植物纖維化學(xué)期末復(fù)習(xí)習(xí)題及答案

植物纖維化學(xué)期末復(fù)習(xí)習(xí)題及答案第一章

1.如何將造紙植物纖維原料進(jìn)行分類？

答：①木材纖維原料：針葉材、闊葉材;②非木材纖維原料:禾本科纖維原料、韌皮纖維原料、籽毛纖維原料、葉部纖維原料；③半木材纖維原料：這類原料主要指棉稈；④合成纖維、合成漿：人造絲、聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等；⑤二次纖維：舊報(bào)紙、舊雜志紙、舊瓦楞箱紙板。

2.造紙植物纖維原料中，主要化學(xué)組成是什么？寫出定義或概念。

答：主要化學(xué)成分：纖維素、半纖維素和木素。纖維素和半纖維素皆由碳水化合物組成，木素則為芳香族化合物。

纖維素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基構(gòu)成的鏈狀高分子化合物。纖維素大分子中的D-葡萄糖基之間按照纖維素二糖聯(lián)接的方式聯(lián)接(1,4-β-苷鍵)。纖維素具有特性的X-射線圖。

半纖維素是指植物纖維原料中非纖維素碳水化合物這樣一群物質(zhì)的總稱?；虬肜w維素是除纖維素和果膠質(zhì)以外的植物細(xì)胞壁聚糖。

木素是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元通過醚鍵和碳-碳鍵聯(lián)結(jié)構(gòu)成具有三度空間結(jié)構(gòu)的芳香族高分子化合物。

3.比較纖維素與半纖維素的異同。

答：纖維素和纖維素都是碳水化合物，均存在與綠色植物中，都不溶于水。但纖維素是均一聚糖，只由D-葡萄糖基組成，且有支鏈，而半纖維素由10種糖組成，且有枝鏈，纖維素聚合度比半纖維素高，且具有X—射線圖。

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？

答：綜纖維素是指植物纖維原料在除去抽出物和木素后保留的全部碳水化合物。既植物纖維原料中纖維素和半纖維素的總和。制備方法：氯化法(Cl2)、亞氯酸鈉法(NaClO2→ClO2)、二氧化氯法(ClO2)、過醋酸法(CH3COOOH)。其中亞氯酸鈉法比較好。

5.如何自綜纖維素制備α－纖維素？并指出其化學(xué)組成。

答：用17.5%NaOH溶液在20℃下處理綜纖維素，將其中的非纖維素的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，稱為綜纖維素的α－纖維素?；瘜W(xué)組成：綜纖維素中的纖維素及抗堿的非纖維素碳水化合物。

6.如何自漂白化學(xué)漿制備α－纖維素、β－纖維素、γ－纖維素？并指出各自的化學(xué)組成。

答：用17.5%NaOH溶液在20℃下處理漂白化學(xué)漿，將其中的非纖維素的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，稱為化學(xué)漿的α－纖維素。將溶解部分用醋酸中和，沉淀出來的部分稱為β-纖維素，不沉淀部分稱γ-纖維素。化學(xué)組成：α-纖維素包括漂白化學(xué)漿中的纖維素與抗堿性的半纖維素；β-纖維素含高度降解的纖維素與半纖維素；γ-纖維素全部為半纖維素。

7.如何制備CrossandBevan纖維素？

答：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(fù)以上處理、直至加入亞硫酸鈉后僅顯淡紅色為止。

8.如何制備硝酸乙醇纖維素？

答：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的試樣，使其中的木素變?yōu)橄趸舅厝苡谝掖贾卸怀ィ脷堅(jiān)葹橄跛嵋掖挤ɡw維素。

9.寫出有機(jī)溶劑抽出物的定義，并指出常用的有機(jī)溶劑有哪些？

答：有機(jī)溶劑抽出物是指植物纖維原料中可溶于中性有機(jī)溶劑的那些化合物。常用的有機(jī)溶劑：乙醚、苯、丙酮、乙醇、苯-乙醇混合液、石油醚等。

10.寫出針葉材、闊葉材和草類原料各自的有機(jī)溶劑抽出物的化學(xué)組成及存在的位置？

答：①針葉材抽出物主要成分是松香酸、萜烯類化合物、脂肪酸及不皂化物等。存在位置：樹脂道和射線薄壁細(xì)胞中。②闊葉材的抽出物主要含游離的已酯化的脂肪酸，中性物；不含或只含少量松香酸(一般為1%以下)，主要存在于木射線細(xì)胞及木薄壁細(xì)胞中。③禾本科原料抽出物主要成分：蠟質(zhì)，伴以少量的高級(jí)脂肪酸、高級(jí)醇等，蠟質(zhì)存在于禾本科原料的外表面。

11.寫出果膠質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)式、并說明果膠質(zhì)存在于哪些植物中？

答：果膠質(zhì)主要存在于胞間層，是細(xì)胞間的粘結(jié)物質(zhì)。果膠質(zhì)也存在于細(xì)胞壁中，尤其是初生壁中。但在木材和其他高等植物組織中，次生壁的果膠質(zhì)含量則十分少。雙子葉植物細(xì)胞的初生壁和某些植物的皮部(如麻、棉桿皮、桑皮、檀皮等)含果膠質(zhì)較多(故灰分含量也高)；針葉木及草類原料的果膠質(zhì)含量較少，通常單子葉植物的果膠質(zhì)含量僅是雙子葉植物的果膠質(zhì)含量的10%。

