木质素
木质素的化学性质和应用
木质素的化学性质和应用木质素是一种具有高分子量的有机化合物，其化学性质非常复杂。
木质素是木材中的主要组成部分之一，它对木材的硬度、耐水性和抗腐蚀性起着重要的作用。
此外，木质素广泛应用于造纸、医药、化妆品、橡胶、纺织等行业。
1、木质素的化学性质木质素是一种高分子物质，其分子量可达到数百万。
它由大量苯环和氧原子构成，苯环中含有大量的氢、氧、碳等元素。
木质素的分子中含有方向性的官能团，如羟基、羰基、酚基等，这使得木质素具有很强的化学反应性。
木质素的结构十分复杂，其中有大量的官能团，如酚羟基、羧基、甲基、亚甲基、苯环等。
这些官能团与其他功能性物质反应，形成各种复杂的化合物。
例如，木质素可以与硝基酸、硫酸等酸性物质反应，形成木材防腐剂；它还可以与过氧化氢反应，形成生物碎片分解的催化剂。
2、木质素的应用（1）造纸行业木质素是造纸行业中广泛应用的一种材料，它可用于生产高档、特种纸张和印刷纸张。
木质素可以将纸张的光泽、硬度和强度提高到更高的水平，同时还能提高纸张的耐油和防水性能。
（2）医药行业木质素是生产抗癌药物的重要原料，已经成功地用于生产多种治疗白血病和淋巴瘤的药物。
木质素还可以用于生产防晒霜和染发剂等化妆品。
（3）橡胶行业木质素在橡胶行业中也有广泛应用。
由于木质素的分子结构复杂且与许多化学物质反应能力强，因此可以用作橡胶添加剂和处理剂，可以提高橡胶的硬度、韧性和耐磨性能。
（4）纺织行业木质素可以用于生产高档纺织品和皮革制品。
木质素可以与纺织品中的纤维结合，形成一种耐磨、防水、防尘、防污的保护层。
木质素还可以用于生产防静电纺织品和皮革制品。
3、总结木质素作为一种天然高分子化合物，具有很强的化学反应性和广泛的应用价值。
它广泛应用于造纸、医药、化妆品、橡胶、纺织等行业，并取得了显著的效果和成果。
随着科技的不断发展和进步，木质素的应用范围将会更加广泛，并在多个领域为人们带来更多的益处和好处。
中药材中的木质素
中药材中的木质素
木质素是指一类具有芳香环结构的天然高分子化合物，它们普遍存在于植物和菌类中，是植物细胞壁的重要组成部分。
1. 木质素在中药材中的分布
木质素广泛存在于中药材中，如黄芪、三七、红花等，其中木质素含量较高的草药有破布子、土贝母、白薇等。
2. 木质素的化学性质
木质素是一种多环芳烃类化合物，具有稳定性、抗氧化性和抗菌性等特性。
它们的化学结构可以通过核磁共振等手段进行表征。
3. 木质素的药理作用
木质素具有抗氧化、抗炎、抗菌、免疫调节等多种药理作用，可以用于治疗癌症、心血管疾病、神经系统疾病、肝脏疾病等多种疾病，具有广泛的临床应用前景。
4. 木质素的提取与应用
目前，木质素的提取主要采用超声波辅助萃取、溶剂萃取等方法。
众多的研究表明木质素及其衍生物具有广泛的应用价值，可以用作食品添加剂、保健品、化妆品等。
总之，木质素是一种非常重要的中草药成分，具有多种保健功效，在
中药材的开发和应用中具有重要的地位。
未来随着技术的发展和应用的深入，木质素的应用前景将会更加广阔。
木质素
木质素(Lignin)是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。
木质素是一种含许多负电集团的多环高分子有机物。
木质素完全取材于植物，无任何化学添加剂。
对环境无任何副作用。
木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。
在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。
其组成与性质比较复杂，并具有极强的活性。
不能被动物所消化，在土壤中能转化成腐殖质。
如果简单定义木质素的话，可以认为木质素是对羟基肉桂醇类的酶脱氢聚合物。
它含有一定量的甲氧基，并有某些特性反应。
1838年，法国化学家和植物学家A.Payen用硝酸和碱交替处理木材，并用酒精和乙醚洗涤，在分离出纤维素的同时得到了一种比纤维素含碳量更高的化合物，也就是最初级的木质素。
1857年，F.Schulze仔细分离出这种化合物，并称之为"lignin"。
Lignin是从木材的拉丁文"lignum"衍生而来，中文译为“木质素”，也叫“木素”。
木质素的分子结构因单由于木质素的结构复杂，目前完整的结论还没有最终得出，但对其基本的结构框架众多科研工作者已达成共识。
一般认为木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的聚酚类三维网状高分子芳香族化合物，其中醚键约占60．75％，碳键约占25．30％。
在植物体内，苯丙烷单元先组装成三种基本结构一一愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。
体不同，可将木质素分为3种类型：由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素（syringyl lignin，S-木质素），由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素（guajacyl lignin，G-木质素）和由对-羟基苯基丙烷结构单体聚合而成的对-羟基苯基木质素（hydroxy-phenyl lignin，H-木质素）；裸子植物主要为愈创木基木质素（G），双子叶植物主要含愈创木基-紫丁香基木质素（G-S），单子叶植物则为愈创木基-紫丁香基-对-羟基苯基木质素（G-S-H）。
