第7讲-木素——北林-植物纤维化学课件PPT
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植物纤维化学
一.名词解释纤维素：纤维素是由β,D-葡萄糖基通过1,4-苷键连接而成的线状高分子化合物。
水解纤维素：纤维素部分水解所生成的不溶于水的产物称为水解纤维素。
纤维素1:天然纤维素的结晶格子称为纤维素I.纤维素2：经过Na-纤维素I的形式在NaOH的作用下得到的纤维素。
纤维素3：经过NH3-纤维素I的形式，在蒸发所得到的纤维素。
木素：是由苯基丙烷结构单元（及C6-C3单元）通过醚键，碳-碳键链接而成的芳香族高分子化合物。
原本木素：以天然状态存在于植物体中的木素，未经过任何加工。
磨木木素：磨木木素又称贝克曼木素，它是在室温下用不引起润胀作用的中性溶剂做介质，仔细的研磨木粉，通过溶剂抽提而获得的高得率的分离木素。
半纤维素：半纤维素是由多种糖基，糖醛酸基所组成的，并且分子中往往带有支链的复合聚糖的总称。
综纤维素：又称总纤维素，指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即纤维素和半纤维素的总称）克-贝纤维素：由英国人克罗斯和贝文提出的分离纤维素的方法所得到的纤维素称为克-贝纤维素。
工业半纤维素：习惯上将β-纤维素和γ-纤维素之和称为工业半纤维素。
硝酸乙醇纤维素：用20%的硝酸和80%乙醇的混合液，在加热至沸腾的条件下处理无抽提物的试样，使其中的木素变为硝化木素、溶于乙醇中而被除去，所得残渣既为硝酸乙醇法纤维素。
润胀：固体吸收润胀剂后，其体积变大但不失其表观均匀性，分子间的内聚力减小，固体变软的现象。
纤维素纤维的润胀分为：有限润胀和无限润胀。
纹孔：植物细胞在增厚过程中，并不是整个细胞都产生均匀增厚的，其未增厚的部分细胞壁较薄，在显微镜下观察成一个孔，称为纹孔。
解释纤维素纤维的滞后现象：吸附时先要破坏无定形区的氢键才能吸水，分子内有一定的应力抵抗这种破坏，氢键不可能全部打开；而解吸时，先失去多层水，然后失去氢键结合水。
纤维素与水分子之间的氢键不能全部可逆地被打开，故吸着的水较多，产生滞后现象。
二.简答题1、比较木素在酸性条件下和碱性条件下的亲核反应，找出共同点和不同点？答：共同点：都可以生成正碳离子结构。
植物纤维化学
（3）纤维粗度：纤维粗度大，成纸粗糙，平滑度低，强度下降，但松厚度增加；纤维粗度小，成纸的平滑度好，纸的述针叶材管胞的超结构。图参照课本P23、P181
微细结构（ultrastructure） ：原料中超越普通光学显微镜的分辨能力的细节。 植物细胞的微细结构包括:纤维、导管、薄壁细胞等的微细结构。
16．如何将木材植物细胞进行分类？
纤维细胞、导管细胞、木射线、木薄壁组织等细胞
17．叙述针叶材的生物结构、并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？
针叶材中的细胞最主要是管胞，并有少量的木射线，一般不含导管
（1）管胞：针叶木的最主要细胞，形似纺锤状；占针叶木细胞总数的90%-95%，具有输导水分和支撑树木的双重作用。（2）木薄壁组织：针叶材中的射线细胞，含量少，壁薄腔大，长度小，胞腔内含树脂；在木质部称为木射线，在韧皮部称为韧皮射线；一般为单列，且无异型射线，通过纹孔与其他细胞相通，是细胞间横向流通的通道，具有储存营养的作用（3）树脂道：是部分针叶木独有的特征，是由若干个分泌细胞所围成形的一种胞间道。它不是一个细胞也不是组织而是细胞间隙，中间充满树脂，故称为树脂道。分为轴向树脂道和径向树脂道，两者互相沟通，形成树脂道网。
木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键、碳-碳键连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物
3．比较纤维素与半纤维素的异同。
①纤维素与半纤维素共同存在于大多数植物细胞壁中。②纤维素全部由葡萄糖单位聚合而成，而半纤维素是一种杂聚多糖，常含有木糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖等单糖单位。③在酸性环境下半纤维素远较纤维素易于水解。④半纤维素比纤维素的分子要小，大约含有500到3000个单糖单位，后者大约含有7000到15000个。⑤半纤维素是分支的聚糖，而纤维素是不分支的。半纤维素具有亲水性能，可以造成细胞壁的润胀，赋予纤维弹性。⑥一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。
微细结构（ultrastructure） ：原料中超越普通光学显微镜的分辨能力的细节。 植物细胞的微细结构包括:纤维、导管、薄壁细胞等的微细结构。
16．如何将木材植物细胞进行分类？
纤维细胞、导管细胞、木射线、木薄壁组织等细胞
17．叙述针叶材的生物结构、并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？
针叶材中的细胞最主要是管胞，并有少量的木射线，一般不含导管
（1）管胞：针叶木的最主要细胞，形似纺锤状；占针叶木细胞总数的90%-95%，具有输导水分和支撑树木的双重作用。（2）木薄壁组织：针叶材中的射线细胞，含量少，壁薄腔大，长度小，胞腔内含树脂；在木质部称为木射线，在韧皮部称为韧皮射线；一般为单列，且无异型射线，通过纹孔与其他细胞相通，是细胞间横向流通的通道，具有储存营养的作用（3）树脂道：是部分针叶木独有的特征，是由若干个分泌细胞所围成形的一种胞间道。它不是一个细胞也不是组织而是细胞间隙，中间充满树脂，故称为树脂道。分为轴向树脂道和径向树脂道，两者互相沟通，形成树脂道网。
木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键、碳-碳键连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物
3．比较纤维素与半纤维素的异同。
①纤维素与半纤维素共同存在于大多数植物细胞壁中。②纤维素全部由葡萄糖单位聚合而成，而半纤维素是一种杂聚多糖，常含有木糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖等单糖单位。③在酸性环境下半纤维素远较纤维素易于水解。④半纤维素比纤维素的分子要小，大约含有500到3000个单糖单位，后者大约含有7000到15000个。⑤半纤维素是分支的聚糖，而纤维素是不分支的。半纤维素具有亲水性能，可以造成细胞壁的润胀，赋予纤维弹性。⑥一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。
木素
了的形式存在 醇羟基 在侧链Cα、Cβ、Cγ上，可以游离的羟
基存在， 可以成醚联接形式与其他烷基、芳基联接。
3、羟基测定
（1）总羟基测定 硫酸二甲酯－木素甲基化反应 乙酰化木素
木素跟乙酸酐与无水吡啶试剂（1：1） 反应
（2）酚羟基含量测定
重氮甲烷法 重氮甲烷试剂只使游离的酚羟基甲基化，不能使 侧链上的醇羟基甲基化。
纸浆和纸张的化学及物理性能有很大的影响。
不同植物原料种类，木素的含量各不相同 针叶木 25～35％ 阔叶木 20～25％ 禾本科 15～25％
同一原料不同部位，木素的含量也有很大差别 木素的结构非常复杂，针叶木、阔叶木和禾本科原
料木素的化学结构，各种木素结构的含量等等存在 较大的差异
本章主要研究内容
木素
木素是造纸植物纤维原料中的主要的化学成分之一。 木素的定义：是由苯丙烷结构单元(即C6-C3单元)通
过醚键、碳-碳键等连接而成的具有三维空间结构的芳 香族高分子化合物.
