纤维素水解文献Depolymerization of cellulose by solid catalysts in ionic liquids

纤维素水解文献Depolymerization of cellulose by solid catalysts in ionic liquids
纤维素水解文献Depolymerization of cellulose by solid catalysts in ionic liquids

Supporting Information ? Wiley-VCH 2008

69451 Weinheim, Germany

Supporting Information

Depolymerization of cellulose by solid catalysts in ionic liquids

Roberto Rinaldi, Regina Palkovits, and Ferdi Schüth*

Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Department of Heterogeneous Catalysis,

Kaiser-Wilhelm-Platz 1, D-45470 Mülheim an der Ruhr, Germany.

Experimental Details

Materials.Microcrystalline cellulose (cotton linters, 20 μm, Aldrich) and α-cellulose (fibers, Aldrich) was dried for 24 h at 363 K prior to cellulose dissolution. 1-Butyl-3-methylimidazolium chloride (Basionic ST 70, ≥ 95 %, BASF) were purchased from Fluka and used as received. The catalytic materials Amberlyst 15DRY (Aldrich), Nafion NR50 (Aldrich) and p-toluenesulfonic acid monohydrate (≥ 98.5 %, Fluka) were used as received. Amberlyst 35 and Amberlyst 70 were stirred twice in methanol (99.9 %, Aldrich) for 15 min, and then dried at 343 K overnight. γ-Al2O3(99 %, Strem), Al2O3-SiO2 (grade 135, Aldrich), ZSM-5 (NH4-form, SM-27 ALSI-Penta, Zeolithe GmbH)and Zeolite Y (after cation-exchange to NH4+, SiO2/Al2O3 = 6.0, Degussa) were activated at 773 K for 5 h. Sulfated ZrO2 was prepared as described by Y. Sun et al. J. Phys. Chem. B109, 2567 (2005). Table S1 shows the textural properties of the catalytic materials tested.

Depolymerization of cellulose.The solution of cellulose in 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIMCl) was prepared by dissolving 5.00 g of microcrystalline cellulose, or other cellulose/wood, (31 mmol, calculated as anhydroglucose, C6H10O5) in 100.00 g of BMIMCl at 373 K using mechanical stirring at 373 K. To the cellulose/BMIMCl solution, 2.00 mL of distilled water (111 mmol) was added under mechanical stirring. The mixture was stirred for 15 min. Subsequently, 1.000 g of Amberlyst 15DRY (equivalent to 4.6 mmol of p-TSA) was added to the mixture containing cellulose. The depolymerization of cellulose was carried out at 373 K for 5 h. The aliquots (5.00 g) were taken at the reaction times indicated. Cellulose from the aliquots was precipitated by addition of water (25.00 mL).

The cellulose was separated from the aqueous solution by centrifugation. The aqueous solutions were collected and stored at 273 K for posterior DNS assay and HPLC analysis. The isolated cellulose was thoroughly washed with water, and recovered by centrifugation. Cellulose samples were dried at 363 K overnight, and reserved for gel permeation chromatographic analysis. The amount of cellulose isolated was determined by weighing.

Catalyst screening. Initially, a solution of cellulose in 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIMCl) was prepared by dissolving 5 g of α-cellulose (31 mmol, calculated as anhydroglucose, C6H10O5) in 100 g of BMIMCl at 373 K using mechanical stirring. After the complete dissolution of α-cellulose, 2 mL of distilled water (111 mmol) was added under mechanical stirring at 373 K. The mixture was stirred for 15 min, and then ca. 10 g of cellulose solution were taken and placed in a round-flask. Into this solution, ca.

0.1000 g of catalyst (Amberlyst 15DRY, Amberlyst 35, Amberlyst 70, Nafion, γ-Al2O3, Al2O3-SiO2, ZSM-5, or Zeolite Y) was added. The mixture was kept at 373 K under magnetic stirring for 1 h. Finally, 25 mL of distilled water was added to the reaction mixture. Cellulose was isolated for GPC analysis.

DNS Assay.The amount of total reducing sugars was determined by reaction with 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) at 373 K [ref. 17]. The color formation was monitored at 550 nm using a StellarNet Inc EPP2000 UV-Vis spectrometer. The amount of TRS was determined using a standard curve obtained with glucose.

HPLC analysis of sugars and dehydration products. The chromatographic separations were carried out using a Nucleogel OA HY (300 ×7.8 mm, 10μm) column, and an aqueous solution of sulfuric acid (5 mmol L-1) as mobile phase. The samples were analyzed in the isocratic mode at a flow rate of 0.5 mL min-1 at 353 K, using a Perkin-Elmer HPLC 200. The sugars (glucose, xylose, arabinose, and cellobiose) were analyzed using a refractive index detector. The dehydration products (levulinic acid, furfural, 5-hydroxy-methylfurfural, furan, and furan-2-carboxylic acid) were analyzed using a diode-array UV-Vis

detector at 254 nm. The identification of the components was done by comparison of retention times with authentic samples. The amounts of products were quantified using external calibration curves. Fig. S1 shows the main products and by products formed in the process of hydrolysis of cellulose. Tables S2 and S3 show the amount of sugars and dehydration products found.

Determination of the apparent degree of polymerization.Dried cellulose samples were derivatized with phenylisocyanate in DMSO, resulting in cellulose tricarbanilates, which are readily soluble in THF [ref. 14]. The analysis of gel permeation chromatography was carried out at 308 K in a Shimadzu HPLC LC10 instrument using a series of LiChrogel columns (300 6.5 mm; PS4000, 400, 40 and 1) and stabilized THF as eluent (1.0 ml min-1). The detection was made utilizing a UV-Vis detector at 236 nm. The system was calibrated with polystyrene standards. The apparent number-average and weight-average degree of polymerization, DP n and DP w, respectively, were calculated dividing the respective average molecular weight values by molar mass of the anhydroglucose tricarbanilate (519 g mol-1). Polydispersity was calculated as the ratio of DP w to DP n.Fig. 2 shows the evolution of the degree of polymerization of cellulose in a control experiment (no catalyst addition).

Table S1. Textural properties of the catalytic materials tested.

Material S A (m2 g-1)d(nm)V (cm3 g-1)

Amberlyst 15DRY36360.30

Amberlyst 35 dried40280.32

Amberlyst 70 dried a< 1--

Nafion a< 1--

γ-Al2O352012.50.78

Sulfated ZrO21108.20.24

Zeolite Y8270.70.36

SiO2-Al2O3532 4.50.75

ZSM-5380 1.20.15

a These materials showed no N

adsorptive properties at 77 K due to their extremely low surface areas.

2

Amberlyst 15DRY.

