半纤维素

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24%KOH Ba(OH)2
聚葡萄糖甘露糖-Ba++络合物
50%HAC 乙醇沉淀
溶液
沉淀 聚半乳糖葡萄糖甘露糖
聚葡萄糖甘露糖
聚木糖
氢氧化钡选择分级抽提
二甲基亚砜法
保护乙酰基 在碱法抽提半纤维素的同时,乙酰基不 免被脱去。乙酰基是半纤维素重要的功 能性基团,在阔叶木中含量为3-5%,针 叶木中为1-2%,为了研究半纤维素的结 构尽量避免乙酰基被除去,用二甲基亚 砜分离半纤维素,可使乙酰基保留下来。
聚阿拉伯糖基 4 - 0 - 甲基 - 葡萄 糖醛酸木糖 聚阿拉伯糖基4-0-甲基-葡萄 糖醛酸木糖 聚阿拉伯糖基4-0-甲基-葡萄 糖醛酸木糖
玉 米 杆 芦 苇
1→4 1→2 I→3 1→4 1→2 1→3 1→4 1→2 1→3)
竹 杆 印 度
4 半纤维素的组成1
半纤维素的组成2
三 、半纤维素化学结构的研究
以4-O-甲基-葡萄糖醛酸-木糖为例
中性部分甲基化低聚糖水解
3
2
2,3-二-氧-甲基-D木糖
酸性部分甲基化低聚糖水解
2,3,4-三-氧-甲基-D葡萄糖
3 C1上无甲基 3-氧-甲基-D木糖 C1,C2,C4无甲基
(2) 部分水解法
鉴定单糖组成
聚糖用甲酸或低浓度的硫酸,先部分水解为
低聚糖
逐步提高碱浓度分级抽提
浓碱溶解硼酸络合分级
针叶木综纤维素 Holocellulose of softwood
24%KOH
抽出液
乙醇
不溶性残渣
17.5%NaOH+4%H3BO3
粗聚木糖 聚半乳糖葡萄糖甘露糖
NaClO脱木素
溶液
乙醇
不溶性残渣
聚葡萄糖甘露糖
17.5%NaOH+4%H3BO3
聚木糖、聚半乳糖葡萄糖甘露糖
1、不同原料中的半纤维素
(1)针叶材的半纤维素以聚己糖为主
聚半乳糖-葡萄糖-甘露糖 R=CH3CO或H
-4--D-Glcp-1-4--D-Manp-1-4--D-Manp-1-4--D-Manp-16 1 -D-Galp AC 2,3
聚阿拉伯糖-4-O-甲基-葡萄糖醛酸-木糖
-4--D-Xylp1-4--D-Xylp1-4--D-Xylp1-4--D-Xylp1-4--D-Xylp1-
高碘酸盐消耗量测定 2 碘量法
取5ml高碘酸盐氧化液放入三角瓶中,迅 速加入40ml水,2ml20%KI,3ml 0.5mol/L硫酸溶液 用0.1mol/L硫代硫酸酸钠滴定生成碘, 以淀粉做指示剂
甲酸生成量测定 1 氧氧化钠滴定法
取高碘酸盐反应液10ml,加入无酸乙二 醇1ml,摇匀后在室温下放10min 通入10min氮气 用0.01mol/L氢氧化钠或氢氧化钡滴定, 用甲基红指示剂 作空白试验,两者差值为甲酸用量
聚木糖的Smith降解(2)
硼氢化物还原
糖醛酸的Smith降解
四、半纤维素各组分的分离和鉴定 1 、半纤维素的水解
水解剂可用硫酸、盐酸、三氟醋酸 硫酸法用二级水解,先用浓酸(72%)在室温 下一级水解,再用稀酸(3%)在高温下二级水 解 盐酸法是用0.75mol/L盐酸液在沸水中水解 12h,再用碳酸盐型离子交换树脂除去氯和 有机酸 三氟醋酸水解,利用其挥发性,通过蒸发除 去多余酸无需中和
2 半纤维素概念
半纤维素不是均一聚糖,而是一群复合聚糖 的总称,原料不同,复合聚糖的组分也不同 它不象纤维素由单一糖基组成的主链,只有 β1-4连接,呈线型。 半纤维素是由多种糖基组成,带有多种短枝链, 但主链还是线状的,不仅有β1-4连接、还有 β1-3,β1-6,α1-2,α1-3,α1-6连接,所 以半纤维素是一种混合聚糖
2
4-O-Me 1
--D-GlcpA
3 1 2 -L-Araf 5
聚阿拉伯糖半乳糖
-3--D-Galp1-3--D-Galp1-3--D-Galp1-3--D-Galp1-3--D-Galp1-
6 1 -D-Galp 6 1
6 1 -D-Galp 6 1
6 1 -D-Galp 6 1
2, 3 7
2 1
R
4-O-Me--D-GlcpA