对制浆造纸的影响 1、其含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依据。 2、化学制浆和漂白过程是脱除木素的过程,残留木素对
G-S型
（二）木素的硝基苯氧化分解
1、实验方法
2、分解产物
如果是(1)(6)证明木素中含G型木素结构单元
(2)(7)
S
(3)(8)
H
3、由表2－11可得出结论 自针叶木中得到大量的香草醛和少量的对
－羟基苯甲醛，说明针叶木木素中存在大量 的愈疮木基和少量的对－羟基苯基； 阔叶木中得到大量的香草醛和紫丁香醛， 其对－羟基苯甲醛的量比针叶木少，说明阔 叶木木素中存在大量愈疮木基和紫丁香基， 少量的对－羟基苯基； 禾本科植物中存在大量的对－羟基苯基， 愈疮木基和紫丁香基。
基存在， 可以成醚联接形式与其他烷基、芳基联接。
3、羟基测定
（1）总羟基测定 硫酸二甲酯－木素甲基化反应 乙酰化木素
木素跟乙酸酐与无水吡啶试剂（1：1） 反应
（2）酚羟基含量测定
重氮甲烷法 重氮甲烷试剂只使游离的酚羟基甲基化，不能使 侧链上的醇羟基甲基化。
纸浆和纸张的化学及物理性能有很大的影响。
不同植物原料种类，木素的含量各不相同 针叶木 25～35％ 阔叶木 20～25％ 禾本科 15～25％
同一原料不同部位，木素的含量也有很大差别 木素的结构非常复杂，针叶木、阔叶木和禾本科原
料木素的化学结构，各种木素结构的含量等等存在 较大的差异
本章主要研究内容
木素
木素是造纸植物纤维原料中的主要的化学成分之一。 木素的定义：是由苯丙烷结构单元(即C6-C3单元)通
过醚键、碳-碳键等连接而成的具有三维空间结构的芳 香族高分子化合物.
对制浆造纸的影响 1、其含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依据。 2、化学制浆和漂白过程是脱除木素的过程,残留木素对
G-S型
（二）木素的硝基苯氧化分解
1、实验方法
2、分解产物
如果是(1)(6)证明木素中含G型木素结构单元
(2)(7)
S
(3)(8)
H
3、由表2－11可得出结论 自针叶木中得到大量的香草醛和少量的对
－羟基苯甲醛，说明针叶木木素中存在大量 的愈疮木基和少量的对－羟基苯基； 阔叶木中得到大量的香草醛和紫丁香醛， 其对－羟基苯甲醛的量比针叶木少，说明阔 叶木木素中存在大量愈疮木基和紫丁香基， 少量的对－羟基苯基； 禾本科植物中存在大量的对－羟基苯基， 愈疮木基和紫丁香基。
植物纤维化学实验讲义
植物纤维化学实验轻化工程本科实验室目录实验规则 (1)造纸原料和纸浆分析用试样的制备 (2)分析用试样水份的测定 (3)实验一植物纤维原料的生物结构及细胞形态的显微镜观察 (4)实验二植物纤维原料的离析及纤维形态的测定 (7)实验三纸浆纤维类别的鉴定 (10)实验四植物纤维原料苯—醇抽出物含量的测定 (12)实验五硝酸－乙醇纤维素含量的测定 (14)实验六综纤维素含量测定 (16)实验七纸浆α—纤维素的测定 (18)实验八植物纤维原料戊糖含量的测定 (20)实验九植物纤维原料中木素含量的测定 (23)实验十植物纤维原料和纸浆中酸溶木素的含量的测定 (25)实验十化学浆平均聚合度的测定（纸浆的铜乙二胺溶液粘度的测定） (27)实验规则为了搞好实验，学生必须严格做好如下事项：1．实验前，认真预习<制浆造纸分析与检测》课本的有关部分和本讲义的该项实验内容，了解实验目的、原理、所用试剂、仪器装置和操作要点。
并写预习报告后方可进行实验。
2．实验前检验仪器设备是否完备可用，所需试剂是否齐全，要在完全了解仪器、器械的使用方法后方可使用。
3．严格遵守实验操作规程，认真进行实验操作，详细记录实验中所发生的现象和各项实验数据。
4．公用仪器、试剂用完后放回原处，以利他人使用，取用试剂时应看清楚试剂瓶上标签所示试剂名称、规格等是否与所需相符。
5．准时到达实验室，遵守实验室纪律，实验进行时不准在实验室抽烟，高声谈笑，打闹和看小说杂志等。
6．爱护实验仪器设备，节约使用各种化学药剂。
损坏仪器设备应立即报告指导老师。
7．实验过程中使用的废酸、废碱等不要直接倒入水槽，以免腐蚀下水道及污染环境，应倒入污水桶集中处理。
8．实验结束，将所用仪器设备清洗干净，实验台清理整齐，经教师检查后方可离开。
9．认真整理实验记录和数据，按时完成实验报告。
10. 实验报告内容：实验题目、实验目的、实验原理、实验所用仪器和试剂、实验简单操作、实验过程记录、实验结果、实验误差分析、回答思考。
《植物纤维化学》PPT课件全文
3、学习内容与相关课程的关系
本课程牵涉有机化学、分析化学（包 括仪器分析）、物理化学、高分子化学、 高分子物理、生物合成等相关基础课程。 有关生物结构方面的内容，在《植物纤维 形态与结构》课程中专门讲述；
有关木质素、纤维素和半纤维素在蒸 煮和漂白化学反应过程中的影响因素，在 《制浆原理与工程》课程中专门讲述。
垂直方向切开的面称为横切面。
弦切面(Tangetial Section)：沿着与射
线垂直方向切开的面称为弦切面。
径切面(Radial Section)：沿着射线切
开的面称为径切面
树脂道：针叶材的特征
有些针叶材在横切面的晚材部分，凭肉 眼就可看见一些针头状的小白点，这就
是轴向树脂道或称纵行树脂道。
种子植物
木本—针叶树类
裸子植物：
木本—阔叶树类
种子植物
双子叶植物：草类、麻类、豆类
被子植物
单子叶植物—多数为草本，如禾本科类、禾本亚科、
竹亚科
1.1.1 植物纤维原料的分类
1.1.1.1 、木材纤维原料：
针叶材（又称软木，Softwood） 如云杉、红松、落叶松、马尾松、
思茅松等； 阔叶木（又称硬木，Hardwood）
应。 由于纤维素大分子每个糖基上有三个–OH（C2，C3，
C6），可发生各种酯化、醚化反应，在很大程度上可 改变纤维素的性质，生产出许多有价值的纤维素衍生 物。
纤维素衍生物的制备
纤维素酯化和醚化反应是制备纤维素衍 生物的重要反应。
由于纤维素大分子每个糖基上有三个– OH（C2，C3，C6），可发生各种酯化、 醚化反应，在很大程度上可改变纤维素 的性质，生产出许多有价值的纤维素衍 生物。
第一章
生物质材料-第七章木质素ppt课件