Reaction time (h)Cellobiose

(%)

Glucose

(%)

Xylose

(%)

Arabinose

(%)

5-HMF

(%)

Furfural

(%)

TRS

(%)

Cellulose

isolated

(%)

0.25000000098 0.5000.0590000099

0.7500.08700000.599

1.000.0890.07400.08600.599

1.500.100.0920.160.08600.799

2.00.060.140.170.290.0990.011 2.683

3.00.200.280.430.260.100.014 5.183

4.00.360.520.870.170.130.0268.672

5.00.630.94 1.470.190.170.05312.771

time (h)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)isolated

(%) 0.250000.23000.895 0.500.060.070.210.2600 1.769

0.750.150.130.320.2900 3.365

1.00.170.220.470.250.020.01 4.970

1.50.340.390.810.200.030.018.269

2.00.490.61 1.20.160.050.0210.963

3.00.91 1.2 2.10.150.120.0716.866

4.0 1.6 2.1 3.40.080.220.1223.057

5.0 2.3 3.0 4.400.330.1628.052

Fig. S1. Main products and byproducts found in acid-catalyzed hydrolysis of cellulose.

Fig. S2.Control experiment (no addition of acid catalyst).Distribution of apparent degree of polymerization of the cellulose isolated from the α-cellulose/BMIMCl solution. Experiment conditions: α-cellulose (5 g, 31 mmol, calculated as anhydroglucose, C6H10O5) dissolved in BMIMCl, water (2 mL, 111 mmol), 373 K. The percent values between parentheses represent the amount of cellulose isolated by

precipitation.

纤维素的水解

纤维素的水解 一、实验目的 1.了解纤维素水解的实验过程和操作方法。 2.掌握纤维素水解实验的操作技能和演示方法。 3.熟练掌握浓硫酸的稀释过程,以及安全问题。 4.复习含有醛基的有机物的性质。 二、实验原理 纤维素在一定温度和浓硫酸提供的酸性环境条件下,发生水解,最终生成葡萄糖: (C 6H 10O 5)n +nH 2O nC 6H 12O 6 纤维素 葡萄糖 葡萄糖分子中含有醛基,因此具有较强的还原性,在碱性条件下能将新制得的氢氧化铜还原为红色的Cu 2O 沉淀;能和银氨溶液在水浴加热下发生银镜反应。反应方程式为: C 6H 12O 6+Cu(OH)2 (C 5H 11O 5COO)2Cu+Cu 2O ↓+H 2O C 6H 12O 6+2Ag(NH 3)2OH C 5H 11O 5COONH 4+3NH 3+2Ag↓+H 2O 三、实验仪器与试剂 烧杯(50mL 、250mL )、石棉网、三脚架、试管、试管夹、酒精灯、玻璃棒。 滤纸、浓H 2SO 4、NaOH 、5% NaOH 溶液、pH 试纸、无水Na 2CO 3、2% AgNO 3溶液、5% CuSO 4溶液、2% 氨水、蒸馏水。 四、实验步骤 1.按浓硫酸与水7:3(体积比)的比例配制H 2SO 4溶液20mL 于50mL 的烧杯中。搅拌均匀后,冷却至室温。 2.取圆形滤纸半片撕碎,向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌,使其变成无色粘稠状的液体,然后将烧杯放入水浴(用250mL 烧杯代替水浴锅)中加热约10min ,直到溶液显棕色为止。 3.取出小烧杯,冷却后将棕色溶液倾入另一盛有约20mL 蒸馏水的小烧杯中,用移液管取该溶液1mL 注入一大试管中。用固体NaOH 中和溶液,直至溶液变为黄色,再加无水Na 2CO 3调节溶液的pH 至9。加入少量去离子水,将溶液稀释为约10mL 。 4.洗干净试管(加入少量碱液加热,而后用去离子水清洗干净),配置银氨溶液。取3mL2% AgNO 3溶液于试管中,逐滴加入2% 氨水至生成的白色沉淀恰好溶解。将3中溶液取3mL 滴加到盛有银氨溶液的试管里,水浴加热。一段时间后,可观察到试管壁上有光亮的银镜生成。将反应后液体倒入废液缸,向试管中加入少量稀HNO 3溶解银镜,回收。 5.取一只洁净试管,加入少量5% CuSO 4溶液,而后滴加5% NaOH 溶液,加热 加热 浓硫酸

@@纤维素酶水解机理及影响因素

收稿日期:2007-04-13 作者简介:黄翊(1980-),男,广东广州人,助理工程师,现从事石油化工设计工作。 纤维素酶水解机理及影响因素 黄翊 (广东省石油化工设计院,广东广州 510130) 摘要:对纤维素酶水解的机理进行了阐述,并初步探讨了各类因素对水解的影响。关键词:纤维素酶;水解 中图分类号:Q55 文献标识码:A 文章编号:1008-021X (2007)05-0029-03 The HydrolysisM echan ics of Cellulose and I nfluenc i n g Factor HUAN G Yi (Guangdong Petr oche m ical Engineering Design I nstitute,Guangzhou 510130,China ) Abstract :This text expound the hydr olysis mechanics of cellul ose,and p reli m inary discuss s ome influencing fact ors on hydr olyzati on .Key words :cellulase;hydr olyzati on 纤维素是自然界中最丰富的可再生资源之一,如将其以工业规模转化成葡萄糖的技术开发成功,那么纤维素资源便可成为人类食粮、动物饲料、发酵工业原料以及能源的新来源。但目前有效利用纤维素生物量的主要障碍是纤维素酶的酶解效率低,与淀粉酶比较相差2个数量级以上,进而导致纤维素酶解过程中纤维素酶的成本过高,约占纤维素糖化工艺的40%以上,从而严重阻碍了纤维素酶在纤维素糖化中的广泛应用。酶的固定化技术为提高纤维素酶的使用效率,降低成本,提供了可能性。因为固定化酶比游离酶具有较好的稳定性,并且可以重复使用和回收,又便于连续化操作,因而可以大大降低成本。1 反应机理 1.1 纤维素酶的作用机制及理化性质 纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称。目前普遍认为:完全降解纤维素至少需要有3种功能不同但又互补的纤维素酶的3类组分:EG (内切葡聚糖酶)、CBH (外切葡聚糖纤维二糖水解 酶)和CB (纤维二糖酶或β-葡萄糖苷酶),在它们的协同作用下才能将纤维素水解至葡萄糖。纤维素的降解过程,首先是纤维素酶分子吸附到纤维素表面,然后,EG 在葡聚糖链的随机位点水解底物,产生寡聚糖;CBH 从葡聚糖链的非还原端进行水解,主要产物为纤维二糖;而CB 可水解纤维素二糖为葡 萄糖。需要这三类酶的"协同"才能完成对纤维素的降解。其中对结晶区的作用必须有EG 和CBH,对无定形区则仅EG 组分就可以。 纤维素酶分子由催化结构域(catalytic domain,CD )、纤维素结合结构域(cellul ose -binding domain,CBD )和一个连接桥(linker )三部分组成。不同来源 的纤维素酶分子其特征和催化的活性不尽相同。酶分子都被糖基化,糖基化与蛋白质之间以共价键或解离的络合状态存在。酶分子糖基化的程度决定了酶的多形性和相对分子质量的差别。近年来,纤维素酶分子结构与功能的研究取得了一定的进展。不同来源内、外切酶的CD 晶体结构分析结果表明:纤维素酶遵循溶菌酶的作用机制;真菌和细菌来源的纤维素酶的CBD 的三维结构也得到了解析。真菌和细菌产生的纤维素酶分子差别很大,但它们的催化区在一级结构上氨基酸数量和二维结构上的大小却基本一致,但它们的连接桥和CBD 却存在明显的差异。真菌纤维素酶的连接桥一般富含Glu,Ser 和Thr,而细菌纤维素酶的连接桥则完全是由Pr o -Thr 这样的重复顺序组成。另一方面,真菌的CBD 由33~36个氨基酸残基组成,且具有高度的同源;而细菌纤维素酶的CBD 由100~110个氨基酸组成,同源性也较低。在高级结构的分子形状上,真菌纤维素酶的CD 、连接桥和CBD 呈直线连接,CD 与CBD 间为180°,而细菌纤维素酶的连接桥CD 与CBD 之

