química e bioquímica da madeira resumo p1

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IF319 – QUIM. E BIOQUIM. DA MADEIRA 
RESUMO PARA A PROVA 1 
INTRODUÇÃO: 
Diferentes usos dos componentes químicos da madeira: 
• extrativos: durabilidade natural da madeira; 
• celulose: indústria de celulose e papel; 
hemicelulose: indústria de cosméticos, 
alimentícias e farmacêuticas; 
• lignina: energia, vanilina, adesivos, fenol-benzeno. 
Composição química elementar da madeira de diversas 
espécies (padrão) em relação ao peso seco da madeira 
(percentual): 
carbono (49-50%); oxigênio (44-45%); hidrogênio (6%); 
nitrogênio (0,1-1%) - esses elementos combinam e 
formam os constituintes moleculares da madeira. 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA MOLECULAR DA 
MADEIRA: 
São divididos em: 
• Substâncias de baixo peso molecular – matéria 
orgânica (extrativos) e matéria inorgânica 
(cinzas); 
Não fazem parte da parede celular, estão presentes nos 
lúmens das células, nos canais intercelulares e 
impregnados na parede. Os extrativos são responsáveis 
por certas propriedades da madeira como cheiro, cor, 
gosto durabilidade natural, permeabilidade, densidade, 
dureza da madeira, resistência ao ataque de fungos, 
insetos e microrganismos, resistência natural ao 
apodrecimento e propriedades abrasivas. 
• Substâncias de alto peso molecular – 
polissacarídeos (celulose e hemicelulose) e 
lignina; 
Formam a parede celular de toda e qualquer madeira. 
Para isolarmos, é necessário a degradação da parede 
celular. 
EXTRATIVOS: 
Substâncias de baixo peso molecular; substâncias 
extraíveis e solúveis; substâncias voláteis; Metabólitos 
secundários; Materiais estranhos da madeira; 
componentes não estruturais da madeira. 
Substâncias químicas presentes na madeira que podem 
ser extraídas usando diferentes solventes (água ou 
solventes orgânicos). 
Os extrativos são compostos químicos geralmente 
formados a partir de graxas, ácidos graxos, fenóis, 
terpenos, esteroides, resinas ácidas, resinas, ceras e 
alguns outros tipos de compostos orgânicos. Ocorrem na 
casca, folhas, frutos e sementes e quase sempre as 
quantidades nessas partes da árvore são maiores que na 
madeira. Podem ocorrer naturalmente ou por indução, 
causados por fatores abióticos (condições ambientais 
desfavoráveis: radiação (alta ou baixa), temperatura 
(excessivamente elevada ou baixa), precipitação (alta, 
deficiente e seca total), ventos fortes, altitude, solo, etc.) 
Ou bióticos (microorganismos ou insetos). 
A composição dos extrativos pode ser usada como 
marcador químico para classificar as madeiras: ex: 
madeira de sândalo - santalol; fusanol e forneol. 
Geralmente, a ocorrência de extrativos é maior na casca 
e menor no cerne, sendo desprezível no alburno. 
Cerne = maior durabilidade natural devido aos extrativos; 
alburno = substâncias de categoria nutritiva e de reserva 
(amido e açúcares), logo, é mais suscetível ao ataque de 
insetos e fungos. Sua presença pode influir na escolha da 
madeira para determinados fins, como: os extrativos de 
cor que dão valor estético na madeira; os compostos 
aromáticos que impedem o ataque da madeira por 
fungos e insetos; os taninos e resinas que interferem 
negativamente nos processos de produção de polpa. 
Os extrativos são resultados de modificações sofridas 
pelos carboidratos no processo fisiológico da árvore. A 
morte completa do parênquima devido às toxinas 
(subprodutos do metabolismo) marca o ínicio da 
cernificação – transformação de alburno pro cerne ao 
morrerem as células parenquimáticas, substâncias de 
reserva são removidas ou polimerizam, formando 
extrativos como resinas, corantes, óleos, compostos 
fenólicos, taninos, gorduras, entre outros. Esses extrativos 
impregnam células, proporcionando durabilidade e 
coloração ao lenho. 
Cernificação = aumento no conteúdo e no acúmulo 
abrupto ou gradual de extrativos. 
O cerne da árvore é criado enquanto o lenho cresce, e 
isso acontece quando a parte mais externa da madeira, 
chamada alburno, deixa de ser metabolicamente ativa. 
