纤维素(一) - 纤维素(一)
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。
纤维素的结构
纤维素的结构引言纤维素（cellulose）是一种天然聚合物，它是植物细胞壁的主要成分，也是地球上最常见的有机化合物之一。
纤维素的结构不仅具有重要的生物学功能，而且在工业上有着广泛的应用价值。
本文将深入探讨纤维素的结构特点，包括化学组成、分子结构、晶体结构等方面的内容。
化学组成纤维素的化学式为（C6H10O5）n，其中n代表纤维素分子中重复单元的数量，可以是很大的一个数。
纤维素由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成，因此纤维素可以看作是由许多葡萄糖分子组成的长链聚合物。
分子结构纤维素分子的结构比较复杂，由于葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接，使得纤维素分子呈现出直链的结构。
纤维素分子中的葡萄糖单元可以同时在链的不同位置上水解，因此纤维素分子具有较高的反应性。
纤维素分子的分子量较大，通常在几万到几十万之间。
纤维素的分子量与纤维素的来源有关，不同的植物纤维素具有不同的分子量分布。
晶体结构纤维素的晶体结构是纤维素研究的重要内容之一。
纤维素在自然界中以纤维素微纤维的形式存在，这些微纤维进一步结合形成纤维素纤锥，最终形成纤维素晶体。
纤维素晶体的晶格结构较为复杂，包含有多种晶体面。
其中最具有代表性的是纤维素I和纤维素II晶体。
纤维素I晶体是最常见的纤维素晶体形态，其晶体结构由两层纤维素链平行排列而成。
纤维素II晶体是较不常见的一种形态，其晶体结构由三层纤维素链交叉排列而成。
纤维素晶体具有很高的结晶度和强度，这使得纤维素在工业上具有广泛的应用。
纤维素的晶体结构还影响了纤维素的物理化学性质，如吸水性、热稳定性等。
分子间作用力纤维素分子之间通过多种分子间作用力相互吸引和排斥。
这些分子间作用力包括静电相互作用、范德华力、氢键等。
静电相互作用是纤维素分子间作用力的一种主要形式，纤维素分子中含有大量的羟基，这些羟基带有部分电荷，从而形成静电相互作用。
范德华力是一种瞬时极化引起的作用力，也是纤维素分子间相互吸引的重要力量。
纤维素基础知识
纤维聚丙烯晴纤维纤维（Fiber ）：一般是指细而长的材料。
纤维具有弹性模量大，塑性形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。
一、天然纤维天然纤维是自然界存在的，可以直接取得纤维，根据其来源分成植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类。
(一)植物纤维植物纤维是由植物的种籽、果实、茎、叶等处得到的纤维，是天然纤维素纤维。
从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等；从植物叶上得到的纤维如剑麻、蕉麻等。
植物纤维的主要化学成分是纤维素，故也称纤维素纤维。
植物纤维包括：种子纤维、韧皮纤维、叶纤维、果实纤维。
种子纤维：是指一些植物种子表皮细胞生长成的单细胞纤维。
如棉、木棉。
韧皮纤维：是从一些植物韧皮部取得的单纤维或工艺纤维。
如：亚麻、苎麻、黄麻、竹纤维。
叶纤维：是从一些植物的叶子或叶鞘取得的工艺纤维。
如：剑麻、蕉麻。
果实纤维：是从一些植物的果实取得的纤维。
如：椰子纤维。
(二)动物纤维动物纤维是由动物的毛或昆虫的腺分泌物中得到的纤维。
从动物毛发得到的纤维有羊毛、兔毛、骆驼毛、山羊毛、牦牛绒等；从动物腺分泌物得到的纤维有蚕丝等。
动物纤维的主要化学成分是蛋白质，故也称蛋白质纤维。
动物纤维 (天然蛋白质纤维) 包括：毛发纤维和腺体纤维。
毛发纤维: 动物毛囊生长具有多细胞结构由角蛋白组成的纤维。
如：绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛、马海毛。
丝纤维: 由一些昆虫丝腺所分泌的，特别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的纤维，此外还有由一些软体动物的分泌物形成的纤维。
如：蚕丝。
(三)矿物纤维矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，其主要来源为各类石棉，如温石棉，青石棉等。
二、化学纤维化学纤维是经过化学处理加工而制成的纤维。
可分为人造纤维和合成纤维两类。
(一)人造纤维人造纤维是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料，经过化学加工后制成的纺织纤维。
纤维素的化学成分
纤维素的化学成分
纤维素是一种被广泛应用于建筑材料、服装材料、电子材料、植物纤维、牙刷等生产
中的高分子化合物。
最常见的纤维素可以分析出若干组成成分，它们主要由碳、氢、氧、
氮等元素构成。
一般来说，纤维素的主要客体成分有六种，即碳、氢、氧、氮、硅等元素。
1、碳：纤维素中碳的含量为50%~70%，其水解产物为各种醇、醛、酮类等碳水化合物。
2、氢：纤维素中氢的含量大约为6%~9%，主要结构单元为-CH2-和-OCH2-。
