植物纖維化學復習題

植物纖維化學復習題名詞解釋1.纖維素：纖維素是由β,D-葡萄糖基通過1,4-苷鍵連接而成的線狀高分子化合物。2水解纖維素：纖維素部分水解所生成的不溶于水的產(chǎn)物稱為水解纖維素。3纖維素1:天然纖維素的結(jié)晶格子稱為纖維素I.4纖維素2：經(jīng)過Na-纖維素I的形式在NaOH的作用下得到的纖維素。5纖維素3：經(jīng)過NH3-纖維素I的形式，在蒸發(fā)所得到的纖維素。6木素：是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元（及C6-C3單元）通過醚鍵，碳-碳鍵鏈接而成的芳香族高分子化合物。7原本木素：以天然狀態(tài)存在于植物體中的木素，未經(jīng)過任何加工。8磨木木素：磨木木素又稱貝克曼木素，它是在室溫下用不引起潤脹作用的中性溶劑做介質(zhì)，仔細的研磨木粉，通過溶劑抽提而獲得的高得率的分離木素。9半纖維素：半纖維素是由多種糖基，糖醛酸基所組成的，并且分子中往往帶有支鏈的復合聚糖的總稱。10綜纖維素：又稱總纖維素，指造紙植物纖維原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即纖維素和半纖維素的總稱）11克-貝纖維素：由英國人克羅斯和貝文提出的分離纖維素的方法所得到的纖維素稱為克-貝纖維素。12工業(yè)半纖維素：習慣上將β-纖維素和γ-纖維素之和稱為工業(yè)半纖維素。13硝酸乙醇纖維素：用20%的硝酸和80%乙醇的混合液，在加熱至沸騰的條件下處理無抽提物的試樣，使其中的木素變?yōu)橄趸舅?、溶于乙醇中而被除去，所得殘渣既為硝酸乙醇法纖維素。14潤脹：固體吸收潤脹劑后，其體積變大但不失其表觀均勻性，分子間的內(nèi)聚力減小，固體變軟的現(xiàn)象。纖維素纖維的潤脹分為：有限潤脹和無限潤脹。15潤脹度：纖維素纖維潤脹時的直徑增大的百分率稱為潤脹度。16紋孔：植物細胞在增厚過程中，并不是整個細胞都產(chǎn)生均勻增厚的，其未增厚的部分細胞壁較薄，在顯微鏡下觀察成一個孔，稱為紋孔。17衍生物：木素大分子中原子或者原子團被其他原子或原子團取代而得到的物質(zhì)18果膠物料：果膠質(zhì)與其他物料半生在一起的復合體。果膠：果膠酸鹽以及酯化了的的果膠酸19超結(jié)構(gòu)：超過一般光子顯微鏡的分辨能力的細節(jié)熱塑性：在某一溫度下，木素由玻璃態(tài)向橡膠態(tài)變化的性質(zhì)20α-纖維素：包括纖維素和抗堿性纖維素21β-纖維素：為高度降解的纖維素和半纖維素22γ-纖維素：全為半纖維素23硅干擾：在堿法制漿中，原料中的硅形成硅酸鈉，溶于堿法廢液中，大量的硅酸鈉使廢液的粘度增加，洗槳時黑夜提取率降低，對黑液的蒸發(fā)、燃燒、苛化、白泥的回收等過程都帶來麻煩。24樹枝障礙：在酸法制漿中，樹木的有機抽出物被加熱，軟化成油狀物漂浮在漿水體系中，易粘附在漿池壁、洗漿箱、紙張等地方，給生產(chǎn)過程和紙張質(zhì)量帶來不良影響，稱為樹脂障礙。25游離水：纖維素物料吸濕達到纖維飽和點后，水分子繼續(xù)進入纖維的細胞腔和各空隙中，形成多層吸附水和毛細管水26結(jié)合水：進入纖維素無定形區(qū)與纖維素的羥基形成氫鍵結(jié)合的水簡答題1、比較木素在酸性條件下和堿性條件下的親核反應，找出共同點和不同點？答：共同點：都可以生成正碳離子結(jié)構(gòu)。不同點：木素結(jié)構(gòu)單元中的酚型結(jié)構(gòu)在堿性介質(zhì)中可以形成亞甲基醌結(jié)構(gòu)，而非酚形不能。而在酸性介質(zhì)中，無論是酚型還是非酚型結(jié)構(gòu)都可以形成正碳離子結(jié)構(gòu)。2、木素酚型和非酚型結(jié)構(gòu)在酸性條件下和堿性條件下的基本變化有何不同？