12.寫出植物纖維的定義。

答：植物纖維指的是失去生命機(jī)能的細(xì)長銳端永久細(xì)胞。

13.試述死亡細(xì)胞壁的構(gòu)造。

答：初生壁P、次生壁外層S1、中層S2、內(nèi)層S3，瘤層，還有兩細(xì)胞共有的胞間層ML，三個(gè)或四個(gè)細(xì)胞共有的細(xì)胞角隅CC,細(xì)胞壁上還有紋孔，胞間聯(lián)絲等結(jié)構(gòu)。

14.敘述木材的粗視結(jié)構(gòu)。

答：木材由內(nèi)到外：樹心(髓心)、木質(zhì)部、形成層、樹皮(外皮、內(nèi)皮)；其中木質(zhì)部上具有許多同心圓環(huán)，即年輪。

15.植物細(xì)胞壁上紋孔的功能及種類？

答：功能：細(xì)胞間物質(zhì)交換的通道。種類：具緣紋孔、半具緣紋孔、單紋孔。

16.如何將木材植物細(xì)胞進(jìn)行分類？

答：按形態(tài)分尖端細(xì)胞和薄壁細(xì)胞；按功能分輸導(dǎo)細(xì)胞、支撐細(xì)胞和貯藏細(xì)胞。

17.敘述針葉材的生物結(jié)構(gòu)，并指出其含有哪幾種細(xì)胞及含量百分比？

答：針葉材的生物構(gòu)造從三個(gè)面研究：橫截面、弦截面、徑截面。針葉木中的細(xì)胞最主要是管胞，并有少量的木射線，一般不含導(dǎo)管。管胞占木質(zhì)部細(xì)胞容積的90%～95%，木射線薄壁細(xì)胞占木材體積的5%～10%。

18.敘述闊葉材的生物結(jié)構(gòu)，指出其含有哪幾種細(xì)胞及含量百分比？

答：闊葉材的生物構(gòu)造從三個(gè)面研究：橫截面、弦截面、徑截面。闊葉材中的細(xì)胞種類較多，包括木纖維、管胞、導(dǎo)管、木射線和薄壁細(xì)胞。木纖維，即纖維細(xì)胞，是闊葉材最主要的細(xì)胞和支持組織，占木材的60～80%，管胞數(shù)量很少。

19.敘述草類原料的生物結(jié)構(gòu)，指出其含哪幾種細(xì)胞及含量百分比？

答：草類原料中有纖維細(xì)胞、薄壁細(xì)胞、導(dǎo)管、表皮細(xì)胞、篩管和伴胞。纖維細(xì)胞是最主要的細(xì)胞，是禾桿的支持組織，但是含量較低，僅占細(xì)胞總量的40%～70%。薄壁細(xì)胞又稱基本組織，是另一類主要細(xì)胞。有儲(chǔ)存營養(yǎng)的作用。導(dǎo)管是輸導(dǎo)組織，在禾本科原料中含量較高。表皮細(xì)胞的作用是保護(hù)植株的內(nèi)部器官。篩管與伴胞關(guān)系密切，作用是將植物光合作用的產(chǎn)物自上而下輸送到植株中各有關(guān)部位去。另外，皮層、髓部中還有石細(xì)胞。

20.從細(xì)胞形態(tài)的角度分析、哪種植物纖維原料為造紙的優(yōu)質(zhì)原料？

答：造紙植物纖維原料中，除含有制漿造紙所需的纖維細(xì)胞外，一般都含有一定量的其他細(xì)胞，稱為非纖維細(xì)胞或雜細(xì)胞。多數(shù)雜細(xì)胞都是具有腔大、壁薄、長度短的特點(diǎn)，在制漿中吸收大量蒸煮藥液，洗漿時(shí)降低洗滌能力，成紙時(shí)缺乏粘結(jié)，交織能力，降低紙張強(qiáng)度，表皮細(xì)胞增加廢液硅含量，在酸法制漿時(shí)成片狀存在，增加紙病。原料的雜細(xì)胞含量越高，其制漿造紙價(jià)值就低，常見的幾類原料中，針葉材原料雜細(xì)胞含量最低，制漿造紙價(jià)值最高。

21.解釋下列名詞概念并寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式：長寬比、壁腔比、纖維數(shù)量平均長、纖維重量平均長、纖維長度分布頻率。

答：長寬比=纖維長度∕纖維寬度；壁腔比=2×細(xì)胞單壁厚度∕細(xì)胞腔直徑；纖維數(shù)量平均長=數(shù)量總長度/測定的纖維總數(shù)。

22.敘述這些纖維形態(tài)學(xué)指標(biāo)與紙張性能之間的關(guān)系。

答：①長寬比大的纖維，成紙時(shí)單位面積中纖維之間相互交織的次數(shù)多，纖維分布細(xì)密，成紙強(qiáng)度高。特別是撕裂度、裂斷度、耐折度等強(qiáng)度指數(shù)。②壁腔比小(即纖維的柔軟性好)的纖維，成紙時(shí)纖維間的接觸面積較大，故結(jié)合力強(qiáng)，成紙的強(qiáng)度高；反之，壁腔比大的纖維則較僵硬，成紙時(shí)纖維間的接觸面積較小，結(jié)合力小，成紙的強(qiáng)度差。

23.簡述針葉材管胞的超結(jié)構(gòu)。

答：管胞，即纖維，纖維細(xì)胞的超結(jié)構(gòu)包括纖維細(xì)胞的層次構(gòu)成、層次的厚度分布、不同層次纖維的取向、微細(xì)纖維的精細(xì)結(jié)構(gòu)等，也包括纖維細(xì)胞壁上紋孔的微細(xì)結(jié)構(gòu)。纖維細(xì)胞壁自外至里是由P、S1、S2、S3等層次所組成的；兩個(gè)細(xì)胞之間存在一個(gè)共同的胞間層(ML層)；在3個(gè)或4個(gè)細(xì)胞之間存在一個(gè)細(xì)胞角隅。胞間層及細(xì)胞角隅的體積分?jǐn)?shù)均不大，P層厚度極小,僅0.1μm,S1層在P層內(nèi)側(cè)，厚度較小，一般占厚度10%～20%；S3層則更薄些，僅占細(xì)胞壁厚度的2%～8%；S2層厚度占細(xì)胞壁厚的70%～90%，是細(xì)胞壁的主體。

