纤维素的降解反应ppt课件
实验一 纤维素的微生物降解
实验一纤维素的微生物降解一、实验目的1、掌握倒平板的方法和几种常用的分离纯化微生物的基本操作技术；了解不同的微生物菌落在斜面上、半固体培养基和液体培养基中的生长特征；进一步熟练和掌握微生物无菌操作技术；掌握微生物培养方法。
2、了解纤维素分解的基本理论，并掌握有关纤维素好氧和厌氧分解的一些基本实验技术。
二、实验原理1、从混杂的微生物群体中获得只含有某一种或某一株微生物的过程称为微生物的分离与纯化2、常用的分离纯化方法：单细胞挑取法，稀释涂布平板法，稀释混合平板法，平板划线法等。
稀释涂布平板法的步骤：倒平板－制备土壤污水稀释液－涂布－培养－挑菌落；平板划线法的步骤：倒平板－标记培养基名称－划线。
3、测定纤维素分解酶，可观察其对提供的唯一碳源滤纸纤维的分解情况确定。
如果滤纸溃烂，说明有纤维素分解菌的作用。
4、纤维素分解微生物可根据需氧的与否分为两大类：好氧分解微生物和厌氧分解微生物。
三、实验材料1. 培养基A. 赫奇逊液固体培养基（好氧）：KH2PO4 1.0g，MgSO4٠7H2O 0.3g，FeCl3 0.01g，CaCl2 0.1g，NaNO3 2.5g，蒸馏水1000ml，pH值为7.2～7.3，0.1MPa灭菌20min。
B. 厌氧液体培养基：牛肉膏1.5g，蛋白胨2.5g，水1000ml，CaCO3 2.0g；0.1MPa 灭菌20min。
2. 器材A.近3mm粒度菜园土。
B.镊子，无淀粉滤纸，1ml和10ml无菌吸管，无菌水，天平。
3、土样：格物楼西，小树根部约10cm，地表覆盖较多枯叶、枯草，取土深度约15cm。
四、方法步骤1. 土粒法分离纤维素的好氧分解微生物⏹采土方式：在选好适当地点后，用小铲子除去表土，取离地面5～15cm处的土约10g，盛入清洁的牛皮纸袋或塑料袋中，扎好、标记，记录采样时间、地点、环境条件等，以备查考。
⏹将赫奇逊培养基趁热倒入培养皿，冷却后加直径近于培养皿的滤纸一张，用少量培养液润湿。
纤维素水解
CH2OH C HO H H C C C OH H H O
CH2OH C C C C O O H OH
CH2OH C O OH OH H H C C H OH
+H2O
C
CH2OH
CH2OH
CH2OH
烯醇式结构
酮式结构
COOH OH H H C C C CH2OH H OH CH2OH
同碳二元醇
COOH C C C OH H OH
1 纤维素的酸水解
浓酸水解纤维素 的过程如下：
浓酸 纤维素 膨胀和溶 解
浓酸水分较少， 纤维素分解生成 的是寡糖，其中 主要是纤四糖
部分水解 生成低分 子多糖和 少量单糖
加水稀释 加热
进一步水解 生成单糖
单糖进一 步分解
100~200℃ 1~3h
缺点：酸必须回收，而且回用要经济上能过关，回收过程通常是高 成本的，要求防腐蚀的容器，体积也要较大。
2、主水解阶段，将纤维素水解成寡糖和葡萄糖单体的阶段；
3、后水解阶段，它是保证寡糖水解的阶段，而寡糖中主要是纤维四糖
寡糖和葡萄糖之间的比例则决定于所用酸的浓度
1 纤维素的酸水解
1.5 酸水解纤维素性质变化
1、DP降为200左右，成粉末状； 2、吸湿能力改变，先下降后上升； 3、碱溶能力增加， 4、还原性增强； 5、机械强度下降。
1 纤维素的酸水解
小结：酸水解整体成线理解 • 浓酸水解
纤维素 酸复合物 低聚糖 葡萄糖
• 稀酸水解
纤维素 水解纤维素 可溶性多糖 葡萄糖
纤维素多相水解所得残渣为水解
纤维素，所得溶液为低聚糖和单糖 溶液。在高温作用下，降解后的单 糖分解，成为有机酸，使得溶液显 酸性。
药用高分子之纤维素PPT课件
药物制剂加工
药用高分子材料可作为粘合剂、填充 剂、润滑剂等辅料，用于制备各种药 物制剂。
药用高分子材料的发展趋势
新材料与新技术的研发
生物相容性与生物降解性
随着科技的发展，不断有新的药用高分子 材料和制备技术被研发出来，以满足不断 变化的临床需求。