纤维素制取乙醇技术

纤维素制取乙醇技术 1引言 能源和环境问题是实现可持续发展所必须解决的问题。从长远看液体燃料短缺将是困扰人类发展的大问题。在此背景下,生物质作为唯一可转化为液体燃料的可再生资源,正日益受到重视。所以生物质制液体燃料的技术很有发展前途,这中间又以生物质制燃料乙醇技术备受关注。 现有工业化燃料乙醇生产均以糖或粮食为原料[1,2],其优点是工艺成熟,但是产量受原料的限制,难以长期满足能源需求;从长远考虑,以纤维素(包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾等)为原料生产燃料乙醇,可能是解决原料来源和进行规模化生产的主要途径之一。 我国有发展纤维素制乙醇的有利条件,每年仅农作物秸秆就有7亿多吨(干重)[3],而我国粮食资源并不丰富,因此将农林废弃物转化为燃料乙醇,形成产业化利用,非常适合我国的国情,从能源安全角度上看也是十分有利的,而且可消除由焚烧秸秆造成的环境问题。 2纤维素制取乙醇基本原理[4] 纤维素废弃物的主要有机成分包括半纤维素、纤维素和木质素3部分。前二者都能被水解为单糖,单糖再经发酵生成乙醇,而木质素不能被水解,且在纤维素周围形成保护层,影响纤维素水解。 半纤维素是由不同多聚糖构成的混合物,聚合度较低,也无晶体结构,故较易水解。半纤维素水解产物主要是木糖,还包括少量的阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖和甘露糖,含量因原料不同而不同。普通酵母不能将木糖发酵成乙醇,因此五碳糖的发酵成为研究的热点。 纤维素的性质很稳定,只有在催化剂存在下,纤维素的水解反应才能显著地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶,由此分别形成了酸水解和酶水解工艺,其中的酸水解又可分为浓酸水解工艺和稀酸水解工艺。纤维素经水解可生成葡萄糖,易于发酵成乙醇。 木质素含有丰富的酚羟基、醇羟基、甲氧基和羰基等活性基团,可以发生氧化、还原、磺甲基化、烷氧化和烷基化等改性反应。通过木质素改性和综合利用,可提取许多高附加值的化学产品,为提高木质纤维素生产燃料乙醇的经济性开辟了新的途径,日益受到科技工作者的重视[5,6]。 3纤维素生产乙醇工艺 3.1水解工艺 3.1.1浓酸水解 浓酸水解在19世纪即已提出[7],它的原理是结晶纤维素在较低温度下可完全溶解在硫酸中,转化成含几个葡萄糖单元的低聚糖。把此溶液加水稀释并加热,经一定时间后就可把低聚糖水解为葡萄糖。 浓酸水解的优点是糖的回收率高(可达90%以上),可以处理不同的原料,相对迅速(总共10-12h),并极少降解[8],但对设备要求高,且酸必须回收。 图1为Arkenol公司的浓酸水解流程[9]。该流程中对生物质原料采用两级浓酸水解工艺,水解中得到的酸糖混合液经离子排斥法[10]分为净化糖液和酸液。糖液中还含有少量酸,可用石灰中和,生成的石膏在沉淀槽和离心机里分离。分离得到的稀硫酸经过脱水浓缩后可回到水解工段中再利用。华东理工大学开发了双极膜电渗析法分离水解液中的糖和酸,同时对水解液的无机酸和有机酸进行回收。 通过实验验证了使用双极性膜电渗析法进行生物质水解液的糖酸分离在技术上是可行的[11]。 据Arkenol公司中试装置的实验结果[9],该水解工艺可得12%-15%浓度的糖液,纤维素的转化率稳定在70%,最佳条件下可达到80%,酸回收率也可达到97%。

木质纤维素的酶水解

木质纤维素的酶水解 Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic biomass to fermentable sugars may be the most complex step in this process due to substrate-related and enzyme-related effects and their interactions. Although enzymatic hydrolysis offers the potential for higher yields, higher selectivity, lower energy costs and milder operating conditions than chemical processes, the mechanism of enzymatic hydrolysis and the relationship between the substrate structure and function of various glycosyl hydrolase components is not well understood. Consequently, limited success has been realized in maximizing sugar yields at very low cost. This review highlights literature on the impact of key substrate and enzyme features that influence performance, to better understand fundamental strategies to advance enzymatic hydrolysis of cellulosic biomass for biological conversion to fuels and chemicals. Topics are summarized from a practical point of view including characteristics of cellulose (e.g., crystallinity, degree of polymerization and accessible surface area) and soluble and insoluble biomass components (e.g., oligomeric xylan and lignin) released in pretreatment, and their effects on the effectiveness of enzymatic hydrolysis. We further discuss the diversity, stability and activity of individual enzymes and their synergistic effects in deconstructing complex lignocellulosic biomass. Advanced technologies to discover and characterize novel enzymes and to improve enzyme characteristics by mutagenesis, post-translational modification and over-expression of selected enzymes and modifications in lignocellulosic biomass are also discussed. 基于酶水解技术基础上的纤维素乙醇生产技术是20世纪80年代生物质技术的主要研究领域,自从20世纪70年代“能源危机”之后,美国能源部一直积极支持规模以上乙醇生产,并建立独立部门用于管理和支持这项工作。虽然通过纤维素酶水解纤维素生物质产生的生物燃料和化学产品提供了更高的收益率,较高的