Isso ocorre porque uma grande quantidade de 
substâncias químicas chamadas extrativos é depositada 
nas fibras ou nos traqueídeos da madeira. Devido a esse 
processo, o cerne contém mais extrativos do que o 
alburno. O cerne apresenta boa resistência natural ao 
apodrecimento e ao ataque de organismos xilófagos e 
baixa permeabilidade. 
CLASSIFICAÇÃO DOS EXTRATIVOS 
Podem ser classificados em três grupos: terpenos 
(produtos da condensação de duas ou mais moléculas de 
isopropeno.), compostos alifáticos (principalmente graxas 
e ceras) e substâncias aromáticas. 
Os terpenos têm função tóxica e elevada atividade 
alelopática sobre outros indivíduos. Portanto, confere 
resistência ao ataque de agentes patógenos. As 
substâncias alifáticas são compostos lipofílicos e estáveis 
(têm afinidade e são solúveis em lipídios). São extraídas 
em solventes orgânicos apolares. > as graxas contêm o 
grupo éster, é uma espécie de gordura e é representada 
por mono, di e triglicerídios. 
• Em meio alcalino, as graxas formam os 
ácidos graxos (ácido carboxílico cooh de 
cadeia alifática). 
• Os ácidos graxos são utilizados na fabricação 
de óleos secativos, na formulação de tinta 
de impressão e na indústria de sabão. 
Exemplo: ácidos oléico, linoleico, linolênico, 
palmítico. 
• Esses ácidos, representados principalmente 
pelos ácidos oléico, linoleico e linolênico, são 
insolúveis e podem causar sérios problemas 
de pitch na indústria de papel. 
As ceras são ésteres de ácidos graxos de cadeia longa 
com álcoois de cadeia longa. Possuem função de 
proteção e lubrificação e são componentes majoritários 
da resina de parênquima. 
A via do ácido chiquímico é um importante rota 
biossintética (biossíntese) na qual substâncias aromáticas 
são produzidas. O ácido chiquímico é um composto 
central nessa via e serve como ponto de partida para a 
síntese de várias substâncias aromáticas. 
São classificadas em: taninos, estilbenos, lignanas, 
flavonóides e quinonas. as substâncias aromáticas 
possuem maior concentração na folha e na casca do que 
na madeira e possui pequena quantidade no cerne. 
TANINOS 
Materiais polifenólicos (caracterizadas por possuírem uma 
ou mais hidroxilas ligadas a um anel aromático). Ocorrem 
na maioria das cascas e em algumas madeiras, mas em 
somente poucas espécies em quantidade suficiente para 
exploração econômica e são responsáveis pela defesa 
contra microrganismos patogênicos. Localizam-se no 
cerne visando a proteção da madeira e nas folhas e 
cascas protegendo contra herbívoros. 
Características gerais: 
• oxidam em contato com o ar, apresentam sabor 
ácido, são solúveis em água, álcool e acetona, 
sendo pouco tóxicos por ingestão ou inalação. 
sabor adstringente e capacidade de precipitar 
proteínas solúveis. são divididos em taninos 
hidrolisáveis e taninos não hidrolisáveis ou 
condensáveis. 
• taninos hidrolisáveis: constituídos por ácido gálico 
e elágico ligados à unidade de glicose localizada 
no centro da molécula. são classificados em 
galotaninos (produz pela hidrólise o ácido gálico 
e seus derivados) e elagitanitos (produz pela 
hidrólise o ácido elágico). não são muito comuns 
na madeira 
• taninos condensáveis: formados por unidades de 
flavonóides (c6c3c6). 
PROPRIEDADES DOS TANINOS: 
✓ Formam complexos com proteínas 
(utilizados na indústria de curtume para 
enrijecer pele de couro); 
✓ Funcionam como filtros de raios 
ultravioletas; 
✓ possuem propriedades farmacológicas 
como antiinflamatórios e sedativos; 
✓ Formam complexos com metais 
pesados; 
✓ Utilizados como coagulantes/floculantes 
no tratamento de águas residuais em 
diversos setores industriais; 
✓ São usados na produção de resinas 
termofixas para colagem de madeira 
(tanino-formaldeído); 
✓ Têm outras aplicações, como agentes 
oxidantes, neutralizadores de radicais 
livres e na indústria de vinhos para 
promover sabores distintos. 
