植物纤维化学部分纤维素ppt课件
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纤维素材料PPT课件
(3) 纤维素中的羟基:
含有三个游离醇羟基，其中在C6上的羟基为伯羟基，而
C2、C3上的羟基为仲羟基。
.
6
(4) 纤维素大分子中的末端基 一端为还原性末端基； 另一端为非还原性末端基。
还原性末端基
非还原性末端基
.
7
二、 纤维素的物理结构
1、纤维素结晶变体 纤维素——一种同质多晶物质 五种结晶体形态：纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
纤维素链分子很长，在5000~10000 × 10-10 m之间；
➢结晶区的长度大约为2000 × 10-10 m； ➢ 无定形区的的长度约为300~400 × 10-10 m； ➢ 纤维素链可以重复穿过结晶区和无定形区。
.
17
① 缨状微胞结构理论 纤维素纤维是由晶区和非晶区构成，同一大分子可以连
纤维素 Ⅰ平 行链结构
纤维素 Ⅱ 反平 行链、相似的氢 键链片结构
.
12
（4）纤维素Ⅳ晶 纤维素Ⅳ晶——由纤维素Ⅰ、纤维素Ⅱ或纤维素Ⅲ在极性液
体中加以高温处理而生成的，故有“高温纤维素”之称。
纤维素Ⅲ Ⅰ
260℃甘油中热处理
纤维素Ⅳ Ⅰ
纤维素Ⅱ或 Ⅲ Ⅱ
水或甘油中热处理
纤维素Ⅳ Ⅱ
.
13
纤维素Ⅳ Ⅰ和纤维素Ⅳ Ⅱ 区别 ①单位晶胞参数相同
②分子链极性和堆砌不相同
纤维素Ⅳ Ⅰ
平行链结构
纤维素Ⅳ Ⅱ
反平行链结构
.
14
（5）纤维素Ⅹ 纤维素Ⅹ是纤维素新的结晶变体。它是用浓HCl（重
量百分数38 ~ 40.3 %）作用于纤维素而发现的。 特征： ①纤维素Ⅹ的聚合度很低； ②纤维素Ⅹ单位晶胞大小与纤维素Ⅳ几乎相等； ③纤维素Ⅹ晶胞形式：单斜晶胞或正交晶胞；
《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
第二章植物纤维素化学
3、取代度 取代度（degree of substitution, DS）是 指纤维素分子链上平均每个失水葡萄糖 单元上被反应试剂取代的羟基数目。
由于纤维素分子链中每个失水葡萄糖单 元上有3个羟基，所以，取代度只能小于 或等于3.
二、纤维素的多相反应与均相反应
1、纤维素多相反应的主要特点 天然纤维素的高结晶性和难溶性，决定 了多数的化学反应都是在多相介质中进 行的。 纤维素分子内和分子间氢键的作用，导 致多相反应只能在纤维素的表面上进行。
第六节 其它植物纤维
半纤维素 木素
一、 半纤维素
高等植物细胞壁中非纤维素也非果胶类 物质的多糖
己糖：葡萄糖、甘露糖、半乳糖 戊糖：木糖、阿拉伯糖
半纤维素比纤维素更易水解，在纸浆 中的含量少于原木中。
二、木素
木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和 碳-碳键连接而成的高分子化合物。
木素的作用：组成胞间层，将纤维素粘 结在一起的胞间物质。
4）有机碱类
如季铵碱（CH3）4·OH和胺氧化物 （amine oxide）等。
其中胺氧化物是一种新溶剂。近年来， 应用胺氧化物溶剂溶解纤维素，制造人 造纤维，取得很大的进展。
5）配合物类
配合物类是纤维素最早使用的溶剂，如 铜氨(由氢氧化铜溶解于浓氨水制得)、铜 乙二胺、钴乙二胺、锌乙二胺、鎘乙二 胺、酒石酸铁钠等配合物体系。
第二章 植物纤维
木材的化学组分
碳水化合物
纤维素
45%
半纤维素 25-35%
木素 20-25%
抽提物 2-8%
植物纤维的主要化学成分
植物纤维 (以木材为主)
木素
碳水化合物
抽提物
纤维素
苯丙烷 C6-C3
纤维素概况简介PPT课件
1.3纤维素的超分子结构
纤维素大分子为无支链的线形分子。从X射线和电子显微镜观察可知，纤维 素呈绳索状长链排列，每束由100-200条彼此平行的纤维素大分子链聚集在一起， 形成直径约10-30nm的微纤维。若干根微纤维聚集成束，形成纤维束。在植物细 胞壁中，纤维素，一般与木质素，半纤维素，淀粉类物质，蛋白质和油脂相伴生。