木质素化学
分散度都大于2，是三维网状结构， 一般直链形结构分散度在2左右。
在电子显微镜下（SEM），木质素为 球形或块形。
一 、 木质素的物理性质
8.显色反应 （1）显色原因： 发色基团：苯环共轭的羰基、羧基和烯 助色基团：酚羟基和醇羟基。 150种以上的显色反应，显色剂包括醇、 酮、酚、芳香胺、杂环和一些无机物。 （2）用途： 用 于 木 质 素 的 定 性 ( Mäule 反 应 ) 和 定 量 分 析。木材染色
二、 木质素的化学反应
木质素的氧化
二、 木质素的化学反应
2.还原反应
（1）还原反应目的：
对还原产物进行分离和鉴定，推断木质素 的结构；
通过控制还原条件，生产苯酚或环己烷等 有价值的化工产品；
制备碳纤维的合适原料。但聚合度较高、 流动性差,不能直接用于碳纤维纺丝，因此， 进行结构调制，木素碳纤维原料（加氢）
有玻璃态转化温பைடு நூலகம்（Tg）或转化点，且较高。
玻温璃度态。转低化于温Tg时度为（玻Tg璃）态是，玻温璃度态在和T高g-弹Tf态之之间间为的高转弹变态。，
温度高于Tf时为粘流态。 当结为温玻度璃低态于固玻体璃。态随转着化温温度度升（高Tg），时高，分链子段热运运动动能被量冻
增加速加，。形达变到迅玻速璃，态出转现化无温定度形（高Tg）聚时物，力分学状子态链的段玻运璃动 态流动转。化区.当温度高于Tf时，转变为粘流态，产生粘性
水性和疏水性趋于平衡。 结构类似于咪唑啉型阳离子表面活性剂,
性能优良。 合成方法：木质素270.9ｇ，30%的甲醛水
溶液37. 2ml, 乙烯胺100ｇ,多胺87.6ｇ 在350 ml水中混合, 回流2h得到多胺型木 质素胺。
木质素综述 091060022 温志文
木质素综述1、木质素简介1838年法国植物化学家Payen，在用硝酸和碱处理木材时，得到主要成分是纤维状不溶性残渣纤维素，此外，还发现了很多比纤维素含碳量高的物质被容物。
因其包在纤维素周围，而被称为包被物质。
到了1859年Schulz对这些物质，借助拉丁语木材的意思将其命名为木素。
1897年P.克拉森提出木素的形成与松柏醇有关。
20世纪30～50年代，K.J.弗罗伊登贝格根据氧化反应并利用示踪原子进一步证实了木素是由松柏醇及其有关的化合物脱氢而形成的。
2、木质素的存在木素作为具有三维立体结构的天然高分子聚合物，广泛存在于较高等的维管束植物门（被子植物、裸子植物、羊齿植物）中。
特别在目本植物中，木素是木质部细胞壁的主要成分之一，在木材中木素作为一种填充和粘结物质，在木材细胞壁中能以物理或化学的方式使纤维素纤维之间粘结和加固，增加木材的机械强度和抵抗微生物侵蚀的能力，使木化植物直立挺拔和不易腐蚀。
不同植物中的分布如下表植物种类含量（%）针叶木（被子植物）25~35阔叶木（被子植物中的双子叶植物）15~25单子叶植物或禾本科植物20~253、木质素的结构单元及功能基三种苯基丙烷基本骨架的结构单元愈疮木基丙烷紫丁香基丙烷对-羟基苯基丙烷四种主要功能基：甲氧基（—OCH3）、羰基（—CO）、羟基（—OH）、醚状氧原子。
4、木质素的化学性质木质素的化学性质包括发生在苯环上卤化、硝化和氧化反应；发生在侧链的苯甲醛基、芳醚键和烷醚键上的反应；木质素的改性和显色反应等。
其中木质素结构单元反应分为亲核和亲电两大类反应。
也可以分成以下三类。
（1）木质素结构单元侧链的化学反应木质素侧链上的反应都与制浆和木质素改性有关，其反应的本质是亲核反应。
①在碱性介质中，由HO—、HS—、S2—亲核试剂作用使主要醚键断裂，如α—芳醚键、酚型α—烷醚键和酚型β—芳醚键的断裂，木质素大分子碎片化，部分木质素溶解于反应溶液中酚型结构单元解离成酚盐阴离子，酚盐阴离子的盐氧原子通过诱导和共轭效应影响苯环，使其邻位和对位活化，进而影响C—O键稳定性，使α—芳醚键断裂，生成了亚甲基醌中间体，亚甲基醌芳环化生成1,2-二苯乙烯。
木质素名词解释
木质素名词解释木质素（ woodin）是一种白色颗粒状物质，不溶于水和乙醇，其物理性质、化学性质与纤维素相似。
它主要存在于植物的韧皮部（即形成层）和薄壁组织中，但也有一定数量存在于木材细胞腔内。
木质素分子中，羟基、甲氧基和羰基上都连有一个相同的碳原子。
具有与纤维素类似的性质：能与强酸或强碱作用，可溶解于强酸或强碱的溶液中，遇稀酸时发生凝胶；加热至260 ℃时熔化并完全失去结晶水。
木质素是植物细胞壁的重要成分，它使植物细胞有较高的机械强度。
木质素不易降解，因此在工业上多作为一种廉价而优良的工业原料，还可制造水泥、石灰、硫磺等产品，并用作吸音、防水、装饰、填充材料。
木质素的分子结构比纤维素稍复杂一些，还含有少量的半纤维素和一定量的其他化合物。
木质素在生物体内的合成和降解是一个极为复杂的过程，影响其合成和降解的因素很多，其中主要有以下几个方面。
（ 1）温度。
木质素的合成速度随温度升高而加快，因此在热带地区比在寒带地区的木质素合成速率大。
一般说来，温度越高，木质素降解越快，相反则合成越快。
这是由于热带地区的光照充足，温差变化大，所以木质素的合成速率大于降解速率。
在生物体内，木质素的降解受酶的影响较大，尤其是在低温和高温时，由于酶活性增加，降解速率提高。