纤维素水解方案

磺酸树脂NKC-9催化离子液体中纤维素的降解 小组成员:应化0901:周凯、白晓鹏日期:2012/9/6 应化0903:王成武、康靖 一丶实验原理: 1固体酸水解原理 固体酸水解原理不同于传统的酸水解原理,固体酸与纤维素的作用发生在固体酸表面,而不是酸溶液中。固体酸水解可分为三步骤: 第一步:纤维素水解为可溶性葡聚糖; 第二步:可溶性葡聚糖的糖苷键吸附在固体酸的活性位上; 第三步:葡聚糖进一步水解得到葡萄糖并且释放于液相中。 2还原糖测定原理 还原糖的含量采用3,5-二硝基水杨酸比色法(DNS法)测定。还原糖的测定是糖定量分析的基本方法。还原糖一般是指含有自由醛基或酮基的糖类,单糖都是还原糖,多糖和双糖不一定是还原糖,其中麦芽糖和乳糖是还原糖,淀粉和蔗糖是非还原糖。利用溶解度不同可将单糖、双糖与多糖区分开来。对于没有还原性的双糖和多糖,可以用酸水解的方法使其降解成有还原性的单糖,然后进行测定。还原糖在碱性条件下加热能将3,5-二硝基水杨酸中的硝基还原成氨基,生成棕红色的3-氨基-5-硝基水杨酸。在一定范围内,还原糖的量与棕红色物质颜色的深浅成正比关系,利用紫外分光光度计,在540nm波长下测定吸光度值,再根据标准曲线计算,便可求出样品中还原糖的含量(吸光度控制在0.2到0.8之间)。 二丶实验器材: 水浴锅,电子天平,圆底烧瓶,20ml试管,移液枪,具塞刻度试管,紫外分光光度计 蒸馏水,微晶纤维素,咪唑氯离子液体,DNS试剂,葡萄糖标样 三丶实验步骤: 1葡萄糖标准曲线的制作 (1)溶液的制备 葡萄糖标准溶液的制备:取约0.1g葡萄糖标样,80oC真空干燥3-4h,然后准确称量0.05g 左右的干燥样品,加少量的蒸馏水溶解,转移到50ml的棕色容量瓶中,摇匀,定容,计算溶液的准确浓度,备用。 咪唑氯离子液体的合成:6mlN-甲基咪唑和9.5ml1-氯丁烷混合,加热干燥,80-85oC,反应10-20分钟,然后升温至100-105oC反应24小时,再升温至115oC反应8小时,直至最终体系无明显分层。用10ml乙酸乙酯洗涤萃取三次。剧烈混合乙酸乙酯和离子液体产物,分液,蒸馏除去残留乙酸乙酯,产物在90oC真空干燥6-8小时,称重,计算产率。 DNS试剂的制备:取3.15克DNS样品和131ml 2mol/L NaOH 溶液,加入250ml含有92.5克酒石酸钠的热水溶液中,加2.5克亚硫酸钠和2.5克苯酚,搅拌溶解,冷却,定容至500ml,储存于棕色试剂瓶中备用。(配制显色剂过程中加入苯酚可增加试剂的显色作用,亚硫酸钠可进一步增强试剂的稳定性。样品测试液的制备过程中,水解时间要严格控制,时间短则多糖水解不完全,时间长则单糖和盐酸发生化学反应生成糖醛,不能和3,5-二硝基水杨酸发

纤维素的水解

实验四纤维素的水解 一、实验目的 1.掌握纤维素水解实验的操作技能和演示方法; 2.掌握銀氨溶液配制的原理和方法; 3.熟练浓硫酸的稀释过程,并巩固其过程中的安全问题; 4.复习含有醛基的有机物的性质。 二、实验原理 纤维素是一种常见的多糖,在一定温度和酸性催化剂条件下,会发生水解,最终生成葡萄糖: (C 6H 10 O 5 )n + nH 2 O === nC 6 H 12 O 6 葡萄糖分子中含有醛基,故具有较强的还原性,在碱性条件下能将新制氢氧化铜还原为红色的氧化亚铜沉淀,还能和銀氨溶液发生银镜反应。通过这两个反应可以验证纤维素已水解为葡萄糖了。 C 5H 11 O 5 CHO + 2Cu(OH) 2 + NaOH → C 5 H 11 O 5 COONa + Cu 2 O↓ + 3H 2 O C 5H 11 O 5 CHO + 2Ag(NH 3 ) 2 OH → C 5 H 11 O 5 COONH 4 + 2Ag↓ + 3NH 3 + H 2 O 三、实验仪器与药品 烧杯,试管,试管夹,酒精灯,玻璃棒,; 滤纸,浓H 2SO 4 ,NaOH,5%NaOH溶液,pH试纸,无水Na 2 CO 3 ,2%AgNO 3 溶 液,5%CuSO 4 溶液,2%氨水,蒸馏水。 四、实验内容 (一)纤维素的水解: 1.按浓H 2SO 4 与水7:3的体积比配制H 2 SO 4 溶液20mL于50mL的烧杯中,放 置一会儿,使其稍微冷却。 2.取半张滤纸,撕碎,向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌,使其变为无色粘稠状的液体,然后将烧杯放入水浴(用250mL烧杯代替水浴锅)中加热约10min,直到溶液显棕黄色为止。 3.取出小烧杯,冷却后将该棕黄色液体倾入另一盛有约20mL蒸馏水的烧杯中。取1mL混合液,注入一大试管中,加入适量固体NaOH,直到溶液pH 在3-5之间,再加Na 2CO 3 调节溶液的pH至9。 (二)纤维素水解产物葡萄糖的检验: 4.洗干净试管,配制銀氨溶液。(如果试管很脏,洗不干净,可先用沸腾的碱液洗去油污,再用沸腾的酸液洗去无机盐,最后用蒸馏水冲洗干净)銀氨溶液的配制是本次实验的难点。取3胶头滴管的2%AgNO 3 溶液滴入试管, 将2%氨水逐滴加入AgNO 3 溶液中,现象是先出现棕黄色沉淀(生成的AgOH 不稳定分解成Ag 2O的颜色),后来沉淀逐渐消失。当沉淀正好消失时,就是 纤维素葡萄糖 葡萄糖水浴加热 △ 葡萄糖H+△