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2、高锰酸钾氧化降解
木素
KOH 共煮
甲基化 KMnO4 藜芦
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1、Klason法
常用的有72％硫酸Tappi标准法和80％硫酸法（更适合非 木材原料） （1）1g（精确到0.0001g）试样，用定性滤纸包好，用线扎 住，用索氏抽提器，苯醇混合液（2：1）抽提6小时，同时 另取一份测定水份。将式样取出风干，用洁净毛笔仔细将抽 提风干后式样刷入250ml磨口锥形瓶重，加入12～15℃的72 ％硫酸15ml，摇荡1min，将锥形瓶放入18～20℃的恒温水 浴锅中，2～2.5小时，随时摇动锥形瓶。
酸溶木素含量B以每1L中的质量（克）表示：
B A D 105
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式中： A —— 吸收值； D —— 滤液的稀释倍数； 105—— 吸光系数，L/g.cm。
X BV 100 1000W0
原料中酸溶木素含量X，以质量百分数表示： 式中：V —— 滤液总体积，ml；
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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。
（性。72%H2SO4法）——木素往往已被改 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。
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13
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三）、不溶木素的分离方法
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。
木质素化学PPT课件
乙烯基类单体：丙烯酰胺、丙烯酸、苯乙 烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯睛。其中研究 最多的是木质素与丙烯酰胺的反应（丙烯 酰胺在烯类单体中活性最大，苯乙烯活性 低）。
二、 木质素的化学反应
（2）自由基反应，需要引发剂。 常 用 引 发 剂 ： 铈 盐 （ Se(NO3)2）、
H钾2O)2及-Fγe(射II线)、照高射锰等酸。钾、过硫酸盐(铵或
（3）共聚与均聚反应有竞争
共聚：木质素与乙烯基类单体； 均聚：乙烯基类单体之间聚合。
（4）苯酚抑制共聚反应，一般先甲基化，再接 枝共聚。 甲基化：重氮甲基化，硫酸二甲酯
二、 木质素的化学反应
木质素氧化还原引发共聚机理
二、 木质素的化学反应
木质素接枝共聚反应（环上反应为主）
二、 木质素的化学反应
木质素的物理性质各种分离木质素的玱璃态转化温度t木质素的物理性质树种分离木质素玻璃态转化温度干燥状态吸湿状态水云杉云杉云杉云杉桦木杨木针叶树高碘酸盐木质素高碘酸盐木质素二氧六环木质素相对低分子量二氧六环木质素相对低分子量高碘酸盐木质素二氧六环木质素相对低分子量木质素磺酸盐19312714617913423511512690271727192721281227872118212高聚物的玱璃态转化温度t不植物种类分离方法相对分子量有关玱璃态转化温度不木质素分子量之间成正比
二、 木质素的化学反应
（4）臭氧：能与酚型和非酚型木质素发生亲电取代反应。 （5） H2O2：在碱性介质中不能氧化木质素苯环，但能氧化
侧链的羰基和醌型结构，破坏发色基团，达到漂白的目 的。过氧化氢对木钙的聚合或降解作用均较弱, （6）过硫酸铵：可使木钙发生聚合反应。过硫酸铵氧化木 钙时,条件：过硫酸铵的用量为4%～6%,温度为80～90℃, pH=8～10 过硫酸铵在碱性条件下使木钙酚型物发生离子化脱氢,产 生了游离基,提高了木钙的反应活性,促进了木钙分子游 离基之间的聚合反应。
二、 木质素的化学反应
（2）自由基反应，需要引发剂。 常 用 引 发 剂 ： 铈 盐 （ Se(NO3)2）、
H钾2O)2及-Fγe(射II线)、照高射锰等酸。钾、过硫酸盐(铵或
（3）共聚与均聚反应有竞争
共聚：木质素与乙烯基类单体； 均聚：乙烯基类单体之间聚合。
（4）苯酚抑制共聚反应，一般先甲基化，再接 枝共聚。 甲基化：重氮甲基化，硫酸二甲酯
二、 木质素的化学反应
木质素氧化还原引发共聚机理
二、 木质素的化学反应
木质素接枝共聚反应（环上反应为主）
二、 木质素的化学反应
木质素的物理性质各种分离木质素的玱璃态转化温度t木质素的物理性质树种分离木质素玻璃态转化温度干燥状态吸湿状态水云杉云杉云杉云杉桦木杨木针叶树高碘酸盐木质素高碘酸盐木质素二氧六环木质素相对低分子量二氧六环木质素相对低分子量高碘酸盐木质素二氧六环木质素相对低分子量木质素磺酸盐19312714617913423511512690271727192721281227872118212高聚物的玱璃态转化温度t不植物种类分离方法相对分子量有关玱璃态转化温度不木质素分子量之间成正比
二、 木质素的化学反应
（4）臭氧：能与酚型和非酚型木质素发生亲电取代反应。 （5） H2O2：在碱性介质中不能氧化木质素苯环，但能氧化
侧链的羰基和醌型结构，破坏发色基团，达到漂白的目 的。过氧化氢对木钙的聚合或降解作用均较弱, （6）过硫酸铵：可使木钙发生聚合反应。过硫酸铵氧化木 钙时,条件：过硫酸铵的用量为4%～6%,温度为80～90℃, pH=8～10 过硫酸铵在碱性条件下使木钙酚型物发生离子化脱氢,产 生了游离基,提高了木钙的反应活性,促进了木钙分子游 离基之间的聚合反应。
木质素PPT课件
除含量差别外，树木各部位木质素的组成也有变化。阔叶材成 熟的木质部比初生木质部紫丁香基含量高，心材部分木质素紫 丁香基丙烷含量高于边材，根部木材的木质素愈疮木基丙烷含 量增加，针叶材的树皮木质素含有较多的对羟基苯丙烷，阔叶 材树皮木质素的愈疮木基丙烷含量比木材高。
.
6
3.1 木质素概述
➢ 各类细胞中木质素的组成与分布
.