如在人体内缺乏维生素B和烟酸时，血浆中的木质素就容易被降解。
（ 2） pH值。
木质素在酸性条件下溶解度较低，在碱性条件下较高。
如果木质素中含有半纤维素成分，则更利于被降解。
在一般情况下，如果木质素在较高的碱性条件下被降解，则较低的酸性环境将有利于半纤维素的合成。
因此，在研究木质素的降解途径时，可考虑从pH值的角度入手进行探讨。
另外，对木质素降解的影响因素还有各种微生物。
木质素的降解也是微生物共同参与的生化反应。
一般说来，细菌是木质素降解的先驱者。
纤维素是地球上最丰富的有机化合物，占地球上所有有机质的3/4。
据估计，现代地球上的纤维素总量达5000亿吨。
它是由许多糖类聚合而成的长链状大分子化合物，约有30多万个葡萄糖单元通过氢键连接而成，结构非常稳定，因此难以降解。
木质素
氧化中间产物 [N] [O]
氮化产物 氧化产物 [N] [N] [O] [O]
稳定 处理
氧化 产物
氧化 产物
不同的氧化氨解工艺会产生不同形态的氮，甚 至会产生生物毒性的含氮化合物，如反应温度 越高，杂环氮的生成量越大，而杂环氮是不易 分解的，即不能被利用的。
钟哲科等对高压法（氨水15%，压力0.8兆帕， 反应温度130℃，反应时间30min）和常压法 （氨水浓度12%，反应温度90℃，反应时间2h） 氧化氨解工艺的对比研究结果如下表：
优点
缺点
节约劳力 生产成本较高 减少对大气 和水源的 不利于大量推 广使用 污染
增长肥效 提高氮素 的利用率
改善土壤结构 防止土壤板结
长效缓释氮肥剂
化肥缓释剂：可用于氮肥工业，延缓氮肥 在土壤中的流失。
现在，对木质素的利用已积累了一些技 术和方法，但利用率不足10%，大部分仍 以废物形式排出，污染环境浪费资源。 木质素是人类可再生资源物质之一，对 它的研究应该不断的深入下去，以期进 一步提升木质素的价值，使其在现代工 农业生产中得到充分的利用。
缓释氮肥 缓释长效复合肥 腐殖酸-木质素复合肥料 磷肥的改良剂
肥料
植物生长调节剂
土壤改良剂
木质素的降解： 木质素
在土壤中降解 甲氧基 减少 酚羟基 增加
பைடு நூலகம்
酚羟基
氨基酸
或肽
腐殖酸
木质素降解中间产物的醌结构在碱性介质 中反应，得到二元羧酸，它们是木质素降 解产物腐殖酸的模型物质。
缓释氮肥的可能合成路线 木质素 NH4OH [O] 氮化 产物
木质素
在农业中的应用
木质素是一类由苯丙烷单元通过醚键和碳-碳 键连接的复杂的非结晶性、三维网状酚类高聚 物。
木质素
木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。
木质素主要位于纤维素纤维之间，起抗压作用。
在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物（纤维素是第一位）。
木质素是由四种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物。
木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。
木质素是一种含许多负电集团的多环高分子有机物，对土壤中的高价金属离子有较强的亲和力。
因单体不同，可将木质素分为3种类型：由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素（syringyl lignin，S-木质素），由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素（guaiacyl lignin，G-木质素）和由对-羟基苯基丙烷结构单体聚合而成的对-羟基苯基木质素（hydroxy-phenyl lignin，H-木质素）；裸子植物主要为愈创木基木质素（G），双子叶植物主要含愈创木基-紫丁香基木质素（G-S），单子叶植物则为愈创木基-紫丁香基-对-羟基苯基木质素（G-S-H）。
从植物学观点出发，木质素就是包围于管胞、导管及木纤维等纤维束细胞及厚壁细胞外的物质，并使这些细胞具有特定显色反应（加间苯三酚溶液一滴，待片刻，再加盐酸一滴，即显红色）的物质；从化学观点来看，木质素是由高度取代的苯基丙烷单元随机聚合而成的高分子，它与纤维素、半纤维素一起，形成植物骨架的主要成分，在数量上仅次于纤维素。
木质素填充于纤维素构架中增强植物体的机械强度，利于输导组织的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。
木质素在木材等硬组织中含量较多，蔬菜中则很少见含有。
一般存在于豆类、麦麸、可可、草莓及山莓的种子部分之中。
其最重要的作用就是吸附胆汁的主要成分胆汁酸，并将其排除体外。
另外，虽然其详细情况尚不得而知，但木质素的构造与多酚非常相似，故此，木质素与多酚应该有密切的关系。
总之，二者对于身体都有很好的作用。
木质素简介分离及其改性
木质素的前景展望
01
随着环保意识的提高，木质素的应用前景非常广阔。
02
未来，木质素的应用领域将不断扩大，其在生物质能源、高分
子材料等领域的应用将更加广泛。
同时，木质素的改性技术也将不断发展，以提高其性能和应用
03
范围。
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THANKS