A principal espécie fornecedora dos taninos é a acácia 
negra (acacia mearnsii).Outras espécies que os taninos 
também são encontrados: barbatimão (stryphnodendron 
adstringens) e angico (anadenanthera macrocarpa). 
ESTILBENOS 
Compostos extremamente reativos e estão 
particularmente presentes no cerne de pinus como 
proteção. São os principais responsáveis pelo 
escurecimento da madeira induzido pela luz solar. 
Também podem estar relacionados aos efeitos 
benéficos do vinho na saúde humana devido, 
principalmente, às suas propriedades antioxidantes. 
LIGNANAS 
Formadas pela condensão de duas ou mais unidades de 
fenilpropano (c6c3). Possui propriedades oxidantes e 
farmacêuticas. 
FLAVONÓIDES 
• Ampla distribuição no reino vegetal, 
principalmente nas angiospermas; 
• Presentes em todas as partes das plantas. São 
polifenóis com estrutura c6c3c6; 
• A condensação de dois flavonóides forma os 
taninos condensados; 
• Podem ser considerados pigmentos naturais; 
• Desempenham um papel fundamental na 
proteção das plantas contra agentes como 
fungos e cupins; 
• São responsáveis pela coloração de flores, 
frutos e, em alguns casos, folhas; 
• Apresentam atividade antioxidante; 
• O termo flavonóide é utilizado para designar um 
amplo grupo de substâncias, incluindo flavonas, 
flavanas, isoflavonas, entre outras. 
QUINONAS 
Grupo de substâncias orgânicas coloridas e semivoláteis. 
São compostos que contribuem para a coloração da 
madeira. Podem: 
• provocar asma e alergia na pele. 
• exemplos importantes incluem: tectocnona 
(encontrada na madeira de teca), lapachol 
(encontrada em diversas espécies da família 
bignoniaceae, principalmente nos gêneros 
tabebuia e tecoma). 
• uma substância tóxica extraída da casca da 
árvore do ipê-roxo, com propriedades 
anticancerígenas e antimicrobianas. 
EXSUDATOS 
Extrativos que são induzidos, seja qual for o indutor. 
Podem ocorrer por fatores bióticos (incorporam os 
fungos, bactérias, insetos, etc) e abióticos (condições 
ambientais desfavoráveis como baixa temperatura, seca, 
salinidade, radiação, luz, etc). São classificados em: 
• Resina: podem ser clasifficadas em óleoresinas e 
resinas naturais. as óleoresinas são constituídas 
por ácidos resinosos e compostos voláteis. na 
destilação, forma um óleo e uma resina sólida. as 
resinas naturais são mais ou menos solúveis em 
solventes orgânicos neutros e totalmente solúvel 
em água. apresentam composição terpênica, 
sendo às vezes incolor e, em outros casos, de 
cor marrom clara, com ponto de fusão em torno 
de 100°c. também podem ser produzidas em 
resposta a injúrias (como na araucária 
angustifolia). ao serem destiladas, fornecem 
alcatrão, óleos diversos, terevintina, vernizes, 
acetona e breu. 
• goma: secreção viscosa naturalmente exsudada 
ou sob incisão ou infecção. geralmente incolor, 
não tóxica, sem odor, usualmente sem sabor, e 
quando seca ou exposta ao ar se torna 
endurecida apresentando-se como uma massa 
vítrea. este material é rico em carboidratos. um 
exemplo é a goma arábica extraída da pequena 
árvore da espécie acacia senegal, utilizada para 
fabricação de tintas 
• kino: de consistência viçosa, semelhante ao mel 
de abelhas, com tonalidade variando de amarelo 
até vermelho. rico em proantocianidina (tanino 
condensado) e solúvel em água, álcool e 
solventes alcalinos. geralmente, o kino é 
produzido em resposta a injúrias, como no caso 
do eucalipto na sua região. é utilizado na medicina 
e como corante. 
• látex: emulsão insolúvel em água, geralmente 
branca como o leite, produzida na estrutura 
interna conhecida como canais laticíferos. a 
composição é essencialmente terpênica, e 
também pode incluir proteínas, enzimas 
proteolíticas óleo essencial, mucilagem e outros 
componentes. o látex apresenta-se na forma de 
borracha, que é obtida pela incisão da casca de 
um grande número de espécies de 
angiospermas. um exemplo é a hevea brasiliensis, 
conhecida como seringueira. 