提高药用高分子材料的生物相容性和生物 降解性，使其在体内能够更好地发挥作用 。
分类
根据其来源和性质，药用高分子材料 可分为天然高分子和合成高分子两大 类。
药用高分子材料的应用领域
药物载体
药用高分子材料可作为药物载体，用 于制备缓释、控释、靶向等药物制剂。
药物保护与稳定
药用高分子材料可以保护药物免受环 境因素（如光照、氧气、湿度等）的 影响，提高药物的稳定性。
药物释放控制
药用高分子材料可以控制药物的释放 速度和释放方式，实现药物的定时、 定量释放。
纤维素在胶囊剂中的应用
纤维素是胶囊剂的主要材料之一，具有 良好的成膜性和稳定性，能够有效地保 护药物不受外界环境的影响，同时具有
良好的生物相容性和可降解性。
纤维素胶囊可以分为明胶胶囊和植物胶 纤维素胶囊在药物制剂中主要用于口服、
囊两种类型，其中植物胶囊以天然纤维 外用和植入等给药方式，能够提高药物
个性化与精准医疗
环保与可持续发展
随着个性化医疗和精准医疗的发展，药用 高分子材料在制剂设计中的应用将更加精 细和个性化。
在药用高分子材料的生产和使用过程中， 需要关注环保和可持续发展，采用绿色工 艺和可降解材料，降低对环境的影响。
02
纤维素简介
纤维素的来源与制备
来源
纤维素主要来源于天然植物，如棉花、木材、麻类等。此外，某些微生物也可以产生纤维素。
《高分子纤维素》课件
高分子纤维素在纸张中的应用
提高纸张的强度和耐久性
01
高分子纤维素可以作为增强剂添加到纸张中，提高纸张的抗拉
强度、抗压强度和耐折度，使纸张更耐用。
改善纸张的印刷性能
02
高分子纤维素可以改善纸张的平滑度、吸墨性和油墨附着力，
使纸张更适合印刷。
调节纸张的吸水性
03
高分子纤维素可以调节纸张的吸水性能，使纸张在不同湿度条
醚化改性
通过醚化反应在高分子 纤维素中引入醚基，改 善其柔韧性和亲水性。
接枝共聚改性
在高分子纤维素主链上 接枝共聚其他单体，拓
展其功能性。
交联改性
通过交联剂使高分子纤 维素的分子间产生交联 ，提高其机械性能和稳
定性。
物理改性
01
02
03
04
拉伸改性
通过拉伸高分子纤维素使其结 晶度和取向度提高，增强其力
高分子纤维素的性质
总结词
高分子纤维素的物理和化学性质
详细描述
高分子纤维素具有良好的物理性质，如耐热、耐腐蚀、耐磨损等，同时也具有优 良的化学性质，如可降解性和生物相容性。
高分子纤维素的应用
总结词
高分子纤维素的应用领域
详细描述
高分子纤维素在多个领域都有广泛的应用，如造纸、纺织、生物医学、食品包装等。
《高分子纤维素》ppt课件
目 录
• 高分子纤维素的概述 • 高分子纤维素的合成 • 高分子纤维素的改性 • 高分子纤维素在材料领域的应用 • 高分子纤维素的发展前景与挑战
01
高分子纤维素的概述
高分子纤维素的定义
总结词
高分子纤维素的化学定义
详细描述
高分子纤维素是一种天然高分子化合物，是由许多葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷 键连接而成的线性聚合物。
纤维素基材料的降解性与性能研究
纤维素基材料的降解性与性能研究在当今材料科学领域，纤维素基材料因其独特的性能和可持续性而备受关注。
纤维素作为地球上最丰富的天然高分子之一，具有来源广泛、可再生、可生物降解等诸多优点。
对纤维素基材料的降解性和性能进行深入研究，不仅有助于推动材料科学的发展，还对环境保护和资源可持续利用具有重要意义。
纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4 糖苷键连接而成的线性大分子。
其在植物细胞壁中大量存在，赋予植物强度和韧性。
将纤维素提取并加工成各种材料，如纤维素纤维、薄膜、水凝胶等，可以广泛应用于纺织、包装、生物医药等领域。
纤维素基材料的降解性是其重要特性之一。
