木质素紫外光谱分析79页PPT
合集下载
木质素的紫外光谱分析
UV术语
发色团
引起电子跃迁的不饱和基团。一般为带有π电子的基团. 例如 :
由于不同的有机分子所含有的发色团不同，组成它们的分子 轨道不同，能级不同，发生价电子跃迁的能量不同，故 λmax是UV用于结构分析的主要依据。
• 助色团
– 本身并无近紫外吸收，但与发色团相连时，常 常要影响λmax和εmax的基团。例如：
UV与IR、NMR不同，它不能用来鉴别具体 的官能团，而主要是通过考察孤对电子及π 电子的跃迁来提示分子中是否存在共轭体 系。 部分化合物的UV吸收见下表：
• UV主要反映共轭体系和芳香族化合物的结 构特征。往往两个化合物分子中相同的共 轭结构，而分子的其它部分截然不同，却 可以得到十分相似的紫外谱图。
• K带[来自德文Konjugierte(共轭)] • 起源：由π-π＊跃迁引起。特指共轭体系的π-π＊跃迁。 K带是最重要的UV吸收带之一，共轭双烯、α,β－不饱和醛、酮， 芳香族醛、酮以及被发色团取代的苯（如苯乙烯）等，都有K带 吸收。例如：
• 特点： • • ① λmax 210－270nm，εmax＞10000； ② 溶剂极性增加时，λmax不变(双烯)或发生红移(烯酮)。
注意事项
• 木质素和木质素模型化合物易受空气氧化 和光降解，在稀碱溶液中尤其易发生这些 变化。因此用于UV分析的木质素样品溶液 最好是现配现用。另外要注意，溶液应当 在常温下配制，不可加热。切不可将溶液 置于强光尤其是强紫外光下。做离子化差 谱分析时需要配制木质素的碱性溶液，则 碱液应当在测定前才加到木质素中性溶液 中。
– 特点：助色团一般是带有p电子的基团。例如：
• 红移与蓝移
• 红移——由取代基或溶剂效应引起的λ起的λmax向短波 方向移动的现象。
紫外光谱分析_林治作
S-3150二极管阵列紫外光谱仪
技术参数： 光源：钨灯&氘灯 检测器：1024管光电二极管阵列 波长范围： 190~1100nm 波长重复率：＜0.02nm 光度测量范围：-3.0~+3.0Au
紫外-可见吸收光谱法的应用
紫外-可见吸收光谱法的应用主要有以下几个方面
（1）定性分析：
通常是根据吸收光谱的形状，吸收峰的数目以及最大吸收波长的位 置和相应的摩尔吸收系数进行亲性鉴定。一般采用比较光谱法，即在相同 的测定条件下，比较待测物与已知标准的吸收光谱，如果它们的吸收光谱 完全等同（ λmax以及相应的k均相同），则可以认为是相同物质
各类有机物的特征吸收光谱
• 饱和有机化合物：
饱和碳氢化合物只能产生σ →σ *跃迁，所需能量较高，在研究的近紫外、 可见光区不产生吸收，常用于做光谱分析时的溶剂 。
• 不饱和有机化合物：
（1）含有孤立双键（或三键）的化合物，烯烃能产生π→π*跃迁，吸收峰 位于远紫外区。C=O,C=S等基团可产生n→π * ，π→π * ，n→σ *跃迁 （2）含有共轭双键（或三键）的化合物，该类化合物由于存在共轭效应， 使π→π*跃迁能量减小，从而使其吸收波长和吸收强度随着共轭体系的增 加而增加。其最大吸收波长除可以用分光光度计测量外，还可以用Wood Ward经验规则推算，有时将计算结果与实验结果想比较，即可确定待测 物质的结构
木质素的定量测定（乙酰溴法）
在试管中放入精称的10~25mg脱脂木粉，加入浓度为25%乙 酰溴的醋酸溶液10ml，在70℃保持30min，（开始15min不 搅拌，然后每3~5min摇动一次，持续15min），使木粉溶 解，使试管冷却，将内容物转移到一个含有2mol/LNaOH （9ml）和醋酸（50ml）的容量瓶中，用少量醋酸冲洗后 转移完全，加入lml盐酸羟胺（NH2OHHCl），最后用醋酸 稀释此溶液到刻度，测定其在280nm的吸光度，利用下列 公式求木素含量： 木素含量=100（As-Ab）*V/a*m*d-B（%）
第三章-木质素ppt课件