纤维素的水解

纤维素的水解及其产物性质 学号:姓名: 班级:化三实验小组:第二组 E-mail 一、实验教学目标 掌握演示实验中纤维素[(C 6H 10O 5)n ]水解的操作步骤;初步学会“纤维素水解及其产物性质”的实验教学方法。 二、实验原理 1.(C 6H 10O 5)n 的水解 (C 6H 10O 5)n +nH2OnC 6H 12 (纤维素) ) 2.C 6H 12O 6的检验 葡萄糖分子中含有醛基,故具有较强的还原性。在碱性条件下能将新制得的Cu(OH)2还原为红色的Cu 2O 3)2OH 溶液发生银镜反应。 C 6H 12O 6+2Cu(OH)4COOH + Cu 2O↓+2H 2O C 6H 12O 6+2Ag(NH 3)24COONH 4+2Ag↓+3NH 3·H 2O 纤维素(cellulose )是由不等长度的分子链组成的高聚物,平均聚合度n=10000,其结构是由D-葡萄糖以β-1,4糖苷键组成的大分子多糖,化学组成中含C 44.44%、H 6.17%、O 49.39%。常温下很稳定,这是因为纤维素分子之间存在氢键的缘故。在加热和强酸性条件下,纤维素结构中的氧桥断裂,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。 葡萄糖(C 6H 12O 6)是自然界分布最广且最为重要的一种多羟基醛单糖。纯净的葡萄糖为无色晶体,有甜味,易溶于水。葡萄糖分子含有5个羟基,能与酸发生酯化反应,1个醛基,能与银氨溶液发生银镜反应,被氧化成葡萄糖酸,与新制的Cu(OH)2浑浊液在加热条件下发生反应,生成砖红色沉淀。 三、实验用品 仪器:烧杯(50mL ,250mL )、温度计、石棉网、三角架、大试管、试管与试管架、试管夹、酒精灯、玻璃棒、移液管 试剂:98%浓H 2SO 4、稀HNO 3、NaOH (L.R .)、5%NaOH 、pH 试纸、无水Na 2CO 3(L.R.)、2%AgNO 3、2%CuSO 4、2%氨水、蒸馏水、滤纸或脱脂棉 四、实验内容 1.纤维素的水解 (1)配制70%H 2SO 4(aq ) ①实验内容 取一烧杯,按VH 2SO 4:VH 2O =7:3的比例配制H 2SO 4溶液20mL 于50ml 烧杯中。 ②注意事项 a 、整个实验均用蒸馏水,以免引起副反应干扰银镜反应。 b 、酸性水解所用H 2SO 4的浓度不宜过大,也不宜过小。70%为最佳。 c 、稀释浓H 2SO 4佩戴护目镜和手套,注意个人防护。 (2)纤维素的酸性水解 ①实验内容 取一圆形滤纸片的1/4大小,用手撕碎。向小烧杯中边加入边搅拌,使其变成无色粘稠状的液体,然后将烧杯放入水浴中加热约10min ,直到溶液显棕色为止。

微晶纤维素简介

片剂常用辅料——微晶纤维素(MCC)简介 北京大学药学院微晶纤维素( Microcrystalline cellulose, MCC) 是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度( LOOP) 的可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒,颜色为白色或近白色, 无臭、无味, 颗粒大小一般在20~ 80 L m, 极限聚合度( LODP) 在15~ 375; 不具纤维性而流动性极强。不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂, 在稀碱溶液中部分溶解、润涨, 在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较高的反应性能。由于具有较低聚合度和较大的比表面积等特殊性质, 微晶纤维素被广泛应用于医药、食品、化妆品以及轻化工行业。1 评价微晶纤维素性质的物化指标有很多。常用的主要有结晶度、聚合度、结晶形态、吸水值、润湿热、粒度、容重、比表值、流动性、凝胶性能、反应性能、学成分等。2在制药工业中,微晶纤维素常用作吸附剂、助悬剂、稀释剂、崩解剂。微晶纤维素广泛应用于药物制剂,主要在口服片剂和胶囊中用作稀释剂和粘合剂,不仅可用于湿法制粒也可用于干法直接压片。还有一定的润滑和崩解作用,在片剂制备中非常有用。 由于微晶纤维素分子之间存在氢键,受压时氢键缔合,故具有高度的可压性,,常被用作于黏合剂;压制的片剂遇到液体后,,水分迅速进入含有微晶纤维素的片剂内部, 氢键即刻断裂, 所以可作为崩解剂。因此, 它是片剂生产中广泛使用的一种辅料, 能够提高片剂的硬度。例如,在制备利福平药片中可用MCC与淀粉(6.25:1质量比) 和各种原料混合均匀后直接压片, 产品在lm in 内崩散成雾状. 而且在有效期内含量不变,并能很好地提高药物稳定性。又如, 由于加人微晶纤维素, 醋酸泼尼松与醋酸黄连素(盐酸小劈碱) 片剂的溶出度提高到80% 以上。用微晶纤维素做辅料压片时不需经过传统的造粒过程, 例如在制备咳必清药片中由于加人了MCC , 解决了咳必清湿法造粒压片易吸潮而出现的严重黏冲现象, 并且崩解迅速。 微晶纤维素也可用作药品的缓释剂。缓释过程是由活性物质进人载体的多孔结构. 活性物质被分子间氢键包含, 干燥后活性物质被固定。活性物质释放时由于水在聚合物载体的毛细管系统内扩散引起润胀, 载体经基和被固定的活性物质之间的化合键被破坏, 活性物质缓慢地释放出来。 微晶纤维素粉末在水中能形成稳定的分散体系, 将其与药物配合可制成奶油状或悬浮状的药液, 同时还可用作胶囊剂。微晶纤维素在水中经强力搅拌生成凝胶,也可用于制造膏 1何耀良,廖小新,黄科林,吴睿等微晶纤维素的研究进展化工技术与开发2010 年1 月 2曹永梅,黄科林等微晶纤维素的性质、应用及市场前景企业科技与发展2009年第12 期

纤维素的水解

纤维素的水解 杨** 41207**** (2012级化学12**班周二晚实验小组,电话:187********) 一、实验原理 1.纤维素的水解 纤维素在一定温度和酸性催化剂条件下,发生水解,最终生成葡萄糖[1]: (C 6H 10O 5)n + n H 2O === n C 6H 12O 6 2.葡萄糖的检验 C 6H 12O 6中含有醛基,故具有较强的还原性,在碱性条件下能将新制得的氢氧化铜还原为红色的Cu 2O 沉淀[2];能和银氨溶液发生银镜反应。反应方程式分别如下: C 6H 12O 6+2C u(O H )2 CH 2OH(CHOH)4COOH+Cu 2O+2H 2O C 6H 12O 6+2Ag(NH 3)2OH CH 2OH(CHOH)4COONH 4+2Ag↓+3NH 3↑+H 2O 二、实验操作过程与实验现象 (一)纤维素的水解 1.按浓硫酸与水7∶3(体积比)的比例配制H 2SO 4溶液20mL 于50mL 的烧杯中。 2.取圆形滤纸一片的四分之一撕碎,向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌,使其变成无色粘稠状的液体,然后将烧杯放入水浴(用250mL 烧杯代替水浴锅)中加热约10min ,直到溶液显棕色为止。(溶液显棕色是因为纤维素部分炭化的结果) 3.取出小烧杯,冷却后将棕色溶液倾入另一盛有约20mL 蒸馏水的烧杯中,用移液管取该溶液1mL 注入一大试管中。用固体NaOH 中和溶液(加固体NaOH 时,要一粒一粒加,待前一粒溶解后再加后一粒),直至溶液变为黄色,再加Na 2CO 3调节溶液的pH 至9。 (二)葡萄糖的检验 1.洗干净试管,配制银氨溶液。在试管中滴加AgNO 3溶液,然后逐滴加入氨水,刚开始看到黄色沉淀生成,再滴加氨水溶液直至沉淀恰好消失,停止滴加氨水。将3中溶液取2~3mL 滴加到盛有银氨溶液的试管里,水浴加热,管壁附积一层银镜。 2.配制好Cu(OH)2后,使溶液的pH >11,取3中溶液2~3mL 于新制的Cu(OH)2试管中,酒精灯上加热,可见到红色沉淀Cu 2O 生成[2]。 △ △