4
3.1 木质素概述
（2）分类
➢ 习惯分法：针叶材木质素、阔叶材木质素、禾本科木质素
➢ 按结构分为：愈疮木基木质素(G木质素)、愈疮木基-紫丁 香基木质素(GS木质素)
愈疮木基木质素：松柏醇脱氢聚合而成（大多数针叶材）
愈疮木基-紫丁香基木质素：松柏醇和芥子醇脱氢共聚而
CH2OH
CH2OH
成（大部分阔叶材及禾本科）
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
12
11
0.85
0.83
-
10
-
0.40
-
8
-
0.28
82
78
0.22
0.23
10
10
0.60
0.60
8
6
1.00
0.90
-
4
-
-
-
2
-
-
8
3.1 木质素概述
愈疮木基和紫丁香基在白桦中的分布
CH
CH
CH
CH
.
6
3.1 木质素概述
➢ 各类细胞中木质素的组成与分布
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3.1 木质素概述
（2）分类
➢ 习惯分法：针叶材木质素、阔叶材木质素、禾本科木质素
➢ 按结构分为：愈疮木基木质素(G木质素)、愈疮木基-紫丁 香基木质素(GS木质素)
愈疮木基木质素：松柏醇脱氢聚合而成（大多数针叶材）
愈疮木基-紫丁香基木质素：松柏醇和芥子醇脱氢共聚而
CH2OH
CH2OH
成（大部分阔叶材及禾本科）
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总木质素（%）
黑云杉 花旗松
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木质素浓度（g/g）
黑云杉 花旗松
0.23
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3.1 木质素概述
愈疮木基和紫丁香基在白桦中的分布
CH
CH
CH
CH
《植物纤维》PPT课件
第三章 植物纤维
第一节 第二节 第三节 第四节
种子纤维 韧皮纤维 叶纤维 维管束纤维
内容提要： 植物纤维的分类 棉纤维和木棉纤维的形态特征及其主要性能特点 各类麻纤维的形态特征及主要性能特点 竹纤维的形态特征及其主要性能特点
整理课件
2
植物纤维的主要组成物质是纤维素，还有果胶、 半纤维素、木质素、水溶物、灰分等。
整理课件
5
2. 按初加工方法分
初加工：将籽棉上的纤维与棉籽分离的过程，亦 称轧棉（yà mián）。
（1）籽棉：带有棉籽的棉花。
（2）皮棉（原棉）：去除棉籽所得到的棉纤维。
皮棉重量占籽棉重量的百分数，称为衣分率 （30％～40％）。
（3）锯齿棉：用锯齿轧花机加工的皮棉。纺纱用 棉多为锯齿棉。
（4）皮辊棉：用皮辊轧花机加工的皮棉。
（5）微生物的作用：不耐霉菌，霉变后强力下降。
（6）染色性：染色性好，可用多种染料进行染色。
初生层：约束和保护作用
纤维的初生细胞壁，由 网状原纤组成。对棉纤维 整体起约束和保护作用。
整理课件
次生层：纤维主体，决定主要的物理机械性质 （1）棉纤维在加厚期淀积而成的部 分，几乎都是纤维素。
（2）纤维素逐日淀积一层形成了棉 纤维的日轮。
（3）与棉纤维的成熟度、天然转曲 有关。（纤维素以束状小纤维的形态
（2）彩色棉：天然生长的非白色棉花，有称有 色棉。产品不用染色，无污染。
整理课件
8
（二）棉纤维的生长发育与形态特征
1、棉纤维的生长发育
整个棉纤维的形成过程可分为三个时期:伸长期、加 厚期、转曲期。 （1）伸长期：主要增长长度而胞壁极薄，形成有中腔的 细长薄壁管状物。（16-25天）
（2）加厚期：细胞壁由外向里逐日螺旋淀积纤维素，最 后留有中腔，与成熟度有关。（35-55天）
第一节 第二节 第三节 第四节
种子纤维 韧皮纤维 叶纤维 维管束纤维
内容提要： 植物纤维的分类 棉纤维和木棉纤维的形态特征及其主要性能特点 各类麻纤维的形态特征及主要性能特点 竹纤维的形态特征及其主要性能特点
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植物纤维的主要组成物质是纤维素，还有果胶、 半纤维素、木质素、水溶物、灰分等。
整理课件
5
2. 按初加工方法分
初加工：将籽棉上的纤维与棉籽分离的过程，亦 称轧棉（yà mián）。
（1）籽棉：带有棉籽的棉花。
（2）皮棉（原棉）：去除棉籽所得到的棉纤维。
皮棉重量占籽棉重量的百分数，称为衣分率 （30％～40％）。
（3）锯齿棉：用锯齿轧花机加工的皮棉。纺纱用 棉多为锯齿棉。
（4）皮辊棉：用皮辊轧花机加工的皮棉。
（5）微生物的作用：不耐霉菌，霉变后强力下降。
（6）染色性：染色性好，可用多种染料进行染色。
初生层：约束和保护作用
纤维的初生细胞壁，由 网状原纤组成。对棉纤维 整体起约束和保护作用。
整理课件
次生层：纤维主体，决定主要的物理机械性质 （1）棉纤维在加厚期淀积而成的部 分，几乎都是纤维素。
（2）纤维素逐日淀积一层形成了棉 纤维的日轮。
（3）与棉纤维的成熟度、天然转曲 有关。（纤维素以束状小纤维的形态
（2）彩色棉：天然生长的非白色棉花，有称有 色棉。产品不用染色，无污染。
整理课件
8
（二）棉纤维的生长发育与形态特征
1、棉纤维的生长发育
整个棉纤维的形成过程可分为三个时期:伸长期、加 厚期、转曲期。 （1）伸长期：主要增长长度而胞壁极薄，形成有中腔的 细长薄壁管状物。（16-25天）
（2）加厚期：细胞壁由外向里逐日螺旋淀积纤维素，最 后留有中腔，与成熟度有关。（35-55天）
第二章 木素
植物纤维化学轻化工程第二章木木素第一节概述第二节木素的分离与精制第一节概述第二节木素的分离与精制节节节第三节木素的定量方法第四节木素的化学结构及其研究方法第五节木素的物理性质第六节木素的化学反应第七节木素的生物降解反应第八节木素的改性及其利用第四节木素的化学结构及其研究方法第五节木素的物理性质第六节木素的化学反应第七节木素的生物降解反应第八节木素的改性及其利用第一节概述一木素的存在?木素lignin又称木质素
有关木素的几个术语
• 原本木素（protolignin）：以天然状态存在于植物 体中的木素。
• 分离木素（isolated lignin）：用各种方法从植物体 中分离出来的木素，又称木素制备物。
• 木素衍生物：在木素结构单元上引入其他基团而生 成的产物。
– 如：硫酸盐木素，氯化木素，硝化木素，木素磺酸盐等。 （木素结构特性已改变）
• 原料中总木素含量 = Klason木素（酸不溶木素） + 酸溶木素
1. 基本原理
• 使用紫外分光光度计，在205nm或280nm波长下测定。