天然高分子纤维素概述
黄金、耿浩然
1.纤维素简介
• 纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机 溶剂。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
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THANK YOU
2019/7/5
1.5纤维素的液晶结构
• 由于纤维素的主链结构呈半刚性，理论上纤维素及其衍生物在适当的溶 剂中可以形成液晶相，三氟乙酸和氯代烷烃的混合溶液是纤维素的良溶剂， 纤维素分子在这些溶剂中为轮旋结构。
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2.纤维素的溶解溶剂体系
NaOH/CS2
铜胺溶剂
NaOH/尿素体系
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。
《植物纤维素化学》PPT课件
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26
三、纤维素的热降解
热降解是指纤维素在受热过程中，其结 构、物理和化学性质发生的变化。 包括聚合度和强度的下降、挥发性成分 的逸出、质量的损失以及结晶区的破坏。 严重时还产生纤维素的分解，甚至发生 碳化反应或石墨化反应。
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27
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28
四、纤维素表面电化学性质
纤维素纤维在水中表面带负电荷
2
木材组分化学分析
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3
木材成分分析示意图
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4
纤维素是自然界中最丰富的可再生资源:
木材纤维和非木材纤维（竹类、禾草类） 纤维素+半纤维素+木素（80-95%） 在植物纤维中，纤维素是决定纤维特征， 并使它能应用于造纸的物质。
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5
第一节 纤维素分子结构
1、化学结构
纤 维 素 是 由 β-D- 吡 喃 葡 萄 糖 基 彼 此 以 （1-4）-β-苷键连接而成的线性高分子化 学结构为：
由于纤维素分子链中每个失水葡萄糖单 元上有3个羟基，所以，取代度只能小于 或等于3.
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35
二、纤维素的多相反应与均相反应
1、纤维素多相反应的主要特点 天然纤维素的高结晶性和难溶性，决定 了多数的化学反应都是在多相介质中进 行的。 纤维素分子内和分子间氢键的作用，导 致多相反应只能在纤维素的表面上进行。
意义：纤维素工业带来巨大变革和对纤 维生物质的利用产生重大影响
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21
（1）水体系溶剂：
1）无机酸类 如H2SO4（65%~80%）、HCL （40%~42%）、H2PO4（73%~83%） 和HNO3（84%），这些酸溶解纤维素时， 伴有水解作用，使纤维素发生严重的降 解。
植物纤维化学课件
植物纤维化学课件
汇报人： 202X-12-20
contents
目录
• 植物纤维概述 • 植物纤维的化学成分 • 植物纤维的化学性质 • 植物纤维的化学改性 • 植物纤维的应用前景与挑战
01
植物纤维概述
植物纤维的定义与分类
植物纤维的定义
植物纤维是指由植物细胞壁组成 的一种天然高分子材料，具有纤 维素、半纤维素和木质素等主要 成分。
