تويت
السلولوز
السلولوز cellulose أحد ضروب السكريات[ر] carbohydrates المتماثرة (المتبلمرة) polysaccharides. وهو غير مرجِِع (مختزل)، لا طعم له، وصيغته المجملة(C6H10O5)n. ويؤدي التميؤ الحمضي الكامل للجزيء بوساطة حمض الكبريت الكثيف إلىD -(+) غلوكوز، وهو سكر أحادي.
يتوضَّع نحو 50% من الكربون الموجود في النباتات على هيئة سلولوز، وهو أكثر الجزيئات العضوية وفرة على سطح الأرض، وينحصر وجوده في النبات على الرغم من وجوده في بعض اللافقريات والفطريات. فالقطن يكاد أن يكون سلولوزاً نقياً ونسبته في أليافه تراوح بين 97 و98%، وفي ألياف الكتان بين 80 و90%، والقنب 75% وتحتوي أوراق الشجر والخضار جميعها على 10% من وزنها الجاف سلولوزاً، وهو يشكل نحو 50% من الوزن الجاف للأجزاء الخشبية في النبات. والطبقات السلولوزية نفوذة للماء والمواد المنحلة، على الرغم من متانتها وقوتها، وهي صفة مهمة لقيام الخلايا النباتية بوظيفتها. ويعد السلولوز مصدراً غذائياً رئيساً لبعض الحيوانات والجراثيم والفطريات إضافة إلى كونه مركباً نباتياً.
يندر نسبياً وجود أنزيم السلولاز الذي يحفز هضم السلولوز إلى غلوكوز في الطبيعة، ومعظم الحيوانات بما فيها الإنسان لا يستطيع الاستفادة من السلولوز على وفرته وكونه مصدراً كامناً ثميناً للغلوكوز.
يتألف السلولوز من سلاسل من وحدات-D غلوكوز ترتبط الواحدة منها برابطة غلوكوزيدية مع C-4 من الوحدة التالية (الشكل- 1).
يختلف السلولوز عن النشاء في التشكيل الفراغي للارتباط الغلوكوزيدي. وهناك دليل على أن الروابط الغلوكوزيدية كافة في السلولوز تشبه تلك الموجودة في (+) - سلوبيوز cellubiose، وهو السكر الثنائي الذي ينتج من التميؤ الجزئي للسلولوز.
يقدَّر الوزن الجزيئي للسلولوز بالطرق الفيزيائية، وهو يراوح بين 250000 ومليون أو أكثر، ويبدو أنه يوجد على الأقل 1500 وحدة غلوكوز في الجزيء الواحد. وقد دلَّ التحليل بالأشعة السينية والمجهر الإلكتروني على أن هذه السلاسل الطويلة متوضِّعة جنباً إلى جنب على هيئة حزم يتماسك بعضها مع بعض بروابط هدروجينية تنشأ بين عدد من زمر OH- المتجاورة. تلتف هذه الحزم بعضها مع بعض لتشكل بنى تشبه الحبل، وتتجمع هذه البنى لتشكل الخيوط الشعرية المعروفة، بينما تنطمر هذه «الحبال» السلولوزية في الخشب في اللغنين مكوِّنة بنية تشبه الإسمنت المسلَّح. ويؤدي تميؤ السلولوز إلى تشكل السكر الثنائي السلوبيوز.
ومن عجائب تكوين جسم الإنسان أنه يهضم النشاء، ولكن لا يهضم السلولوز، مع أن كلاًَ منهما هو سلسلة من وحدات الغلوكوز. وليس الأمر راجعاً لاختلاف في طول السلسلة بل إلى الاختلاف البسيط في الرابطة الإتيرية بين كل وحدتين، فهي من النوع α في النشاء، ومن النوع β في السلولوز، وأنزيمات الهضم في الجسم مختصة بالنوع الأول فقط. أما الأبقار وسوس الخشب فإنها تستضيف وتعيل في أجهزتها الهاضمة أنواعاً من الجراثيم لها القدرة على تفكيك الارتباطات β، لذلك تتغذى المجترات بالحشائش، كما أن السوس يتلف الخشب.
تنكسر الروابط الغليكوزيدية في السلولوز بفعل الحمض، ويعطي كل جزيء عدداً من جزيئات D -(+) غلوكوز. تحتوي كل وحدة غلوكوز في السلولوز على ثلاث زمرOH- حرة، وهذه هي المواقع التي يحدث فيها التفاعل.