纤维素的水解

纤维素的水解 一、实验目的 掌握纤维素水解实验的操作技能和演示方法。 二、实验原理 纤维素在一定温度和酸性催化剂条件下,发生水解,最终生成葡萄糖: (C 6H 10 O 5 ) n (纤维素) + nH 2 O →nC 6 H 12 O 6 (葡萄糖) 葡萄糖分子中含有醛基,故具有较强的还原性,在碱性条件下能将新制得的氢氧化铜还原为红色的氧化亚铜沉淀;能和银氨溶液发生银镜反应。 三、主要仪器与药品 烧杯(50mL、250mL)、石棉网、三脚架、试管、试管夹、酒精灯、玻璃棒 浓硫酸、NaOH、pH试纸、无水Na 2CO 3 、 硝酸银溶液、硫酸铜溶液、氨水、蒸 馏水。 四、实验步骤 1、按浓硫酸与水7:3(体积比)的比例配置硫酸溶液20mL于50mL的烧瓶中。 2、取滤纸一片,用其面积的1/4,撕碎,向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌,使其变成无色粘稠状液体,然后将烧杯放入水浴(用250mL烧杯代替水浴锅,水温控制在700C左右)中加热约10分钟,直到溶液颜色显棕色为止。 3、取出小烧杯,冷却后用滴管取出大约1mL注入一大试管中,再加入10mL 蒸馏水,用固体NaOH中和溶液,直至溶液变为黄色,再加无水Na 2CO 3 调节溶液 pH至9. 4、洗干净试管,配置银氨溶液。将3中的溶液取出2~3mL滴加到盛有银氨溶液的试管里,水浴加热,管壁附积一层银镜。 5、配置好Cu(OH) 2 溶液,使溶液的pH大于11,取3中溶液2~3mL于新制 的Cu(OH) 2 试管中,酒精灯上加热或水浴加热,可见到红色沉淀氧化亚铜生成。 四、注意事项 1、整个实验所用的水均为蒸馏水,以免引起副反应而干扰银镜反应。做银镜反应的试管必须清洗干净,可按下法洗涤:先用沸腾的碱液洗去油污,其次用沸腾的酸液洗去无机盐,最后用蒸馏水冲洗干净备用。 2、酸性水解所用硫酸浓度过大易使纤维素脱水炭化而至溶液变黑,浓度过小,水解度又不够,实验证明硫酸溶液的质量分数以70%为宜。 3、银氨溶液的pH=9,新制Cu(OH) 2 悬浊液的pH>11,是实验成功的保证。

生物质半纤维素稀酸水解反应

生物质半纤维素稀酸水解反应 1引言 木质纤维素类生物质包括农业林业生产的剩余物、废弃物和草类等,全世界每年来自生物质的纤维素、半纤维素的总量高达8.5×1010 吨。因此,将这些丰富和廉价的生物质转化用于生物燃料、生物基化学品、生物材料、食品等的生产,具有广阔的前景。 木质纤维素类生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,其中半纤维素一般占20%—35%。半纤维素可作为胆固醇抑制剂和药片分解剂等,其经水解可制备功能性低聚糖,可生产木糖、阿拉伯糖和半乳糖等,得到的糖还可进一步生产燃料乙醇、木糖醇、2,3-丁二醇、有机酸、单细胞蛋白、糠醛等工业产品。在半纤维素转化生产乙醇的过程中,必须先对其进行预处理,将其转化成小分子的半纤维素糖,之后再发酵成乙醇,。在众多的预处理方法中,稀酸是最早被研究、研究得最深入、应用最广泛、最有效和相对廉价的预处理方法之一。美国国家可再生能源实验室(NREL)一直重视稀酸水解的研究,其开发的稀酸水解预处理-酶解发酵工艺已成为纤维素乙醇中试生产中比较成熟的工艺之一。与其他方法相比(如蒸气爆破、碱处理等),稀酸可以有效水解半纤维素,转化80%—90%的半纤维素糖,并有利于纤维素的酶水解糖化,且成本较低。然而,半纤维素由于其组成、结构、性质和反应条件的差异,水解产物复杂多样,从而制约了半纤维素各有用组分的生产与应用。因此研究半纤维素的稀酸水解反应有助于半纤维素资源的高效利用。

本文从半纤维素的结构特征与性质、酸催化水解反应机理、水解反应影响因素及动力学等方面,详细综述了生物质半纤维素稀酸水解反应的研究历程及发展方向,对生物质半纤维素的后续深入研究具有一定的指导意义。 2半纤维素的结构与性质 半纤维素一般作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间。半纤维素(如木聚糖)与纤维素微细纤维之间以氢键和范德华力结合,与木质素间以化学键构成木素-碳水化合物复合体,还与部分蛋白质以化学键相连。半纤维素在结构和组成上变化很大,通过多糖分离纯化以及各种色谱、光谱、质谱、电镜和核磁共振等技术研究发现,大多由较短且高度分支的杂多糖链组成。半纤维素的结构单元木糖、阿拉伯糖、葡萄糖等以及这些糖的甲基化、乙酯化单位和醛酸衍生物都可能与木质素结构单元形成化学键。不同来源的半纤维素各种结构单元比例不同,即使是同种物料,其各部分的生物结构和化学成分也相差较大,但分布比较稳定的组分是木糖,木糖间以β-1,4-糖苷键连接,分支度高,一般占一半以上。针叶木中主要的半纤维素是聚-O-乙酰基葡萄糖甘露糖,含部分聚阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖和少量聚阿拉伯糖半乳糖。阔叶木中的半纤维素主要是聚-O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖,含少量聚葡萄糖甘露糖等一些其他高聚糖。禾本科植物主要的半纤维素是聚阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖,其典型结构式为:D-木糖基以β-1,4-糖苷键连接形成主链,L-呋喃式阿拉伯糖基和4-O-甲基-D-吡喃式葡萄糖醛酸基分别连接在主链的