答：在堿性條件下，只有酚型結(jié)構(gòu)可以形成亞甲基醌結(jié)構(gòu)（或是正碳離子），而非酚形不能。而在酸性條件下無論是酚型還是非酚型結(jié)構(gòu)都可以形成正碳離子結(jié)構(gòu)。3、纖維素纖維的超分子結(jié)構(gòu)理論。答：纖維素的聚集狀態(tài)即所謂的纖維素的超分子結(jié)構(gòu)，就是形成一種結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)交錯結(jié)合的體系，從結(jié)晶區(qū)到無定形區(qū)是逐步過渡的，無明顯界限，而且一個纖維素分子鏈可以經(jīng)過若干結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)。4、試述木素與氫氧化鈉水溶液的反應，解釋木素為什么會溶解在堿液中？答：⑴通過木素大分子中的酚型結(jié)構(gòu)集團的α-芳基醚鍵、α-烷基醚鍵斷裂，形成亞甲基醌中間物。非酚型結(jié)構(gòu)如在α-碳原子上連有OH基的β-芳基醚鍵也可以斷裂，形成環(huán)氧化合物的中間物以及苯環(huán)上芳基甲基醚鍵斷裂，上訴4種主要醚鍵的斷裂，都導出新酚芳基。由于酚芳基具有弱酸性，對氫氧化鈉具有親和力，故實際上增加了木素的親液基團，并能繼續(xù)反應下去。⑵在上述4種醚鍵斷裂過程中，伴隨著脫芳基、脫烷基、脫甲醛等反應，使木素分子逐步降解而溶出。其中以非酚型結(jié)構(gòu)的β-芳基醚鍵斷裂的脫芳基反應為引起木素降解的主要反應。但此反應只是在α-位置有醇羥基的情況下才出現(xiàn)。5、木素與氯的反應？木素與氧化試劑的反應？答：木素中酚型與非酚型結(jié)構(gòu)單元與氯反應，收到氯水溶液中的正氯離子的作用，發(fā)生苯環(huán)的氯化，芳基-烷基醚鍵氧化裂解。側(cè)鏈的氯親電取代斷開以及鏈碎解物的進一步的氧化作用，最終生成鄰醌（來源于苯環(huán)部分)和羧酸（來源于側(cè)鏈部分）。并析出相應的醇，從而使木素大分子碎解并析出。6、為什么說二氧化氯是優(yōu)良的漂白劑？答：二氧化氯很難和飽和的脂肪酸反應，但對不飽和的脂肪酸化合物很容易起反應，因此能夠有選擇性的氧化木素和色素并將其除去。而對纖維素卻沒有或很少有損傷。所以漂白后的纖維具有高的白度和純度，返黃少。機械強度亦不會下降。7、為什么說硫化鈉脫木素更快，更徹底？答：在硫酸鹽法蒸煮過程中，親核進攻離子包括硫離子、硫氫離子、氫氧根離子。不但能夠?qū)е履舅卮蠓肿又械姆有徒Y(jié)構(gòu)和α芳基醚、α烷基醚和非酚型結(jié)構(gòu)的β芳基醚以及酚與非酚結(jié)構(gòu)的甲基芳基醚斷開，且強親和性的硫、硫氫離子能夠?qū)е路有徒Y(jié)構(gòu)單元的β芳基醚鍵斷裂，產(chǎn)生酚羥基，增加木素大分子的親液性，使木素的降解反應繼續(xù)下去。8、在蒸煮時木素為什么在酸性條件下易發(fā)生縮合反應？答:因為木素中純在的某些親核部位與反應的中間物-苯甲基正碳離子靠得很近時將和親核試劑（SO32-或HSO3-)一起對正碳離子的親電中心（α-碳原子)進行競爭。9、試述針葉材與闊葉材在三切面，細胞組成及主要化學成分的結(jié)構(gòu)上有何差異？答：針葉材的年輪明顯，闊葉材除環(huán)孔材與半環(huán)孔材外都不明顯。針葉材細胞種類少，管胞占90%-95%，此外僅有少量的木射線，結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)復雜。闊葉材種類細胞多，木纖維含量低，又有導管、木射線及縱向薄壁細胞，還有少量的管胞，結(jié)構(gòu)復雜。針葉材木射線一般為單列的同型木射線。闊葉材部分為單列，多數(shù)為雙列甚至多列，有同型也有異型的。10、比較乙醇抽出物和乙醚抽出物在化學組成上的區(qū)別？