R=AC ( CH3CO-) 聚O-乙酰基-4-O-甲基-葡萄糖醛酸-木糖
聚葡萄糖-甘露糖
-4--D-Glcp-1-4--D-Manp-1-4--D-Glcp-14--D-Manp-1-4--D-Manp-1-
聚鼠李糖-半乳糖醛酸木糖
-1-4--D-Xylp1-4--D-Xylp1-3- - L-Ra1-2-D-GaAp-1-4--D-Xylp
(3)禾本科半纤维素
半纤维素类 型 存 在 组成
糖基
稻 草 麦 草
苏 联
克分 子比
34(30) 1(1) 3(3) 85 21 21 73 4.4 7.0
键型
1→4 1→2 I→3 1→4 1→2 1→3 1→4 1→2(3) 1→3(2)
分子 量
22100
聚 Ara - 4 - 0 Me-Glc-Xyl
由于色谱、光谱、质谱、核磁共振、电镜等的相
继出现,加速了半纤维素的结构研究,己证明半
纤维素是无定形结构。
1 半纤维素聚糖
己搞清针叶材以己糖为主,阔叶材以戊糖为主 主要针叶材聚糖有聚Gal-Glc-Man、聚Ara-4-
O-Me-GlcA-Xly、聚Ara-Gal
主要阔叶材聚糖有聚-O-乙酰基-4-O-Me-GlcAXly、聚Glc-Man等 草类原料主要是聚Ara-4-O-Me-GlcA-Xly
E-Polymer, 2006
J. Agric. Food Chem., Vol. 50, No. 22, 2002
3 研究半纤维素化学结构方法
(1) 甲基化醇解法:本法用于鉴定主链糖基 和支链糖基或糖醛酸基的联接位置 首先将聚糖全部甲基化 进行甲醇解或酸水解,得到中性糖经水解后 用气相色谱分析其糖组分结构 对酸性糖要先还原水解后用气相色谱分析 看糖基哪个位置上没有甲基,就表示该位置 为联接的位置
16700
草 麦
江 苏 高
DP n=84
(3)禾本科半纤维素
半纤维素类型 存 在 糖基 β-D-Xylp 4-0-Me-α-D-GlcpA α-L-Araf β-D-Xylp 4-0-Me-α-D-GlcpA α-L-Araf β-D-Xylp 4-0-Me-α-D-GlcpA α-L-Araf 3.1%乙酰基 组成 克分 子比 19 2 7 52 1.7 3.2 25 1.0 1.3 键型
(3) 高碘酸盐氧化法
此法基于聚糖经高碘酸盐氧化后,某些糖基上的 C-C键断裂,形成一CHO基,并生成甲酸 根据高碘酸盐的消耗量,产生的甲酸量,可以测 定聚糖还原性末端基和支链的数量 氧化作用视糖基不同而异,聚糖上的还原末端基 形成两个醛基,并生成两分子甲酸
对非还原末端基形成两个醛基,但只 生成一分子甲酸
注意: 还有一些聚糖类,如果胶质、淀粉、植物胶,它 们也是有几种糖基组成的混合聚糖,由于它们的 含量少,一般把它们归为少量组分中,不划归为 半纤维素
二、 半纤维素的结构研究现状
化学结构可采用甲基化醇解、部分水解法、高碘 酸盐氧化、Smith降解法及四大谱等来研究聚糖 主链和支链的组成、联接方式和位置
6 1 R
6 1 -L-Araf 3 1
-D-Galp
-D-Galp
-D-Galp
-L-Arap
R可为 -D-Galpபைடு நூலகம்较少情况是 -L-Araf 或 -D-GlcpA
(2) 阔叶材的半纤维素以聚木糖为主
-4--D-Xylp1-4--D-Xylp1-4--D-Xylp1-4--D-Xylp1-
复习题
纤维素功能化的主要途径有化学方法、物理方 法、表面化学修饰方法等。 化学法主要包括哪些?其中氧化反应中使用的 氧化剂有哪些,有什么特点?氧化法、亲核取 代、接枝共聚、交联反应
第二章 半纤维素化学结构的研究方法
一、概述
1 半纤维素名称的由来
1891年,Schulze把碱液从陆地植物抽提出来 的聚糖称为半纤维素 Aspinall提出“半纤维素来源于植物的聚糖类它们 含有D-木糖基、D-甘露糖与D-葡萄糖或D-半乳糖基 的主链,其它糖基可成为枝链,连接在主链上” Timell指出:“半纤维素是低分子量的聚糖类,它 和纤维素正常的产生在植物组织之中,用碱液可提 取出来” 有人提出“非纤维素的多糖(或碳水化合物)”学 术上合理,但由于半纤维素应用已久,仍习惯沿用