纤维素的水解实验报告

纤维素的水解 王丹 (2010级化学2班1223实验组) 一、实验目的 掌握纤维素水解实验的操作技能和演示方法。 二、实验原理 1.纤维素在一定温度和酸性催化剂条件下,发生水解,最终生成葡萄糖: nC 6H 12O 6(C 6H 10O 5)n +nH 2O 2.葡萄糖分子中含有醛基,故具有较强的还原性,在碱性条件下能将新制得的氢氧化铜还原为红色的Cu 2O 沉淀;能和银氨溶液发生银镜反应。 C 6H 12O 6 + 2Cu(OH)2 CH 3OH(CHOH)4COOH + Cu 2O + 2H 2O C 6H 12O 6 + 2Ag(NH 3)2OH CH 3(CHOH)4COONH 4 + 2Ag↓+ 3NH 3 + H 2O 三、仪器与试剂 烧杯(50 mL ,250 mL )、石棉网、三脚架、试管、试管夹、酒精灯、玻璃棒、滤纸(或脱脂棉)、胶头滴管、pH 试纸。 浓硫酸、氢氧化钠固体、5%NaOH 溶液、无水碳酸钠、2%AgNO 3溶液、5%CuSO 4溶液、2%氨水、H 2O 。 四、实验操作与现象 1.纤维素水解 ⑴ 按浓硫酸与水7:3(体积比)的比例配置H 2SO 4溶液20 mL 于50 mL 烧杯中; ⑵ 取一片滤纸(4 cm×4 cm )撕碎,向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌,使其变成无色粘稠状的液体,然后将烧杯放入水浴加热直到熔冶显棕色为止(水温60℃~70℃); ⑶ 取出小烧杯,冷却后将棕色溶液倾入另一盛有约20 mL 蒸馏水的烧杯中,用胶头滴管取溶液1 mL 注入一大试管中,用固体NaOH 中和溶液,直至溶液变为黄色,再加Na 2CO 3调节溶液的pH 至9。 2.银镜反应 洗干净试管,配置银氨溶液,将⑶中溶液取2~3 m L 滴加到盛有银氨溶液的试管中,水浴加热。 现象:加热一段时间后,先出现黑色物质,随后出现一层银镜。 C 6H 12O 6 + 2Ag(NH 3)2OH CH 3(CHOH)4COONH 4 + 2Ag↓+ 3NH 3 + H 2O 3.与新制Cu(OH)2反应 配置好Cu(OH)2后,使溶液的pH >11,取⑶中溶液 2~3 mL 于新制的Cu(OH)2试管中,酒精灯上加热。 现象:随着不断加热,蓝色悬浊液逐渐由黄变红。 C 6H 12O 6 + 2Cu(OH)2 CH 3OH(CHOH)4COOH + Cu 2O + 2H 2O

纤维素的水解(实验报告)

实验三:纤维素的水解 41307059 杨金才 2013级化学2班第四实验小组 一、实验教学目标 1.掌握演示实验中纤维素水解的操作步骤; 2.初步学会纤维素水解实验的演示教学方法。 二、实验原理 1.纤维素的水解 纤维素在一定温度和酸性催化剂的条件下,发生水解,最终生成葡萄糖: (C6H10O5)n + n H2 n C6 H12O6 2.葡萄糖的检验 葡萄糖分子中含有醛基,故具有较强的还原性,在碱性条件下能将新制得的氢氧化铜还原为红色的Cu2O沉淀;能和银氨溶液发生银镜反应。反应方程式分别如下: C6H12O62OH(CHOH)4COOH + Cu2O↓ + 2H2O C6H12O6 + 2Ag(NH3)2 4COONH4 + 2Ag↓ + 3NH3 + H2O 三、实验仪器、材料与药品 烧杯(50 mL、250 mL)、石棉网、三角架、试管、试管夹、酒精灯、玻璃棒、滤纸或脱脂棉。 浓H2SO4、NaOH、5%NaOH溶液、pH试纸、无水Na2CO3、2%AgNO3溶液、5% CuSO4溶液、2%氨水、蒸馏水。 四、实验内容 1.银镜反应 1.1配制H2SO4溶液 按浓硫酸与水7:3(体积比)的比例配制H2SO4溶液20 mL于50 mL的烧杯中。 注意事项:①整个实验所用之水均为蒸馏水,以免引起副反应而干扰银镜反应;②酸性水解所用H2SO4的浓度过大,易使纤维素脱水炭化而致溶液变黑,浓度过小,水解度又不够,实验证明H2SO4溶液的质量分数以大约70%为宜。 1.2配制酸性纤维素溶液并加热水解 取圆形滤纸一片的1/4撕碎,向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌,使其变为无色粘稠状的液体,然后将烧杯放入水浴(用250 mL烧杯代替水浴锅)中加热约

纤维素的水解

实验项目:纤维素的水解 一、实验目的:1、掌握纤维素水解实验的操作技能和演示方法。 2、掌握纤维素水解的原理,理解运用银镜实验和新制的氢氧化铜检验醛基的原理。 二、教学目标: 1、知识与技能:①熟练掌握纤维素水解的化学方程式和葡萄糖与 银氨溶液的反应方程式,②理解纤维素水解的实质; 2、过程与方法:①通过实验学习实验观察的方法,②通过老师演示实验,学生学会实验操作的要点和注意事项; 3、培养学生实验观察能力、实验设计和分析能力以及知识迁移推理能力 3、情感态度价值观:①体验科学探究的的基本方法,增强学习化学的兴趣,②通过实验的讨论,增强师生交流,形成交流意识。 三、实验原理: 1.纤维素的水解 纤维素在一定温度和酸性催化剂条件下,发生水解,最终生成葡萄糖,反应方程式如下: (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 2.葡萄糖的检验 葡萄糖分子中含有醛基,故具有较强的还原性,在碱性条件下能将新制得的氢氧化铜还原为红色的Cu2O沉淀;能和银氨溶液发生银镜反应。反应方程式分别如下: C6H12O6+2Cu(OH)2 △ CH2OH(CHOH)4COOH+Cu2O+2H2O C6H12O6+2Ag(NH3)2OH △CH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O 四、实验设计思路:

因素纤维 素种 类纤维 素用 量 纤维 素水 解方 式 水解 液加 热方 式 加热 时间 硝酸 银溶 液浓 度 氨水 浓度 水浴 温度 Ph值 条件滤纸0.2g 烧杯 玻棒水浴5min -10m in 2%1:10 70度9 探究因素:硫酸浓度(最佳为70%),水解液用量,(各因素水平见实验方案) 五、实验研究的主要内容 1、探究使实验效果最佳的浓硫酸浓度 2、探究使实验效果最佳的水解液用量。 六、主要仪器与药品: 烧杯(50mL,250mL)﹑石棉网、量筒﹑电炉子﹑试管﹑试管夹﹑酒精灯﹑玻璃棒。 滤纸、浓H2SO4、NaOH固体、5% NaOH溶液、pH试纸、无水Na2CO3、2% AgNO3溶液、5% CuSO4溶液、2%氨水、蒸馏水 七、实验步骤: 1.配制酸液:按浓硫酸与水7∶3(体积比)的比例配制H2SO4溶液20mL于50mL的烧杯