3、氧：纤维素中氧的含量为35%~50%，能进一步水解形成糖类化合物和羟基芳基酮。
5、硅：纤维素中硅的含量介于0.1%~0.3%，硅的水解需要更高的条件，产物为硅酸盐。
纤维素的水解反应可以分为两类：一类是酸解，通过添加盐酸或硫酸使其水解，产物
主要为羰基化合物；另一类是碱解，在强碱溶液中水解，产物主要为糖类物质。
从上述分析来看，纤维素主要由碳、氢、氧、氮、磷、硅组成，它们一般以-CH2-、-NH-、-NH2-和羟基芳基酮等组成单元，经水解产生各种醇、醛、酮类物质、糖类物质和磷
酸盐等有机酸。
高一化学纤维素知识点
高一化学纤维素知识点高一化学：纤维素知识点纤维素是一种非常常见的有机化合物，它在生物体内起着重要的结构和功能作用。
作为一名高一化学学生，了解纤维素的相关知识点对我们深入学习化学和理解生命科学都非常重要。
在本文中，我们将探讨有关纤维素的一些基本概念和特性。
一、纤维素的组成和结构纤维素是由多个葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成的一种聚合物。
每个葡萄糖分子的C1-OH与下一个葡萄糖分子的C4-OH 之间形成糖苷键。
这种特殊的连接方式使得纤维素的结构非常稳定，不容易被水解。
由于这种特殊结构，纤维素通常不溶于水，且具有良好的机械强度。
二、纤维素在生物体内的作用纤维素在生物体内的最主要作用是提供结构支持和骨架。
它存在于植物细胞壁中，使得细胞壁具有一定的刚性和稳定性。
纤维素还可以作为植物的纤维组织的主要构成成分，例如木质部和纤维束。
此外，纤维素还具有促进食物的消化和预防便秘的作用，它可以增加粪便的体积，并促进肠道蠕动。
三、纤维素的应用领域纤维素的稳定性和绝缘性使得它在工业和生活中有广泛的应用。
最常见的应用是制造纸张和纸板。
纤维素本身可以提供纤维间的结构支撑，使纸张具有一定的强度和稳定性。
此外，纤维素还被用作水溶胶、能量储存材料和生物质燃料等方面的原料。
四、纤维素的化学性质和反应纤维素是一种多糖，因此它具有一些典型的多糖性质。
例如，纤维素可以被酶类水解为葡萄糖或其他单糖。
在高温和酸性条件下，纤维素还可以发生裂解反应，生成一些有机化合物。
五、纤维素的生物转化和利用纤维素的生物转化和利用是一个研究热点领域。
由于纤维素的结构稳定性和难溶性，如何高效地将纤维素转化为有用的化学品和燃料具有很大的挑战性。
目前，一些微生物和酶催化反应的研究已经取得了一定的进展，使得纤维素的转化变得更为可行。
六、纤维素的环境影响和可持续利用纤维素的大量应用也带来了一些环境问题。
例如，废弃纸张的处理和回收、纤维素的生产和利用过程中产生的废水和废气等。
纤维素分类及用途
纤维素分类及用途一、纤维素的定义和特点纤维素（Cellulose）是一种天然高分子有机化合物，由若干个葡萄糖分子通过β-1，4-糖苷键连接而成，呈线性结构。
其特点包括：1.高强度：纤维素是天然的纤维支撑体，具有很高的拉伸强度和抗压能力。
2.可降解：纤维素在自然环境中可被细菌和真菌降解，不会对环境造成污染。
3.表面亲水性：纤维素具有良好的润湿性和吸湿性，有助于水分传导和调节。
二、纤维素的分类根据来源和结构的不同，纤维素可以分为多种类型。
下面将介绍四种常见的纤维素分类及其特点。
1. 棉纤维素棉纤维素是从棉花中提取的纤维素，是最常见的纺织原料之一。
其特点如下：•韧性强：棉纤维素纤维强度高，适用于制作耐磨损的纺织品。
•吸湿性好：棉纤维素具有良好的吸湿性，穿着舒适，适合夏季服装。
•透气性佳：棉纤维素具有良好的透气性，有利于排汗和保持皮肤干爽。
2. 木质纤维素木质纤维素是从木材中提取的纤维素，广泛应用于纸浆、纸张和木质板材等领域。
其特点如下：•纤维细长：木质纤维素纤维细长，纸张质地坚韧，适合书写和印刷。
•耐酸碱性好：木质纤维素具有一定的耐酸碱性，不易受化学腐蚀。
•隔热性能优秀：木质纤维素是一种优良的隔热材料，广泛应用于建筑领域。
3. 大麦纤维素大麦纤维素是从大麦植物中提取的纤维素，具有一定的应用潜力。
其特点如下：•纤维粗糙：大麦纤维素纤维表面粗糙，不易滑动，适合制作防滑材料。
•耐磨性强：大麦纤维素具有较高的耐磨性，适用于制作耐磨材料。
•可食用：大麦纤维素可作为食品添加剂，具有增加食品纤维含量的功效。
4. 水晶纤维素水晶纤维素是从海藻等水生植物中提取的纤维素，是一种新型环保纤维素材料。
其特点如下：•透明度高：水晶纤维素具有极高的透明度，适用于制作光学材料和皮肤组织模拟器。
•生物相容性好：水晶纤维素对人体无毒无害，可作为医疗材料使用。
•可降解性优秀：水晶纤维素能够被自然环境中的细菌降解，对环境友好。
三、纤维素的用途纤维素在各个领域得到广泛应用，下面列举了几个常见的用途。
什么是纤维素纤维素的作用
什么是纤维素纤维素的作用纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。
不溶于水及一般有机溶剂。
那么你对纤维素了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是纤维素的内容，希望大家喜欢!纤维素的简介纤维素是植物细胞壁的主要成分。
纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。
棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。
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。
纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大。
而植物在成熟和后熟时质地的变化则有果胶物质发生变化引起的。
人体消化道内不存在纤维素酶，纤维素是一种重要的膳食纤维。
自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。
纤维素的性质1、溶解性常温下，纤维素既不溶于水，又不溶于一般的有机溶剂，如酒精、乙醚、丙酮、苯等。
它也不溶于稀碱溶液中。
因此，在常温下，它是比较稳定的，这是因为纤维素分子之间存在氢键。
纤维素不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂，能溶于铜氨Cu(NH3)4(OH)2溶液和铜乙二胺[NH2CH2CH2NH2]Cu(OH)2溶液等。
2、纤维素水解在一定条件下，纤维素与水发生反应。
反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖。
3、纤维素氧化纤维素与氧化剂发生化学反应，生成一系列与原来纤维素结构不同的物质，这样的反应过程，称为纤维素氧化。
(引自郭莉珠档案保护技术)纤维素大分子的基环是D-葡萄糖以β-1，4糖苷键组成的大分子多糖，其化学组成含碳44.44%、氢6.17%、氧49.39%。
由于来源的不同，纤维素分子中葡萄糖残基的数目，即聚合度(DP)在很宽的范围。
是维管束植物、地衣植物以及一部分藻类细胞壁的主要成分。
醋酸菌(Acetobaeter)的荚膜，以及尾索类动物的被囊中也发现有纤维素的存在，棉花是高纯度(98%)的纤维素。
生物质结构化学——第三章 纤维素(1)
(3) 结晶度和可及度的关系：
A = a + ( 100 – a )
A—可及度
—结晶区表面的纤维素分子数
a—结晶度
(4) 测定方法
物理法
结晶度：X-射线衍射法、红外光谱法、密度法
可及度：水解法、重水交换法、甲酰化法
化学法
4、纤维素的细纤维结构
纤维素织态结构模型
结晶区
非结晶区：无定形区
纤维素大分子是一种结晶区和无 定形区交错结合的体系，从结晶区到 无定形区是逐步过渡的，无明显界限， 一个纤维素分子链可以经过若干结晶 区和无定形区。每一个结晶区称之为 微晶体，也称之为胶束或微胞。
OH
OH
HO HO
α -型
O
OH OH
HO HO
在直立键上
β -型
O
OH OH
在平伏键上
为什么在溶液中达到平衡时，β型占64%，而α型仅占36%?为什么β 型在酸中水解速度比α型小的多??
（8）纤维素二糖是支配纤维素分子构象的基本单 元，它的长度约为100nm，即单位为100nm的小分 子重复聚合而成为大分子。
4.1 纤维素织态结构模型
结晶区
1条分子穿过 若干结晶区 和非结晶区
无定形区
（1）结晶区的特点 ：
纤维素分子链取向良好，密度较大，结晶区纤维素的 密度为1.588g/cm3,分子间的结合力强，故结晶区对强度的 贡献大。
（2）非结晶区的特点：
纤维素分子链取向较差，分子排列秩序性差，分子间
距离较大，密度小，无定形区纤维素密度为1.50g／cm3。且
分子间氢键结合数量少，故无定形区对强度的贡献小。
四、纤维素大分子间的氢键及其影响
1.氢键的形成及其性质
纤维素简介
纤维素分子单元构象
纤维素分子单元构象
纤维素分子单元构象
I型纤维素简介
• 植物细胞壁中的纤维素原纤结构其骨架，
原纤埋在半纤维素、果胶和某些蛋白质 构成的基质中，成熟了的细胞壁再与固 结物质——木质素相结合
• 纤维素分为I ,II, III, IV, V五类 • 纤维素I是天然存在的纤维素形式，包
酐以二次螺旋轴维系在一起,重复距离 为1．03×10－9 m
• 在分子链的一端，C1上有一个自由的
半缩醛羟基，在另一端，C4原于上有 一个自由的仲羟基，
纤维素分子单元构象
纤维素分子单元Βιβλιοθήκη 象纤维素分子单元构象• 连接在C5上的伯醇基(-CH2OH)可
以绕C5-C6键旋转，通常接近于三 种基本的构象：gt，gg和tg
纤维素原纤模型
• 缨状原纤结构理论: :一个高分子的
长链可以通过几个结晶区和非品区， 结晶区和非品区之间的过渡是逐渐 的,形成所谓缨状胶束并且,结晶区 和高分子长度之间没有直接关系
纤维素原纤模型
纤维素纤维构成模型
微观
原纤
微原纤
大原纤
纤维素纤维
宏观
纤维素纤维构成模型
微原纤
原纤
The End
内容
• 纤维素化学组成 • 纤维素分子结构 • 纤维素分子单元构象 • I型纤维素简介 • 纤维素原纤模型 • 纤维素纤维构成模型
纤维素化学组成
• 纤维素是天然高分子化合物．经过长期
的研究，确定其化学结构是由很多D— 吡喃葡萄糖酐C5彼此以β(1—4)苷键连 结而成的线形巨分子，其化学式为 C6H10O5，化学结构的实验分子式为 (C6H10O5)。(n为聚合度)，由合碳 44.4％，氢6．17％，氧49.39％三种 元素组成．
纤维素介绍
纤维素醚类的性质：