• mana: obtida através da incisão na casca de 
algumas árvores, como o fraxinus ornus, e 
apresenta-se inicialmente como líquida, mas 
quando seca, transforma-se em uma massa 
mole e opaca. as manas são solúveis em água e 
largamente solúveis em álcool. contém grande 
quantidade de manitol, um tipo de açúcar. elas 
têm várias aplicações, incluindo uso como 
diuréticos, em alimentos dietéticos, na fabricação 
de resinas e plastificantes, como adoçante e para 
o tratamento de diversas doenças. 
• açúcar de maple: obtido do acer saccharum e 
do acer nigrum, também conhecidos como 
maple, que se encontram no hemisfério norte. 
essa obtenção ocorre por meio da perfuração 
na base do tronco das árvores, de modo a atingir 
o alburno, onde a composição majoritária é de 
sacarose, um produto resultante da 
transformação do amido, que é abundante no 
alburno das espécies mencionadas. 
A presença de elevados teores de extrativos na madeira 
é uma característica vantajosa para a produção de 
energia, devido ao alto poder calorífico desses 
componentes. 
Também é um fator relevante na produção de carvão 
vegetal, pois aumenta a densidade da madeira, o que 
favorece a produção de carvão mais denso e de maior 
qualidade. 
COMPOSTOS INORGÂNICOS 
As substâncias inorgânicas são obtidas na forma de 
cinzas. 
Os constituintes minerais comprendem principalmente 
potássio e cálcio, que constituem até 50% dos cations 
na cinza da madeira. 
Também são encontradas baixas quantidades de sódio, 
silício, manganês, alumínio, ferro, além de radicais como 
silicatos, carbonatos, cloretos e sulfatos. Existem também 
traços de outros elementos como zinco, cobre, cromo, 
dentre outros. 
Os componentes inorgânicos, geralmente, são 
representados por cristais de oxalatos de cálcio ou 
potássio e sílica, e a proporção deles na madeira de 
algumas espécies pode ser influenciada pelas condições 
ambientais encontradas pela árvore durante o seu 
crescimento. Nas madeiras que crescem naturalmente 
em zonas temperadas, a quantidade de cinzas varia de 
0,2% a 0,9% e quase sempre é menos de 0,5%. 
Entretanto, madeiras das zonas tropicais podem conter 
até 5% de cinzas. Quando se considera a árvore como 
um todo, os componentes inorgânicos estão presentes 
na seguinte ordem decrescente: casca, raízes, galhos e 
troncos. 
Os cristais podem funcionar como um mecanismo de 
defesa contra a herbivoria. 
A sílica é comumente encontrada em várias famílias de 
madeiras tropicais e menos frequente em madeiras de 
zonas temperadas. A presença de sílica, mesmo em 
pequena quantidade, pode prejudicar as propriedades de 
usinagem da madeira (panshin & de zeeuw, 1980). 
Portanto, é importante conhecer os teores desse mineral 
em madeiras de valor comercial. 
• Espécies com baixos teores de sílica devem ser 
processadas ou usinadas antes daquelas com 
maior teor de sílica, maximizando a vida útil das 
ferramentas de corte e permitindo que a 
madeira seja adquirida por um preço menor pelo 
consumidor. 
• A dureza dos silicatos conferelhes propriedades 
físicas e mecânicas que impedem o ataque de 
fungos e cupins. 
 
CELULOSE 
A celulose é um homopolissacarídeo (único tipo de 
unidade de açúcar) e é o componente majoritário. É 
também um polímero constituído por cadeias de 
unidades monoméricas de β-d-glicose.. 
O QUE É A B-D-GLICOSE: 
A glicose é um monossacarídeo com uma fórmula 
química de c6h12o6 formada pela fotossíntese; 
Várias moléculas de glicose se unem por ligações 
glicosídicas β-1,4. Isso significa que o carbono 1 (c1) de uma 
molécula de glicose se liga ao carbono 4 (c4) da próxima 
molécula de glicose, formando uma ligação beta (β) que 
se estende na direção oposta à ligação alfa (α) 
encontrada em amidos. 
Essas ligações β-1,4 entre as unidades de glicose se 
repetem, formando cadeias lineares longas de glicose. 
 à medida que essas cadeias de glicose se acumulam e 
se organizam, elas formam a estrutura fibrilar rígida da 
celulose. 
CELULOSEE DERIVADOS 
A alta organização da estrutura cristalina da celulose e as 
ligações de hidrogênio conferem às fibras de celulose 
uma resistência, devido a isso, é utilizada em diversos 
campos industriais. 