24.敘述草類原料纖維細(xì)胞的超結(jié)構(gòu)與針葉材管胞超結(jié)構(gòu)的異同？

答：相同點(diǎn)：草類原料纖維細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)有的與木材相似，其纖維細(xì)胞壁也可以分為ML、P、S1、S2、S3。不同點(diǎn)：①禾本科纖維的P層及S1層的厚度占細(xì)胞壁厚度的比例較大。②S1與S2層之間連接緊密，因此打漿時(shí)往往較木材纖維難于分絲帚化。③禾本科纖維的部分纖維的次生壁中層(S2)是多層結(jié)構(gòu)。④寬層的染色較淺，表明木素的濃度較低，窄層的染色較深，表明其中木素的濃度較高。

第二章

1.針葉材細(xì)胞壁中木素是如何分布的？

答：在針葉木中，木素含量25%～35%。針葉木的木素主要是愈瘡木酚基丙烷。針葉木管胞中，木素含量在細(xì)胞角隅部分占85%～100%。復(fù)合胞間層非常之高也達(dá)到50%～60%，次生壁中占22%～23%，但是，因?yàn)榘g層非常薄，在復(fù)合胞間層和細(xì)胞角隅存在的木素早材中只占全木素量的28%，晚材占19%。剩余的72%和81%位于次生壁中。

2.闊葉材細(xì)胞壁中木素是如何分布？并與針葉材比較。

答：闊葉材木素含量達(dá)20%～25%，闊葉材也是胞間層木素含量高，次生壁的木素含量較低，全部木素的80%左右，存在于次生壁中。

3.在分化的細(xì)胞壁中木素是如何沉積的？

答：木素化過程在S2形成之前就已在細(xì)胞角隅和復(fù)合胞間層開始，接著木素快速地沉積。而次生壁木素化作用是一個(gè)漸進(jìn)過程，只有在胞間層木素濃度大約達(dá)到其最大值一半時(shí)才開始。在次生壁中，S1層最先木素化，隨后是S2層，最后S3層。

4.木素的分離方法分為幾大類？各自的缺點(diǎn)是什么？

答：①木素作為殘?jiān)蛛x：將無抽提物木材經(jīng)水解除去聚糖(纖維素、半纖維素)，木素則以不溶性殘?jiān)蛛x出來。②木素被溶解而分離：選用與木素不起反應(yīng)溶劑將木材中的木素抽提出來或?qū)⒛舅剞D(zhuǎn)變成可溶性的衍生物，再用適當(dāng)溶劑抽提。缺點(diǎn)：第一類：這種方法分離的木素其結(jié)構(gòu)已發(fā)生了變化。第二類：只能分離出全部木素量相對為改變的一部分。

5.如何制備Klason木素，并說出此法的缺點(diǎn)及主要應(yīng)用范圍？

答：木粉首先用苯-醇混合液抽提6hr，以除去木粉中的有機(jī)溶劑提物，然后將木粉在72%H2SO4、溫度18-20℃條件下水解，這時(shí)試樣中聚糖的聚合度下降，2hr后聚合度下降至10左右。再加水使H2SO4的濃度稀釋至3%，在稀酸條件下繼續(xù)水解，使聚糖水解成單糖溶于溶液中，余下的殘?jiān)礊镵lason木素。缺點(diǎn)：①由酸水解聚糖時(shí)，木素的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，主要是縮合反應(yīng)。原因是木素對無機(jī)酸極為敏感易生成下列陽碳離子。產(chǎn)生的陽碳離子極易與另外的苯基丙烷結(jié)構(gòu)的C6產(chǎn)生縮合。②木素當(dāng)中有少部分溶于72%H2SO4，針葉材：闊葉材：3%～5%。我們稱之為“酸溶木素”，這部分木素在Klason木素測定過程中會(huì)被溶解。

6.為什么用Klason木素測定方法、測定草及闊葉材木素時(shí)，必須同時(shí)測定酸溶木素？

答：①對于闊葉材，由于多酚類的存在而會(huì)產(chǎn)生誤差，在樹皮存在時(shí)由于受到樹皮酚酸的影響也難已適用。②對于草類，由于灰分中的成分(例如鈣鹽和硅)在硫酸處理時(shí)不溶解，因此對稻草等要進(jìn)行灰分的補(bǔ)正。③在Klason木素測定方法中，木素的一部分，溶于Klason木素定量的母液中，成為酸溶性木素，它在闊葉材和草類原料中含量比較大，不能忽略。

7.為什么Brauns“天然木素”不能代表原本木素？

答:雖然Brauns木素與不溶解的原本木素有相似之處，但Brauns木素抽出量非常少，針葉材為2%～8%，闊葉材為4%～7%。Brauns木素是原本木素中的低分子量部分，而且Brauns木素比原本木素含有較多的酚羥基。

8.如何制備磨木木素(MWL)？并說出其主要應(yīng)用范圍？

答：20目的木粉經(jīng)有機(jī)溶劑抽提后，放在Lampén磨中磨48hr、再在振動(dòng)球磨中磨48hr，磨料介質(zhì)采用甲苯(因木素、纖維素和半纖維素在甲苯中不發(fā)生潤脹)。經(jīng)細(xì)磨后，用含少量水的二氧六環(huán)進(jìn)行抽提，然后把溶劑蒸發(fā)，把木素溶于醋酸水溶液中，再在水中沉淀、干燥，又溶于二氯乙烷-乙醇(體積比2:1)中，在乙醚中沉淀、洗滌、干燥，這樣分離出的木素成為“磨木木素”。Bj.rkman木素為黃褐色非晶體粉末狀。應(yīng)用：由于MWL的提取過程中，化學(xué)變化較少，故可作為研究的材料。