يشكل السلولوز الاستيرات، مثل أي كحول آخر، فبمعالجة السلولوز بمزيج من حمض الآزوت HNO3 وحمض الكبريت H2SO4يتشكل نترات السلولوز. وتعتمد خواص المنتج واستعمالاته على درجة النترته، فالقطن المتفجر guncotton الذي يستعمل في صنع مسحوق البارود اللادخاني هو سلولوز ثلاثي النترات (ثلاث زمر نترات لكل وحدة غلوكوز). أما البِروكسيلين فهو مادة كمية النترات فيها أقل (تراوح زمر النترات بين اثنتين وثلاث زمر لكل وحدة غلوكوز). وقد استعمل في صناعة اللدائن مثل السلولويد والكولوديون المستخدمة في صنع شرائح أفلام التصوير. ومن مساوئ هذا المنتج أنه سريع الالتهاب وينتج من احتراقه أكاسيد آزوتية(نتروجينية) عالية السمِّية.
ويتحول السلولوز إلى مشتق ثلاثي الخلات (الأسيتات) بمعالجته ببلاماء حمض الخل وحمض الخل وبوجود حمض الكبريت. وبتميؤ المنتج جزئياً تنزاح بعض زمر الخلات وتنقطع السلسلة إلى أجزاء أقصر (200- 300 وحدة لكل جزء) ويتشكل خلات السلولوز (عادة ثنائي الخلات) المنتج المهم تجارياً. وأسيتات السلولوز أقل قابلية للاشتعال من نترات السلولوز، وقد حلت محلها في العديد من التطبيقات العملية، مثل تصنيع أفلام التصوير الأمنية.
يعالَج السلولوز بزمر قادرة على ضم زمر وظيفية شاردية (أيونية) للحصول على مشتقات السلولوز المستخدمة كطور ساكن في المبادلات الشاردية الموجبة والسالبة.
لا ينحل السلولوز في الماء، كما أنه لا ينحل في أغلب المُحِلات العضوية، ولكنه ينحل بالتسخين في محلول هدروكسيل النحاس النشادري (سائل شويتزر) وبمحلول مركَّز لسلفو سيانور الكلسيوم Ca(SCN)2.
يدخل السلولوز في بنية الجدار الخلوي للنباتات على شكل ألياف مكروئية، ناجمة عن اتحاد عدة عشرات من سلاسل السلولوز، وتقوم هذه الألياف المكروئية إلى جانب بعض المركبات الأخرى، مثل الهمي سلولوز والمواد البكتينية واللغنين، بتشكيل الجدار الخلوي ذي البنية المعقدة. تتصف الألياف السلولوزية المكروئية بمتانة عالية جدا.
مروان البحرة
السلولوز cellulose أحد ضروب السكريات[ر] carbohydrates المتماثرة (المتبلمرة) polysaccharides. وهو غير مرجِِع (مختزل)، لا طعم له، وصيغته المجملة(C6H10O5)n. ويؤدي التميؤ الحمضي الكامل للجزيء بوساطة حمض الكبريت الكثيف إلىD -(+) غلوكوز، وهو سكر أحادي.
يتوضَّع نحو 50% من الكربون الموجود في النباتات على هيئة سلولوز، وهو أكثر الجزيئات العضوية وفرة على سطح الأرض، وينحصر وجوده في النبات على الرغم من وجوده في بعض اللافقريات والفطريات. فالقطن يكاد أن يكون سلولوزاً نقياً ونسبته في أليافه تراوح بين 97 و98%، وفي ألياف الكتان بين 80 و90%، والقنب 75% وتحتوي أوراق الشجر والخضار جميعها على 10% من وزنها الجاف سلولوزاً، وهو يشكل نحو 50% من الوزن الجاف للأجزاء الخشبية في النبات. والطبقات السلولوزية نفوذة للماء والمواد المنحلة، على الرغم من متانتها وقوتها، وهي صفة مهمة لقيام الخلايا النباتية بوظيفتها. ويعد السلولوز مصدراً غذائياً رئيساً لبعض الحيوانات والجراثيم والفطريات إضافة إلى كونه مركباً نباتياً.
يندر نسبياً وجود أنزيم السلولاز الذي يحفز هضم السلولوز إلى غلوكوز في الطبيعة، ومعظم الحيوانات بما فيها الإنسان لا يستطيع الاستفادة من السلولوز على وفرته وكونه مصدراً كامناً ثميناً للغلوكوز.
يتألف السلولوز من سلاسل من وحدات-D غلوكوز ترتبط الواحدة منها برابطة غلوكوزيدية مع C-4 من الوحدة التالية (الشكل- 1).