树脂和单宁
树脂和单宁是植物纤维中 含有的其他成分，它们赋 予了植物纤维特定的气味 和味道。
03
植物纤维的化学性质
酸碱性质
酸性质
植物纤维中的纤维素在酸性条件下可 以水解成葡萄糖，进一步被酸分解成 单糖。
碱性质
在碱性条件下，植物纤维中的纤维素 与碱反应生成羧酸盐，进一步反应生 成醇类物质。
氧化还原性质
可再生资源
植物纤维是可再生资源，与传统的木浆造纸相比，更加环保。
多样性
植物纤维种类繁多，可以根据不同需求选择适合的植物纤维原料 。
功能性
植物纤维可以用于生产功能性纸张，如防水、防油、抗菌等。
植物纤维在生物降解材料领域的应用前景
生物降解性
植物纤维具有生物降解性，可以用于生产可降解的包装材料、餐具 等。
可持续性
植物纤维原料源于自然，生产过程相对简单，符合可持续发展的要 求。
功能性
植物纤维可以用于生产具有特殊功能的生物降解材料，如高强度、耐 高温等。
植物纤维面临的挑战与问题
技术难题
虽然植物纤维具有许多优点，但在实际应用中仍存在一些技术难 题，如纤维提取、加工过程中的技术问题等。
成本问题
目前植物纤维的生产成本相对较高，需要进一步降低成本才能更好 地推广应用。
汇报人： 202X-12-20
contents
目录
• 植物纤维概述 • 植物纤维的化学成分 • 植物纤维的化学性质 • 植物纤维的化学改性 • 植物纤维的应用前景与挑战
01
植物纤维概述
植物纤维的定义与分类
植物纤维的定义
植物纤维是指由植物细胞壁组成 的一种天然高分子材料，具有纤 维素、半纤维素和木质素等主要 成分。
树脂和单宁
树脂和单宁是植物纤维中 含有的其他成分，它们赋 予了植物纤维特定的气味 和味道。
03
植物纤维的化学性质
酸碱性质
酸性质
植物纤维中的纤维素在酸性条件下可 以水解成葡萄糖，进一步被酸分解成 单糖。
碱性质
在碱性条件下，植物纤维中的纤维素 与碱反应生成羧酸盐，进一步反应生 成醇类物质。
氧化还原性质
可再生资源
植物纤维是可再生资源，与传统的木浆造纸相比，更加环保。
多样性
植物纤维种类繁多，可以根据不同需求选择适合的植物纤维原料 。
功能性
植物纤维可以用于生产功能性纸张，如防水、防油、抗菌等。
植物纤维在生物降解材料领域的应用前景
生物降解性
植物纤维具有生物降解性，可以用于生产可降解的包装材料、餐具 等。
可持续性
植物纤维原料源于自然，生产过程相对简单，符合可持续发展的要 求。
功能性
植物纤维可以用于生产具有特殊功能的生物降解材料，如高强度、耐 高温等。
植物纤维面临的挑战与问题
技术难题
虽然植物纤维具有许多优点，但在实际应用中仍存在一些技术难 题，如纤维提取、加工过程中的技术问题等。
成本问题
目前植物纤维的生产成本相对较高，需要进一步降低成本才能更好 地推广应用。
《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
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）
纤维素和半纤维素PPT幻灯片课件
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成旁式是gg 构象
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成反式是gt 构象
与C5-O5成反式 与 C5-C4成旁式是tg 构象
22
2. 纤维素分子量和聚合度
组成大分子的基环数目称之为聚合度（DP），纤维素的聚合 度为：DP=纤维素的分子量/基环分子量
纤维素的基环分子量为162，由于分子链两末端基环比链中的 基环共多了两个氢和一个氧原子，即原子量多了18，故纤维 素的分子量：
另一种是从木材和其他植物纤维原料中制备，需要 从中除掉相当多的伴生物如木质素、半纤维素及果 胶等，也就不可避免地会引起纤维素的分解，制得 的纤维素其纯度也就远不及棉纤维素。
9
从木材和其他植物纤维原料中制备:
处理方法 试 样
硝酸乙醇法 气干试样
综 亚氯酸纳法 苯醇抽提后
纤
维 氯化法
苯醇抽提后
