木质素

图5-4 苯丙烷基上的官能团
5.木质素的物理性质
(1)一般物理性质
颜色：原本木质素是一种白色近无色的物质,分离的木素一般是 淡黄色到深褐色,与分离的条件有关。 相对密度：分离的木素为粉状,比重为1.35－1.50。测定时用不 同的液体,得到的数据略有不同： 如用水测定,松木硫酸木质素的相对密度是1.451,苯测定是1.436 云杉二氧六环木质素用水作比重液,在20℃时测定为1.38,用二氧 六环作比重液测定为1.391。 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。
苯丙烷作为木质素的主体结构单元，共有三种基本结构，即 愈疮木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。
C C C
OCH3 OH
愈疮木基丙烷（G）
C C C
H3CO
OCH3 OH
紫丁香基丙烷（S）
C
C
C
木
质
素
结
构
单
元
（
三
种
类
OH
型 ）
对羟苯基丙烷（H）
针叶树木质素以愈疮木基结构单元为主，紫丁香基结构 单元和对羟苯基结构单元极少。 阔叶树木质素以紫丁香基结构单元和愈疮木基结构单元 为主，含有少量的对羟苯基结构单元，草类木质素与阔 叶树木质素的结构单元组成相似。 结构单元之间的连接方式主要是醚键，约占2/3-3/4， 还有碳碳键约占1/4-1/3。
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：
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。
木质素中结构单元的主要键型
（5）木素的主要官能 团为：甲氧基(-OCH3， 存在于苯环上)、羟基(OH，酚羟基和脂肪族羟 基)和羰基(-C=O，主要 存在于侧链上)；
（6）木质素与糖类连 接：糖苷键连接、缩醛 键连接、酯键连接和醚 键连接。
（7）木质素的结构模 型：木素的结构复杂， 通常所说的木素结构是 指木素的基本结构单元 的形式以及它们之间的 联结方式等。
三个树种磨木木质素（MWL）的元素组成
磨木木质 素
云杉
山毛榉
桦木
元素组成
C9H8.82O2.27(OCH 3)0.95
C9H7.10O2.41(OCH 3)1.36
C9H9.05O2.77(OCH 3)1.58
由于甲氧基是木质素结构中特征官能团之一，并且比 较稳定，在表示木质素的元素组成时往往列出。不同产地 和分离过程的差异，出自不同文献，同一种木质素的元素 组成有差异。
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
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。
木质素的元素组成
木质素中含C为60—66%，H含量为5—6%，两者之比为12： 1。恰好与苯（苯类）的碳氢之比相同。木质素的基本结构 单元是苯丙烷，苯环上具有甲氧基。因此，表示元素分析结 果以构成苯丙烷结构单元的碳架C6-C3（即C9）作为基本的单 位来表示。木质素的元素组成随植物品种、产地和分离方法 的不同而不同。
木质素的结构
（ 1 ）木质素为天然高分子化 合物，具有三维空间结构；木 素的超分子结构形式借电子显 微镜观察，为球形小粒，并且 集聚成为球形聚集体。 （ 2 ）为芳香族化合物； （ 3 ）非结晶性； （ 4 ）结构单元为苯丙烷基 (三种)；结构单元之间以醚键 (C-O-C) 和碳－碳键(C-C)连结.
（2）热性质
•
除了酸木质素和铜
氨木质素外，原本木质
素和大多数分离木质素
是一种热塑性高分子物
质，无确定的熔点，具
有玻璃态转化温度（Tg）
或转化点，而且较高。
（3）木质素的分子质量 分离木质素分子质量很低，一般是几千到
几万，只有原本木质素才能达到几十万。 分子量的高低与分离方法有关。
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木质素与木材物理性质
燃烧热 木质素的燃烧热值是比较高的，如无灰份的云杉盐酸 木质素的燃烧热是110kJ/g，硫酸木质素的燃烧热是 109.6kJ/g。
溶解度 木质素是一种聚集体，结构中存在许多极性基团，尤 其是较多的羟基，造成了很强的分子内和分子间的氢键， 因此原本木质素是不溶于任何溶剂的。
分离木质素因发生了缩合或降解，许多物理性质改变了， 溶解性质也随之改变，从而有可溶性木质素和不溶性木质 素之分。酚羟基和醇羟基的存在，使木质素能在浓的强碱 溶液中溶解。碱木质素可溶于稀碱或中性的极性溶剂中， 木质素磺酸盐可溶于水中，形成胶体溶液。
5.2 木质素 lignin
1.木质素的存在：
存在于高等植物中。 主要是在木质化植物的 细胞壁中。
木质素可分为三种:阔 叶树木质素、针叶树木 质素和草类木质素。
在木本植物中,木质素 含量为20％－35％,在 草本植物中为15％-25
图5－1 云杉木质素的结构示意图
木质素
2.木质素的分布
半纤维素
在木材中分布不均，通常采 集部位越高，木质素含量越 低。