Carboximetilcelulosa: qué es, características, estructura, síntesis, usos
¿Qué es la carboximetilcelulosa?
La carboximetilcelulosa es un compuesto derivado de la celulosa, un polímero de la glucosa. Recibe también los nombres de goma de la celulosa o carmelosa. Puede presentarse en forma de sal sódica.
La carboximetilcelulosa es higroscópica y soluble en el agua, al contrario que la celulosa, la cual es insoluble en el agua. Tiene sustituidos algunos grupos –CH2OH de las moléculas de glucosa que forman la celulosa por grupos –CH2OCH2COOH. Esta sustitución le confiere propiedades iónicas a su estructura.
La celulosa es un biopolímero formado exclusivamente de moléculas de β-glucosa, unidas mediante enlaces β-1,4-o-glucosídico. Presenta la fórmula (C6H10O5)n con un valor mínimo de 2000 para n. El polímero puede tener una estructura lineal o fibrosa, siendo el constituyente principal de la pared celular de los vegetales.
Su estructura compacta es impenetrable por el agua y por lo tanto, es insoluble en ella. A pesar de estar formada por glucosa, la celulosa no puede ser utilizada por los animales, ya que estos carecen de la enzima celulasa para romper los enlaces β1,4-glucosídicos.
El grupo carboximetil unido a la celulosa le confiere a la carboximetilcelulosa una superficie con cargas negativas. Estas cargas permiten su uso en la técnica de cromatografía de intercambio iónico, funcionando como un intercambiador catiónico que se utiliza en la purificación de proteínas.
Características de la carboximetilcelulosa
– Fórmula: RnOCH2-COOH
– Aspecto físico: polvo color blanco. Carboximetilcelulosa sódica: partículas fibrosas de color blanco o lechoso.
– Es inodora e insípida.
– Soluble en agua (20 mg/mL).
– Insoluble en metanol, etanol, dietiléter, acetona, cloroformo y en benceno.
– Punto de descomposición: 274ºC.
– Densidad: 0,7-0,9 g/cm3.
– Su acidez es similar a la del ácido acético y su constante de disociación es 5 x 10-5.
Estructura
En la imagen superior se muestra la estructura de una unidad monomérica de carboximetilcelulosa. El H de los grupos hidroxilos se encuentran sustituidos por los grupos CH2COOH; excepto el del grupo OH en el C-3. Es decir, de acuerdo a la imagen, el polímero no se halla completamente sustituido.
Los grupos CH2COOH pueden desprotonarse y rodearse por atracción electrostática de cationes Na+: CH2COO–Na+.
Por eso la carboximetilcelulosa es muy soluble en agua, pues es capaz de formar puentes de hidrógeno con ella (CH2COOH—OH2). Esta es la causa principal de su marcado carácter hidrofílico e higroscópico.
Su gran tamaño impide la formación de puentes de hidrógeno internos, es decir, entre las cadenas monoméricas, dejando los anillos totalmente expuestos a las interacciones con el agua.
Por lo tanto, mientras mayor sea el grado de sustitución de OH por CH2COOH, mayor será el carácter hidrofílico de la celulosa resultante.
Síntesis
Para la obtención de carboximetilcelulosa a partir de fibras de celulosa, se sigue el procedimiento de Druvacell:
A) Las fibras de celulosa se tratan con isopropanol y álcalis para producir su hinchamiento y la ionización de los grupos hidroxilos.
B) Las fibras de celulosa del tratamiento anterior se alcalinizan adicionalmente mediante el tratamiento con NaOH, según la reacción siguiente:
RceOH + NaOH => RceOH∙NaOH
C) Las fibras de celulosa unida al NaOH reaccionan después con cloroacetato sódico, para producir así la carboximetilcelulosa sódica:
RceOH∙NaOH + ClCH2COO–Na => RceOCH2COO–Na+ + NaCl + H2O
La unión del grupo COO– a la celulosa para originar carboximeticlulosa la hace soluble en agua y más reactiva.
Usos
Alimentos
– Como espesante y estabilizante de los alimentos. También como fibra dietética y emulsificante. Es utilizada en el batido de helados, cremas y natas, así como auxiliar en la formación de geles en gelatinas y pudines.
– Como agente de suspensión en jugos de frutas y como coloide protector en mayonesa. Asimismo, se emplea para cubrir la superficie de las frutas.