答：乙醚的抽出物中主要成分是脂肪、脂肪酸、油、蠟、樹脂等。乙醇的抽出物中主要成分是有色物質(zhì)（包括黃酮類化合物和花色甙）、紅粉、單寧等。11、試述植物細胞的結(jié)構(gòu)？少量成分、木素、纖維素、半纖維素在細胞壁中的分布。答：植物細胞有細胞壁、液泡。葉綠體，低等的植物細胞也有中心體。纖維素在纖維細胞中具有明顯的規(guī)律性，自外向里，纖維素依次逐步升高，次生壁中，特別是S2，S3中，含量最高。半纖維素濃度分布的趨勢也是胞間層及細胞外層含量較高，次生壁中，特別是S2含量最低。木素總量的大部分在S2層中。12、試述纖維素大分子結(jié)構(gòu)，分析纖維素可能發(fā)生哪些化學反應？答：纖維素分子是由葡萄糖殘基以β-1，4-糖甙鍵連接而成的不分支的直鏈葡聚糖，是植物中最廣泛純在的骨架多糖，構(gòu)成植物細胞壁的結(jié)構(gòu)?；瘜W反應包括降解、酯化、醚化、接枝共聚和交聯(lián)等等。13、試述纖維素在堿性條件下的氧化降解機理？答：纖維素受到氧化作用影響，在纖維素葡萄糖的C2C3C6位的游離羥基，以及還原性末端基C1位置上，生成醛基、酮基和羧基，并有β-烷氧基羰基結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，從而形成氧化纖維素。在大多數(shù)情況下，隨著羥基被氧化，纖維素的聚合度下降，這種現(xiàn)象被稱為氧化降解。14、試述剝皮反應機理？答：纖維素大分子的還原性葡萄糖末端基對堿不穩(wěn)定，被逐個的剝離而溶于蒸煮液中，剝?nèi)サ倪€原性葡萄糖末端基重排為異變糖酸。當纖維素大分子的一個還原性葡萄糖末端剝?nèi)ズ?，在大分子鏈上又出現(xiàn)另一個還原性葡萄糖末端基，繼續(xù)進行剝皮反應，剝?nèi)ミ€原性葡萄糖末端基。這種還原性葡萄糖末端基逐個剝落的反應，稱為剝皮反應。15、纖維素酸水解反應歷程；纖維素酯、醚化反應及反應試劑的用途？答：纖維素大分子的苷鍵對酸的穩(wěn)定性低。在適當?shù)臍潆x子的濃度溫度時間條件下，發(fā)生水解降解，使相鄰葡萄糖單體間C1和氧原子所形成的苷鍵斷裂。如果水解進行完全，最終產(chǎn)物是單體式單糖---葡萄糖16、為什么要對纖維素進行改性處理，改性處理的方法有哪些？答：因為纖維素是一種天然高分子化合物，性能上存在某些缺點，故要經(jīng)過化學改性處理，以增強它的某些性能，如耐酸堿耐熱等。方法有接枝共聚和交聯(lián)等。17、試述纖維素潤張溶解試劑的種類。答：纖維素固體吸收潤脹劑后，其體積變大，但不失其表觀均勻性，分子間的內(nèi)聚力減少，固體變軟，此種現(xiàn)象稱為潤脹。種類包括無機酸堿鹽及酮胺的配位化合物等。其中酒石酸鐵鈉溶液為最理想溶劑。18、用超分子的結(jié)構(gòu)理論解釋纖維素在稀酸水解時的水解規(guī)律（快--慢--恒定）答：反應剛開始時，由于稀酸離解出的氫離子進入纖維素的無定形區(qū)，發(fā)生均相反應，因此反應速度快。隨著反應的進行，無定形區(qū)反應完全，繼而氫離子轉(zhuǎn)到定型區(qū)，只在結(jié)晶表面發(fā)生反應，因此速度較慢。最后趨于穩(wěn)定。19、為什么說半纖維素是比纖維素更為復雜的高聚糖？答：與纖維素不同的是，半纖維素不是均一的聚糖，而是一群復合聚糖的總稱。在主鏈上連接有大量的支鏈，致使其結(jié)構(gòu)更為復雜。20、如何證明葡萄糖酸基是聯(lián)接于主鏈木糖基碳2位置上的？答：將糖醛酸完全甲基化，將甲基化還原后再水解，得到3,4-二氧-甲基-D-木糖和2,3,4-三氧-甲基-D-葡萄糖，由于木糖的C2位上無甲基，故可知4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸連接木糖基的C2上，并且是1→2連接。