3.1 木质素概述
愈疮木基和紫丁香基在白桦中的分布
愈疮木基：紫丁香基
形态区域
木纤维次生壁S2
溴化及扫描电镜与能量 分析仪(SEM-EDXA) 12:88
紫外显微镜(UV) 紫丁香基
导管次生壁S3
薄璧细胞次生壁S 胞间层ML 胞间层ML 胞间层ML
88:12
49:51 91:9 80:20 100:0
OH HO lignin HO OH OH OH Et2SO4 KOH EtO lignin HO OH OEt KOH O PO O OEt lignin O O O OH O OEt O O OH OH OEt O OH
EtO
3.4 木质素的应用
塑料共混（PVC、PP、PE、PF、PU） 橡胶填充剂（补强） 抗氧化剂
3.2 木质素的结构与性质与性质
（2）木质素的结构
木质素的官能团
羟基（酚羟基、醇羟基）、羰基、甲氧基、醛基、芳香基、 共轭双键等
结构单元的连接方式
基本结构单元为苯丙烷，通过醚键和碳-碳键的方式连接 而成。醚键包括酚醚键、烷醚键、二芳醚键和二烷醚键。
3.2 木质素的结构与性质
木质素的结构模型
3.1 木质素概述
黑云杉和花旗松中木质素的分布
木材 形态区域 管胞次生壁 管胞胞间层 早材 管胞胞间层的细胞角隅 组织容积（%） 黑云杉 87 9 4 花旗松 74 10 4 总木质素（%） 黑云杉 72 16 12 花旗松 58 18 11 木质素浓度（g/g） 黑云杉 0.23 0.5 0.85 花旗松 0.25 0.56 0.83
（2）木质素的胺化改性
胺类化合物与醛类和含有活泼氢原子的化合物进行缩合， 活泼氢原子被胺甲基取代
木质素ppt课件
5
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）
6
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。
三个树种磨木木质素（MWL）的元素组成素组成
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
（3）水解反应(磺化)：木质素与亚硫酸盐在高温下 蒸煮，发生磺化反应。木质素经磺化，形成含有或 多或少硫的固态木素磺酸。 固态木素磺酸渐渐转为水溶性的木质素磺酸， 这过程受H+浓度的左右，故可认为这就是一种水解 过程。
16
（4）光解反应：木材的光降解主要发生于木质素。 对光木质素是不稳定的。
（5）碱液对木质素的作用（脱木素反应） 在制浆工业中，常用碱混合液蒸煮木材或
14 间
木质素与木材分类
木质素的颜色反应可以作为鉴定木材组织中或机械纸浆 中 有 无 木 质 素 的 存 在 ， 甚 至 可 用 摩 尔 氏 反 应 (Maul reaction)来区分针叶树材和阔叶树材。 摩尔氏反应：用1%高锰酸钾溶液处理木材薄片，浸5分 钟，用蒸馏水冲洗10分钟，再用3％盐酸处理，水洗后 放入浓氨水中观察。 针叶树材显黄色或黄褐色，阔叶树材显红色或红紫色。
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）
6
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。
三个树种磨木木质素（MWL）的元素组成素组成
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
（3）水解反应(磺化)：木质素与亚硫酸盐在高温下 蒸煮，发生磺化反应。木质素经磺化，形成含有或 多或少硫的固态木素磺酸。 固态木素磺酸渐渐转为水溶性的木质素磺酸， 这过程受H+浓度的左右，故可认为这就是一种水解 过程。
16
（4）光解反应：木材的光降解主要发生于木质素。 对光木质素是不稳定的。
（5）碱液对木质素的作用（脱木素反应） 在制浆工业中，常用碱混合液蒸煮木材或
14 间