9.通過木素的KMnO4氧化分解得出什么結(jié)論？

答：構(gòu)成木素的芳香核，系由對-羥基苯基、愈瘡木芬基、紫丁香基構(gòu)成，進(jìn)一步從分解分析研究，也可以了解芳香核單位間結(jié)合形式。

10.通過木素的堿性硝基苯氧化得出什么結(jié)論？

答：針葉木木素中存在大量的愈瘡木基和少量的對-羥基苯基；闊葉木木素中存在大量的愈瘡木基和紫丁香基，少量的對-羥基苯基；禾本科植物中存在大量的愈瘡木基、紫丁香基和對-羥基苯基。

11.通過木素的乙醇解得出什么結(jié)論？

答：針葉木木素中存在大量的愈瘡木基丙烷結(jié)構(gòu)和少量的對-羥基苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元；闊葉木和禾本科植物中，存在大量的愈瘡木基丙烷和紫丁香基丙烷結(jié)構(gòu)單元，少量的對-羥基苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元。

12.如何應(yīng)用紫外光譜和紅外光譜對木素進(jìn)行研究？

答：應(yīng)用紫外光譜：因?yàn)槟舅厥欠枷阕寤衔?，對紫外線有很強(qiáng)的吸收，而碳水化合物幾乎不吸收紫外光，因此選擇適當(dāng)?shù)臏y定條件測定紫外吸收光譜可以在碳水化合物存在狀態(tài)下對木素定性、定量分析。通常采用光波在205nm及280nm附近有極大吸收；在230nm及310～350nm附近，能看到弱的吸收，這通常稱為肩峰；在380nm以上的可見光區(qū)是沒有特定吸收峰的末端吸收；由于木素的各結(jié)構(gòu)單元吸收光譜重合，因此其紫外光吸收峰比較單調(diào)而且粗寬。應(yīng)用紅外光譜：可研究木素的結(jié)構(gòu)及變化，確定木素中存在的各種能力及各種化學(xué)鍵。了解木素中存在基團(tuán)及結(jié)構(gòu)，它們在化學(xué)反應(yīng)中的變化。紅外光譜的測定，通常采用分離的木素，多用KBr壓片法。

13.木素結(jié)構(gòu)單元間的聯(lián)接方式有哪幾種？并說明其比例及化學(xué)穩(wěn)定性？

答：在木素大分子中，大約有60%～70%的苯丙烷單元是以醚鍵的形式聯(lián)接到相鄰的單元上的，其余30%～40%的結(jié)構(gòu)單元之間以碳-碳鍵聯(lián)接，非常穩(wěn)定。醚鍵聯(lián)接：α-烷基-芳基醚(α-O-4)、二烷基醚(α-O-γ’)、β-烷基-芳基醚(β-O-4)、二芳基醚聯(lián)接(4-O-5)(較穩(wěn)定)、甲基-芳基醚聯(lián)接；C-C鍵聯(lián)接：β-1、α-6、5-5’、β-5、α-β’、β-6、β-β’。C-C鍵對化學(xué)藥品降解作用具有高度穩(wěn)定性。

14.寫出木素—碳水化合物(L.C.C.)的聯(lián)接鍵型及聯(lián)結(jié)點(diǎn)糖基？

答：α-醚鍵結(jié)合、苯基糖苷鍵、縮醛鍵、酯鍵、自由基結(jié)合而成的-C-O-或-C-C鍵結(jié)合。聯(lián)結(jié)點(diǎn)糖基：半乳糖、阿拉伯糖和木糖單元是為木素與半纖維素之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)糖基。

15.敘述木素的結(jié)構(gòu)單元在酸、堿介質(zhì)中基本變化規(guī)律？

答：在堿性介質(zhì)中的基本變化：酚型結(jié)構(gòu)單元通過p-π共軛、誘導(dǎo)效應(yīng)使α-碳原子活化，α-醚鍵斷裂，形成亞甲基醌結(jié)構(gòu)，由于α-碳原子正電性很強(qiáng)，常常成為親核試劑所攻擊的部位，(OH-<SO32-<SH-<S2-)。非酚型的木素結(jié)構(gòu)單元由于酚羥基上有了取代物，故不能形成亞甲基醌的結(jié)構(gòu)形式。在酸性介質(zhì)中的基本變化：具有苯甲基醚結(jié)構(gòu)單元，首先形成钅羊鹽，然后α-醚鍵斷裂而形成正碳離子，由于α-碳原子正電性很強(qiáng)，常常成為親核試劑所攻擊的部位，例如：HSO3-和SO32-等。不論是酚型或非酚型結(jié)構(gòu)單元均可形成正碳離子結(jié)構(gòu)形式。

16.燒堿法制漿中，木素大分子中哪幾種化學(xué)鍵斷裂？

答：木素酚型結(jié)構(gòu)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；酚型結(jié)構(gòu)的β-芳基醚鍵僅有極少部斷裂；苯環(huán)上甲基芳基醚鍵斷裂；木素碎片的縮合反應(yīng)。

17.硫酸法制漿中，木素大分子中哪幾種化學(xué)鍵斷裂？

答：木素酚型結(jié)構(gòu)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；苯環(huán)上甲基芳基醚鍵斷裂；酚型β-芳基醚鍵斷裂；木素碎片的縮合反應(yīng)。