纤维素的水解

纤维素的水解及其产物性质 学号: 姓名: 班级:化三 实验小组:第二组 E-mail 一、实验教学目标 掌握演示实验中纤维素[(C 6H 10O 5)n ]水解的操作步骤;初步学会“纤维素水解及其产物性质”的实验教学方法。 二、实验原理 1、(C 6H 10O 5)n 的水解 ,最终生成葡萄糖。 (C 6H 10O 5)n H 12O 6 (纤维素) ) 2、C 6H 12O 6的检验 葡萄糖分子中含有醛基,故具有较强的还原性。在碱性条件下能将新制得的Cu(OH)2还原为红色的Cu 2O 沉淀;能与溶液发生银镜反应。 C 6H 12O 6+2Cu(OH)2CH 2OH(CHOH)4COOH + Cu 2O↓+2H 2O C 6H 12O 6+2Ag(NH 3)22OH(CHOH)4COONH 4+2Ag↓+3NH 3·H 2O 纤维素(cellulose)就是由不等长度的分子链组成的高聚物,平均聚合度n=10000,其结构就是由D-葡萄糖以β-1,4糖苷键组成的大分子多糖,化学组成中含C 44、44%、H 6、17%、O 49、39%。常温下很稳定,这就是因为纤维素分子之间存在氢键的缘故。在加热与强酸性条件下,纤维素结构中的氧桥断裂,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。 葡萄糖(C 6H 12O 6)就是自然界分布最广且最为重要的一种多羟基醛单糖。纯净的葡萄糖为无色晶体,有甜味,易溶于水。葡萄糖分子含有5个羟基,能与酸发生酯化反应,1个醛基,能与银氨溶液发生银镜反应,被氧化成葡萄糖酸,与新制的Cu(OH)2浑浊液在加热条件下发生反应,生成砖红色沉淀。 三、实验用品 仪器:烧杯(50mL,250mL)、温度计、石棉网、三角架、大试管、试管与试管架、试管夹、酒精灯、玻璃棒、移液管 试剂:98%浓H 2SO 4、稀HNO 3、NaOH(L 、R 、)、5%NaOH 、pH 试纸、无水Na 2CO 3(L 、R 、)、2%AgNO 3、2%CuSO 4、2%氨水、蒸馏水、滤纸或脱脂棉 四、实验内容 1、纤维素的水解 (1)配制70%H 2SO 4(aq ) ①实验内容 取一烧杯,按VH 2SO 4:VH 2O =7:3的比例配制H 2SO 4溶液20mL 于50ml 烧杯中。 ②注意事项 a 、整个实验均用蒸馏水,以免引起副反应干扰银镜反应。 b 、酸性水解所用H 2SO 4的浓度不宜过大,也不宜过小。70%为最佳。 c 、稀释浓H 2SO 4佩戴护目镜与手套,注意个人防护。 (2)纤维素的酸性水解 ①实验内容 取一圆形滤纸片的1/4大小,用手撕碎。向小烧杯中边加入边搅拌,使其变成无色粘稠状的液体,然后将烧杯放入水浴中加热约10min,直到溶液显棕色为止。

纤维素的水解

《纤维素的水解》实验的设计与探究 张娅琼 重庆市青木关中学校 401334 摘要 关键词 一、相关文献综述 在《葡萄糖检验的最佳方案实验探讨》[2]中对葡萄糖检验实验中存在着没有看到红色的沉淀而是黑色的沉淀的异常现象做出了分析。 葡萄糖与新制的Cu(OH)2在加热的条件下,反应生成砖红色的Cu2O。实际实验中出现黑色的CuO的异常现象,是由于没有在碱性条件下进行,Cu(OH)2受热分解成黑色的CuO。葡萄糖在碱性条件下被Cu(OH)2氧化成葡萄糖酸盐,同时得到Cu2O,所以实验操作中,CuSO4与NaOH反应得到Cu(OH)2时,必须NaOH过量。高等学校无机教材中提到次反应可能是“Cu(OH)2与氢氧化跟离子反应生成[Cu(OH)4]2-,[Cu(OH)4]2-把葡萄糖氧化的原因”,但实际实验中也没有出现Cu(OH)2溶解,得到绛蓝色的含[Cu(OH)4]2-的溶液,况且要得到上述的绛蓝色的溶液,OH-的浓度必须在8mol/L以上,Cu(OH)2在碱性但未溶解的情况下,依然可以氧化葡萄糖,但话费的时间稍微长些。如果CuSO4与NaOH反应的沉淀过滤出,经洗涤后,加入葡萄糖溶液加热,也不会看到红色的沉淀,因此“新制的氢氧化铜”的真正含义是Cu(OH)2与NaOH溶液的混合物,且OH-浓度大些,可能会缩短氧化的时间。笔者也曾做硫酸铜与氢氧化钠混合实验时发现,氢氧化铜在常温、碱性环境下也很容易分解成黑色的氧化铜,所以“新制的氢氧化铜”是本实验成功的关键。 对纤维素水解实验比较难做的主要因素有2个:一是水解时间长,二是水解液的碱化终点不好判断。笔者经过反复研究,发现了一种仅用4min就足以完成这一包括水解—中和—检测3个环节的实验方法。并进行了实验分析:(1)缩短水解时间是关键。为此笔者做了3个对比试验: 方法①:直接向棉团注入3mL浓H2SO4,然后水浴加热。 方法②:直接向棉团中注入70% H2SO4 3mL,然后水浴加热。 方法③:先注入2mL浓H2SO4并水浴加热,再伺机注入1mL水继续浴热。 (2)准确判断碱化水解液的碱化终点又是一个关键因素。这可以根据颜色的突变来掌握。整体来看,随着中和过程的不断进行,溶液颜色的变化应该是:亮棕色—浅黄色—棕色。 (3)水解产物的检验,省掉了2个步骤,即“Cu(OH)2悬浊液的配制”和“加热煮沸”。采用直接向水解碱液化液中滴加CuSO4溶液和利用中和热与水化热促成Cu2O砖红色沉淀析出的方法,有效地简化了操作,节省了时间,且由于葡萄糖浓度较大,还原产物Cu2O的颜色十分鲜亮夺目。[3] 此外,在《正交实验—纤维素水解的最佳实验条件探讨》[4]中对该实验的一

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