 الشكل (1) جزء من سلسلة السلولوز |
يقدَّر الوزن الجزيئي للسلولوز بالطرق الفيزيائية، وهو يراوح بين 250000 ومليون أو أكثر، ويبدو أنه يوجد على الأقل 1500 وحدة غلوكوز في الجزيء الواحد. وقد دلَّ التحليل بالأشعة السينية والمجهر الإلكتروني على أن هذه السلاسل الطويلة متوضِّعة جنباً إلى جنب على هيئة حزم يتماسك بعضها مع بعض بروابط هدروجينية تنشأ بين عدد من زمر OH- المتجاورة. تلتف هذه الحزم بعضها مع بعض لتشكل بنى تشبه الحبل، وتتجمع هذه البنى لتشكل الخيوط الشعرية المعروفة، بينما تنطمر هذه «الحبال» السلولوزية في الخشب في اللغنين مكوِّنة بنية تشبه الإسمنت المسلَّح. ويؤدي تميؤ السلولوز إلى تشكل السكر الثنائي السلوبيوز.
ومن عجائب تكوين جسم الإنسان أنه يهضم النشاء، ولكن لا يهضم السلولوز، مع أن كلاًَ منهما هو سلسلة من وحدات الغلوكوز. وليس الأمر راجعاً لاختلاف في طول السلسلة بل إلى الاختلاف البسيط في الرابطة الإتيرية بين كل وحدتين، فهي من النوع α في النشاء، ومن النوع β في السلولوز، وأنزيمات الهضم في الجسم مختصة بالنوع الأول فقط. أما الأبقار وسوس الخشب فإنها تستضيف وتعيل في أجهزتها الهاضمة أنواعاً من الجراثيم لها القدرة على تفكيك الارتباطات β، لذلك تتغذى المجترات بالحشائش، كما أن السوس يتلف الخشب.
تنكسر الروابط الغليكوزيدية في السلولوز بفعل الحمض، ويعطي كل جزيء عدداً من جزيئات D -(+) غلوكوز. تحتوي كل وحدة غلوكوز في السلولوز على ثلاث زمرOH- حرة، وهذه هي المواقع التي يحدث فيها التفاعل.
يشكل السلولوز الاستيرات، مثل أي كحول آخر، فبمعالجة السلولوز بمزيج من حمض الآزوت HNO3 وحمض الكبريت H2SO4يتشكل نترات السلولوز. وتعتمد خواص المنتج واستعمالاته على درجة النترته، فالقطن المتفجر guncotton الذي يستعمل في صنع مسحوق البارود اللادخاني هو سلولوز ثلاثي النترات (ثلاث زمر نترات لكل وحدة غلوكوز). أما البِروكسيلين فهو مادة كمية النترات فيها أقل (تراوح زمر النترات بين اثنتين وثلاث زمر لكل وحدة غلوكوز). وقد استعمل في صناعة اللدائن مثل السلولويد والكولوديون المستخدمة في صنع شرائح أفلام التصوير. ومن مساوئ هذا المنتج أنه سريع الالتهاب وينتج من احتراقه أكاسيد آزوتية(نتروجينية) عالية السمِّية.
ويتحول السلولوز إلى مشتق ثلاثي الخلات (الأسيتات) بمعالجته ببلاماء حمض الخل وحمض الخل وبوجود حمض الكبريت. وبتميؤ المنتج جزئياً تنزاح بعض زمر الخلات وتنقطع السلسلة إلى أجزاء أقصر (200- 300 وحدة لكل جزء) ويتشكل خلات السلولوز (عادة ثنائي الخلات) المنتج المهم تجارياً. وأسيتات السلولوز أقل قابلية للاشتعال من نترات السلولوز، وقد حلت محلها في العديد من التطبيقات العملية، مثل تصنيع أفلام التصوير الأمنية.
يعالَج السلولوز بزمر قادرة على ضم زمر وظيفية شاردية (أيونية) للحصول على مشتقات السلولوز المستخدمة كطور ساكن في المبادلات الشاردية الموجبة والسالبة.
لا ينحل السلولوز في الماء، كما أنه لا ينحل في أغلب المُحِلات العضوية، ولكنه ينحل بالتسخين في محلول هدروكسيل النحاس النشادري (سائل شويتزر) وبمحلول مركَّز لسلفو سيانور الكلسيوم Ca(SCN)2.
يدخل السلولوز في بنية الجدار الخلوي للنباتات على شكل ألياف مكروئية، ناجمة عن اتحاد عدة عشرات من سلاسل السلولوز، وتقوم هذه الألياف المكروئية إلى جانب بعض المركبات الأخرى، مثل الهمي سلولوز والمواد البكتينية واللغنين، بتشكيل الجدار الخلوي ذي البنية المعقدة. تتصف الألياف السلولوزية المكروئية بمتانة عالية جدا.
مروان البحرة