素 过醋酸法 苯醇抽提后
3
§5-1. 糖 化 学 基 础
1. 结 构 式
单 糖 开 链 式
4
倒数第二个碳原子上的-OH在右为D型，在左为L型。 葡萄糖为Glucose，简写为 Glu。 甘露糖为Mannose，简写为 Man 阿拉伯糖为Arabinose，简写为 Ara 半乳糖为Galactose ，简写为 Gal 木糖为Xylose，简写为 Xyl。 上述这些结构是开链式， 也可写成哈瓦斯式如葡萄糖 大家知道吡喃是六元环，呋喃是五元环，因此我们一般把六 元环的糖基称为吡喃型，把五元环的糖基称为呋喃型
20
椅式构象
纤维素的吡喃葡萄糖基具有椅式构象。在两种椅式构象中， 羟基可能具有直立构象或平伏构象，后者能量较低。见上 图。经红外光谱研究证实，葡萄糖甲基化衍生物的吡喃环 以平伏构象占优势。
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成反式是gt 构象
与C5-O5成反式 与 C5-C4成旁式是tg 构象
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2. 纤维素分子量和聚合度
组成大分子的基环数目称之为聚合度（DP），纤维素的聚合 度为：DP=纤维素的分子量/基环分子量
纤维素的基环分子量为162，由于分子链两末端基环比链中的 基环共多了两个氢和一个氧原子，即原子量多了18，故纤维 素的分子量：
另一种是从木材和其他植物纤维原料中制备，需要 从中除掉相当多的伴生物如木质素、半纤维素及果 胶等，也就不可避免地会引起纤维素的分解，制得 的纤维素其纯度也就远不及棉纤维素。
9
从木材和其他植物纤维原料中制备:
处理方法 试 样
硝酸乙醇法 气干试样
综 亚氯酸纳法 苯醇抽提后
纤
维 氯化法
苯醇抽提后
素 过醋酸法 苯醇抽提后
3
§5-1. 糖 化 学 基 础
1. 结 构 式
单 糖 开 链 式
4
倒数第二个碳原子上的-OH在右为D型，在左为L型。 葡萄糖为Glucose，简写为 Glu。 甘露糖为Mannose，简写为 Man 阿拉伯糖为Arabinose，简写为 Ara 半乳糖为Galactose ，简写为 Gal 木糖为Xylose，简写为 Xyl。 上述这些结构是开链式， 也可写成哈瓦斯式如葡萄糖 大家知道吡喃是六元环，呋喃是五元环，因此我们一般把六 元环的糖基称为吡喃型，把五元环的糖基称为呋喃型
20
椅式构象
纤维素的吡喃葡萄糖基具有椅式构象。在两种椅式构象中， 羟基可能具有直立构象或平伏构象，后者能量较低。见上 图。经红外光谱研究证实，葡萄糖甲基化衍生物的吡喃环 以平伏构象占优势。
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纤维素的结晶度是指纤维素构成的结晶区占纤维素 整体的百分率，它反映纤维素聚集时形成结晶的程 度。
结晶度a
结晶区样品含量 结晶区样品含量＋非结晶区样品含量
100％
纤维素物料的结晶度大小，随纤维素样品而异。据 测定，种毛纤维和韧皮纤维纤维素的结晶度为70 ％～80％，木浆为60％～70％，再生纤维约为45％。
CH2OH
O
HO OH OH
OH
α -D-葡萄糖
CHO
H C OH
HO C H
H C OH H C OH
CH2OH
开链式结构
CH2OH
O
OH
HO OH
OH
β -D-葡萄糖
α -D-葡萄糖、β -D-葡萄糖
10
－基环分子式：C6H10O5 －分子质量： 162 －纤维素分子链的分子式：
C6H11O5-(C6H10O5)n-2- C6H11O5 －聚合度：n
聚集态结构（二次结构）：超分子结构，处于平衡态 时纤维素大分子链相互间的几乎排列特征，包括晶 体结构（晶区和非晶区、晶胞大小及形式、分子链 在晶胞内的堆砌形式、微晶的大小）和取向结构 （分子链和微晶的取向）。
形态结构（三次结构）：比超分子结构更大一些，光 学显微镜下可见。如多重细纤维结构，纤维断面的 形状、结构和组成。
16
纤维素的构型和构象
