• cellulosa
• cellulose
• dimetilcaronato
• ionic liquids
• liquidi ionici
• methyl carbonate

L’obiettivo principale del presente lavoro di tesi era la progettazione e lo screening di nuovi liquidi ionici in grado di solubilizzare la cellulosa, uno dei bio-polimeri più abbondanti nel nostro pianeta, ritenuto oggi una delle possibili fonti di chemicals e di energia alternativa, la cui struttura estremamente ordinata ha rappresentato tuttavia, fino ad oggi, un limite per un utilizzo su larga scala dei prodotti di trasformazione chimica. La cellulosa è praticamente insolubile nella maggior parte dei solventi molecolari, a meno che non vengano utilizzate condizioni estreme, che spesso pregiudicano la possibilità di recupero dei potenziali prodotti di trasformazione in alta resa. Recentemente, è stato dimostrato che alcuni liquidi ionici sono in grado di sciogliere la cellulosa a temperature non particolarmente elevate (intorno ai 70°C), qualora provvisti di elementi in grado di inserirsi all’interno delle microfibrille e di “allentare” la struttura secondaria delle stesse (come gli anioni cloruro). L’uso di questi liquidi ionici tuttavia modifica la struttura della cellulosa, e se questo può essere ininfluente quando l’obiettivo è la trasformazione della cellulosa in biofuels, è un limite se quello che interessata è la fibra non modificata.

La prima parte del lavoro è stata dedicata alla preparazione di nuovi liquidi ionici funzionalizzati a partire da building block derivanti da fonti rinnovabili, parallelamente alla preparazione di liquidi ionici classici, funzionalizzati e non, già noti in letteratura. I nuovi liquidi ionici sono stati completamente caratterizzati e ne sono state determinate le principali proprietà chimico-fisiche (viscosità). La seconda parte del lavoro ha previsto la dissoluzione di diversi campioni di cellulosa sia nei nuovi, che nei classici liquidi ionici, questi ultimi utilizzati come composti di riferimento. La cellulosa, dopo trattamento con il liquido ionico, è stata recuperata tramite precipitazione con acqua e successivamente analizzata per determinare il grado di polimerizzazione finale. Da tali prove è emerso che in funzione della struttura posseduta alcuni dei nuovi liquidi ionici preparati possiedono una buona capacità di dissoluzione del bio-polimero senza apportare significative modifiche al suo grado di polimerizzazione medio, mentre i più classici liquidi ionici utilizzati in questo campo riescono a disciogliere la cellulosa in modo efficiente apportando però pesanti modifiche alla sua struttura.
The main target of this work is the screening and the design of new ionic liquids, capable of dissolving cellulose. This is one of the most abundant biopolymers in the world, nowadays considered one of the possible sources for alternative energy and chemicals. Its extremely well-ordered structure has been, until now, a limit for a large-scale usage of the products resulting from chemical transformations. Cellulose is almost insoluble in most of common molecular solvents, unless harsh conditions, that compromise the recovery of likely transformations products in high yealds, are used. Recently, it has been assessed that some ionic liquids are able to dissolve cellulose at relatively low temperature (around 70°C), if they are provided with elements capable of inserting in the microfibre and to loosen their secondary structure (as chloride anions). However the usage of these ionic liquids modifies the structure of the polymer and, if this fact might have only small influence when the aim is the transformation of cellulose in biofuels, it’s a limit when you are interested in the unmodified fibre.

The first part of this work has been dedicated to the preparation of new task-specific ionic liquids starting from building block deriving from renewable sources. In the meanwhile, classical ionic liquids already known in literature were prepared. New ionic were completely characterized and the main pysical-chemical properties (viscosities) have been determined. The second part of the work enclosed the dissolution of several sample of cellulose both in the new and in the classical ionic liquids, used as reference compounds. After having processed with ionic liquids, cellulose has been recollected by means of precipitation with water and the nit has been analysed to estimate the final polymerization degree (DP). It has been assessed that as a function of the structures, some of the new ionic liquids have a good ability to dissolve the bio-polymer without meaningful alteration of its average polymerization degree, while the ones generally used for this purpose are able to dissolve cellulose in an efficient way, though causing remarkable modifications on its structure.