木质素还可以用于制造特种纸 张，如玻璃纸、铝箔纸等。
木质素在建筑领域的应用
木质素可以与其他材料混合，制成高性能的建筑材料，如木纤维板、石膏板等。
木质素还可以用于制造胶粘剂和墙纸等建筑材料。
木质素在其他领域的应用
木质素可用于制备香料、药物、染料等精细化学品。
木质素还可以用于制备生物燃料和高价值的化学品。
木质素具有酚类结构，可以与多 种物质发生化学反应，如氧化、 还原、酯化、醚化等。
木质素的来源
木材
木质素主要来源于木材，如松木、杨木、竹子等。
非木材
一些非木材植物，如甘蔗渣、稻草、麦秆等也含有木质素。
木质素的应用
造纸
木质素是造纸过程中重要的添加剂，可以 提高纸张的强度和防水性。
塑料
木质素可以用于制造塑料，如胶合板、层 压板等。
酯化改性
酚羟基酯化
通过酯化酚羟基增加木质素的亲水性和热稳定 性。
芳香环酯化
通过酯化芳香环结构改善木质素的可塑性和热 稳定性。
碳碳双键酯化
通过酯化碳碳双键增加木质素的亲水性和热稳定性。
04
木质素的应用及前景
木质素在造纸方面的应用
木质素是纸张生产的主要原料 之一，能够提供纸张强度和耐 磨性。
木质素在造纸过程中可以增加 纸张的吸水性和透气性，提高 纸张的质量和性能。
木质素
木质素木质素是一种复合化学物，通常是从树木当中分离出来，它是植物和许多藻类植物第二层细胞壁的主要组成部分。
1819年De Candolle引进了木质素这一概念，此语源自拉丁语的lignum，意为树木。
在木本植物中，木质素是世界上第二位最丰富的有机物（纤维素是第一位），占非化石有机碳的30%，木头干质的1/4到1/3。
因其异质性并缺少确定的基础结构，木质素被看做是一种特殊的物质。
它通常用来强化树木的木质纤维。
全球木质素产量约为每年1，100，000公吨，木质素广泛应用于低容量的利基市场中，其应用形式比其本身的质量更加重要。
生物功能木质素填充在植物细胞壁空隙中，在纤维素、半纤维素和果胶成分中，其中主要在管胞，硬化细胞和木质细胞中分布。
木质素用来连接半纤维素，交叉连接不同植物多聚糖，为植物细胞壁提供机械能，使植物完成生长过程。
木质素在压缩木材中含量丰富，但在应拉木中鲜见。
木质素在植物茎干传输水分过程中起重要作用。
植物细胞壁的多聚糖成分具有较高的吸水性和透水性，然而木质素却不易被水沾湿。
通过木质素交叉连接的植物多聚糖成为细胞壁吸水的屏障。
因而，木质素使植物维管组织可以有效的传导水分。
木质素在植物所有的维管组织中都有分布，但在苔藓植物中不存在。
因此有研究认为木质素的最基本功能是阻止水分的传输。
但是，木质素在红藻当中也有分布，如此看来植物和红藻的共同祖先都为合成木质素。
由上可以得出木质素的最初功能为组织结构功能。
它在红藻类植物粗珊藻属中的组织结构功能为辅助连接钙化段数。
生态功能木质素在碳化循环中起重要作用，隔绝大气中的碳进入多年生木本植物中的活组织中。
木质素是死去的植物中最难分解的成分之一，其分解过程中变成腐殖质。
在土壤中能转化成腐殖质。
这种腐殖质可以增加生长在此的植物的光合作用生产率，通过增加土壤阳离子转换能力和在干湿气候条件下扩展水分存留含量。
经济功能高度木质素胶合板持久耐用，作为一种优质的原材料在很多领域得以应用。
木质素
Hale Waihona Puke 制备方法不同的木质素,相对密度也不同,如松木乙二醇木质素是 1.362,而松木盐酸木质素是1.348。
光学性质：木质素具有高折光系数（1.61）且有特殊的紫外吸收 光谱，它说明木质素具芳香族的性质。
燃烧热
素除去，则细胞之间失去结合力。稍施外力，木材细胞将相分离，
以介电测定方法，无损测定木材中的木素含量。
③与木材导热性：据研究，木材的热导率为木质素含量的函数， 似乎存在木质素含量越高，热导率越低的现象。
6.木质素的化学性质
（1）显色反应 因为木质素中含有一些特殊基团，如乙烯基、羰基、苯基 等具有共轭双键的发色基团；以及羟基、羧基等助色基团，会使 木材产生颜色。同时木质素可和许多有机化合物，无机化合物发 生特殊的颜色反应，这对研究木材的颜色及其变化，细胞壁木质 化程度确定木质素在细胞壁中的分布和木质素大分子的功能基者 很重要，同时，还可作为区分针、阔叶树材及木材染色的依据。 用苯酚与盐酸处理木材时，木质素产生蓝绿色；用盐酸苯胺处理， 木质素产生黄色；用间苯三酚与盐酸处理，木质素产生红紫色， 具体见下表：
（2）氧化反应：如果用臭氧或过氧化氢作用木材， 木质素就生成各种有机酸，木质素较纤维素，半纤 维素易于氧化，如木质素漂白，就是如此。 木质素的光氧化颜色：木材中的木质素，在日 光和空气作用下，吸收光能然后木质素分子与氧发 生化学反应，形成发色团，使木材材色变深。 （3）水解反应(磺化)：木质素与亚硫酸盐在高温下 蒸煮，发生磺化反应。木质素经磺化，形成含有或 多或少硫的固态木素磺酸。 固态木素磺酸渐渐转为水溶性的木质素磺酸， 这过程受H+浓度的左右，故可认为这就是一种水解 过程。
木质素
（4）羧基 一般认为木素中是不存在羧基的，但 在磨木木素中存在0.01-0.02/OCH3。
3.3 木素与糖类连接
在植物体内，木素总是与纤维素及半纤维素共存的，甚 至还有一些寡糖存在，其共存方式影响组分分离和材料利 用。长期研究表明，木素的部分结构单元与半纤维素中的 某些糖基通过化学键连接在一起，形成木素-糖类复合体， 称为LCC复合体。
14级木材加工化学课程
