La estructura atómica de la nanocelulosa fosforilada revelada por la RMN de estado sólido mejorada por polarización...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La bioquímica
• Química Física

Sus antecedentes:

• La comprensión a nivel atómico de la química de la superficie de la nanocelulosa es limitada.
• La fosforilación es una modificación clave para ajustar las propiedades de la nanocelulosa.
• La exploración directa de la estructura superficial a nanoescala es un desafío.

Objetivo del estudio:

• Elucidar la química superficial y la estructura de las nanofibras de celulosa fosforiladas a nivel atómico.
• Determinar los lugares y la distribución de la sustitución de fosfatos en las superficies de nanocelulosa.
• Para correlacionar los hallazgos estructurales con la dinámica molecular y los cálculos DFT.

Principales métodos:

• Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de estado sólido mejorada con polarización nuclear dinámica (DNP).
• Experimentos multidimensionales de correlación entre 13C-13C y 31P-13C.
• Análisis cuantitativo multiCP, correlaciones 31P-31P, simulaciones de Dinámica Molecular (MD) y cálculos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT).

Principales resultados:

• Se identificó la sustitución de mono y difosfato en las posiciones C2 y C6.
• Cuantificó el grado de fosforilación y la distribución conformacional de los grupos fosfatados superficiales.
• Las simulaciones de MD reprodujeron la torsión experimental de las fibrillas y confirmaron los datos estructurales derivados de la RMN.
• Los cálculos de DFT revelaron que los enlaces de hidrógeno dependientes de facetas gobiernan las conformaciones preferidas.

Conclusiones:

• La RMN de estado sólido mejorada con DNP proporciona información sin precedentes a nivel atómico sobre la química de la superficie de la nanocelulosa.
• Los patrones de fosforilación y las conformaciones se caracterizan con precisión.
• Los enfoques integrados de RMN, MD y DFT ofrecen una comprensión completa de la estructura y las propiedades de la superficie de la nanocelulosa.