• 由于滤液中还有被酸水解的碳水化合物及降解产物（如糠 醛，羟甲基糠醛等）在280nm处也有吸收峰，会干扰木素 的测定结果。因此，测定酸溶木素选用在短波长205nm处 的吸收峰定量测定。
香族高分子化合物。
• 木素的化学结构在不同原料中有所不同。因此木素不是单一物质，而是植物中具
有共同性质的一类物质。
• 木素的数量在自然界中仅次于纤维素和甲壳素。
木素在原料中的含量
针叶木：25～35% 阔叶木：20～25% 禾本科：15～25% 木素含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依据。
二、木素的生物作用
• 模型物Ⅰ氧化后也得到香草醛和香草酸，证明木素中含有 具有模型物Ⅰ的结构基团。
有关木素的几个术语
• 原本木素（protolignin）：以天然状态存在于植物 体中的木素。
• 分离木素（isolated lignin）：用各种方法从植物体 中分离出来的木素，又称木素制备物。
• 木素衍生物：在木素结构单元上引入其他基团而生 成的产物。
– 如：硫酸盐木素，氯化木素，硝化木素，木素磺酸盐等。 （木素结构特性已改变）
• 原料中总木素含量 = Klason木素（酸不溶木素） + 酸溶木素
1. 基本原理
• 使用紫外分光光度计，在205nm或280nm波长下测定。
• 由于滤液中还有被酸水解的碳水化合物及降解产物（如糠 醛，羟甲基糠醛等）在280nm处也有吸收峰，会干扰木素 的测定结果。因此，测定酸溶木素选用在短波长205nm处 的吸收峰定量测定。
香族高分子化合物。
• 木素的化学结构在不同原料中有所不同。因此木素不是单一物质，而是植物中具
有共同性质的一类物质。
• 木素的数量在自然界中仅次于纤维素和甲壳素。
木素在原料中的含量
针叶木：25～35% 阔叶木：20～25% 禾本科：15～25% 木素含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依据。
二、木素的生物作用
• 模型物Ⅰ氧化后也得到香草醛和香草酸，证明木素中含有 具有模型物Ⅰ的结构基团。
木质素ppt课件
在植物结构中分布有规律。
木质素在木材细胞壁复合胞
间层中浓度最高约占3/4，在
纤维素
次生壁中约占1/4，但大量的
木质素仍分布在次生壁。
图5-2 管胞壁中的化学成分分布
2
4.木质素的结构
木质素是非常复杂的天然聚合物，其化学结构与纤维素和 蛋白质相比，缺少重复单元间的规律性和有序性。 研究表明，木质素是由木质素的结构单元（木质素的先驱 体）按照连续脱氢聚合作用机理，用几种形式相互无规则 地连接起来，形成一个三维网状的聚酚化合物。 因此它不能象纤维素等有规则天然聚合物可用化学式来表 示，木质素的结构是一种物质的结构的模型，是按测定结 果平均出来的假定分子结构。 这些测定包括：元素组成、结构单元和比例、官能团、连 接方式，从而推得结构模型。
因木质素在木材中的含量为20～30%。故木质素与木材物理性 质密切相关。 ①与木材强度，木材细胞由胞间层联结。如用药剂将胞间层的木 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， 木材失去了强度。 ②与木材电学性质：有人对15种木材做实验，发现酸不溶木素与 电容率和直流电导率成直线相关（沿木纹方向）。由此可见，可 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。
盐酸木素 铜氨木索 过碘酸盐木素
化学变化程度 化学变化极少
伴随有化学变化
伴随着化学变化 伴随着化学变化 化学变化少
19
木质素被溶出而分离的方法
有机溶剂
乙醇
பைடு நூலகம்
醋酸
二氧六环 酚 酸性条件
无机溶剂 氢氧化钠 硫化钠
亚硫酸钠
造纸
的制
《化学纤维》PPT课件
密度小：1.0-1.3g/cm3
氨纶纤维一般不单独使用，而是与其它纤维混 合使用。
三种形式： 裸丝
单层或双层色覆纱 包芯纱
三、按形态结构分类
1.长丝：不经过切断工序的连续丝条 2.短纤维：纺丝后加工中切断成各种长度 规格的纤维。如：棉型、毛型和中长型 3.变形丝：利用机械方法，使长丝弹力增 加 4.复合纤维：两种或两种以上的聚合体以 熔体或溶液的方式输入同一个喷丝头，在适当 的部位相遇，从同一个纺丝口纺出，在同一根 丝上同时存在两种或两种以上的聚合体。
片溶化（69
--玻璃化温度Tg）
--软化--粘流温度--熔点（结晶区完全解体）
--分解点（液-气）
2.纺丝：初生丝（热空气固化）--拉伸（
4-4.5倍）定型消除内应力取向度↑--卷曲
--切断--短纤维初生丝--拉伸--定型--加捻--
变形丝--打包--长丝 涤纶分子量：20000oC 熔体温度：280--286oC （熔点）
十、聚丙烯腈纤维（Acrylic）
1.原料：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、 醋酸乙烯酯
作为第二单体（三选一）丙烯腈和第三 单体反应，第一单体占85%，第三 单体为亲染料基团.
2.成形：可以采用湿法或干法纺丝 湿法：凝固浴固化 干法：空气固化
3.结构与性能：哑铃型截面、圆型截面
⑴大分子排列成螺旋形（侧基之间互 斥），使得它没有完全的结晶区只有准 结晶结构，分有序区、无序区
3.后加工：短纤维后加工－集束、拉伸、 卷曲、上油、热定型、切断打包等
4.特点: ⑴刚柔相济性、洗可穿性好、吸湿小、 强力高、断裂伸长大、热稳定性好 ⑵易起静电、易起球、染色性差（吸湿 性能差） ⑶不发霉、不虫蛀 ⑷不耐碱（略呈酸性）
涤纶纵、横向形态
氨纶纤维一般不单独使用，而是与其它纤维混 合使用。
三种形式： 裸丝
单层或双层色覆纱 包芯纱
三、按形态结构分类
1.长丝：不经过切断工序的连续丝条 2.短纤维：纺丝后加工中切断成各种长度 规格的纤维。如：棉型、毛型和中长型 3.变形丝：利用机械方法，使长丝弹力增 加 4.复合纤维：两种或两种以上的聚合体以 熔体或溶液的方式输入同一个喷丝头，在适当 的部位相遇，从同一个纺丝口纺出，在同一根 丝上同时存在两种或两种以上的聚合体。
片溶化（69
--玻璃化温度Tg）
--软化--粘流温度--熔点（结晶区完全解体）
--分解点（液-气）
2.纺丝：初生丝（热空气固化）--拉伸（
4-4.5倍）定型消除内应力取向度↑--卷曲
--切断--短纤维初生丝--拉伸--定型--加捻--
变形丝--打包--长丝 涤纶分子量：20000oC 熔体温度：280--286oC （熔点）
十、聚丙烯腈纤维（Acrylic）
1.原料：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、 醋酸乙烯酯
作为第二单体（三选一）丙烯腈和第三 单体反应，第一单体占85%，第三 单体为亲染料基团.