第五讲: 木质素
Content
1 木素概论 2 木素的分离与精制 3 木素的化学结构 4 木素的物理性质 5 木素的化学性质 6 木素的应用
1 木素概述
木素(lignin)是植物内普遍存 在的一类高聚物，是支撑植物生 长的主要物质，同纤维素与半纤 维素一起构成纤维素纤维。木素 是植物界中仅次于纤维素的最为 丰富的有机高聚物，它广泛存在 于羊齿类(蕨类)植物以上的高等 植物中，是裸子植物和被子植物 所物有的化学成分。
OCH3 O
(2)
OH H2C
CH HC
OCH3 O HC OH HC CH2
+ H2O
OCH3 O
(2)
OH H2C
CH HC
OCH3 O HC OH CH2 HC OH
OCH3 OH
(3)
OH H2C
CH HC
OCH3 O
HC OH +
HC CH2
OCH3 O
(2)
OH H2C
CH HC
OCH3 OH
磨木木素中羟基总数是1.00-1.25/OCH3，其中酚羟基 是0.24-0.335/OCH3，这些酚羟基又分为四种类型：非缩 合型、缩合型、侧链位有羰基的共轭型和肉桂醛型的共轭型 。木素中游离羟基的含量可采用乙酰化方法测定，酚羟基的 含量可采用气相色谱法测定。
木质素
木质素(Lignin)是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。
木质素是一种含许多负电集团的多环高分子有机物。
木质素完全取材于植物，无任何化学添加剂。
对环境无任何副作用。
木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。
在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。
其组成与性质比较复杂，并具有极强的活性。
不能被动物所消化，在土壤中能转化成腐殖质。
如果简单定义木质素的话，可以认为木质素是对羟基肉桂醇类的酶脱氢聚合物。
它含有一定量的甲氧基，并有某些特性反应。
1838年，法国化学家和植物学家A.Payen用硝酸和碱交替处理木材，并用酒精和乙醚洗涤，在分离出纤维素的同时得到了一种比纤维素含碳量更高的化合物，也就是最初级的木质素。
1857年，F.Schulze仔细分离出这种化合物，并称之为"lignin"。
Lignin是从木材的拉丁文"lignum"衍生而来，中文译为“木质素”，也叫“木素”。
木质素的分子结构因单由于木质素的结构复杂，目前完整的结论还没有最终得出，但对其基本的结构框架众多科研工作者已达成共识。
一般认为木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的聚酚类三维网状高分子芳香族化合物，其中醚键约占60．75％，碳键约占25．30％。
在植物体内，苯丙烷单元先组装成三种基本结构一一愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。
体不同，可将木质素分为3种类型：由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素（syringyl lignin，S-木质素），由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素（guajacyl lignin，G-木质素）和由对-羟基苯基丙烷结构单体聚合而成的对-羟基苯基木质素（hydroxy-phenyl lignin，H-木质素）；裸子植物主要为愈创木基木质素（G），双子叶植物主要含愈创木基-紫丁香基木质素（G-S），单子叶植物则为愈创木基-紫丁香基-对-羟基苯基木质素（G-S-H）。
第九章木质素
概述
1838年法国化学家和植物学家Payen从木材分离出 纤维素，同时还发现一种含碳量更高的化合物；后来 Schulze仔细分析出这种化合物，并称之为“lignin” ，是从木材的拉丁文“lignum”衍生而来，译作“木 质素”，有时简称为“木素”。
20世纪初Klasson木素定量法的发明、木素起源于松 柏醇学说的提出、30年代木质素模型物研究方法的开 发、40年代木素醇解试验以及50年代的脱氢聚合实验 等研究工作取得了非常大的成绩，到1980年木素结构 基本研究清楚了。
丙烷
禾本科：愈创木基丙烷、紫丁香 基丙烷、对羟苯基丙烷
木素的分布：复合胞间层浓度最高，而次生壁 的含量最多。
木素分布的斯汤（Stone）模型
管胞细胞壁是由很多以 木素为主和以碳水化合物 为主的薄的同心层所组成 。证明木材细胞壁中木素 和半纤维素一起成切向同 心薄层和纤维素间隔地、 不均匀地分布。
二、苯丙烷结构单元中碳原子的标志方法
1、尽量采取比较温和的条件，减少木素结构的 变化。
2、尽量提取纯度较高的木素，且尽可能分离木 素。
二）木素的分离方法
一般可将木素的分离方法分两类 ：
1、溶解碳水化合物，残渣就是木素。（72%H2SO4 法）——木素往往已被改性。
2、溶解木素，剩余物是碳水化合物。（工业制浆法 ）——不能得到全部木素。
• 4）木质素的化学结构中某些组分和结构与高聚 糖的相似性，因此在不改变木质素化学结构的 前提下，难以将具有相似结构的高聚糖与木质 素完全分离开。
二、 分离步骤
1、原料准备（40～60目之间的全部原料）。