1）无毒、无味，具有生理惰性； 2）溶液的增稠作用；3）悬浮或胶乳的稳定性； 4）保水性； 5）耦合作用； 6）保护胶体作用； 7）成膜性； 8）粘合性。 此外，部分纤维素醚还具有一些特殊作用，如热致凝胶作用、表面活性作用、泡沫稳定 性、触变性、离子活性和添加凝胶作用等。
纤维素醚已广泛应用于合成洗涤剂、石油、采矿、纺织、造纸、聚合反应、食品、医药、 化妆品、涂料及建材各个方面，有“工业味精”之称。
（2）碱催化烷氧基作用：
NaOH 羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丁基纤维素按此机理制备。 Cell OCH2 Cell OH + H2C CH R O
CH R OH
（3）碱催化加成反应－Michael加成反应。一个活化的乙烯基化合物与纤维素羟基发生 加成反应：
最典型的反应为丙烯腈与碱纤维素反应生成氰乙基纤维素：
（1）
H Cell OH + H Cell O H
H Cell （2） O H +X X Cell O H H X Cell + H2O
H
OH
H OH Cell O C = O R Cell O C = O + H 2O R
Cell O + C=O R
（ 3）
H Cell O + OH C OH R H OH Cell O C OH R Cell O C O + H2O + H R
再生纤维素纤维具有独特的光泽、良好的悬垂感、 天然透气性、抗静电性。
生产方法： 粘胶法（服装用） 铜氨法（中空纤维，用作人工肾）
新溶剂法（NMMO）（高强度纤维）
2002年全球纤维素纤维生产能力
商用再生纤维素纤维的物理性能及结构
纤维素(带图)
"纤维素"
纤维素是一种高分子多糖，不溶于水，是植物细胞壁的主要成分。
纤维素不会被人体吸收，但是它可以吸附大量水分，可以促进人体的胃肠蠕动，增加排便，促进大便的排泄，使人体的有害物质，包括致癌物质可以很快的排出体外，在人体停留的时间明显缩短。
同时，还可以减少有毒物体对人体的刺激。
纤维素主要存在于蔬菜、水果、豆类和谷物中，谷物如大米、小麦和玉米等，豆类如大豆、红豆和绿豆等。
蔬菜如土豆、山药、红薯、芹菜和西红柿等，大多数水果都含有纤维素，如苹果、葡萄柚、猕猴桃和无花果等，多吃含有纤维素的食物可以促进胃肠蠕动，帮助消化。
纤维还可以用来治疗糖尿病，预防冠心病、降血压，甚至可以帮助减肥，治疗习惯性便秘，对于防癌、抗癌也有一定的效果。
在日常生活中只要通过合理的进食蔬菜，就能达到应用纤维素治疗身体不适的目的。
纤维素。
纤维素概况简介
1.1纤维素的分类
植物纤维素
碱液
平 面 静
态 培 养
连
续 动 态
培养
纤维素，半纤维素，木质素
细菌纤维素（bacterial cellulos酸性亚硫酸盐法，过醋酸法
缺点：聚合度低，低 结晶度，
合成路线 人工合成纤维素
酶催化 葡萄糖衍生物的开环聚合
1.2纤维素的结构
纤维素分子式：C6H10O5，无色，无味，无臭，不溶于水和一般有机 溶 剂，纤维素的自然水解产物是纤维二糖，最终水解产物是葡萄糖。说明纤维 素的重复单元是纤维二糖，且纤维素中的葡萄糖是通过β-（1,4）苷。
2.5NaOH/尿素体系
• 纤维素在室温下不能完全溶解在NaOH/尿素水溶液中，但是将NaOH/尿 素水溶液预冷至-12~-10 ℃却可以快速溶解纤维素。 NaOH/尿素水溶液在低 温下形成了高度稳定的氢键网络结构，创建了新的复合物，通常在NaOH水 溶液中，OH-和Na+离子分别以你［OH(H2O) n］-和［ Na(H2O) m ］+形式存 在。在室温时，水和缔合物之间的快速交换使［OH(H2O) n］-和［ Na(H2O) m ］+难以形成和保持新络合物结构，而在低温条件下，慢的交换使缔合离 子则容易保持它们的结构。因此，在-12 ℃时［OH(H2O) n］-更容于与纤维 素链结合形成新的氢键缔合物，导致纤维素分子内和分子间氢键破坏，使纤 维素溶解。
N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂（DMAc/LiCl）多 组成溶剂可以很好地溶解纤维素，而且在溶解 过程中纤维素没有明显的降解现象。一般认为， Li+与DMAc的羰基形成偶极-离子络合物，该络合 物阳离子与纤维素羰基中的的氧原子作用，而 Cl-与纤维素的羟基中的H原子形成氢键，从而破 坏了纤维素分子内和分子间的氢键。
纤维素纤维
酸性氧化纤维素：含羧基的氧化纤维素，铜值碘值低，羧基含 量高，易吸收碱性染色。
2.2.1 纤维素的基础知识
5 纤维素的酯化反应 生成纤维素酯的反应有以下几种：
硝化反应：纤维素与浓硝酸和浓硫酸作用后，生成纤维素 硝酸酯。
乙酰化反应：醋酸及其衍生物与纤维素作用生成醋酯纤维 素，工业上常用醋酸酐和醋酸混合物，在少量浓硫酸的催 化作用下，制得纤维素三醋酸酯。
2.2.1 纤维素的基础知识
纤维素是当今世界上最丰富的可再生高聚物。 据估计，通过光合作用每年合成的纤维素 达到1011～1012吨。
一、D-葡萄糖的化学结构 1 D-葡萄糖的开链式结构 2 D-葡萄糖的环状半缩醛式结构 3 氧环式和开链式的互变异构 4 D-葡萄糖的构象—椅式构象 5 葡萄糖的还原性(菲林试剂和多伦试剂)
2.2.1 纤维素的基础知识
二、纤维素的结构