2.成形：可以采用湿法或干法纺丝 湿法：凝固浴固化 干法：空气固化
3.结构与性能：哑铃型截面、圆型截面
⑴大分子排列成螺旋形（侧基之间互 斥），使得它没有完全的结晶区只有准 结晶结构，分有序区、无序区
3.后加工：短纤维后加工－集束、拉伸、 卷曲、上油、热定型、切断打包等
4.特点: ⑴刚柔相济性、洗可穿性好、吸湿小、 强力高、断裂伸长大、热稳定性好 ⑵易起静电、易起球、染色性差（吸湿 性能差） ⑶不发霉、不虫蛀 ⑷不耐碱（略呈酸性）
涤纶纵、横向形态
木质纤维素的转化PPT课件
在糖尿病患者的治疗上。 • 在生物基化学工业中，是合成HMF和乙酰丙酸的重要起始
原料。 • 天然果糖来源：蔗糖和菊糖
53
（5）乙醇
不与民争粮、不与粮争地，发展非粮乙醇。
54
（6）羟甲基糠醛（HMF）
55
羟甲基糠醛（HMF）
56
羟甲基糠醛（HMF）
57
（7）乙酰丙酸
58
乙酰丙酸
59
基于HMF和乙酰丙酸的产品家族谱
原料在高温高压下水解，生成糠醛同时还生成醋酸，此时醋酸也起 催化作用，因此无需另加催化剂。优点：生产工艺流程较简单，且为 连续化生产，建厂投资较少，近几年来国外较为重视的一种方法。
（3）自动蒸发法 （4）无机盐法 （5）中压直接酸法
67
直接酸法生产糠醛
美国 芬兰 意大利 法国
68
中压直接酸法 –我国的主要生产方法
30
Switch Grass 柳枝稷
31
General Scheme of a Lignocellulosic Biorefinery
32
Products of Lignocellulosic Feedstock Biorefinery
33
木质纤维素原料全组分利用的重要性
阔叶材：纤维素30-45%，20-30%半纤维素，2025%木质素
69
糠醛的主要应用
• 作为重要的平台化合物 • 作为萃取剂用于精制润滑油、柴油和植物油 • 作为杀真菌剂 • 作为杀线虫剂
70
糠醛基化学品
1946-1961年，生产尼龙 71
CHO O
>50% [H]
[O]
80-90% 甲醛、尿素、苯酚
呋喃树脂
[H]
原料。 • 天然果糖来源：蔗糖和菊糖
53
（5）乙醇
不与民争粮、不与粮争地，发展非粮乙醇。
54
（6）羟甲基糠醛（HMF）
55
羟甲基糠醛（HMF）
56
羟甲基糠醛（HMF）
57
（7）乙酰丙酸
58
乙酰丙酸
59
基于HMF和乙酰丙酸的产品家族谱
原料在高温高压下水解，生成糠醛同时还生成醋酸，此时醋酸也起 催化作用，因此无需另加催化剂。优点：生产工艺流程较简单，且为 连续化生产，建厂投资较少，近几年来国外较为重视的一种方法。
（3）自动蒸发法 （4）无机盐法 （5）中压直接酸法
67
直接酸法生产糠醛
美国 芬兰 意大利 法国
68
中压直接酸法 –我国的主要生产方法
30
Switch Grass 柳枝稷
31
General Scheme of a Lignocellulosic Biorefinery
32
Products of Lignocellulosic Feedstock Biorefinery
33
木质纤维素原料全组分利用的重要性
阔叶材：纤维素30-45%，20-30%半纤维素，2025%木质素
69
糠醛的主要应用
• 作为重要的平台化合物 • 作为萃取剂用于精制润滑油、柴油和植物油 • 作为杀真菌剂 • 作为杀线虫剂
70
糠醛基化学品
1946-1961年，生产尼龙 71
CHO O
>50% [H]
[O]
80-90% 甲醛、尿素、苯酚
呋喃树脂
[H]
纤维素材料PPT课件
成氢键结合的水，称为“结合水”。 游离水：当纤维素物料吸湿达到纤维饱和点后，水分子继
续进入纤维的细胞腔和孔隙中，形成多层吸附水或毛细管水， 这种水称为“游离水”。
纤维素的吸湿对纸张的影响
纸张的强度在某一水分含量而达最大值，低于此值则纸张
发脆强度下降，高于此值则由于润胀作用又破坏了纤维之间的
氢键结合，强度也会下降。
纤维素Ⅱ是一种反平行分子链结构,形成的氢键网络较纤维 素Ⅰ复杂
2021
26
7. 纤维素的液晶结构
胆甾
向列
近晶
2021
27
纤维素主链—半刚性，理论上可以形成液晶相。 纤维素结晶和凝胶更易形成，难以得到液晶相。
纤维素液晶的形成： （1）溶剂； （2）温度； （3）纤维素的改性及衍生化；
2021
28
2.2 纤维素的物理性质
(1) 固定相是多孔填料，小分子样品 可以进入孔径内部； (2) 样品与固定相之间无作用力； (3) 迁移时间不同；
体积大的分子先被淋洗出来； 体积小的分子后被淋洗出来；
2021
34
GPC曲线： GPC曲线就是聚合物的相对分子质量分布曲线
淋出体积代表了相对分子质量的大小—M 浓度响应代表了含量—W（M）
2021
32
溶解分级法测定纤维素多分散性的结果 ( 铜氨溶液)
直接分级与间接分级
间接分级: 将纤维素转变成纤维素的衍生物，再进行溶解分
级和沉淀分级的分级方法。
2021
33
凝胶渗透色谱法 （GPC）：利用高分子溶液通过填充有特种 多孔性填料（常用交联聚苯乙烯凝胶或硅胶）的柱子，依相 对分子质量的大小在柱上进行连续分级的方法。
纤维素甲基化→甲基纤维素→水解得2,3,6—三甲基葡萄糖。
续进入纤维的细胞腔和孔隙中，形成多层吸附水或毛细管水， 这种水称为“游离水”。
纤维素的吸湿对纸张的影响
纸张的强度在某一水分含量而达最大值，低于此值则纸张