2、有机溶剂抽提（避免在分离过程中抽提物与木 素形成缩合产物）。
三、 木素的分离与精制
木质素的化学结构
木质素的化学结构一、木质素的概述木质素是一种复杂的有机聚合物，在植物细胞壁中大量存在，是植物界中仅次于纤维素的第二大天然高分子材料。
它与纤维素和半纤维素共同构成植物的骨架结构，对植物起到机械支撑、抵御微生物侵害等重要作用。
二、木质素的基本结构单元1. 三种主要单体木质素主要由三种不同类型的苯丙烷结构单元组成，分别是愈创木基丙烷（G）单元、紫丁香基丙烷（S）单元和对羟基苯基丙烷（H）单元。
愈创木基丙烷单元：其结构中含有一个甲氧基（-OCH₃）连接在苯环的3位上，在木质素的组成中占有较大比例，尤其在针叶木木质素中含量较高。
紫丁香基丙烷单元：该单元的苯环上有两个甲氧基，分别位于3位和5位。
紫丁香基丙烷单元在阔叶木木质素中的含量相对较高。
对羟基苯基丙烷单元：苯环上没有甲氧基，这种单元在草本植物木质素中的比例相对较高。
2. 结构单元的连接方式木质素中的这些结构单元之间通过多种化学键连接，其中最主要的是醚键和碳碳键。
醚键连接β O 4醚键是木质素中最常见的醚键连接方式，大约占木质素结构单元间连接键的一半左右。
它连接着一个结构单元的β位碳原子和另一个结构单元的4位氧原子。
还有α O 4醚键、4 O 5醚键等，但它们的含量相对较少。
碳碳键连接β 5、ββ、5 5等碳碳键连接方式也存在于木质素结构中。
β 5连接（也称为苯基香豆满结构）是较为常见的碳碳键连接类型，它对木质素的结构稳定性有重要影响。
三、木质素的三维结构1. 聚合形成木质素通过上述结构单元的不断聚合而形成三维网络结构。
这些结构单元在植物体内通过酶催化的聚合反应逐步连接起来，形成具有高度分支和复杂拓扑结构的大分子。
2. 空间结构特点由于多种连接键的存在以及不同结构单元的组合，木质素的三维结构具有不规则性。
这种不规则的三维结构使得木质素在植物细胞壁中能够与纤维素和半纤维素紧密结合，填充在它们形成的微纤维之间，增强细胞壁的强度和稳定性。
四、木质素结构的影响因素1. 植物种类差异不同植物种类的木质素结构有所不同。
木质素
3.1 木质素概述
木质素难以分离的原因
➢ 木质素的不稳定性，受到光照、温度、化学试剂及机械作 用时会或多或少地发生一些变化
➢ 木质素和纤维素、半纤维素之间错综复杂的关系，包括化 学和物理上的连接
➢ 木质素的化学结构中某些部分与高聚糖的相似性 ➢ 木质素化学结构很复杂，不同来源的木质素的化学结构都
不尽相同
3.2 木质素的结构与性质
➢ 光学性质：含有芳环，表现出不同于碳水化合物的光学性 质。对紫外线有强烈的吸收。
➢ 分子量：木质素的分子量受来源和分离方法等因素的影响， 范围可从几百至几百万，具有明显的多分散性。
➢ 超分子特性：木质素存在大量的羟基、甲氧基、羰基、羧 基等极性基团，它们分别作为氢键的给体和受体，从而形 成分子内和分子间氢键。酚羟基易与相邻的甲氧基形成分 子内氢键，使木质素分子体现出超分子复合物的特点。
3.3 木质素化学
（1）木质素的主要化学反应
➢芳香环选择性反应：卤化、硝化、羧甲基化、酚化、接枝 共聚 ➢侧链反应（苯甲醇基、芳醚键、烷醚键）：烷基化、去烷 基化、氧烷基化、甲硅烷基化、磺甲基化、氨化、酰化、酯 化（羧酸化、磺酸化、磷酸化、异氰酸酯化）等。 ➢氢解 ➢氧化和还原 ➢聚合
3.3 木质素化学
黑云杉 花旗松
87
74
9
10
4
4
-
8
-
4
94
90
4
4
2
2
-
3
-
1
总木质素（%）
黑云杉 花旗松
72
58
16
18
木质素浓度（g/g）
黑云杉 花旗松
0.23
0.25
0.5
0.56
中药材中的木质素
中药材中的木质素引言木质素是一类存在于植物中的天然有机化合物，主要存在于木质部细胞壁中，广泛存在于中药材中。
中药材中的木质素具有多种生物活性和药理作用，被广泛应用于中药的研究和开发中。
本文将对中药材中的木质素进行详细介绍，包括其定义、分类、生物合成、生物活性以及在中药研究中的应用等方面。
木质素的定义木质素是一类含有苯环结构的天然高分子化合物，主要是在植物的木质部细胞壁中存在的，它是维持植物的结构和形态稳定性的重要组成成分。
木质素的结构复杂多样，由苯环和乙烯基单元组成，其主要成分包括单体木质素、二聚体和三聚体木质素等。
木质素的分类根据其化学结构和来源的不同，木质素可以分为多种类型。
常见的分类方法包括根据结构分为单体木质素、二聚体木质素和三聚体木质素；根据来源分为硬木纤维素、软木纤维素、竹纤维素等；根据化学性质分为稳定型木质素和反应性木质素等。
木质素的生物合成木质素的生物合成过程复杂而精密，目前主要研究对象为拟南芥（Arabidopsis thaliana）等模式植物。
木质素的生物合成主要经历苯丙氨酸合成途径，包括苯丙氨酸的氧化酶通路（PAL）、肉桂酸途径（C4H、4CL）、香豆素酸途径（CCR、COMT）等。
这些途径共同作用，最终形成单体木质素，并通过多种酶类反应，生成二聚体和三聚体木质素。
木质素的生物活性木质素具有多种生物活性和药理作用，其主要体现在以下几个方面：1.抗菌活性：木质素具有较强的抗菌活性，可以抑制多种病原微生物的生长和繁殖，对细菌、真菌和病毒等均具有一定的抑制作用。
2.抗氧化活性：木质素具有较强的自由基清除能力，可以有效抑制氧自由基和过氧化自由基的生成，对细胞损伤和氧化应激有一定的保护作用。
