植物纤维化学习题

江南大学纺织服装学院制浆造纸实验室一、名词解释1.木素：作为填充和粘接物，广泛存在于较高等维管束植物中，具有三维立体结构的天然高分子聚合物。2.β-纤维素：用17%NaOH溶液在20℃下处理漂白化学浆45min，得到的溶解部分，用醋酸中和沉淀出来的纤维素，称为β-纤维素3.亲核试剂：对原子核有显著结构上的亲和力,而起反应的试剂，是一种电子对的给予体。4.综纤维素：造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即半纤维素和纤维素的总称）。5.木素分子的生色基团：木素大分子结构中中含有的，能对光辐射产生吸收、具有跃迁的不饱和基团。6.纤维素的特性粘度：表示纤维素溶液的比浓粘度在浓度趋于0时的极限值，与浓度无关。7.纤维素聚合度：纤维素分子链中连续出现的重复单元的次数，是衡量纤维素分子大小的指标。8.纤维素的可及度：某些能进入纤维素的无定形区而不能进入结晶区的化学试剂，可以到达并引起反应的部分占全体的百分率。二、填空题1.目前，认为磨木木素和纤维素分解酶木素是与木材中的原本木素最为接近的木素材料。2.纤维素葡萄糖基环中游离羟基是处于2、3、6位，其中在C2、C3为仲醇羟基，而在C6为伯醇羟基。3.纤维素接枝共聚的方法主要有游离基引发接枝和离子型引发接枝。4.木材细胞壁可以分为胞间层、初生壁、次生壁三个层次，其中次生壁是细胞壁的主要部分，占细胞壁总厚度的70%以上。5.纤维素的酯化反应实质上属取代反应。纤维素基环上不同羟基的反应性不同，对于纤维素的酯化反应，C6位伯醇羟基反应能力最高；纤维素醚化时，C2位仲醇羟基的反应能力最高。6.木素的主要官能团有甲氧基、羟基、羰基。7.半纤维素结构的研究方法较多，化学方法有部分水解法、高碘酸盐氧化法、Smith降解法、甲基化醇解法等。三、简答题1.碱法和硫酸盐法蒸煮液中，主要的亲核试剂有哪些？答：碱法：OH-硫酸盐法:OH-、SH-、S2-2.用粘度法测定纤维素分子量的原理是什么？答：溶液内摩擦力较大时，流动显示出较大粘度，反之，粘度较小。利用纤维素溶解成溶液，其粘度和分子量之间具有一定关系（Standinger关系式），测量溶液粘度可计算出相应纤维素分子量。3.写出酚型β-芳基醚结构的木素结构单元聚合体在硫酸盐蒸煮中的反应式。答：江南大学纺织服装学院制浆造纸实验室4.半纤维素的主链和支链的糖基种类。答：主链：木糖基、甘露糖基、鼠李糖基、半乳糖醛酸基支链：阿拉伯糖基、葡萄糖醛酸基5.氯与木素的反应主要有哪些？答：苯环上氯的亲电取代反应木素结构单元侧链的亲电取代反应醚键的氧化裂解反应木素脂肪族侧链碎解产物再氧化侧链共轭或非共轭双键的氯的加成反应6.木素苯基丙烷间的联接形式有哪些？答：醚键的联接碳-碳键的联接缩合型联接和非缩合型联接7.木素结构单元在酸碱介质中的基本变化是什么？答：木素酚型结构单元（非酚型不能形成亚甲基醌）在碱性介质中的变化：江南大学纺织服装学院制浆造纸实验室木素结构单元在酸性介质中的变化：8.写出木素三种前驱物的化学结构式和纤维素的化学结构通式。答：木素的三种前驱体：江南大学纺织服装学院制浆造纸实验室纤维素的化学结构通式：四、问答题1.在碱法蒸煮过程中，木素与NaOH的反应有哪些？答：木素与氢氧化钠的反应包括：（1）通过木素大分子中酚型结构基团的α-芳基醚键、α-芳基醚键断裂，形成亚甲基醌中间物；非酚型结构如在α-碳原子上连有OH的β-芳基醚键也可以断裂，形成环氧化合物的中间物以及苯环上芳基甲基醚键断裂，上述4种醚键的断裂都产生新酚羟基。由于酚羟基具有弱酸性，对NaOH具有亲和力，实际上增加了木素的亲液基团，使反应继续下去。（2）上述4种醚键的断裂过程中，伴随脱芳基、脱烷基、脱甲醛等反应，使木素分子逐步溶出；其中以非酚型结构的β-芳基醚键断裂为主要降解反应，但只在α-位置有醇羟基情况下才反应。（3）具体反应过程式见第4题。2.论述纤维素的剥皮反应历程。答：1）纤维素葡萄糖末端基在碱作用下变为果糖末端基2）烯醇式单糖转化为酮式3）碳氧π键被水加成形成同碳二元醇4）同碳二元醇不稳定，进行分子重排，在碱性溶液中转变为异变糖酸3.论述纤维素纤维表面电化学性质（双电层理论）及其与制浆造纸的关系。答：纤维素本身含有极性基团，使其在水溶液中表面带负电。这引起水中正电子的热运动，而在纤维素纤维表面形成浓度梯度，纤维表面带负电荷合度及一、二层正电荷厚度合称吸附层；吸附层外到达电荷为零的距离成为扩散层。两者组成扩散双电层，其中的正电荷等于纤维表面负电荷。双电层中，过剩正电子浓度为零处，设其电位为零，纤维表面电位与该处电位差称为电极电位。吸附层界面处与该处电位差称为电动电位（Zeta电位）。纤维素纤维表面的电化学性质直接影响纸浆造纸中的过程条件。如施胶时加入的胶料负离子与纤维表面负电排斥，故加入阳离子性电解质如Al3+等降低松香粒子Zeta电位，这样松香就会沉积到纤维表面。同样在纸浆染色时加入媒染剂改变纤维表面电负性，也是利用了纤维表面的的电化学性质。4.植物纤维原料的烧碱法制浆过程中，木素的基本反应有哪些？与烧碱法制浆相对比，硫酸盐法制浆过江南大学纺织服装学院制浆造纸实验室程中木素的反应与溶出有何特点？答：酚型α-芳基醚键（非酚型碱性稳定）碱化断裂：酚型α-烷基醚键（非酚型碱性稳定）碱化断裂：酚型β-芳基醚碱性反应：江南大学纺织服装学院制浆造纸实验室非酚型β-芳基醚碱性反应：甲基芳基醚结构碱性反应：硫酸盐法制浆中，除了含有OH-外还有HS-、S2-，它们比OH-有更强的亲核作用。因此硫酸盐法制浆的时候，HS-、S2-优先与木素反应；170℃时碱法仅使β-芳基醚断裂30%而硫酸盐可全部裂开；碱法很难断裂的酚型β-芳基醚键在硫酸盐法中也可反应降解。故硫酸盐法制浆木素降解作用更强，溶出速度更快，同样条件下得浆木素含量更低。