纤维素由葡萄糖基环构成，构型属β–D构型 。 D－葡萄糖基的构象为椅式构象。在椅式构象中,
联接取代基的键分直立键和平伏键, β–D吡喃型葡 萄糖环中主要的取代基均处于平伏位置。
17
O C H2O H
OH
O C H2O H
OH
O C H2O H
O
HO
O
HO
O
HO
O
OH
13
三个醇羟基，分别位于2、3、6位，其中C2、C3 为仲醇羟基，而在C6为伯醇羟基。
4）纤维素大分子的两个末端基，一个具有还原性，另一个 是非还原性的
14
纤维素分子链一端的葡萄糖基第一个碳原子上存在 一个苷羟基，当葡萄糖环结构变成开链式时，此羟基即 变为醛基而具有还原性，故苷羟基具有潜在的还原性， 又有隐性醛基之称。
1）纤维素大分子的基本结构单元是D－吡喃式葡萄 糖基（即失水葡萄糖）。
2）纤维素大分子的葡萄糖基间的联接都是β-苷键联 接。
3）纤维素大分子每个基环均具有3个醇羟基。 4）纤维素大分子的两个末端基，一个具有还原性，
另一个是非还原性的。整体呈极性。
1）纤维素大分子的基本结构单元是D－吡 喃式葡萄糖基（即失水葡单 元在空间的相对排列，包5 括高分子的链 结构、聚集态结构和形态结构。
近程结构（一级） 一次结构：链结构
远程结构 （二级）
纤维素结构 二次结构：聚集态结构
三次结构：形态结构
链结构（一次结构）：表明一个分子链中原子或基因 的几何排列情况。其中又6包括尺度不同的两类结构。
3
纤维素是诸多工业的主要原料，在造纸工业、 纺织工业、木材工业等领域中都有重要用途。关于 纤维素化学与工业的研究始于160多年前，是高分 子化学诞生及其发展时期的主要研究对象。
由于化石资源储量的不断减少，拓展纤维素资 源的高附加值利用是全球经济、能源和新材料发展 的热点领域之一。
4
第一节 纤维素的化学与物理结构
19
结晶区和非结20 晶区的特点
结晶区:
非结晶区:
纤维素分子链取向良好 纤维素分子链取向较差
密度较大
分子排列无秩序，分子
分子间的结合力最强
间距离较大，密度低，
结晶区对强度的贡献大。
分子间的氢键结合数量 少，故非结晶区对强度
的贡献小。
（二）纤维素的结晶度及可及度
1. 纤维素结晶度
二、纤维素大分子的构象（二级结构） 15
构型：指分子中的基团或原子团化学键所固定的空间 几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须经过 化学键的断裂。 构象：一定构型的分子，在其键允许的范围内，原子 或原子团旋转或相互扭转时，能以不同的空间排布存 在，这种空间排布称为构象。可以理解为由于各基团 围绕单键内旋转而形成聚合物链的不同形态。
O C H2O H
HO
O
OH
O C H2O H
HO
O
OH
纤维素大分子的构象如图所示,其葡萄糖单元成椅式
扭转,每个单元上C2位羟基、 C3位羟基和C6位取代基均 处于水平位置。
三、纤维素大分子聚集态结构（二次结构）
18
（一）纤维素的结晶结构
纤维素的聚集状态，可以理解成一种由结 晶区和无定形区交错结合的体系，从结晶区到无 定形区是逐步过度的，无明显界限。
链结7构
近程结构（第一层次结构）：指单个分子内一个或 几个结构单元的化学结构和立体化学结构。
远程结构（第二层次结构）：指单个分子的大小与 形态、链的柔顺性和在空间所存在的各种形状（构 象）。
一、 纤维素的化学结构（近程结构） 8
组成纤维素的基本结构单元是什么？结构单 元间如何联接的？
21
2、纤维素物料的可及度2A2
利用某些能进入纤维素物料的无定形区而不 能进入结晶区的化学试剂，测定这些试剂可以到 达并起反应的部分占全体的百分率称为纤维素物 料的可及度。
一个纤维素分子链可以经过若干结晶区和无 定形区。
每一个结晶区称为微晶体。
结晶区：纤维素大分子的聚集， 一部分的分子排列比较整齐、有 规则，呈现清晰的X－射线图；
无定形区：另一部分的分子链排 列不整齐、较松弛， 但其取向 大致与纤维主轴平行。
L为微晶体的长度，纤维素主链通 过一个以上的微晶体
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第三章 纤维素