降解过程主要受多种因素影响，包括材料的化学结构、结晶度、分子量、环境条件等。
化学结构方面，纤维素分子中的官能团以及与其他物质的结合方式会影响其降解速率。
例如，经过化学改性引入亲水性基团，可能会加速材料在水中的降解。
结晶度对降解性也起着关键作用。
高结晶度的纤维素通常具有更紧密的分子排列，使得酶或化学试剂难以渗透和攻击，从而降低降解速度。
相反，低结晶度的纤维素更容易被分解。
分子量同样会影响降解。
一般来说，分子量较小的纤维素片段更容易被微生物或酶分解，因为它们更容易被吸收和处理。
环境条件对纤维素基材料的降解至关重要。
在不同的温度、湿度、pH 值和微生物存在的情况下，降解速率会有显著差异。
适宜的温度和湿度可以促进微生物的生长和活性，加速降解过程。
而极端的 pH 值条件可能会影响酶的活性和稳定性，进而影响降解效果。
除了降解性，纤维素基材料还具有一系列优异的性能。
在力学性能方面，纤维素纤维具有较高的强度和模量，可与一些合成纤维相媲美。
通过合理的加工和改性，可以制备出具有良好柔韧性和拉伸性能的材料。
热性能也是纤维素基材料的一个重要特点。
由于纤维素分子内和分子间存在氢键作用，使其具有较高的热稳定性。
然而，在高温和有氧条件下，纤维素也容易发生热分解和氧化反应。
在阻隔性能方面，纤维素基薄膜对气体和水分具有一定的阻隔作用，可以用于食品包装等领域。
第三课纤维素化学f反应讲解
10
15
处理时间/min
处理时间对MCC相对保水值的影响(P=700w)
活化后结晶度由 62.42％ 61.36％
5.1.1纤维素的可及度
物理法 4.蒸汽闪爆技术（Steam explosion, SE）
蒸汽爆破主要是利用高 温高压水蒸汽处理纤维 原料，并通过瞬间泄压 过程实现原料的组分分 离和结构变化（氢键破 坏作用）。
5.1.1纤维素的可及度
物理法 3.微波和超声波处理
熊健、梁文芷等（1998）研究了微波和超声波处理后 纤维素超分子结构及反应性能的变化，考察了微波和超 声辐射对纤维素碱化反应和高碘酸高选择性氧化纤维素 反应的影响。结果表明，微波和超声波能加速纤维素的 这两类化学反应，尤其可大大改善高碘酸高选择性氧化 纤维素的反应条件。
5.1.1纤维素的可及度
化学法 2.液氨预处理
液氨处理时，可断开羟基间的氢键。代之以OH⋯N或NH⋯0 氧键，当氨除去后，引起一定的消晶作用，增加微孔数量。 使吸附和保持在自由羟基和微晶表面的水量增加。（苏茂尧 等，1998）
5.1.1纤维素的可及度
物理法 3.微波和超声波处理
王献玲等（2007）采用无污染的超声波技术预处理微晶纤 维素，研究了微晶纤维素在活化前后的超分子结构、形态结
相对保水值/%
构和可及度的变化。
微晶纤维素经超声波活化处理后， 颗粒疏松，保水值增大。
170
168.4
160
157
150
144.6
140
第五节 纤维素的化学反应
目录
5.1 纤维素的化学反应特点 5.2 纤维素的降解反应 5.3 纤维素的酯化反应 5.4 纤维素的醚化反应 5.5 纤维素的化学改性
结晶纤维素的降解
结晶纤维素是一种可以用来制造各种塑料制品的天然高分子物质，它具有优异的力学性能、耐化学性能和耐气候性能。
但是，它也有一个问题：在自然界中很难降解。
因此，人们正
在寻找可以帮助我们将这些物质降解的方法。
目前已有几个方法可以帮助我们将这些物质降解。
其中一个方法是使用微生物来进行生物
降解。
诸如大肠杆菌、平衡球形真菌、厚壁多酚氧化酶枯藻和米氏芽孢杆菝等
微生物都可以帮助我们将这些天然多元化合物分裂成更小的单体（例如乳酸、乳糖和
三代酰胺）。
在处理期间，多酚氧原酶枯藻会通过氢-气体作用将多酚
气体形式的有机废弃物分裂成无害的尿素和CO2.此外，光/光子效应也可由采用UV/Vis光源来促使天然抗原断裂并水溶性单体释放出来.。
分解纤维素的微生物的分离课件-高二下学期生物人教版选修1
①鉴别培养基 的特点? ②如何鉴别?