木质素与木材分类
木质素的颜色反应可以作为鉴定木材组织中或机械纸浆 中 有 无 木 质 素 的 存 在 ， 甚 至 可 用 摩 尔 氏 反 应 (Maul reaction)来区分针叶树材和阔叶树材。 摩尔氏反应：用1%高锰酸钾溶液处理木材薄片，浸5分 钟，用蒸馏水冲洗10分钟，再用3％盐酸处理，水洗后 放入浓氨水中观察。 针叶树材显黄色或黄褐色，阔叶树材显红色或红紫色。
化学木素的化学结构及其研究方法PPT课件
C
C
C
C
C
C
C
C
C
OCH3
H3CO
OCH3
OH
OH
OH
愈疮木基丙烷
紫丁香基丙烷
对-羟基苯基丙烷
guaiacyl propane, G syringyl propane, S p-hydroxyl phenyl propane, H
第22页/共140页
不同原料木质素基本结构单元的相对含量
木质素结构单元
第25页/共140页
3.3.3 木质素的元素组成与C9单元
3.3.3.1 木质素的元素组成
组成木质素的元素：C、H、O 特点： C/H高，显示芳香族特性。
如：针叶材木质素 C% H% C︰H（原子数比） 60~65 5~5.6 1︰1.1（苯环为1︰1）
第26页/共140页
3.3.3.2 C9单元平均元素组成及示性式
种紫丁香基型产物，说明阔叶材木质素是由愈疮木 基丙烷和紫丁香基丙烷单元构成。
草类木质素乙醇解产物有十五种，除上述十种外，
还有五种对-羟基苯基结构的产物，说明草木质素是 由愈疮木基丙烷、紫丁香基丙烷和对-羟基苯丙烷单 元构成。
乙醇解不仅证明木质素结构单元为C6-C3，也说明了 Hibbert酮的来源。
中野凖三.《木素化学》（P162）
第1页/共140页
研究的内容：
木素的官能团及分布 木素的结构单元的类型 各种结构单元量的比例 木素结构单元间的连接方
式
第2页/共140页
木素的结构单元
木素结构研究的途径： 降解研究 —— 瑞典E.Adler 生物合成 —— 德国K.Freundenberg
第3页/共140页
木质素化学PPT课件
乙烯基类单体：丙烯酰胺、丙烯酸、苯乙 烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯睛。其中研究 最多的是木质素与丙烯酰胺的反应（丙烯 酰胺在烯类单体中活性最大，苯乙烯活性 低）。
二、 木质素的化学反应
（2）自由基反应，需要引发剂。 常 用 引 发 剂 ： 铈 盐 （ Se(NO3)2）、
H钾2O)2及-Fγe(射II线)、照高射锰等酸。钾、过硫酸盐(铵或
（3）共聚与均聚反应有竞争
共聚：木质素与乙烯基类单体； 均聚：乙烯基类单体之间聚合。
（4）苯酚抑制共聚反应，一般先甲基化，再接 枝共聚。 甲基化：重氮甲基化，硫酸二甲酯
二、 木质素的化学反应
木质素氧化还原引发共聚机理
二、 木质素的化学反应
木质素接枝共聚反应（环上反应为主）
二、 木质素的化学反应
木质素的物理性质各种分离木质素的玱璃态转化温度t木质素的物理性质树种分离木质素玻璃态转化温度干燥状态吸湿状态水云杉云杉云杉云杉桦木杨木针叶树高碘酸盐木质素高碘酸盐木质素二氧六环木质素相对低分子量二氧六环木质素相对低分子量高碘酸盐木质素二氧六环木质素相对低分子量木质素磺酸盐19312714617913423511512690271727192721281227872118212高聚物的玱璃态转化温度t不植物种类分离方法相对分子量有关玱璃态转化温度不木质素分子量之间成正比
二、 木质素的化学反应
（4）臭氧：能与酚型和非酚型木质素发生亲电取代反应。 （5） H2O2：在碱性介质中不能氧化木质素苯环，但能氧化
侧链的羰基和醌型结构，破坏发色基团，达到漂白的目 的。过氧化氢对木钙的聚合或降解作用均较弱, （6）过硫酸铵：可使木钙发生聚合反应。过硫酸铵氧化木 钙时,条件：过硫酸铵的用量为4%～6%,温度为80～90℃, pH=8～10 过硫酸铵在碱性条件下使木钙酚型物发生离子化脱氢,产 生了游离基,提高了木钙的反应活性,促进了木钙分子游 离基之间的聚合反应。