18.酸性亞硫酸鹽和亞硫酸氫鹽法制漿中，木素大分子中哪幾種化學(xué)鍵斷裂？

答：酚型α-芳基醚、α-烷基醚的反應(yīng)；酚型β-芳基醚的反應(yīng)；木素中的羰基和雙鍵的反應(yīng)；甲基芳基醚的反應(yīng)。

19.中性和堿性亞硫酸鹽法制漿中、木素大分子中哪幾種化學(xué)鍵斷裂？

答：酚型或非酚型結(jié)構(gòu)單元α-醚鍵的反應(yīng)；蒸煮中的縮合反應(yīng)；甲基芳基醚鍵的反應(yīng)；β-醚鍵結(jié)構(gòu)在酸性亞硫酸鹽蒸煮條件下是穩(wěn)定的。

20.敘述木素大分子在氯化過程中的反應(yīng)。

答：苯環(huán)上氯的親電取代反應(yīng)；木素結(jié)構(gòu)單元側(cè)鏈的親電取代反應(yīng)；醚鍵的氧化裂解；木素脂肪族側(cè)鏈碎解產(chǎn)物的再氧化；側(cè)鏈共軛或非共軛雙鍵的氯的加成反應(yīng)。

22.敘述木素大分子在次氯酸鹽漂白過程中的反應(yīng)。

答：次氯酸鹽漂白時(shí)主要是氧化作用；也有氯化反應(yīng)(親電和親核反應(yīng))；但次氯酸鹽與次氯酸發(fā)生分解反應(yīng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生游離基，從而發(fā)生游離基反應(yīng)。

24.敘述木素大分子在H2O2漂白過程中的反應(yīng)。

答：分解反應(yīng)：H2O2=H++HOO-；副分解反應(yīng)：H2O2→H2O+O

第三章

1.纖維素生物合成的母體是什么？

答：纖維素生物合成的基本結(jié)構(gòu)單元是D－吡喃式葡萄糖基。

2.敘述高分子化合物多分散性的基本概念。

答：纖維素是不同聚合度的分子混合物，即分子結(jié)構(gòu)單元相同，結(jié)構(gòu)單元間的連接方式也相同，但各個(gè)分子的聚合度不同。這種現(xiàn)象稱之為纖維素的多分散性。

4.敘述粘度的基本概念并寫出幾種高分子溶液的黏度的定義。

答：粘度是指液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力。相對粘度：ηr=η/η0，增比粘度：ηsp=(η-η0)/η=ηr-1，比濃粘度：ηsp/C，特性粘度：[η]=limηsp/C

5.寫出Staudinger黏度方程并加以說明。

答：ηsp=KmCgmM=KmρP。即使在稀溶液范圍內(nèi)，大分子與大分子間也相互影響；Standinger方程適用于真正線狀分子，但纖維素分子在溶液中是蜷曲狀。

6.寫出Mark黏度方程并加以說明。

答：[η]=KMα；lg[η]=αlgM+lgK。

7.分級(jí)的基本概念、基本原理及分類？

答：分級(jí)的概念和分級(jí)方法：按不同聚合度將多分散性的纖維素試樣分成若干級(jí)分的纖維素試樣稱之為分級(jí)。常用的分級(jí)方法：沉淀分級(jí)法、溶解分級(jí)法和凝膠穿透色譜法(GPC)等。(前兩者是利用溶解度的差別來分級(jí)的方法；后者屬于利用分子運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的分級(jí)方法。)溶解分級(jí)及沉淀分級(jí)的原理：C1/C2=ePε/kt，C1—溶液相濃度；C2—凝液相濃度；ε—高分子物在兩相中的位能差；K—波茨曼常數(shù)；P—高分子聚合度；t—絕對溫度。

8.有幾種方法表示纖維素分子量的多分散性？

答：表格表示；圖解表示；分布函數(shù)表示；其中最重要的是圖解法。表示分子量或聚合度分布的分布曲線有3中，積分重量分布曲線；微分?jǐn)?shù)量分布曲線；微分重量分布曲線。

9.寫出天然纖維素的C5-OH、C1-OH的構(gòu)型。

答：構(gòu)成纖維素分子的葡萄糖基環(huán)是屬于β-D-型葡萄糖構(gòu)型。C5-OH(D-型)、C1-OH(β-型)D-葡萄糖基4C1構(gòu)象。

10.寫出天然纖維素的D-吡喃式葡萄糖基和伯羥基的構(gòu)象。

答：纖維素的D-吡喃式葡萄糖基的構(gòu)象為椅式構(gòu)象，β-D-吡喃式葡萄糖環(huán)中的主要取代基均處于平伏鍵位置，而氫原子是向上或向下的直立鍵。這種模式的構(gòu)象可命名為：4C1構(gòu)象。伯羥基(纖維素中)都具有tg構(gòu)象。

11.敘述用Miller指數(shù)表示結(jié)晶點(diǎn)陣平面位置的基本方法，并在三維坐標(biāo)中表示出(010)和(002)平面。

答：在結(jié)晶學(xué)中為了表示空間點(diǎn)陣所處平面位置或者說結(jié)晶格子中通過某一原子的平面的名稱，通常用Miller指數(shù)表示。在單位晶體中，求出一給定平面(晶面)和其與座標(biāo)軸的三個(gè)交點(diǎn)。并記錄下各點(diǎn)的座標(biāo)，全為單位向量的整數(shù)倍。OM1=h’a=3aOM2=k’b=2bOM3=l’c=c..然后將h’,k’,l’寫成倒數(shù)，再簡化，使各倒數(shù)之間成為最小整數(shù)。1/h’:1/k’:1/l’=1/3:1/2:1=2:3:6(hkl)那么(236)就是圖中M1M2M3的晶面指數(shù)。