3.抗肿瘤活性：木质素可以抑制肿瘤细胞的生长和扩散，并促进肿瘤细胞凋亡，具有一定的抗肿瘤活性。
4.抗炎活性：木质素可以抑制炎症反应的发生和发展，减轻炎症症状，对多种炎性疾病具有一定的治疗作用。
5.其他生物活性：木质素还具有抗血栓、降血脂、降血糖、调节免疫功能等多种生物活性，对多种疾病具有一定的防治作用。
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（3）生物降解—不易
白腐菌—侧链氧化、β —芳醚键、芳香环氧化、
苯环上脱甲氧基或甲基化反应
（4）耐高温降解或光降解性
阻燃剂、防光老化剂
二、木质素的化学改性
1. 木质素官能团衍生化改性
芳香基
酚羟基 醇羟基 羰基 甲氧基 芳香核选择性反应—卤化和硝化、羧甲基
化、酚化、接枝共聚 烷基化和去烷基化
烷氧基化 甲硅烷基化 侧链反应
一般呈球形构象；
木质素分子在溶液中一般呈现球形构象，其流体力学半 径较小。
3. 超分子特性
羟基 分子内 甲氧基 羰基 和 分子间 氢键 超分子复合物
羧基
酚羟基 甲氧基
分子内氢键 分子间氢键
超分子复合物
Tg降低
4. 木质素物理性质 (1) 热性能 ①具有热塑性（酸木质素和铜铵木质素除外）； ②有确定的Tg，但没有确定的熔点； 软木、硬木木质素不同 ③热稳定性良好
3. 木质素制备其它材料
（1）环氧树脂 基本思路： ①木质素衍生物与通用环氧树脂共混；
②环氧化改性木质素；
③先改性木质素提高反应活性，再环氧化； 性能：复合材料黏结性显著提高。 问题：存在有机溶剂溶解性和加工性能不好。
（2）离子交换树脂
H2SO4 甲醛或糠醛 磺化木质素
①
牛皮纸木质素
离子交换树脂
性能；
④ 木质素具有热塑性、阻燃性和耐热性、防老化性、防紫外 辐射、成核性
——木质素及其衍生物应用于复合材料
成就：
制备PU和PF；
问题： ① 加入量低； ② 木质素羟基反应活性偏低，需通过衍生化或接枝共聚活 化羟基，如羟烷基化；
③木质素-聚合物相容性差；
④木质素的分散性差；
发展方向：
① 核—臂星形结构的应用；
碱木质素—自身刚性和疏水性
牛皮纸木质素/大豆蛋白-MDI交联 羟丙基木质素/大豆蛋白-戊二醛交联 ③ 木质素/纤维素—相分离
添加碳水化合物相容剂；
纤维素衍生化—羟丙基纤维素、纤维素乙/丙酸酯； 木质素酯化
五. 改性木质素材料的应用前景
1. 木质素提高改性材料性能
① 提高流动性和加工性能 问题：酚羟基—分子内氢键大，易团聚； 方法：①利用木质素分子的活性或改性转化为活性 基团引发聚合，得到核-多臂型星形高分子； 臂—聚合物； 核—木质素； ②利用化学方法将木质素的球状结构转变线
四. 木质素共混材料
1. 木质素共混聚烯烃
非极性：PP、PE—相容性不好，必须增容
聚烯烃 极性：PVC、PMMA和PVA—相容性好 木质素羟丙基或已内酯衍生化
如PE/木质素的增容 乙烯-丙烯酸共聚物、钛酸酯增容剂
催化接枝共聚；
作用： ① 提高强度—木质素起刚性粒子增强作用
② 韧性下降；
可添加增塑剂，Tg下降。 ③ 提高热稳定性（PVC） 受阻酚结构捕获自由基而终止链反应。 如PVC的热稳定性和抗紫外线
②
羟甲基木质素
苯酚/甲醛
磺化
甲醛
交联
（3）热固性材料
①木质素作填料加入热固性不饱和聚酯或大豆油树脂 作用：增塑剂 结果：模量下降、Tg增加
②改性木质素—MAH或环氧豆油
改变其与不饱和聚合物相容性； ③酯化木质素、丙烯酸环氧豆油和苯乙烯不饱和热固性树脂 体系——处理天然纤维 木质素的引入改善了树脂与纤维界面的黏合作用，提高 弯曲强度。
含有少量脂肪族的硫醇基团
碱木质素—烧碱法制浆
甲氧基和酚羟基含量高，醇羟基含量低；产物
结构复杂，水溶性差
（2）酸性有机溶剂—有机溶胶木质素（乙醇）、ALCELL木质素 （3）中性有机溶剂—磨木木质素
ALCELL木质素
2. 分子量和尺寸
（1）范围大（几百至几百万）
（2）多分散性
低分子部分—增塑剂 （3）形状各异
④ 木质素分散并形成有序的微区结构； 方法：改性木质素，使分子表面具有伸展链且酚羟基转
变为醇羟基
原位反应增容两种途径：
一是利用聚合物组分间活性基团反应形成嵌段或接枝共聚物；
二是引入多官能团基小分子与组分反应形成含有各组分的网 络或共聚增容。
3. 木质素改性材料的发展方向
优点： ① 木质素分子链上官能基类型较多、反应活性较高； ② 含有大量的极性基团，有利于增强分子间的作用力； ③ 木质素特殊的星型或球形超分子网络结构有利于改善材料
（1）力学性能和热稳定性几乎不变；
（2）提高绝缘性和高温模量；
缺点—反应活性低 脱甲基化和羟甲基化改性。
2. 木质素制备聚氨酯
（1）木质素作多元醇
羟基 +
NCO
聚氨酯
工程塑料 黏合剂
影响性能因素： ①木质素类型、含量、分子量
泡沫
薄膜
②异氰酸酯的类型
③ NCO/OH
特点：
①少量羰基与NCO反应生成凝胶状非均相高聚物 —羟烷基化衍生物
(2)溶解性 天然木质素不溶于大部分溶剂； 工业木质素易溶于碱液，不溶于水（木质素磺酸 盐除外） 可溶木质素衍生物—胶体性质，制备凝胶或分散 剂、表面活性剂
(3)光学性质 吸收紫外线 (4)聚电解质—电泳中向阳极移动
3. 木质素降解性 （1）化学降解 氧化降解—强烈的氧化环境 （2）水解—酚的四聚体
原理：自由基聚合
CaCl2
夺取木质素分子上的氢
Cl.
