14.9: Lignina

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La lignina, un biopolímero químicamente complejo que se asocia con la celulosa en las plantas y sirve para unir la celulosa en la estructura de la planta, ocupa el segundo lugar en abundancia solo a la celulosa como material de biomasa producido por las plantas. La lignina se considera normalmente como un residuo problemático en el procesamiento y la utilización de la celulosa. La característica que hace que la lignina sea tan difícil de manejar en el procesamiento químico es su estructura molecular inconsistente y ampliamente variable como lo muestra el segmento de polímero de lignina en la Figura 14.7. Esta estructura muestra que gran parte del carbono está presente en anillos aromáticos que están unidos a grupos que contienen oxígeno, y la lignina es el único biopolímero vegetal principal que es en gran parte aromático. Debido a esta característica, la lignina es de considerable interés como fuente de compuestos aromáticos incluyendo compuestos fenólicos, que tienen el grupo −OH unido a anillos aromáticos o incluso hidrocarburos aromáticos. La abundancia de grupos hidroxilo (−OH), metoxilo (−OCH ₃) y carbonilo (C=O) en la lignina también sugiere posibles usos químicos para la sustancia. Una característica significativa de la lignina es su resistencia al ataque biológico. Esta propiedad, combinada con la naturaleza altamente heterogénea de la lignina, hace que sea un sustrato difícil de usar para las reacciones catalizadas por enzimas favorecidas en la práctica de la química verde para dar productos puros individuales útiles como materias primas químicas.

Figura 14.7. Segmento de una molécula de polímero de lignina que muestra carácter aromático y la estructura química variable desorganizada que hace de la lignina un material difícil de usar como materia prima

Dado que la lignina es una fracción significativa de toda la biomasa vegetal, las fracciones significativas de este biopolímero deben ser tratadas en biorrefinerías. La lignina generada como subproducto en la extracción de celulosa de la madera ahora se quema en gran medida como combustible, el nivel de uso más bajo para este material. Al retener gran parte de la molécula de lignina intacta, se puede hacer uso de segmentos de masa molecular más grandes de la molécula, tal como se ha hecho para algunos usos para aglutinantes para mantener los materiales juntos masas incoherentes, cargas, extensores de resina y dispersantes. También existe cierto potencial para usar la lignina como material estructural resistente a la degradación, como en las placas de circuito. Potencialmente, el uso más rentable de la lignina es hacer pequeñas moléculas aromáticas útiles para la síntesis química. Para que esto sea práctico, se necesitarán desarrollar técnicas especiales para descomponer parcialmente la molécula de lignina sin destruir los segmentos de moléculas aromáticas en ella.