纤维素是一种由大量葡萄糖残基（anhydroglucose unit）彼此按照
一定的联接原则，即通过第一个、第四个碳原子用β键联接起来的
不溶于水的直链状大分子化合物。其分子通式为 聚合度，500~11000。
(C6H10O5)n，
n为
1 糖甙键的形成
葡萄糖分子中的甙羟基比醇羟基活泼，易与其他羟基化合物作用失 水成缩醛——糖甙，糖甙对碱稳定，对酸较敏感。
碱液作用：碱液煮练可以除去大部分木质素，大致分三个过程：吸附， 碱木质素生成，水解。
H3C-O
CH3 H C C OH
O
CH3 H C C OH
H3C-O
NaOH
H3C-O
CH3 H C C OH
OH NaO
CH3 H C C OH
H3C-O
高一化学纤维素知识点总结
高一化学纤维素知识点总结高一化学：纤维素知识点总结化学作为一门重要的科学学科，贯穿了我们日常生活的各个方面。
在高中化学学习中，我们需要了解并掌握许多基础的知识点。
本文将为您总结高一化学中的一个重要知识点——纤维素，并探讨其相关特性和应用。
一、纤维素的定义和组成纤维素是一种复杂的有机化合物，主要存在于植物细胞壁中，是植物体内最丰富的碳水化合物之一。
纤维素的主要组成部分是由β-葡萄糖分子通过β-（1→4）糖苷键连接而成的多糖。
二、纤维素的性质1. 物理性质纤维素是一种无色或白色的粉末状物质，无臭，无味。
它不溶于水和大部分有机溶剂。
然而，在浓硫酸等强酸条件下，纤维素可以部分溶解。
2. 化学性质纤维素能与浓硫酸发生酯化反应，形成纤维素硝酸酯，广泛用于制备硝化纤维素等材料。
此外，纤维素经过醇解反应也可以生成纤维素醚，应用在造纸、纺织、染料工业等领域。
三、纤维素在生活中的应用1. 纺织行业纤维素作为天然纤维的主要成分，被广泛用于纺织行业，制作各种面料、纱线和纤维制品。
例如，棉花和麻织物都是以纤维素为主要组成部分的。
2. 食品工业纤维素对人体的消化系统有益，因此经常被加入食品中作为膳食纤维补充剂。
蔬菜、水果和全谷物食品中含有丰富的天然纤维素。
3. 能源领域纤维素也是生物质能源的重要原料。
通过纤维素的生物转化和化学转化，可以提取出生物柴油、生物乙醇等燃料，用于替代传统的能源资源。
四、纤维素的环境意义纤维素是植物自然界中广泛存在的有机物质，对于土壤结构的维持和水分的保持具有重要作用。
纤维素的降解过程也是生态系统中有机物循环的重要环节。
五、纤维素的挑战与发展纤维素的利用和加工一直是科学家们关注的热点之一。
目前，纤维素的高效提取技术和转化技术仍然具有挑战性。
科学家们在寻找新的纤维素利用途径，如纤维素纳米材料和生物降解塑料等方面进行了众多研究。
综上所述，纤维素是一种重要的有机化合物，具有丰富的应用价值。
了解纤维素的性质和应用，有助于我们更好地理解植物体内的生物化学过程和实际应用中的科学原理。
纤维素知识1
纤维素知识1 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN互穿聚合物网络(IPN）天然纤维素包括细菌纤维素、海藻和高等植物(如棉花、苎麻、木材等)均属于纤维素I型。
纤维素I分子链在晶胞内是平行堆砌的，纤维素II是纤维素I经由溶液中再生(regeneration)或经丝光处理(mercerization)得到的结晶变体，是工业上使用最多的纤维素形式。
纤维素II与纤维素I有很大的不同，它是由两条分子链组成的单斜晶胞，属于反平行链的堆砌。
纤维素是一种β-(1-4)-D-糖苷键连接的线型高聚物，由X 射线衍射发现存在四种结晶形态，即纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，不同晶型纤维素的C1，C4 和C6 的化学位移具有明显的差别，这种差别可能是因为不同晶型纤维素的链构象转变或晶体堆砌对吡喃葡萄糖单元C4 和C6 的影响差异造成的.基于在非晶区的链段运动显示窄谱线，而晶区的刚性链以及分布在非晶区的刚性链产生宽谱线，因此可以利用宽、窄谱线的峰面积（S和S）求取结晶度χ纤维素I和纤维素II在C6上的差别就是因为吡喃葡萄糖单元C6位羟基的构象不同，纤维素I为t - g构象，纤维素II和无定型纤维素则为g - t构象。
天然纤维素I也存在两种不同的晶体结构，即纤维素Iα和Iβ。
C NMR谱指出它们之间最大的差别在C1的化学位移上，Iα为单峰，Iβ为双峰高分子链构象参数：无扰尺寸(A)：A 值愈小，高分子链愈柔顺。
A 值只取决于高分子的近程结构，与高聚物的分子量无关。
空间位阻参数(σ)：空间位阻参数是指由于高分子链的内旋转受阻而导致分子尺寸增大程度的量度，其值愈小，高分子链愈柔顺Flory 极限特征比(C∞)：Flory 极限特征比是指高分子链由于键角限制和空间位阻造成分子链伸展的程度，。
一般来说，C∞愈小，链愈柔顺。
合成的柔顺性高聚物的C值在5~7 范围内，而天然高分子多数高于此范围。
持续长度(q)：持续长度q 广义为高分子链在第一个键方向上的投影，它表征分子链的支撑能力。
纤维素知识 1
互穿聚合物网络(IPN）天然纤维素包括细菌纤维素、海藻和高等植物(如棉花、苎麻、木材等)均属于纤维素I型。
纤维素I分子链在晶胞内是平行堆砌的，纤维素II是纤维素I经由溶液中再生(regeneration)或经丝光处理(mercerization)得到的结晶变体，是工业上使用最多的纤维素形式。
