生物质结构化学——第五章-木质素-LiuEdit

生物质结构化学11主讲人：刘健、林鹿、刘运权第五章第五章第五章第五章木质素木质素木质素木质素第一节木质素的存在及木质素的生物合成第二节木质素的分离与研究第三节木质素的化学构造22第三节木质素的化学构造第四节木质素的化学反应第五节木质素的物理性质及其利用概概概概概概概概述述述述述述述述木质素是仅次于纤维素的木质素是仅次于纤维素的木质素是仅次于纤维素的木质素是仅次于纤维素的、、、、最丰富的天最丰富的天最丰富的天最丰富的天然高分子有机物然高分子有机物然高分子有机物然高分子有机物，，，，木质素存在于裸子植物木质素存在于裸子植物木质素存在于裸子植物木质素存在于裸子植物、、、、被子植物和所有被子植物和所有被子植物和所有被子植物和所有维管植物维管植物维管植物维管植物中中中中，，，，估算全世界估算全世界估算全世界估算全世界33被子植物和所有被子植物和所有被子植物和所有被子植物和所有维管植物维管植物维管植物维管植物中中中中，，，，估算全世界估算全世界估算全世界估算全世界每年约可产每年约可产每年约可产每年约可产600600600600万亿吨万亿吨万亿吨万亿吨，，，，木质素含碳量高木质素含碳量高木质素含碳量高木质素含碳量高，，，，蕴藏着丰富的化学能蕴藏着丰富的化学能蕴藏着丰富的化学能蕴藏着丰富的化学能。。。。维管系统主要由木质部和韧皮部组成，木质部中含有运输水分的管胞或导管，韧皮部中含有运输养料的筛胞或筛管。第一节第一节第一节第一节第一节第一节第一节第一节木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成44木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成木质素的存在及木质素的生物合成一一一一、、、、木质素木质素木质素木质素一一一一、、、、木质素木质素木质素木质素定义定义定义定义：：：：木质素是由木质素是由木质素是由木质素是由苯基丙烷苯基丙烷苯基丙烷苯基丙烷结构单元结构单元结构单元结构单元（（（（即即即即C6－－－－C3单元单元单元单元））））通过通过通过通过醚键醚键醚键醚键、、、、碳碳碳碳—碳碳碳碳键联接而成键联接而成键联接而成键联接而成的的的的具有三维立体具有三维立体具有三维立体具有三维立体结构的结构的结构的结构的芳香族高分子化合芳香族高分子化合芳香族高分子化合芳香族高分子化合物物物物。。。。是具有共同性质的是具有共同性质的是具有共同性质的是具有共同性质的一类物质一类物质一类物质一类物质的总称的总称的总称的总称。。。。55木质素的结构与性质木质素的结构与性质木质素的结构与性质木质素的结构与性质木质素的结构与性质木质素的结构与性质木质素的结构与性质木质素的结构与性质•1、、、、苯基丙烷结构苯基丙烷结构苯基丙烷结构苯基丙烷结构、、、、芳香性芳香性芳香性芳香性：：：：对紫外光具有特性吸收对紫外光具有特性吸收对紫外光具有特性吸收对紫外光具有特性吸收。。。。•2、、、、联接方式联接方式联接方式联接方式：：：：醚键醚键醚键醚键、、、、碳碳键碳碳键碳碳键碳碳键66•2、、、、联接方式联接方式联接方式联接方式：：：：醚键醚键醚键醚键、、、、碳碳键碳碳键碳碳键碳碳键•3、、、、立体网状结构立体网状结构立体网状结构立体网状结构•4、、、、不溶性不溶性不溶性不溶性：：：：不溶于水和一般有机溶剂不溶于水和一般有机溶剂不溶于水和一般有机溶剂不溶于水和一般有机溶剂。。。。•存在部位存在部位存在部位存在部位：：：：主要存在于细胞壁主要存在于细胞壁主要存在于细胞壁主要存在于细胞壁；；；；•作用作用作用作用：：：：填充和粘结物质填充和粘结物质填充和粘结物质填充和粘结物质，，，，使纤维素纤维之间粘结使纤维素纤维之间粘结使纤维素纤维之间粘结使纤维素纤维之间粘结和加固和加固和加固和加固，，，，增加木材的机械强度和抵抗微生物侵增加木材的机械强度和抵抗微生物侵增加木材的机械强度和抵抗微生物侵增加木材的机械强度和抵抗微生物侵木质素的存在部位与作用木质素的存在部位与作用木质素的存在部位与作用木质素的存在部位与作用木质素的存在部位与作用木质素的存在部位与作用木质素的存在部位与作用木质素的存在部位与作用77和加固和加固和加固和加固，，，，增加木材的机械强度和抵抗微生物侵增加木材的机械强度和抵抗微生物侵增加木材的机械强度和抵抗微生物侵增加木材的机械强度和抵抗微生物侵蚀的能力蚀的能力蚀的能力蚀的能力，，，，使木化植物直立挺拔和不易腐朽使木化植物直立挺拔和不易腐朽使木化植物直立挺拔和不易腐朽使木化植物直立挺拔和不易腐朽。。。。