根据：微生物 对生存环境的 要求，到相应 环境中去找；
目的：增加纤维素 分解菌的浓度，以 确保能够从样品中 分离到所需要的微 生物；
刚果红染色法
挑选 菌落
挑选什 么样的 菌落?
阅读资料二“选择培养基”，回答以下几问题：
在将样品稀释涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基之前，可以通过选择培养 增加纤维素分解菌的浓度，以确保能够从样品中分离到所需要的微生物。
纤维素
C1酶、Cx酶
葡萄糖苷酶 纤维二糖
葡萄糖
如何证明纤维素酶具有分解纤维素的能力？-----------滤纸崩溃法
在2支20mL的试管中，分别放入 1×6cm的滤纸条，再分别加入pH为4.8、 物质的量浓度为0.1mol/L的醋酸-醋酸钠 缓冲液10mL、11mL。在加入10mL缓冲 液的试管中加入1mL纤维素酶 （70~80U/mL）。将二支试管固定在 50mL的锥形瓶中，在摇床上以140r/min 的转速振荡反应1h，观察结果。
〖思考1〗U表实示验1个分酶析活：力P单2位7的，是小指实在验温度是为如25何℃构，其成他对反照的？
应条件，如pH等，均为最适的情况下，在1min内转化
在一支试1m管m中ol添的底加物纤所维需的素酶酶量，。另一支试管不添加纤维素酶；
3.纤维素分解菌的筛选
1、筛选纤维素分解菌的方法_刚___果__红__染__色___法_。该方法可以通 过_颜___色____反应直接筛选。
2、其原理是：刚果红可以与纤维素形成 _红__色__复__合__物___，当纤维素被_纤__维__素__酶__分 解后，红色复合物无法形成，出现以 纤__维__素__分__解__菌___为中心的_透__明__圈___，可以 通过是____否___产___生___透____明___圈_______ 来筛选纤维素 分解菌。
纤维素的降解
纤维素的降解（退化）反应能使纤维素分子发生降解的反应是比较多的，从染整角度来说，这类反应是有害的，将使纤维受到损伤，应力求避免。
（1）酸对纤维素的作用：染整工艺过程中常常会用酸来处理纱线，例如漂白后的酸洗等。
用酸时，必须对浓度、温度和时间等条件严格控制，此后还必须将酸从织物上彻底洗净，否则便会引起纤维损伤，导致强度降低。
酸主要是对纤维素分子中苷键的水解起催化作用，使纤维素聚合度降低。
所以纤维素纤维对酸比较敏感，但是这种敏感性是相对的，在适当条件下，还是有一定稳定性的。
实践证明，在其他条件相同时（例如酸的浓度、处理的时间和温度），强的无机酸如硫酸、盐酸等作用最为剧烈，磷酸较弱，硼酸更弱；有机酸如蚁酸、醋酸等的作用比较缓和。
在使用强无机酸时，若能适当控制条件，不致立即引起纤维的严重损伤，现将有关的影响因素说明如下：a、温度:在20-100摄氏度的范围内，酸的浓度恒定，温度每升高10摄氏度纤维素水解速度可增加2-3倍。
b、浓度：当酸的浓度在3mol/L以下时，纤维素水解速率与酸的浓度几乎成正比。
当酸浓度大于3mol/L时，纤维素水解速度比酸浓度增大的速率快。
c、时间：在其他条件相同的情况下，纤维素水解程度与时间成正比。
适当掌握各种影响因素，便可控制反应发生的程度。
例如棉纤维在浓度为2g/L硫酸溶液中，于80摄氏度处理60min，纤维强度降低25%，若处理温度比较低，时间比较短，则纤维的损伤就要轻得多。
用0.1-1g/L硫酸在缓和条件下处理棉纤维，就不致使纤维强度发生明显下降。
总之，在染整加工中使用强无机酸时，应给以足够重视，特别要避免在带酸的情况下进行干燥，否则将会产生十分严重的后果请拨打1810412996！！。
纤维素类材料及降课件
2.3.3 建筑级纤维素
建筑干混沙浆用甲基纤维素等4种产品标准 1、甲基纤维素 2、羟乙基纤维素 3、羟乙基甲基纤维素 4、羟丙基甲基纤维素