二、 木质素的化学反应
（2）自由基反应，需要引发剂。 常 用 引 发 剂 ： 铈 盐 （ Se(NO3)2）、
H钾2O)2及-Fγe(射II线)、照高射锰等酸。钾、过硫酸盐(铵或
（3）共聚与均聚反应有竞争
共聚：木质素与乙烯基类单体； 均聚：乙烯基类单体之间聚合。
（4）苯酚抑制共聚反应，一般先甲基化，再接 枝共聚。 甲基化：重氮甲基化，硫酸二甲酯
二、 木质素的化学反应
木质素氧化还原引发共聚机理
二、 木质素的化学反应
木质素接枝共聚反应（环上反应为主）
二、 木质素的化学反应
木质素的物理性质各种分离木质素的玱璃态转化温度t木质素的物理性质树种分离木质素玻璃态转化温度干燥状态吸湿状态水云杉云杉云杉云杉桦木杨木针叶树高碘酸盐木质素高碘酸盐木质素二氧六环木质素相对低分子量二氧六环木质素相对低分子量高碘酸盐木质素二氧六环木质素相对低分子量木质素磺酸盐19312714617913423511512690271727192721281227872118212高聚物的玱璃态转化温度t不植物种类分离方法相对分子量有关玱璃态转化温度不木质素分子量之间成正比
二、 木质素的化学反应
（4）臭氧：能与酚型和非酚型木质素发生亲电取代反应。 （5） H2O2：在碱性介质中不能氧化木质素苯环，但能氧化
侧链的羰基和醌型结构，破坏发色基团，达到漂白的目 的。过氧化氢对木钙的聚合或降解作用均较弱, （6）过硫酸铵：可使木钙发生聚合反应。过硫酸铵氧化木 钙时,条件：过硫酸铵的用量为4%～6%,温度为80～90℃, pH=8～10 过硫酸铵在碱性条件下使木钙酚型物发生离子化脱氢,产 生了游离基,提高了木钙的反应活性,促进了木钙分子游 离基之间的聚合反应。
紫外光谱分析PPT课件
• 吸收峰
• 吸收谷
• 肩峰
• 末端吸收
• 强带： ＞104；弱带： ＜103
溶剂
• 表示方法：
： max
溶剂
2
3
7
n
m
(
1
0
4)
或
：m2ax37nm(lg4.0)
第21页/共78页
紫外吸收光谱中的一些常见术语
• 发色团：分子结构含有电子的基团。 • 助色团：含有非成键n电子的杂原子饱和基团。 • 红移（长移） 紫外光谱的所属类别？ • 分子轨道的种类？ • 电子越迁类型？ • 发色团与助色团？ • 紫外光谱的影响因素？ • 根据化学结构计算最大紫外吸收波长的方法？ • 紫外光谱在结构解析中的应用？
第1页/共78页
第二章 紫外光谱
（Ultraviolet-Visible Spectrophotometry ）（UV-Vis）
本章重点内容
• 电磁辐射能与分子吸收光谱之间的关系； • 电子越迁类型与紫外光吸收峰之间的关系； • 发色团与助色团的类型； • 共轭体系与紫外光谱吸收峰之间的关系，吸收峰波长的计算方法； • 紫外光谱的影响因素； • 紫外光谱在有机化合物结构分析中的作用。
第77页/共78页
感谢您的观看！
第78页/共78页
（三）样品溶液的浓度对max的影响
在单色光和稀溶液的实验条件下，溶液对光线的吸收遵守
Lambert-Beers定律，即吸光度（A）与溶液的浓度（C） 和吸收池的厚度（l）成正比
A=lC 为摩尔吸光系数
max=5000~10000 强吸收
max=200~5000 中强吸收
max<200
弱吸收
第27页/共78页
木质素的紫外光谱分析
– 木质素UV定量分析的步骤. 实验时要注意哪些 问题? – 无论是磨木木素、酶解木素还是工业木素，都 或多或少含有一些木素碳水化合物复合体(LCC)、 低分子酚、糖等。这些杂质是否会干扰木质素 的紫外光谱分析? 如果有干扰的话, 应当如何消 除干扰? – 如何用紫外光谱法测定木质素的酚羟基含量? – 溶剂如何影响木质素的紫外吸收? 要数据!