第一节 纤维素的化学与物理结构 第二节 纤维素的相对分子质量和聚合度 第三节 纤维素的物理及物理化学性质 第四节 纤维素的化学反应
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纤维素是自然界中最古老、最丰富 的天然高分子，是重要的生物可降解性 和可再生的生物质资源之一。
定义：在常温下不溶于水、稀酸和 稀碱的D-葡萄糖基以β-1，4-苷键联接起 来的链状高分子化合物。
纤维素分子为极长的链分子，属线型高分子化 合物。
Mr /162 n
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2）纤维素大分子的葡萄糖基间的联接都是β － 苷键1联2 接
由于苷键的存在，使纤维素大分子对水解作 用的稳定性降低。在酸或高温下与水作用，可使苷 键破裂，纤维素大分子降解。
在酸中：β -苷键水解速度比α -苷键小。
3）纤维素大分子每个基环均具有3个醇羟基
结晶度a
结晶区样品含量 结晶区样品含量＋非结晶区样品含量
100％
纤维素物料的结晶度大小，随纤维素样品而异。据 测定，种毛纤维和韧皮纤维纤维素的结晶度为70 ％～80％，木浆为60％～70％，再生纤维约为45％。
CH2OH
O
HO OH OH
OH
α -D-葡萄糖
CHO
H C OH
HO C H
H C OH H C OH
CH2OH
开链式结构
CH2OH
O
OH
HO OH
OH
β -D-葡萄糖
α -D-葡萄糖、β -D-葡萄糖
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－基环分子式：C6H10O5 －分子质量： 162 －纤维素分子链的分子式：
C6H11O5-(C6H10O5)n-2- C6H11O5 －聚合度：n
聚集态结构（二次结构）：超分子结构，处于平衡态 时纤维素大分子链相互间的几乎排列特征，包括晶 体结构（晶区和非晶区、晶胞大小及形式、分子链 在晶胞内的堆砌形式、微晶的大小）和取向结构 （分子链和微晶的取向）。
形态结构（三次结构）：比超分子结构更大一些，光 学显微镜下可见。如多重细纤维结构，纤维断面的 形状、结构和组成。
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纤维素的构型和构象
纤维素由葡萄糖基环构成，构型属β–D构型 。 D－葡萄糖基的构象为椅式构象。在椅式构象中,
联接取代基的键分直立键和平伏键, β–D吡喃型葡 萄糖环中主要的取代基均处于平伏位置。
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O C H2O H
OH
O C H2O H
OH
O C H2O H
O
HO
O
HO
O
HO
O
OH
13
三个醇羟基，分别位于2、3、6位，其中C2、C3 为仲醇羟基，而在C6为伯醇羟基。
4）纤维素大分子的两个末端基，一个具有还原性，另一个 是非还原性的
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纤维素分子链一端的葡萄糖基第一个碳原子上存在 一个苷羟基，当葡萄糖环结构变成开链式时，此羟基即 变为醛基而具有还原性，故苷羟基具有潜在的还原性， 又有隐性醛基之称。
1）纤维素大分子的基本结构单元是D－吡喃式葡萄 糖基（即失水葡萄糖）。
2）纤维素大分子的葡萄糖基间的联接都是β-苷键联 接。
3）纤维素大分子每个基环均具有3个醇羟基。 4）纤维素大分子的两个末端基，一个具有还原性，
另一个是非还原性的。整体呈极性。
1）纤维素大分子的基本结构单元是D－吡 喃式葡萄糖基（即失水葡单 元在空间的相对排列，包5 括高分子的链 结构、聚集态结构和形态结构。
近程结构（一级） 一次结构：链结构
远程结构 （二级）
纤维素结构 二次结构：聚集态结构
三次结构：形态结构
链结构（一次结构）：表明一个分子链中原子或基因 的几何排列情况。其中又6包括尺度不同的两类结构。