纤维素II 与纤维素I有很大的不同，它是由两条分子链组成的单斜晶胞，属于反平行链的堆砌。
纤维素是一种β-(1-4)-D-糖苷键连接的线型高聚物，由X 射线衍射发现存在四种结晶形态，即纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，不同晶型纤维素的C1，C4 和C6 的化学位移具有明显的差别，这种差别可能是因为不同晶型纤维素的链构象转变或晶体堆砌对吡喃葡萄糖单元C4 和C6 的影响差异造成的.基于在非晶区的链段运动显示窄谱线，而晶区的刚性链以及分布在非晶区的刚性链产生宽谱线，因此可以利用宽、窄谱线的峰面积（S b 和S n）求取结晶度χ c纤维素I和纤维素II在C6上的差别就是因为吡喃葡萄糖单元C6位羟基的构象不同，纤维素I为t - g构象，纤维素II和无定型纤维素则为g - t构象。
天然纤维素I也存在两种不同的晶体结构，即纤维素Iα和Iβ。
13C NMR谱指出它们之间最大的差别在C1的化学位移上，Iα 为单峰，Iβ 为双峰。
高分子链构象参数：无扰尺寸(A)：A 值愈小，高分子链愈柔顺。
A 值只取决于高分子的近程结构，与高聚物的分子量无关。
空间位阻参数(σ)：空间位阻参数是指由于高分子链的内旋转受阻而导致分子尺寸增大程度的量度，其值愈小，高分子链愈柔顺Flory 极限特征比(C∞ )：Flory 极限特征比是指高分子链由于键角限制和空间位阻造成分子链伸展的程度，。
一般来说，C∞ 愈小，链愈柔顺。
合成的柔顺性高聚物的C 值在5~7 范围内，而天然高分子多数高于此范围。
持续长度(q)：持续长度q 广义为高分子链在第一个键方向上的投影，它表征分子链的支撑能力。
纤维素
纤维素学号：97 姓名：邱艺娟摘要：纤维素（cellulose）是天然高分子化合物，由多个β-D-吡喃葡萄糖基彼此以1，4-β苷键连接而成的线型高分子，其化学式为C6H10O5，化学结构的实验分子式为（C6H10O5）n （n为聚合度），由质量分数分别为%、%、%的碳、氢、氧3种元素组成。
纤维素是一多羟基葡萄糖聚合物，经过特定的物理或化学改性后，具有不同的功能特性，可以粉状、片状、膜、纤维以及溶液等不同形式出现，因此用纤维素开发的功能材料极具灵活性及应用的广泛性。
关键字：性质结构；来源；功能化方法；功能材料；应用；展望一、纤维素的性质结构纤维素的化学结构是由D一吡喃葡萄糖环经β-1，4-糖苷键，以C1椅式构象联结而组成的线形高分子直链多糖。
由于纤维素大分子上存在着很多强反应性的-OH，在其分子内部，分子之间以及纤维素与水分子之间均可以形成氢键。
而氢键使纤维素具有结晶性、吸水性、自组装性、化学活性以及形成原纤结构等多种特殊性能。
纤维素的结构可以分为3层：单分子层，纤维素单分子聚合物；超分子层，自组装结晶的纤维素晶体；原纤结构层，纤维素晶体与无定形纤维素分子组成的基元继续白组装而形成更大的纤维结构及各种微孔等。
二、纤维素来源纤维素一般是从是棉花、木材、禾草类，麻类韧皮等植物中得来的。
除了植物以外，细菌和动物也可以产生纤维素。
例如，木醋杆菌能够合成细菌纤维素；核囊纲的一些物种可以合成动物纤维。
现如今，人工合成纤维素的科研方面进展突飞猛进，人工合成纤维素的聚合度可以达到为20-50，并且具有较高纯度，较高结晶度，及不含有木质素等杂质的优点。
三、纤维素功能化方法纤维素是一种直链多糖，分子结构中大量羟基的存在，使其在分子链之间和分子链内部形成了广泛的氢键，这种羟基覆盖结构影响了其反应活性。
因此天然纤维素的吸附(如吸水、吸油、吸重金属等)能力并不很强，而且吸附容量小，选择性低，必须通过改性才能成为性能良好的吸附性材料。
纤维素的结构与性质
纤维素的结构与性质纤维素是一种重要的生物大分子，主要由葡萄糖分子构成，是植物细胞壁的主要成分之一。
它具有极高的化学稳定性和生物降解性，因此在工业和生物学领域得到了广泛的应用。
本文将讨论纤维素的基本结构与性质。
纤维素的结构纤维素是一种多糖，由大量的葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成。
纤维素基本结构由两部分组成：纤维素微丝和纤维素骨架。
纤维素微丝是指由数百个纤维素分子有序排列形成的长链，其直径约为3-5nm。
纤维素骨架则是指由微丝互相交叉形成的一种三维网络结构，其作用是确保细胞壁的刚性和弹性。
纤维素微丝的形成与结构是由纤维素合酶（cellulose synthase）催化完成的。
这是一种特殊的酶，可以将 UDP-葡萄糖转化为葡萄糖聚合体（glucan），并通过特殊的酶切方式，将聚合体转化为纤维素微丝。
纤维素微丝的形成是由一种称为路径限制的机制控制的。
这种机制可以确保细胞壁中的纤维素微丝仅能按照特定的方向（通常为胞壁垂直方向）扩展，从而确保最终细胞壁的机械强度和稳定性。
纤维素的性质纤维素具有很高的化学稳定性和生物降解性，这是由其特殊结构所决定的。
由于β-1,4-糖苷键的特殊结构，纤维素具有非常高的链形聚合度和晶体度。
在水中，纤维素微丝可以形成极稳定的纤维素纳米晶体，这些晶体在大分子量的有机溶剂中也具有非常稳定的热化学性质。
此外，纤维素的生物降解性也非常强。
