Lignina (19-13-7) Propriedades Físicas e Químicas
Lignina
Biopolímero aromático heterogêneo de origem vegetal fornecido na forma de pó amorfo utilizado como matéria-prima renovável e aditivo de desempenho em formulações industriais.
| Número CAS | 19-13-7 |
| Família | Ligninas (biopolímeros aromáticos) |
| Forma Típica | Pó amorfo ou sólido granular |
| Graus Comuns | EP |
A lignina é um biopolímero aromático heterogêneo de alto peso molecular derivado de plantas, pertencente à classe dos polímeros estruturais derivados de fenóis compostos fenólicos. Estruturalmente, trata-se de uma rede tridimensional irregular formada principalmente pela acoplamento oxidativo de radicais de três monolignóis precursores (álcoois coniferílico, p-cumárico e sinapílico) que produzem uma mistura de unidades fenóis alifáticas conectadas por ligações C–O e C–C (notadamente motivos β–O–4, β–5 e β–β). O esqueleto polimérico é rico em anéis fenólicos substituídos, cadeias laterais alifáticas e funcionalidades oxigenadas (OH fenólico, grupos metoxi e carbonilas ocasionais), conferindo à lignina caráter eletrônico aromático predominante com densidade eletrônica localizada nos oxigênios fenólicos.
Em nível macroscópico, a lignina apresenta forte polaridade e comportamento anfifílico devido à presença de múltiplos grupos funcionais polares (hidroxilas fenólicas e alifáticas, carboxilatos e sulfatos em formas derivatizadas) juntamente com domínios aromáticos hidrofóbicos. Isso resulta em baixa solubilidade intrínseca em solventes não polares e maior solubilidade em meios alcalinos ou na presença de contraíons iônicos para derivados sulfonados. A lignina é quimicamente resistente à hidrólise simples, mas suscetível à despolimerização oxidativa e fragmentação alcalina; o tratamento térmico tende a produzir carvão e fenóis voláteis pequenos ao invés de volatilização limpa. A relevância industrial e biológica é substancial: a lignina confere resistência mecânica e controle do transporte de água em plantas vasculares, sendo um coprocesso majoritário em processos de polpação e biorrefinaria, onde a despolimerização controlada é um desafio chave para valorização.
Graus comerciais comuns reportados para esta substância incluem: EP.
Visão Molecular
Peso Molecular e Composição
O descritor molecular fornecido corresponde a uma espécie definida de baixo peso molecular e derivatizada com fórmula \(\ce{C18H13N3Na2O8S2}\). O peso molecular calculado é \(509.4\ \mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\). As massas exata e monoisotópica são reportadas como \(508.99394529\ \mathrm{Da}\).
Nota: materiais comerciais e de pesquisa rotulados como "lignina" frequentemente referem-se a frações macromoleculares heterogêneas cujos pesos moleculares médios e composições variam amplamente conforme a fonte da biomassa e o método de extração; muitos registros analíticos ou reagentes representam, em vez disso, pequenos compostos modelo ou frações de lignina derivatizadas solúveis em água.
Carga, Polaridade e LogP
A carga formal computada para o derivado mostrado é neutra (carga total 0 quando contraíons são incluídos), mas a estrutura contém dois ânions sulfonato equilibrados por cátions sódio, produzindo um sal com alto caráter iônico. A área polar superficial topológica (TPSA) é \(205\ \mathrm{\AA}^2\) e a molécula possui múltiplos aceptores de ligações de hidrogênio (10) e doadores (2), consistente com alta hidrofilicidade para a forma derivatizada. O número de ligações rotativas é 3 e o número de átomos pesados é 33, indicando uma molécula pequena, compacta e polar, ao invés de uma rede polimérica.
Não está disponível valor experimental para coeficiente de partição (logP) no contexto atual dos dados.
Classificação Bioquímica
Nos contextos biológicos e industriais, a lignina é classificada como polímero aromático derivado de fenóis (um biopolímero estrutural das paredes celulares secundárias das plantas). Funcionalmente, é um polímero amorfo e irregular formado pelo acoplamento radicalar de monolignóis; a substituição heterogênea e o ramificação resultam em solubilidade e reatividade variáveis. Amostras analíticas e graus para reagentes podem ser representados por análogos sulfonados ou de baixo peso molecular derivatizados para aumentar a solubilidade em água e simplificar a caracterização.
Comportamento Químico
Estabilidade e Degradação
A lignina é quimicamente robusta em condições neutras; sua rede de ligações carbono-carbono e éter arílico confere resistência à clivagem hidrolítica simples. A decomposição térmica gera principalmente carvão e misturas complexas de voláteis fenólicos; o material sofre reticulação e carbonização ao invés de apresentar um ponto de ebulição definido. Tratamentos oxidativos (oxidantes químicos, oxigenases como lignina-peroxidase e lacase em sistemas biológicos) quebram anéis aromáticos e ligações éter, sendo vias eficazes para a despolimerização. Em condições fortemente alcalinas, muitas frações de lignina tornam-se solúveis e fragmentam-se, enquanto ácidos concentrados promovem reações de condensação que aumentam o peso molecular aparente e diminuem a solubilidade.
Hidrólise e Transformações
A clivagem hidrolítica da lignina é relativamente lenta; entretanto, a hidrólise alcalina e processos de sulfitação/sulfonação (usados industrialmente para produzir lignosulfonatos) aumentam a solubilidade ao introduzir grupos sulfonato aniônicos. Estratégias de despolimerização normalmente visam ligações éter β–O–4 por rotas redutivas, oxidativas, catalíticas ou hidrolíticas para liberar monômeros e oligômeros fenólicos. A clivagem oxidativa pode converter substituintes metoxi e fenólicos em ácidos carboxílicos ou estruturas quinônicas. A derivatização (acetilação, sulfonação, metilação) é comumente usada para modificar solubilidade, reatividade e comportamento analítico.