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纤维素是诸多工业的主要原料，在造纸工业、 纺织工业、木材工业等领域中都有重要用途。关于 纤维素化学与工业的研究始于160多年前，是高分 子化学诞生及其发展时期的主要研究对象。
由于化石资源储量的不断减少，拓展纤维素资 源的高附加值利用是全球经济、能源和新材料发展 的热点领域之一。
4
第一节 纤维素的化学与物理结构
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结晶区和非结20 晶区的特点
结晶区:
非结晶区:
纤维素分子链取向良好 纤维素分子链取向较差
密度较大
分子排列无秩序，分子
分子间的结合力最强
间距离较大，密度低，
结晶区对强度的贡献大。
分子间的氢键结合数量 少，故非结晶区对强度
的贡献小。
（二）纤维素的结晶度及可及度
1. 纤维素结晶度
二、纤维素大分子的构象（二级结构） 15
构型：指分子中的基团或原子团化学键所固定的空间 几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须经过 化学键的断裂。 构象：一定构型的分子，在其键允许的范围内，原子 或原子团旋转或相互扭转时，能以不同的空间排布存 在，这种空间排布称为构象。可以理解为由于各基团 围绕单键内旋转而形成聚合物链的不同形态。
O C H2O H
HO
O
OH
O C H2O H
HO
O
OH
纤维素大分子的构象如图所示,其葡萄糖单元成椅式
扭转,每个单元上C2位羟基、 C3位羟基和C6位取代基均 处于水平位置。
三、纤维素大分子聚集态结构（二次结构）
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（一）纤维素的结晶结构
纤维素的聚集状态，可以理解成一种由结 晶区和无定形区交错结合的体系，从结晶区到无 定形区是逐步过度的，无明显界限。
链结7构
近程结构（第一层次结构）：指单个分子内一个或 几个结构单元的化学结构和立体化学结构。
远程结构（第二层次结构）：指单个分子的大小与 形态、链的柔顺性和在空间所存在的各种形状（构 象）。
一、 纤维素的化学结构（近程结构） 8
组成纤维素的基本结构单元是什么？结构单 元间如何联接的？
21
2、纤维素物料的可及度2A2
利用某些能进入纤维素物料的无定形区而不 能进入结晶区的化学试剂，测定这些试剂可以到 达并起反应的部分占全体的百分率称为纤维素物 料的可及度。
一个纤维素分子链可以经过若干结晶区和无 定形区。
每一个结晶区称为微晶体。
结晶区：纤维素大分子的聚集， 一部分的分子排列比较整齐、有 规则，呈现清晰的X－射线图；
无定形区：另一部分的分子链排 列不整齐、较松弛， 但其取向 大致与纤维主轴平行。
L为微晶体的长度，纤维素主链通 过一个以上的微晶体
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第三章 纤维素
第一节 纤维素的化学与物理结构 第二节 纤维素的相对分子质量和聚合度 第三节 纤维素的物理及物理化学性质 第四节 纤维素的化学反应
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纤维素是自然界中最古老、最丰富 的天然高分子，是重要的生物可降解性 和可再生的生物质资源之一。
定义：在常温下不溶于水、稀酸和 稀碱的D-葡萄糖基以β-1，4-苷键联接起 来的链状高分子化合物。
纤维素分子为极长的链分子，属线型高分子化 合物。
Mr /162 n
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2）纤维素大分子的葡萄糖基间的联接都是β － 苷键1联2 接
由于苷键的存在，使纤维素大分子对水解作 用的稳定性降低。在酸或高温下与水作用，可使苷 键破裂，纤维素大分子降解。
在酸中：β -苷键水解速度比α -苷键小。
3）纤维素大分子每个基环均具有3个醇羟基