Alguns usos da celulose: 
• Produção de polpa celulósica – fabricação de 
papel e derivados; 
• Está presente na parede celular junto com a 
hemicelulose. 
NANOPARTICULAS DE CELULOSE: 
Apresentam a vantagem de combinar diversas 
propriedades de interesse, tais como biocompatibilidade, 
biodegradabilidade, elevado módulo elástico (equivalente 
em ordem de grandeza a do aço), habilidade de formar 
géis em meio aquoso, transparência óptica e anisotropia. 
CELULOSE NANOFIBRILADA (CNF): 
Produzida de fibras celulósicas branqueadas que passam 
por um moinho microprocessador para a desintegração 
mecânica das fibras (desfibrilação mecânica). ✓ A região 
amorfa se torna o ponto frágil do processo de 
desfibrilação, no qual se inicia a desenrolamento das 
fibrilas até o seu completo arrancamento, que pode 
atingir a região cristalina. 
• O desfibrilamento da fibra além de causar a 
redução da cristalinidade gera redução nas 
dimensões das fibras, que após o tratamento 
mecânico passam apresentar-se em escala 
nanométrica. 
• Propriedades: área de superfície elevada, baixa 
densidade e translucidez, alta capacidade de 
formar ligação de hidrogênio intra e 
intermoleculares e alta resistência mecânica. 
CELULOSE NANOCRISTALINA (CNC): 
Obtida através de hidrólise ácida da polpa celulósica. 
Durante esse tratamento as regiões amorfas são 
destruídas. Isso ocorre pois a hidrólise na região amorfa 
é mais rápida do que na região cristalina, devido à maior 
permeabilidade da fase desordenada. 
• As vantagens dos nanocristais de celulose: 
apresentam elevadas propriedades mecânicas, 
baixa densidade, alta cristalinidade, leveza, 
biodegrabilidade e biocompatibilidade 
DERIVADOS DA CELULOSE: 
Aproximadamente 2% da celulose produzida, são usadas 
na produção de derivados. Requer o emprego do 
polímero (celulose) na forma mais pura possível: 
• Linter de algodão (constituído por uma camada 
de fibras curtas que ficam aderidas à superfície 
das sementes de algodão) 
• Polpa de dissolução, originada em processos de 
polpação como o sulfito ácido 
• Polpas kraft após hidrólise ácida branda; 
Tais derivados de celulose, produzidos em escala 
comercial são: 
• acetato de celulose: empregado na produção 
de fibras têxteis, filtros industriais, filtros de 
cigarros, filmes fotográficos, revestimentos de 
papéis, vidros e membranas. 
• xantato de celulose: usado na preparação de 
fibras de viscose, rayon e folhas de celofane. 
• nitrato de celulose: é empregado em aplicativos 
de proteção e decoração de revestimentos de 
laca e produção de explosivos. 
• metilcelulose.: empregada nas indústrias têxteis, 
de papel, alimentícias, farmacêuticas, indústria de 
tintas, como antiespumante, aditivo, espessante 
e como base para filmes solúveis em água. 
 A celulose é insolúvel em solventes orgânicos e em 
água, devido a dois motivos: 
• Os grupos hidroxilas (OH) estão formando 
ligações de hidrogênio intermolecular e 
intramolecular que impedem a interação com 
os solventes. 
• A estrutura cristalina diminui a acessibilidade dos 
solventes. Para dissolver a celulose é preciso: 
✓ Processo de mercerização: um tratamento 
alcalino (NaOH) de superfície simples e 
eficaz para ativação das hidroxilas da fibra 
vegetal (remoção de ligação de hidrogênio 
de rede). Exemplo: NaOH (aq) 
✓ Processo com o uso de solventes 
específicos: solventes específicos que 
rompem as ligações de hidrogênio. 
Exemplo: cloreto lítio (DMAc/LiCl) 
REAÇÔES DE SUBSTITUIÇÃO DA CELULOSE: 
Ocorrem nos três grupos hidroxilas (OH) da celulose 
ligadas aos carbonos C2, C3 e C6. Uma vez rompida as 
ligações de hidrogênio entre as cadeias de celulose e 
conseguindo o intumescimento intracristalino, os grupos 
de hidroxilas são capazes de reagir. 
A celulose é transformada através de reações de 
substituição em derivados solúveis, se tornando solúvel.