosa actua com un agent dispersant dels pesticides. A més, es fa servir com cola per unir l'insecticida a la superfície de les fulles de les plantes. En algunes ocasions, s'empra com a auxiliar en la degradació d'alguns fertilitzants altament contaminants.

cosmètics

S'empra com a espessidor, estabilitzador i formador de pel·lícules en cremes, locions, xampús i productes per a la cura de cabells. A més, s'utilitza en l'elaboració de gels d'ús en la neteja dental.

pintures

S'utilitza en l'elaboració de pintures a base d'olis i vernissos, actuant com un agent espessidor i dispersant dels pigments en els fluids.

plàstics

S'utilitza per augmentar la viscositat de l'làtex.

ceràmica

Es fa servir per unir peces de porcellana, ja que les solucions de carboximetilcel·lulosa s'originen a l'enfornar poques cendres.

indústria tèxtil

-Es fa servir en la seva forma crua per evitar la deformació de les teles. La carboximetilcel·lulosa, en combinació amb el midó, s'utilitza en les bugaderies. També s'empra en l'acabat de les teles. Durant la seva fabricació, les teles s'impregnen amb carboximetilcel·lulosa i després es tracten amb àcid i calor.

-Es s'utilitza en la impressió de les teles, col·laborant com a agent espessidor de les pintures i vernissos tèxtils.

indústria farmacèutica

-La carboximetilcel·lulosa s'utilitza en el recobriment de rajoles de medicaments. El polímer és insoluble en les condicions àcides estomacals, però soluble en l'intestí prim, on s'absorbeixen els agents terapèutics.

-També s'utilitza com a formador de gels, portadors de medicaments en forma d'ungüents. A més, s'empra com a agent estabilitzador en suspensions i emulsions. S'usa com bioadhesiu en pastilles que s'uneixen a les mucositats corporals.

referències

1. Sidley Chemical. (2018). Properties of Sodium Carboxymethyl Cellulose. Recuperat de: celluloseether.com
2. Wikipedia. (2018). Carboximetilcel·lulosa. Recuperat de: es.wikipedia.org
3. QUIMINET. (11 d'octubre de 2006). Les diverses aplicacions de la carboximetilcel·lulosa. Recuperat de: quiminet.com
4. Gamboni J. & col. (Sf). Optimització de el procés de carboximetilación de cel·lulosa provinent de bagàs de canya de sucre.. Recuperat de: aaiq.org.ar
5. A carboxymethylellulose-heparin combination for the prevention of surgical ADHESIONS. (2017) The Journal of surgical research 213: 222-233.