1 木粉的准备
木材经粉碎成40一60目的木粉,用苯醇 抽提出脂肪、脂肪酸、树脂、蜡、单宁、 色素等,也可用1%的草酸铵抽出果胶成 为无抽出物木粉一用亚氯酸钠法制备成 综纤维素。
2 半纤维素分离方法
逐步提高碱浓度分级抽提法 氢氧化钡选择性分级抽提法 浓碱溶解硼酸络合分级抽提法 二甲亚砜抽提法。
糖醛酸分为两种
第一种单-氧甲基糖醛酸 酯 4-O-甲基-D葡萄糖 证明是4-O-甲基-D葡萄糖醛酸
还原
第二种糖醛酸:单-氧-甲基醛式糖醛酸 甲基化 还原 水解 3,4-二氧甲基-D-木糖(C2上无甲基) 及2,3,4-三氧甲基-D-葡萄糖(C1上无甲基) 证明4-氧甲基-D-葡萄糖醛酸基连接在木糖 的C2位,且是1 2连接。
离子色谱检测单糖组成及含量
糖醇乙酯法(-气相色谱) 甲基化-三甲基硅醚化衍生-气相色谱
部分水解法
鉴定主链糖基与支链糖基或糖醛酸基的 连接位置 聚糖用甲酸或低浓度硫酸部分水解为低 聚糖 用阴离子交换树脂分离酸性糖和中性糖 酸性糖经酯化及甲基化,用氢化铝锂还 原和水解,用GC检测糖基 中性糖直接甲基化、水解、GC检测
聚阿拉伯糖 基-4- 0 -甲基 -葡萄糖醛酸 木糖 聚阿拉伯糖 基-4- 0 -甲基 -葡萄糖醛酸 木糖
β-D-Xylp 4-0-Me-α-D-GlcpA α-L-Araf β-D-Xylp 4-0-Me-α-D-GlcpA α-L-Araf β-D-Xylp 4-0-Me-α-D-GlcpA α-L-Araf
对其他糖基若C2、C3上无支链只形成 两个醛基,但不生成甲酸
若有支链不形成醛基 高碘酸盐的消耗量可用碘量法或光 谱法来测定,甲酸量可用电位滴定 法或碘量法测定
聚糖高碘酸盐氧化反应
高碘酸盐消耗量测定 1光谱法
将试样溶解在10ml 0.01M高碘酸盐溶液中, 在黑暗中保持35℃ 用注射器吸取少量溶液,稀释250倍,在 223nm测定其吸光度 与高碘酸原液(稀释250倍)和同浓度高碘酸 盐作比较(前者吸光度A为0.6,后者为0.1)
3 主要糖基
(1)己糖基:D-葡萄糖(Glc)、D-甘露糖(Man)、 D-半乳糖(Gal)
(2)戊糖基:D-木糖(Xyl)、L-阿拉伯糖(Ara)
(3)己糖醛酸基:D-葡萄糖醛酸(GlcA)、
4-O甲基-D-葡萄糖醛酸(4-O-Me-GlcA)
D-半乳糖醛酸(GalA)
(4)脱氧己糖基:L-鼠李糖(Rha)、L-岩藻糖
2 结构表达式
哈瓦斯式
-4--D-Glcp-1-4--D-Manp-1-4--D-Manp-1-4--D-Manp-16 1 -D-Galp AC 2,3
结构简式
3 半纤维素的命名
(1)命名: 主链糖基法
只命名主链糖基,前面加一聚字,此法不常用
列出各种糖基 先枝后主,先少后多,前面加一聚字,此法 常用
甲酸生成量测定 2 碘量法
取20ml高碘酸盐反应液于三角瓶中,加 入无酸乙二醇0.5ml,放10min 加入过量KI,再加入过量硫酸的 0.01mol/L硫代硫酸钠10ml 用0.01mol/L的碘来滴定剩余硫代硫酸钠, 以淀粉为指示剂 作空白实验
(4)Smith降解法
是在(3)的基础上发展起来的 聚糖先经高碘酸盐氧化后,用硼氢化物还原 形成多元醇 然后酸水解,其产物视糖基不同而异 用气相色谱测定水解产物和数量,可测定聚 糖结构 此外,还可用色一质联用法及13C谱和1H谱根 据化学位移来确定糖基结构
聚木糖的Smith降解(1)
还原性末端木糖基反应后生成 2 个分子甲酸和 1个 分子甘油。 非还原性末端木糖基反应后生成 1 个分子甲酸,1 个分子乙二醇和1 个分子羟基乙醛,羟基乙醛最后 也能还原为乙二醇。 聚木糖主链的中间部分, 每个木糖基反应生成 1 个 分子甘油和 1 个分子羟基乙醛, 羟基乙醛最后也能 还原为乙二醇。 因此, 当Smith 降解法得到大量的丙三醇和羟基乙醛 时, 则表明聚木糖主链是1→4 联接。
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