具有特定酶的微生物可以通过分解β-1,4-糖苷键来降解纤维素，将其转化为更简单的糖类分子，进而用于自身代谢。
这种生物降解性质使得纤维素可以在自然界中得到高效的循环利用。
纤维素在工业应用中也具有重要的作用。
由于其极高的结构稳定性和化学稳定性，纤维素在造纸、纺织、建筑以及食品工业等方面得到了广泛应用。
同时，由于纤维素的生物降解性质，它也可以用于制备环保材料、生物源性能源以及生物医学材料等领域，这些都是纤维素广泛应用所具有的重要意义。
总结纤维素是一种极为重要的生物大分子，具有优异的结构稳定性和化学稳定性，同时也具有高度的生物降解性和循环利用性。
纤维素材料-1
常春雨、周金平等将适量纤维素加入至6% NaOH/4% 尿素溶液中， 在-5 ～-10℃的冷藏箱中放置12h 取出，在室温下解冻即可得到无色透明 的纤维素溶液。向该纤维素溶液中逐滴加入环氧氯丙烷(ECH) ，在25℃ 下搅拌反应1h，然后将混合液置于50℃ 或者-20℃ 恒温环境中凝胶化20h。 然后用去离子水洗去初产品中的NaOH 和尿素后，再真空干燥或者冷冻 干燥后得到性能较好的吸水树脂。
接枝共聚
将乙烯基单体接枝共聚到纤维素或纤维素衍生物的骨 架上，可以制备纤维素基水凝胶。一般是通过化学引发剂 引发或辐射作用下完成。
例：Li等[100]以硝酸铈铵为引发剂，将N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸 接枝共聚到羟丙基纤维素骨架上制备一种对温度和pH双重敏感 的水凝胶。该水凝胶对茶碱的缓释分三个阶段，而且其缓释时 间可以持续10h。在前2h释放50%~80%为暴释阶段，此后2h内， 释放20%~30%为缓慢释阶段，最后为释放平衡阶段。
例： Sanninoet 等通 过研究二乙烯基砜 ( DVS) 作为交联剂， CMC 与HEC 为原料 制备了具有网络结构 的高吸水树脂。
3.2 化学法制备凝胶
交联剂交联
纤维素在纤维素溶剂中溶解后，与亲水高分子交联可 以制备水凝胶。制备高分子水凝胶材料的单体主要有丙烯 酸系列、丙烯酰胺系列和醋酸乙烯酯等。
例：Demitri等[96]用柠檬酸作交联剂交联羧甲基纤维素和羟乙 基纤维素制备一种超级水凝胶，可以吸收自重900倍的水份。 Sannino等[92]用二乙烯基砜交联羧甲基纤维素、羟乙基纤 维素和透明质酸制备对pH及离子强度敏感的水凝胶，该产品在 个人护理的吸液材料领域具有潜在的应用价值。
互穿网络技术
两种以上聚合物通过网络互穿缠结而形成的一类独特的 聚合物共混物或聚合物合金. （Semi-IPN和IPN）纤维素 基水凝胶也可以通过互穿网络技术合成。
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5.2 纤维素
(1)纤维素的化学结构
5.2 纤维素
(1)纤维素的化学结构
两种类型的氢键:
➢ 分子内氢键，能赋予单 一分子链一定的刚度；
➢ 分子间氢键，对纤维素 超分子结构的形成有重 要作用。
5.2 纤维素
(1)纤维素的化学结构 羟基→氢键: ➢范德华力 < 氢键 < 共价键
氢键的键能： 20~35千焦/摩尔 范德华力键能：10~20千焦/摩尔 C-O-C主键力： 300~400千焦/摩尔
的距离缩短，形成氢键和范德华力。
5.2 纤维素
(2)纤维素的物理结构—微细结构
➢ 基原纤(elemental fibril):一般由几根至几十根长
链分子，互相平行或螺旋状地按一定距离、相位 稳定地结合在一起的大分子束，直径1～3 nm， 具有一定的柔曲性。
5.2 纤维素
(2)纤维素的物理结构—微细结构
附加知识——纳米纤维素应用
➢被广泛应用于基于纳米纤维素的增强聚合物复合材料、 药物载体、食品、化工产品、生物支架材料、贵重金属 纳米材料合成模板等研究。
5.2 纤维素
(2)纤维素的物理结构—结晶结构
纤维素超分子结构的二相体系理论 纤维素的结晶体聚集态结构 纤维素的结晶度计算 纤维素的可及度
Relative Crystallinity / %
5
10
15
20
25
30
35
40
2 Theta / degree
➢ 原纤(fibril)、微原纤 (microfibril)：由若干
根基原纤平行排列在一 起的较粗的大分子束， 直径为12～30nm。
5.2 纤维素
(2)纤维素的物理结构
➢ 巨 原 纤 (macrofibril): macrofibril 由多个微原纤或原纤堆 砌而成的结构体。横向 尺寸0.1～0.6μm。
(1)纤维素的化学结构
➢ 纤维素链上的主要功能基是羟基（-OH），羟基对纤维 素的超分子结构、化学和物理性质有决定作用。
➢ -OH基之间或-OH基与O-、N-和S-基团能够形成氢键 联结
纤维素大分子链之间氢键形成的条件： ①羟基的存在是先决条件。 ②相邻大分子中的羟基距离在0.3 nm以下，超过0.3 nm 只有范德华力，没有氢键。
A 非取向的无定形高聚物 B 非取向的结晶高聚物 C 取向的无定形高聚物 D 取向的结晶高聚物
5.2 纤维素
(3)纤维素的结晶体聚集态结构
a wood power b holocellulose c purified cellulose d WCNF
ad
60
40 abcd
20
0 Samples
Intensity / a.u.