发脆强度下降，高于此值则由于润胀作用又破坏了纤维之间的
氢键结合，强度也会下降。
纤维素Ⅱ是一种反平行分子链结构,形成的氢键网络较纤维 素Ⅰ复杂
2021
26
7. 纤维素的液晶结构
胆甾
向列
近晶
2021
27
纤维素主链—半刚性，理论上可以形成液晶相。 纤维素结晶和凝胶更易形成，难以得到液晶相。
纤维素液晶的形成： （1）溶剂； （2）温度； （3）纤维素的改性及衍生化；
2021
28
2.2 纤维素的物理性质
(1) 固定相是多孔填料，小分子样品 可以进入孔径内部； (2) 样品与固定相之间无作用力； (3) 迁移时间不同；
体积大的分子先被淋洗出来； 体积小的分子后被淋洗出来；
2021
34
GPC曲线： GPC曲线就是聚合物的相对分子质量分布曲线
淋出体积代表了相对分子质量的大小—M 浓度响应代表了含量—W（M）
2021
32
溶解分级法测定纤维素多分散性的结果 ( 铜氨溶液)
直接分级与间接分级
间接分级: 将纤维素转变成纤维素的衍生物，再进行溶解分
级和沉淀分级的分级方法。
2021
33
凝胶渗透色谱法 （GPC）：利用高分子溶液通过填充有特种 多孔性填料（常用交联聚苯乙烯凝胶或硅胶）的柱子，依相 对分子质量的大小在柱上进行连续分级的方法。
纤维素甲基化→甲基纤维素→水解得2,3,6—三甲基葡萄糖。
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第三章 木素
• 第一节 木素的存在及木素的生物合成 • 第二节 木素分离、研究方法 • 第三节 木素的化学性质 • 第四节 木素的物理性质及特性
概述
1. 木素简介
• 仅次于纤维素的、最丰富的天然高分子有机物， • 全世界每年约可产600万亿吨木素 • 存在于裸子植物、被子植物和几乎所有维管植物中 • 含有苯环结构单元，化学结构不均一
木素中的三种基本结构单元
C
C
C
C
C
C
C
C
C
O H3C
O CH3 OH
O
H3C
OH
OH
紫紫丁丁香香基基丙烷（（SS））
愈愈疮创木木基基（丙G烷）（G）
对羟苯基丙烷（H）
对羟苯基（H）
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。 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。
两种关于木素堆积的观点
• 观点一：木素最初的堆积开始于次生壁形成前的嫩 的细胞角隅部分，（S1形成期）以细胞角隅为起点 沿着初生壁进行木化，（S2形成期）全部复合胞间 层进行木素的堆积，S2层外部木化，S2层内部木化， 持续到S3形成期，ML层木化结束。随着细胞的成熟， S2层木化程度增加，S3层木化。
二、木素的生物合成
• （一）细胞壁中木素的堆积 • （二）木素结构单元的生物合成 • （三）木素大分子的合成
（一）细胞壁中木素的堆积
细胞壁的木化过程：lignification
形成纤维素和半纤维素
向细胞中供给
木素生物合成的前驱物质
前驱物质
反复聚合
木素大分子
细胞壁
前驱物质 Precursors 松柏醇、香豆醇、芥子醇
Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49: 8797-8804.
3. 木素的研究意义
理论意义：指导制定工艺条件 • 制浆造纸工业 • 制板工业 实际意义：木素的综合利用
木素降解产物可用作表面活性剂(如沥青乳 化剂、分散剂、水泥外加剂、采油化学剂)
胶粘剂 化工原料(如香草醛、二甲亚砜和酚类等) 木素资源丰富、发展前景广阔，但要注意加
Brauns抽提出占木材总量2-3%的“天然木素
研究历史(4)
50年代后木素分离有了突破，Björkman提出变化 小的磨木木素(MWL)
1975年Chang等提出用纤维素酶和半纤维素酶处理， 再用96%和50%的二氧六环/水提取的纤维素酶木素， 这是两种最好木素分离方法
紫外和红外光谱也应用于木素结构研究。此外， 木素模型物合成和木素生物合成也有了发展
研究历史(3)
1926-1932年Freudenberg发表了许多关于木素的 假设，其中重要一点是木素的结构单元象建筑石 一样，经氧化(脱氢)互相缩合形成大分子的
从二十世纪30年代以来出现新的研究方法，如 1939年Hibbert提出Hibbert酮是云杉木素的降解 产物，具有愈创木基丙烷结构
原儿茶酸等 1890年Bamberger发现木素含有甲氧基
研究历史(2)
1897年Klason提出木素与松柏醛和松柏醇有密切 1907年他又认为木素是高分子化合物，十年后提
出木素是由松柏醛和松柏醇通过醇羟基和酚羟基 连续缩合而联接起来的 Klason另一重要功绩是在1908年提出木素的定量 方法硫酸木素法 随后其他科学家又提出盐酸木素法(40%盐酸) 盐酸-磷酸木素法(36%盐酸:80%磷酸=3:1) 铜氨木素法(沸腾的2%硫酸和铜氨溶液)等
CH2OH
CH2OH
OCH3 O
O OCH3
HC O Ara CH CH2OH
Xyl
OH
Sun, et al.,
Ind. Crops Prod. 2002, 15(3): 179-188. Holzforschung 2000, 54: 349-356; 54 (5): 492-496.
Wang, Xu, & Sun Polym. Degrad. Stab. 2009, 94: 1142-1150.