21、試述針葉材與闊葉材中的半纖維素結(jié)構(gòu)，并比較他們的不同點？答：聚木糖是闊葉材的主要半纖維素，而針葉林中的主要半纖維素是聚葡萄糖甘露糖，也含有一定的聚木糖。不同點：針葉材中的聚木糖沒有乙酰基有支鏈，而闊葉材中的聚木糖有乙?；兄ф?。聚葡萄糖甘露糖無支鏈。22、在半纖維素在酸堿條件下的講解反應中，比較各種聚糖的反應性能。答：在酸堿條件下，呋喃式醛糖配糖化物比相應的吡喃式醛糖配糖化物的水解速率快的多。且反應速率如下：甲基吡喃式阿拉伯糖配糖＞甲基-D-吡喃式半乳糖配糖化物＞甲基-D-吡喃式半木配糖化物＞甲基-D-吡喃式葡萄糖配糖化物。23、有一高聚糖具有下列結(jié)構(gòu)，問氫氧化鈉水溶液中會發(fā)生哪些化學反應？答：堿性水解反應（1,4苷鍵的斷裂），剝皮反應，甲氧基脫掉。24、通過木素的高錳酸鉀氧化，木素的堿性硝基苯氧化，得出什么結(jié)論？答：半纖維素聚糖的類型及化學結(jié)構(gòu)式?！ぁぁ?5、敘述高分子化合物的多分散性的基本概念。答：分子量的不均勻性，稱作多分散性。問答題3．比較纖維素與半纖維素的異同。①纖維素與半纖維素共同存在于大多數(shù)植物細胞壁中。②纖維素全部由葡萄糖單位聚合而成，而半纖維素是一種雜聚多糖，常含有木糖，甘露糖，半乳糖，鼠李糖，阿拉伯糖等單糖單位。③在酸性環(huán)境下半纖維素遠較纖維素易于水解。④半纖維素比纖維素的分子要小，大約含有500到3000個單糖單位，后者大約含有7000到15000個。⑤半纖維素是分支的聚糖，而纖維素是不分支的。半纖維素具有親水性能，可以造成細胞壁的潤脹，賦予纖維彈性。⑥一般木材中，纖維素占40～50%，還有10～30%的半纖維素和20～30%的木質(zhì)素。4．寫出綜纖維素的定義及四種制備方法、并指出哪種方法比較好？定義：又稱總纖維素，指造紙植物纖維原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即纖維素和半纖維素的總稱）。制備方法。氯化法、亞氯酸鈉法、二氧化氯法、過醋酸法。以上方法得到的綜纖維素都含有少量的木素，而且制備過程中往往使得少量碳水化合物被溶出。5．如何自綜纖維素制備α-纖維素？并指出其化學組成。(1)用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下處理綜纖維素或漂白化學漿45min，將其中的非纖維素碳水化合物大部分溶出，留下的纖維素及抗堿的非纖維素碳水化合物，分別稱為綜纖維素的α-纖維素或化學漿的α-纖維素。α-纖維素包括纖維素和抗堿的半纖維素6．如何自漂白化學漿制備α-纖維素、β-纖維素、γ-纖維素？并指出各自的化學組成。（1）α-纖維素用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下處理綜纖維素或漂白化學漿45min，將其中的非纖維素碳水化合物大部分溶出，留下的纖維素及抗堿的非纖維素碳水化合物，分別稱為綜纖維素的α-纖維素或化學漿的α-纖維素。包括纖維素和抗堿的半纖維素（2）β-纖維素和γ-纖維素用漂白化學木漿制備α-纖維素時，處理中所得到溶解部分，用醋酸中和沉淀出來的那部分為β-纖維素，不沉淀部分為γ-纖維素。β-纖維素包括高度降解的纖維素和半纖維素，γ-纖維素全為半纖維素。7．如何制備克-貝纖維素？采用氯氣處理濕潤的無抽提物試料，使木素轉(zhuǎn)化為氯化木素，然后用亞硫酸及約含2%亞硫酸鈉溶液洗滌、以溶出木素。重復以上處理、直至加入亞硫酸鈉后僅顯淡紅色為止。9．寫出有機溶劑抽出物的定義、并指出常用的有機溶劑有哪些？有機溶劑抽出物：用中性有機溶劑抽提植物纖維原料，溶解在溶劑中的有機物。常用的有機溶劑：水、稀堿、苯、乙醇、苯－醇混合液、乙醚、丙酮、石油醚10．寫出針葉材、闊葉材和草類原料、各自的有機溶劑抽出物的化學組成及存在的位置？