2.4 纤维素材料的优势:
其一, 纤维素大分子链上有许多羟基, 具有较强的 反应性能和相互作用性能, 因此, 这类材料加工工 艺比较简单、成本低、加工过程无污染。 其二, 该材料可以被微生物完全降解, 这与利用淀 粉与聚烯烃共混所制得的生物降解材料不同, 因 为对于后者, 淀粉可以被生物降解, 但聚烯烃却不 能或很难被生物降解。 其三, 纤维素材料本身无毒。因此, 纤维素为基质 材料的潜在使用范围将非常广泛。
2.2.1 木质素纤维的优点
木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机 纤维，外观为棉絮状，呈白色或灰白色。通过筛 选、分裂、高温处理、漂白、化学处理、中和、 筛分成不同长度和粗细度的纤维以适应不同应用 材料的需要．由于处理温度高达250℃以上，在 通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般 的溶剂、酸、碱腐蚀，具有无毒、无味、无污染、 无放射性的优良品质，不影响环境，对人体无害， 属绿色环保产品，这是其它矿物质素纤维所不具 备的。纤维微观结构是带状弯曲的，凹凸不平的， 多孔的，交叉处是扁平的，有良好的韧性、分散 性和化学稳定性，吸水能力强，有非常优秀的增 稠抗裂性能。
4.2 纤维素材料的展望
20世纪是能源、材料与环境保护和人体健 康即环保保健相互联系的世纪 开发生物可降解材料是大势所趋，它是解 决当前“塑料垃圾”问题的有效途径，而 多糖类完全可生物降解材料的开发则具有 更加光明的前景。
谢 谢 ！
2.5.1纤维素的其它应用
药用辅料乙基纤维素等12种产品标 准 007乙基甲基纤维素 0008乙基纤维素 0008-1乙基纤维素水混悬液 0011乙基羟乙基纤维素 0167甲基纤维素 167-1 0508粉状纤维素 0514羟乙基甲基纤维素 0515羟乙基纤维素 0517羟丙基甲基纤维素 0519羟丙基纤维素 0632羧甲基纤维素钠
《纤维素的化学性质》PPT课件
哪些因素影响了多相反应的均匀进行？
① 纤维素本身的超分子结构：结晶区和无定形区反应性差异 ② 纤维素大分子间氢键的作用：多相反应只能发生在纤维素 表面
解决的办法：
对纤维素进行溶胀或活化处理，如在反应介质中加入 一些溶剂，使纤维素溶胀
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6
2、均相反应的主要特点：
纤维素溶解于溶剂中，分子间和分子内氢键均断裂，反 应性能提高，有利于取代基的均匀分布
结晶区：氢键数量多，分子结合紧密，试剂不易进
入，可及度低，反应性差。
无定形区：氢键数量少，分子结合松散，试剂容易
进入，可及度高，反应性好。
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3
③ 纤维素基环上不同羟基的影响：
伯醇羟基空间位阻小，反应能力比仲醇羟基高
可逆反应主要发生在C6-OH，不可逆反应有利于C2OH反应
一般来讲，伯醇羟基的活性大于仲醇羟基。对于酯化反应， 伯醇羟基具有最高的反应性能；对于醚化反应，C2羟基的反 应活性最高。
无机酸酯：硝酸、磷酸、硫酸； 有机酸酯：有机酸、酸酐、酰基氯； 高氯酸和氢卤酸不能直接酯化纤维素。甲酸可获得
高取代度的酯。 酯类代表物有：磺酸酯、醋酸酯、硝酸酯。
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24
八、纤维素的醚化反应
纤维素醇羟基与烷基卤化物或其他醚化剂在碱性条 件下生成相应的纤维素醚。
广泛用于油田、涂料、化工、医药、食品、造纸、 建筑等工业
无定形区比例越大，可及度越高 溶胀剂也影响到可及度