12.敘述Meyer-Misch提出的纖維素Ⅰ的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并指出J.Blackwell(Honjo-Watebe)提出的纖維素Ⅰ與Meyer-Misch提出的纖維素Ⅰ有何不同？

答：Meyer-Misch提出的纖維素Ⅰ的結(jié)晶結(jié)構(gòu)：.纖維素Ⅰ晶形屬單斜晶系，單位晶胞在各方面重復(fù)延展，形成結(jié)晶區(qū)。其單位晶胞參數(shù)為：a=8.35×10-10m；b=10.3×10-10m(纖維軸)；c=7.9×10-10m；β=84°(β=c^a)。在b軸方向，晶格四角各為一個(gè)纖維素分子鏈單位(即纖維素二糖)所組成，中心鏈分子與四角上的鏈分子在b軸方向高度上，彼此差半個(gè)葡萄糖基而方向相反。中心鏈單位屬于此單位晶胞所獨(dú)有，而每角上的鏈單位則為四個(gè)相鄰單位晶胞所共有，每個(gè)單位晶胞只含((4×1/4)+1)鏈單位，即二個(gè)鏈單位，而且方向相反。J.Blackwell(Honjo-Watebe)提出的纖維素Ⅰ：纖維素Ⅰ是由平行分子鏈有規(guī)則排列組成的，在結(jié)中所有鏈具有相同的意義(例如鏈都是“向上”的)。鏈分子薄片平行于ac平面。所有-CH2OH側(cè)鏈為tg構(gòu)象。中心鏈在高度上與角上的分子鏈彼此相差半個(gè)萄糖基單位。

13.如何處理纖維素Ⅰ可以獲得纖維素Ⅱ？

答：(1)以濃堿液(11%-15%NaOH)作用于纖維素而生成堿纖維素，再用水其分解為纖維素。這樣生成的纖維素Ⅱ，一般稱絲光化纖維素；(2)將纖維素溶解后再從溶液中沉淀出來；(3)將纖維素酯化后，再皂化成纖維素；(4)將纖維素磨碎后并以熱水處理。

14.寫出結(jié)晶度和到達(dá)度的基本概念。

答：纖維素的結(jié)晶度是指纖維素構(gòu)成的結(jié)晶區(qū)占纖維素整體的百分率，它反映纖維素聚集時(shí)形成結(jié)晶的程度。纖維素的結(jié)晶度Xc＝結(jié)晶區(qū)樣品含量/(結(jié)晶區(qū)樣品含量+非結(jié)晶區(qū)樣品含量)X100％纖維素的可及度：利用某些能進(jìn)入纖維素物料的無定形區(qū)而不能進(jìn)入結(jié)晶區(qū)的化學(xué)試劑，測定這些試劑可以到達(dá)并起反應(yīng)的部占全體的百分率稱為纖維素物料的可及度?？杉岸華和結(jié)晶度Xc的關(guān)系：A＝σXc+(100-Xc)

15.敘述棉纖維的吸著等溫曲線。

答：棉纖維的吸著等溫曲線，表示了纖維素的吸濕與解吸過程。隨著現(xiàn)對蒸汽壓的增加，棉纖維吸附的水量迅速增加，稀釋后纖維素發(fā)生潤脹，但不改變其結(jié)晶結(jié)構(gòu)。該物料經(jīng)干燥后X—射線圖并沒有變化，說明吸著水只在無定形區(qū)內(nèi)，結(jié)晶區(qū)并沒有吸著水分子。一般認(rèn)為①相對濕度在20%以下時(shí)，水分子被吸附在原來游離羥基上；②相對濕度增至60%，隨著吸水量及潤脹程度的增加，破壞了纖維素分子的氫鍵，形成新的吸附中心。③相對濕度超過60%時(shí)，由于棉纖維進(jìn)一步潤脹，產(chǎn)生更多的游離羥基，吸附水加快，當(dāng)相對濕度繼續(xù)增加時(shí)，出現(xiàn)了多層媳婦現(xiàn)象。

16.解釋纖維素纖維的滯后現(xiàn)象。

答：在同一相對蒸汽壓下吸附的吸著水量低于解吸時(shí)的吸著水量的現(xiàn)象，稱為“滯后現(xiàn)象”。解釋：干燥的纖維素纖維在吸濕過程其無定形區(qū)的氫鍵不斷打開，纖維素分子之間的氫鍵被纖維素與水分子之間的氫鍵所代替，雖然形成了新的氫鍵，但仍然保持著纖維素分子之間的部分氫鍵，也就是說新游離出來的羥基較少。在解吸過程，濕潤了的纖維脫水收縮，無定形區(qū)纖維素分子之間的氫鍵重新形成，但由于也受內(nèi)部阻力的抵抗，被吸著的水不易揮發(fā)，即纖維素與水分子之間的氫鍵不能全部可逆的打開，故吸著的水較多，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，只有在相對濕度100％時(shí)，才恢復(fù)到原來的狀態(tài)，此時(shí)吸附與解吸等溫曲線才相互符合。

17.結(jié)合水、游離水的概念？

答：一部分是進(jìn)入纖維素?zé)o定形區(qū)與纖維素的羥基形成氫鍵結(jié)合的水，稱為“結(jié)合水”。當(dāng)纖維素物料吸濕達(dá)到纖維飽和點(diǎn)后，水分子繼續(xù)進(jìn)入纖維的細(xì)胞腔和孔隙中，形成多層吸附水或毛細(xì)管水，這種水稱為“游離水”。

