植物纖維化學(xué).docx

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1、1、哪幾種光譜分析可用于植物纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)分析？主要用于分析哪些功能基結(jié)構(gòu)？答：可用于植物纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)分析的光譜分析有紫外光譜、紅外光譜、喇曼光譜、核磁共振波譜法（NMR）、電子旋轉(zhuǎn)共振吸收光譜（ESR）、凝膠滲透色譜法（GPC）等。紫外光譜是一種鑒定木素和碳水化合物的工具（定性和定量測定），同時也廣泛使用在化合物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究中。紫外光譜的定性分析可用來測定木素中的愈創(chuàng)木基和紫丁香基結(jié)構(gòu)單元。另外，利用紫外示差吸收光譜的測定方法，還可以定量的測定木素中羰基的類型和量以及桂皮醛和苯基香豆?jié)M等結(jié)構(gòu)的量。紅外光譜是進行定性分析、定量

2、分析和測定分子結(jié)構(gòu)的方法。根據(jù)特征伸縮振動峰可判定甲基、雙鍵、羰基化合物及纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)基等，如纖維素中的CH2基團、OH-。在木素結(jié)構(gòu)測定中，還可以測定木素的羰基、芳環(huán)、羥基、-CH-等基團。核磁共振波譜法可以測定化合物的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型、構(gòu)象，互變異構(gòu)等。目前用于植物纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)分析的主要有氫質(zhì)子核磁共振光譜（1H-NMR）和13C-核磁共振光譜（13C-NMR）。1H-NMR可以測出分子中氫質(zhì)子數(shù)量，還可以求出酚羥基的量，全羥基量、聚合度（縮合型芳香核所占的比例）等。13C-NMR可以測定各種植物原料的碳原子狀態(tài)，可用來測定羰基、

3、羧基、醛基等官能團結(jié)構(gòu)，同時還可用來跟蹤各種植物原料的化學(xué)反應(yīng)和微生物降解反應(yīng)。此外，通過13C-NMR光譜的定量和半定量研究，可以研究木素的基本結(jié)構(gòu)單元間的比例及木素某些功能基的定量。喇曼光譜可輔助紅外光譜進行木素結(jié)構(gòu)的研究，例如松木粉脫木素前在1595cm-1處有強譜帶，脫木素后，紅外光譜中該譜帶的強度不大，變化不那么清晰，但喇曼光譜確非常清晰，補充了紅外光譜的不足之處。利用電子旋轉(zhuǎn)共振吸收光譜的測定可以分析研究木素受到化學(xué)或者生物化學(xué)處理，木素中生成安定的游離基反應(yīng)，測定多數(shù)的紫丁香基化合物生成苯氧基游離基及其安定性。凝膠

4、滲透色譜法是一種液相色譜，它可用來快速測定纖維素的分子量分布。2、闡述纖維素的結(jié)晶度對纖維物理和化學(xué)性質(zhì)的影響，分析什么過程會改變纖維素的結(jié)晶度？答：纖維素的結(jié)晶度是指纖維素構(gòu)成的結(jié)晶區(qū)占纖維素整體的百分率，它反應(yīng)纖維素聚集時形成結(jié)晶的程度：結(jié)晶度α=結(jié)晶區(qū)樣品含量結(jié)晶區(qū)樣品含量+非結(jié)晶區(qū)樣品含量×100%結(jié)晶區(qū)纖維素分子鏈取向良好，密度較大，分子間的結(jié)合力最強，對強度的貢獻大。非結(jié)晶區(qū)纖維素分子鏈取向較差，分子排列無秩序，分子間距離較大，密度較低，且分子間氫鍵結(jié)合數(shù)少，固纖維素的結(jié)晶度對纖維素的物理和化學(xué)性質(zhì)有很大的影響。纖維

5、素的結(jié)晶度愈大，其強度和硬度愈大，尺寸穩(wěn)定性愈好，但其柔軟性和伸長率較低，且吸濕性較差，水分子不易進入纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部，纖維分子不易吸水潤張。蒸煮時蒸煮液也難以進入物料內(nèi)部，滲透性較差，會對蒸煮造成不利的影響。纖維細胞內(nèi)P層和S1層的纖維結(jié)晶度越高，機械阻力越大，給打漿帶來困難。纖維素物料的結(jié)晶度大小，隨纖維素品種而異，同時還會受到很多過程的影響，如纖維素的潤張、溶解和沉淀以及很多化學(xué)處理和熱處理，打漿也可以使纖維的結(jié)晶度發(fā)生改變，球磨甚至可以使纖維素的結(jié)晶格子完全破壞。3、闡述和分析纖維素與半纖維素在生物形態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)上的異同。答

6、：相同點：兩者都是植物纖維原料的主要化學(xué)成分，都是碳水化合物，均由C、H、O三種元素組成，是植物吸收太陽能進行光合作用合成出來的。同時都是糖單元聚合而成的高分子化合物，是綠色植物新陳代謝和能量儲存的基本形式。都可以在酸性和堿性條件下發(fā)生水解或降解，在堿性條件下都會發(fā)生剝皮反應(yīng)。不同點：①鏈結(jié)構(gòu)不同。纖維素是由β，D-葡萄糖基通過1,4-苷鍵連接而成的線狀高分子化合物，半纖維素則是由多種糖基構(gòu)成的，且往往帶有支鏈，糖基之間的連接也多種多樣。②單元結(jié)構(gòu)不同。纖維素為均一聚糖，結(jié)構(gòu)單元為葡萄糖，半纖維素則是由多種糖基、糖醛基所組成，且

7、不同原料的半纖維素組成也不同。③聚合度不同。纖維素的聚合度很高，一般都大于1000，而半纖維素的聚合度較低，（小于200，多數(shù)為80~120）。④聚集狀態(tài)不同。纖維素由結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)交錯結(jié)合，而半纖維素是無定形物質(zhì)，無結(jié)晶區(qū)。⑤生物合成發(fā)生位置不同。纖維素的合成，發(fā)生在細胞質(zhì)的外面，即原生質(zhì)膜和細胞壁的界面上，亦即在微細纖維沉積的位置上，半纖維素的生物合成主要由高爾基體控制。⑥功能基不同。纖維素大分子的每個基環(huán)均具有三個醇羥基，大分子的兩個末端基不同，整個大分子具有極性并表現(xiàn)出方向性，半纖維素的功能基結(jié)構(gòu)則比較復(fù)雜。⑦在細胞壁

8、中的分布位置不同。纖維素以微纖維的形態(tài)存在于細胞壁中，是細胞壁的骨架物質(zhì)，半纖維素分布于微纖維之中，稱為填充物質(zhì)。4、闡述和分析纖維素堿性降解與酸性降解的異同點。答：二者相同點：堿性水解與酸性水解都使纖維素的鍵斷裂，水解后纖維素聚合度下降，溶解度增加，紙張的強度