Papel Biológico
Função e Vias Metabólicas
A lignina funciona como um polímero estrutural chave em plantas vasculares, conferindo resistência mecânica, hidrofobicidade das paredes celulares e resistência a ataques microbianos. Biossinteticamente, a lignina é formada pela via do fenilpropano produzindo monolignóis (álcoois p-cumárico, coniferílico e sinapílico), que são oxidativamente transformados em radicais e polimerizam por acoplamento radicalar. A variabilidade da incorporação de monolignóis e a natureza aleatória do acoplamento radicalar geram um polímero heterogêneo adaptado à espécie, tipo de tecido e estágio de desenvolvimento.
Contexto Fisiológico e Celular
Nas paredes celulares secundárias das plantas, a lignina é depositada na matriz ao redor das microfibrilas de celulose e hemiceluloses, contribuindo para rigidez e redução da permeabilidade da parede celular. A polimerização é mediada por enzimas oxidativas (peroxidases e lacases) que geram radicais fenólicos; o crescimento localizado do polímero e as reticulações resultam em arquiteturas tridimensionais complexas. Biologicamente, a lignificação modula o transporte de água (ao tornar elementos do xilema hidrofóbicos), a integridade estrutural e a defesa contra patógenos. Sistemas microbianos e enzimáticos capazes de modificar lignina são de interesse para a valorização da biomassa.
Identificadores e Sinônimos
Números de Registro e Códigos
- Número CAS: 19-13-7
- Fórmula molecular: \(\ce{C18H13N3Na2O8S2}\)
- Peso molecular: \(509.4\ \mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\)
- Massa exata / Massa monoisotópica: \(508.99394529\ \mathrm{Da}\)
- Área polar superficial topológica (TPSA): \(205\ \mathrm{\AA}^2\)
- Doadores de ligação de hidrogênio: 2; aceitadores de ligação de hidrogênio: 10
- Contagem de ligações rotativas: 3
- Carga formal: 0
- Nome IUPAC (calculado): dissódico;4-acetamido-5-hidroxi-6-fenildiazenilnaftaleno-1,7-disulfonato
- InChI:
InChI=1S/C18H15N3O8S2.2Na/c1-10(22)19-13-7-8-14(30(24,25)26)12-9-15(31(27,28)29)17(18(23)16(12)13)21-20-11-5-3-2-4-6-11;;/h2-9,23H,1H3,(H,19,22)(H,24,25,26)(H,27,28,29);;/q;2*+1/p-2 - InChIKey:
RLLNZXVKBYGKIP-UHFFFAOYSA-L - SMILES:
CC(=O)NC1=C2C(=C(C=C1)S(=O)(=O)[O-])C=C(C(=C2O)N=NC3=CC=CC=C3)S(=O)(=O)[O-].[Na+].[Na+]
Sinônimos e Denominações Biológicas
Sinônimos relatados e nomes depositados incluem: - Lignina - LIGNIN - Ligninas - dissódico;4-acetamido-5-hidroxi-6-fenildiazenilnaftaleno-1,7-disulfonato - Dissódico 4-(acetilamino)-5-hidroxi-6-(fenilazo)naftaleno-1,7-disulfonato
(Existem vários sinônimos fornecidos pelo depositante e legados que refletem formas derivatizadas, fracionadas ou analíticas; a nomenclatura varia conforme o método de preparação.)
Visão Geral sobre Segurança e Manuseio
A lignina e seus derivados apresentam geralmente baixo risco agudo para muitas formulações; submissões industriais agregadas indicam que a maioria dos materiais comerciais de lignina não atende aos critérios para classificação em categorias comuns de perigo. No entanto, a forma física e as impurezas influenciam o risco: poeiras de lignina em pó podem apresentar perigos de inalação e explosão de poeira; certas frações derivatizadas ou contaminadas podem conter baixos níveis de impurezas perigosas.
Recomenda-se a adoção das precauções padrão de higiene industrial e manuseio: - Use equipamento de proteção individual adequado (luvas, proteção ocular e jaleco); para materiais em pó, recomenda-se proteção respiratória e ventilação local exaustora. - Evite a formação e acúmulo de poeira no ar; implemente controle de poeira e limpeza adequada. - Armazene em local fresco, seco, bem ventilado, em recipientes fechados para limitar a absorção de umidade e crescimento microbiano; proteja derivados sensíveis à luz de exposição prolongada à luz intensa, se aplicável. - Para derramamentos e resíduos, colete o material sólido por métodos secos quando seguro; evite a dispersão e siga a regulamentação local para disposição de resíduos.
Para informações detalhadas sobre perigos, transporte e regulamentação, os usuários devem consultar a Ficha de Dados de Segurança (FDS) específica do produto e a legislação local aplicável.
Manuseio e Armazenamento de Materiais Bioquímicos
Ao manusear frações de lignina biológica ou derivada de biomassa em contextos de pesquisa ou produção, considerações adicionais incluem controle de contaminação microbiana (armazenar seco ou refrigerado conforme apropriado), monitoramento da estabilidade (descoloração oxidativa ao longo do tempo) e segregação de agentes oxidantes fortes ou agentes redutores que possam alterar as propriedades do polímero. O controle de qualidade normalmente monitora o teor de umidade, cinzas/resíduo inorgânico e solubilidade em solventes designados para a aplicação pretendida. Para aplicações críticas (ex: aditivos alimentares ou excipientes farmacêuticos), selecione graus materiais que atendam às expectativas de qualidade farmacopéica ou regulatória relevantes.