18.潤脹的基本概念？

答：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。纖維素纖維的潤脹可分為：有限潤脹和無限潤脹。

19.論述纖維素纖維表面的電化學(xué)性質(zhì)。

答：擴(kuò)散雙電層理論：纖維素本身含有極性羥基、糖醛酸基等基團(tuán)，使纖維素纖維在水中表面帶負(fù)電。因此，當(dāng)纖維素纖維在水中往往引起一些正電荷由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果在離纖維表面由近而遠(yuǎn)有一濃度分布。近纖維表面的部位正電子濃度逐漸減小，直至為零。

20.敘述纖維素酸水解機(jī)理及酸水解方法。

答：纖維素的酸水解反應(yīng)機(jī)理：纖維素大分子中的1,4-β-苷鍵是一種縮醛鍵，對酸的穩(wěn)定性很低，在適當(dāng)?shù)臍潆x子濃度、溫度和時(shí)間作用下，發(fā)生水解降解，使相鄰兩葡萄糖單體間碳原子1C和氧原子所形成的苷鍵斷裂。酸水解方法：濃酸水解：纖維素在濃酸中的水解是均相水解。纖維素晶體結(jié)構(gòu)在酸中潤脹或溶解后，通過形成酸的復(fù)合物再水解成低聚糖和葡萄糖。纖維素→酸復(fù)合物→低聚糖→葡萄糖。稀酸水解：稀酸水解屬多相水解。水解發(fā)生于固相纖維素和酸溶液之間，在高溫高壓下，稀酸可將纖維素完全水成葡萄糖：纖維素→水解纖維素→可溶性多糖→葡萄糖。

21.纖維素酸水解后其性質(zhì)上有什么變化？

答：①纖維素酸水解后聚合度下降，下降的速度決定于酸水解的條件，一般降至200以下則成粉末；②纖維素酸水解后吸濕能力改變，水解開始階段纖維素的吸濕性有明顯降低，到了一定值后再逐漸增加；③酸水解纖維素由于聚合度下降，因而在堿液中的溶解度增加；④酸水解纖維素還原能力增加，這是因?yàn)檐真I在水解中斷開，增加了還原性末端基，故纖維素的碘值或銅價(jià)增加；⑤酸水解纖維素纖維機(jī)械強(qiáng)度下降，酸水解纖維素成粉末時(shí)則完全喪失其機(jī)械強(qiáng)度。

22.敘述纖維素的堿性水解和剝皮反應(yīng)機(jī)理。

答：堿性水解機(jī)理：纖維素的配糖鍵在一般情況下對堿是比較穩(wěn)定的，但在蒸煮過程中，隨著溫度的升高及木素的脫除，堿性水解使纖維素的配糖鍵部分?jǐn)嗔眩a(chǎn)生新的還原性末端基，聚合度下降，紙張強(qiáng)度下降。剝皮反應(yīng)機(jī)理：在堿液影響下，纖維素具有還原性末端基的葡萄糖基會(huì)逐個(gè)掉下來，直到產(chǎn)生纖維素末端基轉(zhuǎn)化為偏變糖酸基的穩(wěn)定反應(yīng)為止，掉下來的葡萄糖基在溶液中最后轉(zhuǎn)化為異變糖酸，并以其鈉鹽的形式存在于蒸煮液中。

23.說明纖維素的氧化途徑和氧化降解的機(jī)理。

答：纖維素氧化途徑：纖維素受到空氣、氧氣、漂白劑的氧化作用，在纖維素葡萄糖基環(huán)的C2、C3、C6位的游離羥基，以及還原性末端基C1位置上，根據(jù)不同條件相應(yīng)生成醛基、酮基或羧基，形成氧化纖維素。氧化降解機(jī)理：纖維素受到氧化，在C2、C3、C6位或C2、C3位同時(shí)形成羰基，具有羰基的纖維素稱為還原性氧化纖維素。由于分子鏈中葡萄糖基環(huán)上形成羰基后，就產(chǎn)生了β-烷氧基羰基結(jié)構(gòu)，故促使配糖鍵在堿性溶液中斷裂，從而降低了聚合度。

24.敘述纖維素酶的種類及作用機(jī)理。

答:纖維素酶的種類：外切β-1-4-聚葡萄糖酶(EC3.2.1.91，也稱C1酶)——從纖維素鏈的非還原性末端基脫去單個(gè)葡萄糖單元；內(nèi)切β-1-4-聚葡萄糖酶(EC3.2.1.4，也稱Cx酶)——作用無可以隨機(jī)降解纖維素的1,4-β-苷鍵；纖維二糖酶(EC3.2.1.21，也稱β-葡萄糖二聚體酶)——主要作用在葡萄糖的β-二聚體上，包括纖維素二糖。作用機(jī)理：纖維素酶解作用主要是導(dǎo)致纖維素大分子上的1-4-β苷鍵斷裂。

第四章

1.給出半纖維素的概念。

答：半纖維素是指植物纖維原料中除纖維素以外的全部碳水化合物(少量的果膠質(zhì)和淀粉除外)，即非纖維素的碳水化合物。

2.組成半纖維素的單糖有哪些？

答：D-木糖基、D-甘露糖基、D-葡萄糖基、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4-0-甲基-D-葡萄糖醛酸基、D-半乳糖醛酸基、D-葡萄糖醛酸基等，還有少量的L-鼠李糖基、L-巖藻糖基，以及各種帶有氧-甲基、乙?；闹行蕴腔?。

3.敘述半纖維素的命名法。

答：第一種：命名時(shí)將構(gòu)成半纖維素的各種湯劑都列出來，首先寫支鏈的糖基，當(dāng)有多個(gè)支鏈時(shí)，將含量少的支鏈糖基排列排在前面，含量多的支鏈糖基排在后面，而將主鏈糖基列于后，若主鏈含有多于一種糖基時(shí)，則將含量最多的主鏈糖基放在最后，詞首加“聚”字。