①針葉木中，松木和柏木的有機溶劑抽出物的含量是比較高的，其主要成分為松香酸、萜烯類化合物、脂肪酸及不皂化物。主要存在于樹脂道和射線薄壁細胞中，心材含量比邊材含量高。②闊葉木的抽出物主要含游離的已酯化的脂肪酸、中性物、多酚類化合物，不含或只含少量松香酸。主要存在于木射線和木薄壁細胞中。③禾本科植物原料的抽出物主要成分是蠟質(zhì)，少量高級脂肪酸和高級醇抽出物含量低，主要存在于禾本科原料表皮層的外表面。12．寫出植物纖維的定義。植物纖維是廣泛分布在種子植物中的一種厚壁組織。它的細胞細長，兩端尖銳，具有較厚的次生壁，壁上常有單紋孔，成熟時一般沒有活的原生質(zhì)體。植物纖維在植物體中主要起機械支持作用。13．試述死亡細胞壁的構(gòu)造。胞間層M、初生壁P、次生壁S：外層S1中層S2內(nèi)層S3。14．敘述木材的粗視結(jié)構(gòu)。外樹皮、內(nèi)樹皮、形成層、次生木質(zhì)部、木射線、樹心。15．植物細胞壁上紋孔的功能及種類？功能：1、在植物生長過程傳輸水分，營養(yǎng)，光合作用產(chǎn)物。2、蒸煮液通過紋孔滲透到細胞內(nèi)部使其與木素進行反應，利于藥液滲透，使原料得到均勻蒸煮。種類：單紋孔和具緣紋孔。針葉木纖維細胞都是具緣紋孔。闊葉木都是單紋孔，只有少量是具緣紋孔。16．如何將木材植物細胞進行分類？纖維細胞、導管細胞、木射線、木薄壁組織等細胞17．敘述針葉材的生物結(jié)構(gòu)、并指出其含有哪幾種細胞及含量百分比？針葉材中的細胞最主要是管胞，并有少量的木射線，一般不含導管（1）管胞：針葉木的最主要細胞，形似紡錘狀；占針葉木細胞總數(shù)的90%-95%，具有輸導水分和支撐樹木的雙重作用。（2）木薄壁組織：針葉材中的射線細胞，含量少，壁薄腔大，長度小，胞腔內(nèi)含樹脂；在木質(zhì)部稱為木射線，在韌皮部稱為韌皮射線；一般為單列，且無異型射線，通過紋孔與其他細胞相通，是細胞間橫向流通的通道，具有儲存營養(yǎng)的作用（3）樹脂道：是部分針葉木獨有的特征，是由若干個分泌細胞所圍成形的一種胞間道。它不是一個細胞也不是組織而是細胞間隙，中間充滿樹脂，故稱為樹脂道。分為軸向樹脂道和徑向樹脂道，兩者互相溝通，形成樹脂道網(wǎng)。18．敘述闊葉材的生物結(jié)構(gòu)、并指出其含有哪幾種細胞及含量百分比？(1)木纖維：闊葉木的纖維細胞，是闊葉木的主要細胞和支持組織。大部分闊葉材的纖維細胞含量為60～80%。纖維細胞含量明顯低于針葉木纖維細胞含量，造紙價值不如針葉木。（2）管胞：闊葉材中的管胞短而少，形態(tài)與針葉木中的管胞相似。（3）導管：由一串具穿孔的管狀細胞所構(gòu)成，是闊葉木中的水分輸導組織。約占闊葉材總體積的20%；可分為五種類型：環(huán)紋導管、螺旋狀導管、梯形導管、網(wǎng)紋導管、紋孔導管；導管的大小和分布影響制漿過程中藥液的浸透。（4）薄壁細胞：軸向薄壁組織：紡錘狀薄壁組織細胞、木薄壁組織束；含量分布變化較大：從小于1％至24％不等（5）木射線細胞：分只有徑向排列的同型木射線細胞；既有直立的又有橫臥的異型木射線細胞19.針葉木闊葉木草類所含木素的不同？木素的功能基，他們存在與木素結(jié)構(gòu)單元的什么位置？答（1）針葉木中主要為愈瘡木酚基型木素，闊葉木中為愈瘡木酚基–紫丁香基木素；草類為愈瘡木酚基–紫丁香基-對羥基苯基木素。（2）木素的功能基主要有：-OCH3,-OH,-C=O及醚狀氧原子等（3）-OCH3聯(lián)接在芳基環(huán)上；-OH存在于木素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)上（酚羥基）和側(cè)鏈上（脂肪族羥基）；-C=O部分與苯環(huán)共軛，部分不共軛；醚態(tài)氧部分聯(lián)接到芳環(huán)上，部分聯(lián)接在側(cè)鏈上。20.硫酸鹽法比燒堿法脫木素