• 针叶材,阔叶材和非木材木质素的紫外光谱 有什么特点? • 前面讲过，木质素在200~208nm处和 268~287nm左右有两个吸收峰，而在 227~233nm以及330~340nm处有两个肩峰。 其中，针叶木木质素的最大吸收位于 280~285nm, 而阔叶木木质素的最大吸收位 于274~276nm，并且阔叶木木质素在 235.9nm, 239nm, 242.4nm等处也有吸收。 请大家查一下这些吸收峰的归属。
• 其次，木质素的最大吸收波长会因溶剂的 改变而改变。溶剂对吸收光谱的影响主要 来自溶剂的极性，另外也与木质素苯环上 取代基的性质有关。极性溶剂，如水、乙 醇、甲基纤维素溶剂等，容易导致含有吸 电子取代基的木质素紫外光谱谱带蓝移。 同样的溶剂，可以使带有推电子取代基的 木质素紫外光谱发生红移。一个引起人们 兴趣的现象是，红移一般伴随有深色效应 ，而蓝移一般伴有浅色效应。
• B带和E带 • B—德文Benzienoid(苯系) E—德文Ethylenic(乙烯 型) 起源：均由苯环的π-π＊跃迁引起。是苯环的UV特征吸 收。 特点： ①B带为宽峰，有精细结构 (苯的B带在230~270nm)
εmax偏低：200＜ε＜3000
(苯的ε为215)；
② E1带特强，(εmax >10000) ； E2带中等强度，(2000＜εmax ＜10000) ③ 苯环上引入取代基时，E2红移，但一般不超过 210nm。如果E2带红移超过210nm，将衍变为K带。
• 针叶材,阔叶材和非木材木质素的紫外光谱 有什么特点? • 前面讲过，木质素在200~208nm处和 268~287nm左右有两个吸收峰，而在 227~233nm以及330~340nm处有两个肩峰。 其中，针叶木木质素的最大吸收位于 280~285nm, 而阔叶木木质素的最大吸收位 于274~276nm，并且阔叶木木质素在 235.9nm, 239nm, 242.4nm等处也有吸收。 请大家查一下这些吸收峰的归属。
• 其次，木质素的最大吸收波长会因溶剂的 改变而改变。溶剂对吸收光谱的影响主要 来自溶剂的极性，另外也与木质素苯环上 取代基的性质有关。极性溶剂，如水、乙 醇、甲基纤维素溶剂等，容易导致含有吸 电子取代基的木质素紫外光谱谱带蓝移。 同样的溶剂，可以使带有推电子取代基的 木质素紫外光谱发生红移。一个引起人们 兴趣的现象是，红移一般伴随有深色效应 ，而蓝移一般伴有浅色效应。
• B带和E带 • B—德文Benzienoid(苯系) E—德文Ethylenic(乙烯 型) 起源：均由苯环的π-π＊跃迁引起。是苯环的UV特征吸 收。 特点： ①B带为宽峰，有精细结构 (苯的B带在230~270nm)
εmax偏低：200＜ε＜3000
(苯的ε为215)；
② E1带特强，(εmax >10000) ； E2带中等强度，(2000＜εmax ＜10000) ③ 苯环上引入取代基时，E2红移，但一般不超过 210nm。如果E2带红移超过210nm，将衍变为K带。