H2O2 缺点：木质素对接枝共聚有阻聚作用。
HCl + 大分子自由基
如酚羟基抑制MMA的自由基聚合，通过酯化改性后消除 实例：苯乙烯共聚合； 木质素磺酸盐接枝共聚物—两亲性共聚物；
星型共聚物—多个接枝共聚链；
三、木质素基高分子材料
1. 木质素制备酚醛树脂
——优良化工原料，其利用备受关注
一、木质素的结构与性质
1. 化学结构
结构单元：对羟苯基丙烷、愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷
2 分类 硬木木质素 软木木质素—醇羟基多 草本木质素 分离方法
不溶性残渣
溶解木质素
（1）无机试剂—造纸工业 木质素磺酸盐—亚硫酸盐法制浆 保持苯丙基单元，引入-SO3牛皮纸木质素—碱介质中牛皮纸制浆
羧基
共轭双键
磺甲基化
氨化、酰化 酯化（羧酸化、磺酸化、磷 酸化、异酸酯化）
合成酚醛树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯等高聚物。
酚羟基——分子内氢键，活性低——利用羟烷基转化为醇羟基
羟丙基化 木质素
星型结构
2. 木质素接枝共聚改性
——赋予木质素更高的性能
方式：
化学反应
挤出工艺和原位反应增容 辐射引发 酶促反应
2. 木质素填充橡胶
芳香环刚性
侧基柔性
活性基团 表积大 亚高分子 方式：
补强剂 橡胶
①羟基与橡胶中共轭双键形成氢键；
②与橡胶发生接枝、交联等反应； 问题：木质素在橡胶中的分散和相容性 同类型木质素，颗粒粒径↓，相容性↑，化学补强作用↑
方法： ①共沉、干混、湿混工艺填充；
搅拌和射流装置—剪切力
水等小分子—防止氢键黏结 注意：强的表面作用导致木质素微粒团聚，必须通过
酚羟基 实现方法：
碱性
甲醛
醛基
酸性
苯酚
（1）调节酸碱性来控制木质素与苯酚或甲醛的反应次序制备
酚醛树脂； （2）木质素与甲阶酚醛树脂反应，通过共聚交联产生较好的 化学亲和性； （3）木质素参与固化反应，与酚醛树脂分子链形成接枝共聚 物，起扩链作用； 酚醛树脂性能↓，但木质素含量↑。
（4）共混改性
产品性能：
②引入多元醇和调节NCO/OH——调节交联度
③热稳定性降低； ④木质素增加PU模量和Tg，但硬度太高，易脆 木质素充当交联剂和硬段 —引入刚性小的异氰酸酯硬段或PEG
⑤ 化学反应程度低；
—通过甲醛、环氧乙烷或环氧丙烷进和羟烷基化或利 用已内酯衍生化，增加醇羟基的数量。
（2）木质素作固化剂
决定材料力学性能因素： ① 聚氨酯和木质素的反应程度； ② 两相间的相互作用； （3）木质素硝酸酯 —接枝-互穿网络聚合物网络结构，材料的拉伸和伸长率 都显著提高。
第三章 木质素材料
Chapter 3 Lignin Material
内容提要
一、木质素的基本结构和性质；
二、木质素的改性方法； 三、木质素的应用及其特点;
木质素分子结构复杂，是最难认识和利用的的高 分子材料。
优点：
含有不同种类活性的官能基团； 具有可再生、可降解、无毒； 来源丰富、成本低—造纸液；
② 复杂交联网状结构的改善； 关键点—相容和分散性 ③ 复合改性构筑仿生材料，如树皮； ④ 木质素功能性—热塑性、阻燃性和耐热性、防老化性、 防紫外辐射、成核性
本章结束
③ 聚已内酯/木质素共混—机械共混和溶液流延方法
由于氢键作用具有一定相容性
④ 木质素/PEO
破坏木质素的超分子结构； 成核剂—增加结晶微区； 木质素侧链—内增塑
4. 木质素复合天然高分子
① 木质素磺酸盐/牛皮纸木质素填充淀粉薄膜
木质素磺酸盐—增塑作用，不能提高淀粉膜的耐水性； 牛皮纸木质素—改善力学性能，提高耐水性； ② 工业木质素/大豆蛋白共混—提高耐水性 木质素磺酸盐—蛋白质分子的极性基团作用；
碱活化分散或化学改性；
②木质素衍生化改性； 一方面，增加分子量，有利于增强和分散； 另一方面，实现木质素与橡胶化学交联；
3. 木质素共混聚酯/聚醚
① 牛皮纸木质素
烷基化
聚酯共混
以木质素为聚合物基体，聚酯/聚醚为增塑剂。
要求：两者氢键作用适中 （羰基与羟基）
② 木质素填充聚乳酸
强度和伸长率有所降低，加速聚乳酸的降解
2. 木质素提高材料性能的结构因素
① 相容性—决定材料性能的关键
木质素结构与聚合物结构
② 氢键作用—共混体系相容性的主要动力 避免木质素分子内氢键。 基本思路：烷基化/丙烯酸化木质素—低Tg聚合物共混 ③ 改善木质素因化学交联而形成的三维网络结构