OH
O
H3CO
Ara
HO O
HC CH CH2OH
O
OCH3 CH2OH
H3CO
OCH3
Ara
OH
OH
O
CH
Xyl
HC
CH2 O O CH2OH
OH
H2C CH CH H3CO
OCH3
O HC CH
OH HCOH HC
O CH2 OCH3 O
CH2OH
O OCH3
CO
CH
O CH
CH
HCOH
HC O Ara HC O
Xyl
OO OH
OCH3
O Ara
OCH3
CH2 OH OCH3 O CH2OH
HC O CH OCH3
O Ara O HC CH
HC CH
CO
O Xyl
CH2 OO
OH
O
O OH HC CH2 HC O
OCH3 CH CH CH2OH
OHOCH3ຫໍສະໝຸດ OOH3COOCH3
O
CO O O CH3
HO
HC CH CH2OH
2. 木素化学的发展
2.1 木素化学研究历史
木素是自然界仅次于纤维素的生物多聚体，和半纤 维素一起充填细胞壁起加固粘结作用
1838年法国Payen将木材与硝酸和氢氧化钠交替处 理，获得的絮状物命名为纤维素，并将除去的物质 称为结壳物质。
1865年Schulz把包埋住纤维素的结壳物质称为木素 1866年尔德曼提出从木素中得到芳香族化合物，如
强木素结构特性与应用之间关系的研究
第一节 木素的存在及木素的生物合成
一、木素的存在
针叶木：含量25-35%， 愈疮木基丙烷G 阔叶木：含量20-25%， 愈疮木基丙烷 G、紫丁香基丙烷S 禾本科：含量15-25%， 愈疮木基丙烷 G、紫丁香基丙烷S、
对羟苯基丙烷 H
木素的分布：复合胞间层浓度最高，而次生壁含量最多
• 观点二：木素最初的堆积发生在细胞角隅的初生壁， 然后沿切向和径向扩展到复合胞间层，再到细胞角 隅的CML，最后是细胞壁各层的木化
（二）木素结构单元的生物合成
CO2
2.2 木素化学研究成果
随着现代仪器的飞跃发展，色谱、质谱、核 磁共振、电子自旋共振等相继应用于木素结 构研究
提出了一些针叶材、阔叶材及麦草等新的木 素结构模式。
木素结构—针叶材木素结构模型
针叶木木质素化学结构模型（片段）
木素结构—山毛榉木素结构木模型
木素-碳水化合物复合体 (wheat straw)
• 第一节 木素的存在及木素的生物合成 • 第二节 木素分离、研究方法 • 第三节 木素的化学性质 • 第四节 木素的物理性质及特性
概述
1. 木素简介
• 仅次于纤维素的、最丰富的天然高分子有机物， • 全世界每年约可产600万亿吨木素 • 存在于裸子植物、被子植物和几乎所有维管植物中 • 含有苯环结构单元，化学结构不均一
木素中的三种基本结构单元
C
C
C
C
C
C
C
C
C
O H3C
O CH3 OH
O
H3C
OH
OH
紫紫丁丁香香基基丙烷（（SS））
愈愈疮创木木基基（丙G烷）（G）
对羟苯基丙烷（H）
对羟苯基（H）
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。 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。
两种关于木素堆积的观点
• 观点一：木素最初的堆积开始于次生壁形成前的嫩 的细胞角隅部分，（S1形成期）以细胞角隅为起点 沿着初生壁进行木化，（S2形成期）全部复合胞间 层进行木素的堆积，S2层外部木化，S2层内部木化， 持续到S3形成期，ML层木化结束。随着细胞的成熟， S2层木化程度增加，S3层木化。
二、木素的生物合成
• （一）细胞壁中木素的堆积 • （二）木素结构单元的生物合成 • （三）木素大分子的合成
（一）细胞壁中木素的堆积
细胞壁的木化过程：lignification
形成纤维素和半纤维素
向细胞中供给
木素生物合成的前驱物质
前驱物质
反复聚合
木素大分子
细胞壁
前驱物质 Precursors 松柏醇、香豆醇、芥子醇
Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49: 8797-8804.
3. 木素的研究意义
理论意义：指导制定工艺条件 • 制浆造纸工业 • 制板工业 实际意义：木素的综合利用
木素降解产物可用作表面活性剂(如沥青乳 化剂、分散剂、水泥外加剂、采油化学剂)
胶粘剂 化工原料(如香草醛、二甲亚砜和酚类等) 木素资源丰富、发展前景广阔，但要注意加
Brauns抽提出占木材总量2-3%的“天然木素
研究历史(4)
50年代后木素分离有了突破，Björkman提出变化 小的磨木木素(MWL)
1975年Chang等提出用纤维素酶和半纤维素酶处理， 再用96%和50%的二氧六环/水提取的纤维素酶木素， 这是两种最好木素分离方法
紫外和红外光谱也应用于木素结构研究。此外， 木素模型物合成和木素生物合成也有了发展
研究历史(3)
1926-1932年Freudenberg发表了许多关于木素的 假设，其中重要一点是木素的结构单元象建筑石 一样，经氧化(脱氢)互相缩合形成大分子的
从二十世纪30年代以来出现新的研究方法，如 1939年Hibbert提出Hibbert酮是云杉木素的降解 产物，具有愈创木基丙烷结构
原儿茶酸等 1890年Bamberger发现木素含有甲氧基
研究历史(2)
1897年Klason提出木素与松柏醛和松柏醇有密切 1907年他又认为木素是高分子化合物，十年后提
出木素是由松柏醛和松柏醇通过醇羟基和酚羟基 连续缩合而联接起来的 Klason另一重要功绩是在1908年提出木素的定量 方法硫酸木素法 随后其他科学家又提出盐酸木素法(40%盐酸) 盐酸-磷酸木素法(36%盐酸:80%磷酸=3:1) 铜氨木素法(沸腾的2%硫酸和铜氨溶液)等
CH2OH
CH2OH
OCH3 O
O OCH3
HC O Ara CH CH2OH
Xyl
OH
Sun, et al.,
Ind. Crops Prod. 2002, 15(3): 179-188. Holzforschung 2000, 54: 349-356; 54 (5): 492-496.
Wang, Xu, & Sun Polym. Degrad. Stab. 2009, 94: 1142-1150.
OH
O
H3CO
Ara
HO O
HC CH CH2OH
O
OCH3 CH2OH
H3CO
OCH3
Ara
OH
OH
O
CH
Xyl
HC
CH2 O O CH2OH
OH
H2C CH CH H3CO
OCH3
O HC CH
OH HCOH HC
O CH2 OCH3 O
CH2OH
O OCH3
CO
CH
O CH
CH
HCOH
HC O Ara HC O
Xyl
OO OH
OCH3
O Ara
OCH3
CH2 OH OCH3 O CH2OH
HC O CH OCH3
O Ara O HC CH
HC CH
CO
O Xyl
CH2 OO
OH
O
O OH HC CH2 HC O
OCH3 CH CH CH2OH
OHOCH3ຫໍສະໝຸດ OOH3COOCH3
O
CO O O CH3
HO
HC CH CH2OH
2. 木素化学的发展
2.1 木素化学研究历史
木素是自然界仅次于纤维素的生物多聚体，和半纤 维素一起充填细胞壁起加固粘结作用
1838年法国Payen将木材与硝酸和氢氧化钠交替处 理，获得的絮状物命名为纤维素，并将除去的物质 称为结壳物质。
1865年Schulz把包埋住纤维素的结壳物质称为木素 1866年尔德曼提出从木素中得到芳香族化合物，如
强木素结构特性与应用之间关系的研究
第一节 木素的存在及木素的生物合成
一、木素的存在
针叶木：含量25-35%， 愈疮木基丙烷G 阔叶木：含量20-25%， 愈疮木基丙烷 G、紫丁香基丙烷S 禾本科：含量15-25%， 愈疮木基丙烷 G、紫丁香基丙烷S、
对羟苯基丙烷 H
木素的分布：复合胞间层浓度最高，而次生壁含量最多
• 观点二：木素最初的堆积发生在细胞角隅的初生壁， 然后沿切向和径向扩展到复合胞间层，再到细胞角 隅的CML，最后是细胞壁各层的木化
（二）木素结构单元的生物合成
CO2
2.2 木素化学研究成果
随着现代仪器的飞跃发展，色谱、质谱、核 磁共振、电子自旋共振等相继应用于木素结 构研究
提出了一些针叶材、阔叶材及麦草等新的木 素结构模式。
木素结构—针叶材木素结构模型
针叶木木质素化学结构模型（片段）
木素结构—山毛榉木素结构木模型
木素-碳水化合物复合体 (wheat straw)