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2
2、纤维素的反应性：
纤维素大分子基环上伯、仲羟基的反应能力。
影响纤维素的反应性能和产品均一性的因素：
① 纤维素形态结构差异的影响：
来源和纯制方法的不同导致纤维素具有不同的形态 结构，因而反应性能也不同。
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H
O O
H OH
CH2OH
H2O H
CH2OH
H OH
O OH HO
H
H
+ OH H
O
OH H H
H
H
O
O
H OH
CH2OH
2
二、碱性水解
• 纤维素的配糖键在一般情况下对碱是比较稳定的，制浆蒸 煮过程中，随温度升高及木素的脱除，纤维素会发生碱性 降解，主要为碱性水解和剥皮反应。
• 与酸性一样，碱性水解使纤维素的配糖键部分断裂，产生 新的还原性末端基，聚合度下降，纸浆强度下降。
H C O ()n
H C OH CH2OH
NaOH
CH2OH
C
HO C
HC
O H
O (G)n
H C OH
CH2OH
4
• 在碱性溶液中，果糖末端基配糖键对C=O而言处于β位， 由于C=O是强吸电子基团，可进行消除反应。其机理可以 用下式表示：
R O C C L+B
H
R O C C L + BH+
纤维素的降解反应
1
一、纤维素的酸水解降解
• 纤维素大分子的苷键对酸的稳定性很低，在适当的氢离子 浓度、温度和时间条件下，发生水解降解，使相邻两葡萄 糖单体间碳原子1C和氧原子所形成的苷键断裂。完全水解 的产物是葡萄糖。分为均相酸水解和多相酸水解两种过程
CH2OH
H OH
H
O
O
H OH H
O
OH H H
CH2OH CO CO HCH
+H2O
CH2OH
CO OH
C OH
HCH
H C OH
H C OH
CH2OH
酮式结构
CH2OH
同碳二元醇
COOH
COOH
OH C CH2OH
CH2OH C OH
HCH
或
HCH
H C OH
H C OH
CH2OH
异变糖酸
CH2OH
异变糖酸
7
反应Ⅱ：终止反应
8
• 具有偏变糖酸末端基的纤维素因无β-烷氧基羰基结构，故 不再进行上述剥皮反应。因此，这个反应称为稳定反应剥 皮反应的速度与稳定反应的速度是不同的，前者较后者大 ，一般在单根纤维素分子链上大约要损失50个葡萄糖单元 ，直至纤维素末端基转化成偏变糖酸基的稳定反应而停止 反应。
• 在碱法蒸煮时总是存在剥皮反应，纤维素水解后产生了新 的还原性末端基，它们都能进行剥皮反应。剥皮反应的结 果是纤维素聚合度降低，纸浆得率下降。因此，在蒸煮的 后期。不能过分延长时间。
9
10
HO
(G)n-1 + H
H
CH2OH CO C C C OH CH2OH
对于纤维素中具有β-烷氧基羰基结构时，在碱性条件下， 迅速消去烷氧基，进行剥皮反应。 而OH-（G）n-1具有新 的还原性末端基，可继续上述反应，逐个脱掉末端基。
6
CH2OH CO HO C HC H C OH CH2OH
烯醇式结构
R O C C L 电子迁移 R O
+
CCL
RO + BH+
ROH + B
式中B是一种碱，L是负电性基团，醚键位于负电性基团的β位。
5
• 上述β-烷氧基消除反应的机理是：
CH2OH
β-烷 氧 基 羰 基 结 构
CO
HO C H
H C O (G)n
NaOH H O
H C OH CH2OH
烷氧基
• 在碱性溶液中，即使条件温和也容易发生剥皮反应。所谓 剥皮反应，就是在碱的影响下，纤维素具有还原性末端基 的葡萄糖基会逐个掉下来，直到产生纤维素末端基转化为 偏变糖酸基的稳定反应为止。
3
醛酮糖互变及β-烷氧基消除反应
• 纤维素葡萄糖末端基在碱作用下转变为果糖末端基
CHO H C OH HO C H