最新04纤维素化学结构和物理结构的研究方法A教学讲义PPT课件.ppt

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1、04纤维素化学结构和物理结构的研究方法A主要内容Ⅰ纤维素化学结构的研究方法一、研究纤维素大分子链状结构的方法二、研究纤维素大分子功能基的方法Ⅱ纤维素物理结构的研究方法一、纤维素的结晶度测定方法二、纤维素微细结构的研究方法2纤维素纤维素是无色无味具有不同形态的固体纤维状物质，不溶于水及一般有机溶剂，加热则分解，没有熔化现象。纤维素在自然界中有着广泛的分布和丰富的储量，是植物细胞壁的主要成分、构成植物的支持组织。纤维素在棉花中含量最高，可达98%，亚麻中含量为80%，木材中含量为50%。纤维素分子组成是(C6H10O5)n，它是由D-葡萄糖通过1,4-β-甙键连接而成的没有分支的长链高分子化

2、合物，其结构如下：3研究方法基本上可按下述过程进行：（一）水解（二）酯醚化（三）甲醇解（四）还原7（一）水解用酸将纤维素完全水解，得到得率为96％～98％的D－葡萄糖，这说明了纤维素是由葡萄糖基组成的简单聚糖。如果分离出来的纤维素中混有其他聚糖(如半纤维素)，则酸水解后能得到其他的单糖，这些单糖都能用气相色谱或液相色谱加以鉴定。89（二）酯醚化纤维素经完全酯醚化后的产物为纤维素的三取代物，这说明组成纤维素的D－葡萄糖基具有三个游离羟基，分别在C2、C3和C6位置上。这可将三甲基纤维素(纤维素的甲基醚)水解所得产物与从2、3－二甲基－D－葡萄糖醚化后得到的2、3、6－三甲基葡萄糖的性质作比

3、较即可得到证实。10由于组成纤维素的D－葡萄糖基只有三个羟基，因此可推断这种D－葡萄糖基的结构是环状，而不是开链状的。（因为如果是开链状的，则应当有四个游离羟基，酯醚化时应当得到四取代物。）11（三）甲醇解（单元间联接键的确定）纤维素不完全水解时可以得到各种低聚糖，其中最小的低聚糖为纤维贰糖。将纤维贰糖醚化(如甲基化)可以得到八－甲基纤维贰糖，把它再甲醇解，可分离出2、3、4、6－四甲基葡萄糖的甲基甙和2、3、6－三甲基葡萄糖的甲基甙。其反应过程如图1－2。12从而说明纤维贰糖分子中D－葡萄糖基之间的联接是1,4－β－甙键，即所有纤维素大分子中葡萄糖基之间的联接都属1,4－β－甙键联接。

4、13（四）还原纤维素有还原性，它能使氧化铜(CuO)还原为氧化亚铜(Cu2O)，也能在碱性溶液中使碘(I2)还原为碘化物(I－)，这说明纤维素大分子的一端的甙羟基在碱溶液中会互换为醛基，因此具有还原性，也即是纤维素具有还原性的末端，但另一端则是非还原性的末端。以上的实验证明了纤维素是由D－陆环－葡萄糖以1－4β甙键联接、具有还原性末端的链状结构的聚糖。14纤维素的链状结构，过去一向认为是直链状的，但是，在发现粘胶纤维的纤维素大分子中有“弱联接”(即弱甙键)以后，就对“直链状”有所怀疑。“弱联接”的来源，除可能从邻近葡萄糖甙键的葡萄糖基中由于形成了羰基＞C＝O造成“弱联接”以外，现在认为很

5、可能是由于线型纤维素大分子折叠造成的，即线型纤维素大分子并非全部是“直链状”，而是呈折叠链状的，在折叠处就形成了“弱联接”，以βL－联接表示之。15二、研究纤维素大分子功能基的红外光谱分析方法16红外光谱(Infraredabsorptionspectrum，缩写为IR)处于可见光区和微波光区之间，其波长范围约为0.75～1000μm。根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为近红外光区(0.75～2.5μm)、中红外光区(2.5～25μm，波数4000～667cm-1)、远红外光区(25～1000μm)等三个区。其中，在中红外光区出现绝大多数的有机化合物和无机离子的基频吸收带，而基

6、频振动是红外光谱中吸收最强的振动。所以，中红外光谱区最适于进行定性和定量分析，它是应用极为广泛的光谱区。通常所指的红外光谱法，是在中红外光谱区进行的光谱分析法。1718一般的红外光谱图，横轴为波长(um)或波数(cm-1)，纵轴为透过率或吸收率。波长与波数的关系如下：γ为波数，λ为波长1920透过率和吸收率的关系如下:式中，I0——为辐射的入射强度；I——为辐射的透射强度。21物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。红外光谱法主要用于研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物，因此，除了单原子和同核分子(如Ne、He、O2和H2等)之外，几乎所有的有机化

7、合物在红外光区均有吸收。而且，凡是具有不同结构的两个化合物一定不会有相同的红外光谱。22通常，红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度，则与分子组成或其化学基团的含量有关，故可用以进行定量分折和纯度鉴定。23在制浆造纸的分析中，红外光谱法主要用于木素、纤维素和半纤维素的定性和定量分析。着重于基团分析及与其他分析方法配合进行分子化学结构方面的研究。