第二種：命名時(shí)只寫出主鏈上的糖基而不寫支鏈的糖基，在主鏈糖基前冠以“聚”字。

4.解釋半纖維素的分枝度的意義。

答：分枝度是用來表示半纖維素結(jié)構(gòu)中枝鏈的多少。分枝度的大小對半纖維素的溶解性有很大的影響。同類聚糖中分枝度大的半纖維素、溶解度就大。

5.總結(jié)針葉材半纖維素的結(jié)構(gòu)。

答：針葉木半纖維素中最多的是聚半乳糖葡萄糖甘露糖，含量大約為20%。包括兩類結(jié)構(gòu)：半乳糖:葡萄糖:甘露糖=0.1:1:3；半乳糖:葡萄糖:甘露糖=1:1:3

—4Gβ1—4Gβ1—4Mβ1—4Mβ1—4Mβ1—4Gβ1—

6∣2,3∣6∣2,3∣

1∣∣1∣∣

GaαAcetylGaαAcetyl

式中：Gβ＝β-D-吡喃式葡萄糖基；Mβ＝β-D-吡喃式甘露糖基；Gaα＝α-D-吡喃式半乳糖基；Acetyl＝乙酰基

針葉木中的聚木糖類主要是聚阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖，這種聚糖在針葉木中的含量一般約為7%～12%，有些低于7%。

—4Xβ1—4Xβ1—4Xβ1—4Xβ1—4Xβ1—4Xβ1—

2∣3∣

1∣1∣

(Meo)4GAαL-Afα

式中：Xβ=β-D-吡喃式木糖基；(Meo)4GAα=4-O-甲基-α-吡喃式葡萄糖醛酸基；L-Afα=α-L-呋喃式阿拉伯糖基。

聚阿拉伯糖半乳糖在針葉木中都存在一般含量很少，但落葉松屬含量比較多，大約有5%～30%。這類聚糖是高分枝度水溶性的，通常與水溶性聚半乳糖葡萄糖甘露糖一起存在。

—3Gaβ1—3Gaβ1—3Gaβ1—3Gaβ1—

6∣6∣6∣6∣

1∣1∣1∣1∣

GaβGaβRL-Afa

6∣6∣3∣

1∣1∣1∣

GaβGaβL-Afa

式中：Gaβ=β-D-吡喃式半乳糖基；L-Afa=a-L-呋喃式阿拉伯糖基；R=β-D-吡喃式半乳糖基或D-吡喃式葡萄糖醛酸基或L-呋喃式阿拉伯糖基。

7.總結(jié)闊葉材半纖維素的結(jié)構(gòu)。

答：闊葉木中的聚木糖類主要是聚O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖，一般占木材的20%～25%，也有高達(dá)35%的。

—[4Xβ1]6-7—4Xβ1—4Xβ1—4Xβ1—

3∣2∣

1∣1∣

Acetyl(Meo)4GAα

式中：Xβ＝β-D-吡喃式木糖基；Acetyl=乙?；?；(Meo)4GAα＝4-O-甲基-α-D-吡喃式葡萄糖醛酸基。

聚葡萄糖甘露糖一般在闊葉木中的含量為3%～5%；葡萄糖基與甘露糖基的比例為：1:2～1:1；乙?；B接在甘露糖基環(huán)的C2或C3位置上，乙?；冉咏?0%。

—4Mβ1—4Gβ1—4Mβ1—4Mβ1—4Gβ1—4Mβ1—

2︱3︱

AcetylAcetyl

式中：Mβ=β-D-吡喃式甘露糖基；Gβ＝β-D-吡喃式葡萄糖基；Acetyl=乙酰基。

樺木半纖維素中含有聚鼠李糖半乳糖醛酸木糖，鼠李糖基聯(lián)接在兩個(gè)相鄰木糖基與半乳糖醛酸基之間。

—4Xβ1—4Xβ1—3L-Rα1—2GaAα1—4Xβ1—

式中：Xβ＝β-D-吡喃式木糖基；L-Rα＝α-L-β比喃式鼠李糖基；GaAα＝α-D-吡喃半乳糖醛酸基。

在闊葉材細(xì)胞初生壁中還含有較大量的聚木糖葡萄糖類半纖維素，其在初生壁中的含量達(dá)20%～25%。

α-D-Xylp1

6︱

1↓

6-4)-β-D-Glcp-(1-4)-β-D-Glcp-(1-4)-β-D-Glcp-(1-4)-β-D-Glcp-(1-

6↑6↑

1︱1︱

α-D-Xylpα-D-Xylp

式中：α-D-Xylp：α-D-吡喃式木糖基；β-D-Glcp：β-D-吡喃式葡萄糖基。

8.總結(jié)草類半纖維素的結(jié)構(gòu)。

答：禾本科植物的半纖維素主要是聚木糖類。例如：麥草

—4Xβ1—[4Xβ1]4—4Xβ1—[4Xβ1]7—4Xβ1—

3∣3∣2∣

1∣1∣1∣

L-AfαXβ(Meo)4GAα

式中：Xβ=β-D-吡喃式木糖基；L-Afα=α-L-呋喃式阿拉伯糖基；(Meo)4GAα＝4-O-甲基-α-D-吡喃式葡萄糖醛酸基。

9.敘述半纖維素酸性水解。

答：半纖維素苷鍵在酸性介質(zhì)中會(huì)被裂開而使半纖維素發(fā)生降解，這一點(diǎn)與纖維素酸性水解是一樣的。但半纖維素的水解反應(yīng)情況比纖維素復(fù)雜。①在大多數(shù)情況下，