5.2 纤维素
(2)纤维素的物理结构—结晶结构 纤维素超分子结构两相体系结论: ③无定形区：纤维素大分子链排列不呈定向，无规
律，分子间距离较大，不构成结晶格子。
④结晶区与无定形区之间无严格的界面，是逐渐 过渡的。
5.2 纤维素
(2)纤维素的物理结构—结晶结构
纤维素超分子结构两相体系结论: ⑤纤维素分子链很长，一个分子链可以连续穿过
基，分别位于C2、C3和C6位置上
5.2 纤维素
(1)纤维素的化学结构
结构特点: 纤维二糖基本单元
非还原性端基
脱水葡萄糖单元 还原性端基
➢ 纤维素大分子两端的葡萄糖末端基，其结构和性质不同
➢ 具有还原性的末端基在一定条件下氧环式和开链式结构 能够相互转换，其余每个葡萄糖基均具有较高的稳定性
5.2 纤维素
几个结晶区和无定形区。
5.2 纤维素
(3)纤维素的结晶体聚集态结构
迈耶-密希“单元晶胞 ”
晶胞包含四个葡萄糖基， 它们平行排列于晶格的四 角和中心。中心的两个葡 萄糖基为此晶胞所独有， 而每个角上的两个葡萄糖 基则为四个相邻的晶胞所 共有。
5.2 纤维素
(3)纤维素的结晶体聚集态结构
单晶物质
X射线衍射的方法
5.2 纤维素
(1)纤维素的化学结构
氢键键能虽小，其总和非常大，对木材性质影响很大 ①氢键与木材结构性能:可提高木材强度，减少吸湿
性，降低化学反应等。 ②氢键与纤维加工工艺:氢键结合是湿法纤维板的主
要成板理论之一。 a.打浆过程扩大纤维表面积，游离羟基数目增加； b.板坯热压提高各组分功能基的活性，使功能基之间
位彼此以β-苷键联结而成的链状高分子聚合物。
纤维二糖基本单元
椅式构象
非还原性端基
脱水葡萄糖单元 还原性端基
5.2 纤维素
(1)纤维素的化学结构
结构特点: 纤维二糖基本单元
➢ 纤维素大分子仅由一种糖基组成，D-葡萄糖基 ➢ 纤维素链的重复单元是纤维素二糖基，长度为1.03nm ➢ 除两端的葡萄糖基外，每个葡萄糖基具有三个游离的羟
5.2 纤维素
原子、离子或分子按一定的空间次序排列 而形成的固体
(2)纤维素的物理结构—结晶结构
纤维素超分子结构两相体系结论: ① 结 晶 区 (crystalline region) 与 无 定 形 区
(amorphous region)共存；
②结晶区：大分子链排列方向相同，定向程度好，
分子间的羟基形成氢键，大分子结构越紧密牢固 ，构成一定的结晶格子。大分子的稳定性提高， 吸湿性低，对力学强度贡献高。
教学内容
5.1 木材的化学组成 5.2 纤维素 5.3 半纤维素 5.4 木质素 5.5 木材抽提物
讨论：
纤维素都在哪些领域有所应用？
5.2 纤维素
(1)纤维素的化学结构
n-2 2
(C6H10O5)n
n＝7000~15000
定义：纤维素是由许多吡喃型D-葡萄糖基在1→4位彼此以
β-苷键联结而成的链状高分子聚合物。
microfibril elemental fibril
5.2 纤维素
(2)纤维素的物理结构—微细结构
基原纤→微原纤→巨原纤→细胞壁层
大分子 ↓
基原纤 ↓
微原纤
5.2 纤维素
(2)纤维素的物理结构—微细结构
纤维素纳米纤丝的分离制备
附加知识——纤维素纳米纤维分离
200 nm
附加知识——纳米纤维素
5.2 纤维素
(1)纤维素的化学结构
纤维素的定义：纤维素是由许多吡喃型D-葡萄糖基在1→4
位彼此以β-苷键联结而成的链状高分子聚合物。
仲羟基
苷羟基 伯羟基 五羟基己醛（D-葡萄糖）→六元环状的半缩醛素的化学结构
纤维素的定义：纤维素是由许多吡喃型D-葡萄糖基在1→4