– Debido a que la carboximetilcelulosa no es metabolizada por el organismo, puede usarse por personas sometidas a una dieta baja en calorías.
Medicina
– Fabricación de soluciones que forman geles usados en cirugías del corazón, torácicas y de la córnea.
– En operaciones del tórax, los pulmones son engrapados y recubiertos con una solución de carboximetilcelulosa, con el fin de evitar las fugas del aire contenido en los alvéolos y la entrada de líquidos a los pulmones.
– En ortopedia, se utiliza en la lubricación de las articulaciones, especialmente en muñecas, rodillas y cadera. Se inyecta la solución del polímero en las articulaciones para evitar la erosión, inflamación y la posible destrucción del cartílago.
– En el tratamiento de la resequedad e irritación ocular. También se usa como un agente protector para evitar daños del globo ocular, como puede ocurrir en la colocación de los lentes de contacto.
– Se emplea en el tratamiento de la constipación, favoreciendo la formación de las heces con la consistencia adecuada. Como laxante.
Industria de la construcción
– Actúa como agente estabilizador e hidrofílico en la mayor parte de las preparaciones de cemento y materiales para la construcción, pues mejora la dispersión de la arena en el cemento, y aumenta la acción adhesiva del cemento.
– Como parte de los pegamentos de los papeles de tapicería.
En detergentes
Actúa como agente inhibidor que impide que las grasas, retiradas de la superficie de las telas por los detergentes, vuelvan unirse a ellas.
Adhesivos
– Se emplea en la elaboración de adhesivos para el papel, ya que no lo mancha, no desprende olor y es removible. Es ideal en la reparación de libros u otros materiales.
– También se ha probado en mezclas con almidón y fenol-formaldehído para la elaboración de pegamentos que permitan la unión de láminas de madera.
Industria vinícola
Se emplea para evitar la precipitación de las sales tartáricas presentes en el vino.
Industria papelera
– La carboximetilcelulosa que recubre papeles y cartones encerados reduce el consumo de ceras. Asimismo, reduce el consumo de la tinta de impresión, produciendo como resultado superficies con mayor brillo. El papel tiene mayor suavidad y mayor resistencia a las grasas.
– Mejora la unión entre las fibras de papel, optimizando su coloración. También se emplea como dispersante auxiliar en la extrusión de las fibras de las pastas de celulosa, evitando su floculación.
Agricultura
– Actúa como un agente dispersante de los pesticidas.
– Como pegamento para unir el insecticida a la superficie de las hojas de las plantas.
– En algunas ocasiones, como auxiliar en la degradación de algunos fertilizantes altamente contaminantes.
Cosmética
Se emplea como espesante, estabilizador y formador de películas en cremas, lociones, champús y productos para el cuidado del cabello. También para la elaboración de geles de limpieza dental.
Pinturas
Elaboración de pinturas con base de aceites y barnices, actuando como un agente espesante y dispersante de los pigmentos en los fluidos.
Plásticos
Para aumentar la viscosidad del látex.
Industria textil
– Se emplea en su forma cruda para evitar la deformación de las telas. En combinación con el almidón, se utiliza en las lavanderías. También se emplea en el acabado de las telas. Durante su fabricación, las telas se impregnan con carboximetilcelulosa y luego se tratan con ácido y calor.
– En la impresión de las telas, colaborando como agente espesante de las pinturas y barnices textiles.
Industria farmacéutica
– Se utiliza en el recubrimiento de tabletas de medicamentos. El polímero es insoluble en las condiciones ácidas estomacales, pero soluble en el intestino delgado, donde se absorben los agentes terapéuticos.
– Como formador de geles, portadores de medicamentos en forma de ungüentos.
– Como agente estabilizador en suspensiones y emulsiones.
– Como bioadhesivo en tabletas que se unen a las mucosidades corporales.
Referencias
- Sidley Chemical (2018). Properties of Sodium Carboxymethyl Cellulose. Recuperado de: celluloseether.com
- Wikipedia (2018). Carboximetilcelulosa. Recuperado de: es.wikipedia.org
- QuimiNet (2006). Las diversas aplicaciones de la carboximetilcelulosa. Recuperado de: quiminet.com
- A carboxymethylellulose-heparin combination for the prevention of surgical adhesions. (2017) The Journal of surgical research 213: 222-233.