•木材的颜色的主要来源木材的颜色的主要来源木材的颜色的主要来源木材的颜色的主要来源。。。。木质素在原料中的含量木质素在原料中的含量木质素在原料中的含量木质素在原料中的含量木质素在原料中的含量木质素在原料中的含量木质素在原料中的含量木质素在原料中的含量针叶木针叶木针叶木针叶木：：：：25～～～～35%阔叶木阔叶木阔叶木阔叶木：：：：20～～～～25%（（（（软木软木软木软木））））（（（（硬木硬木硬木硬木））））88禾本科禾本科禾本科禾本科：：：：15～～～～25%意义意义意义意义：：：：木质素含量是制定蒸煮及漂白工艺条木质素含量是制定蒸煮及漂白工艺条木质素含量是制定蒸煮及漂白工艺条木质素含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依据件的重要依据件的重要依据件的重要依据。。。。（（（（稻草稻草稻草稻草））））羟基头部，三碳尾巴动脑筋联想动脑筋联想动脑筋联想动脑筋联想，，，，结构像什么结构像什么结构像什么结构像什么？？？？（（（（1））））愈疮木愈疮木愈疮木愈疮木(酚酚酚酚)基丙烷基丙烷基丙烷基丙烷（（（（G））））；；；；（（（（2））））紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷（（（（S，，，，Syringa））））；；；；（（（（3））））对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷（（（（H））））木质素的结构单元木质素的结构单元木质素的结构单元木质素的结构单元99愈创木酚基丙烷愈创木酚基丙烷愈创木酚基丙烷愈创木酚基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷木质素的结构单元木质素的结构单元木质素的结构单元木质素的结构单元1010愈创木酚基丙烷愈创木酚基丙烷愈创木酚基丙烷愈创木酚基丙烷,G紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷,S对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷,H1111针叶木针叶木针叶木针叶木：：：：愈疮木基型木质素愈疮木基型木质素愈疮木基型木质素愈疮木基型木质素G型木质素型木质素型木质素型木质素阔叶木阔叶木阔叶木阔叶木：：：：愈疮木基丙烷结构单元愈疮木基丙烷结构单元愈疮木基丙烷结构单元愈疮木基丙烷结构单元、、、、紫丁香基丙烷结构单元紫丁香基丙烷结构单元紫丁香基丙烷结构单元紫丁香基丙烷结构单元GS型木质素型木质素型木质素型木质素1212禾本科禾本科禾本科禾本科：：：：愈疮木基丙烷愈疮木基丙烷愈疮木基丙烷愈疮木基丙烷、、、、紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷、、、、对羟苯基丙烷结构单元对羟苯基丙烷结构单元对羟苯基丙烷结构单元对羟苯基丙烷结构单元GSH型木质素型木质素型木质素型木质素植物细胞中植物细胞中植物细胞中植物细胞中：：：：木质素浓度最高的部位是在木质素浓度最高的部位是在木质素浓度最高的部位是在木质素浓度最高的部位是在胞间层胞间层胞间层胞间层；；；；SCCML木质素的分布木质素的分布木质素的分布木质素的分布1313木质素浓度最高的部位是在木质素浓度最高的部位是在木质素浓度最高的部位是在木质素浓度最高的部位是在胞间层胞间层胞间层胞间层；；；；次生壁的浓度较低次生壁的浓度较低次生壁的浓度较低次生壁的浓度较低，，，，但由于次生壁比胞间但由于次生壁比胞间但由于次生壁比胞间但由于次生壁比胞间层厚的多层厚的多层厚的多层厚的多，，，，至少至少至少至少70707070％％％％以上的木质素位于次生壁以上的木质素位于次生壁以上的木质素位于次生壁以上的木质素位于次生壁。。。。不同部位的木质素含量不同部位的木质素含量不同部位的木质素含量不同部位的木质素含量不同部位的木质素含量不同部位的木质素含量不同部位的木质素含量不同部位的木质素含量•木材中总木质素含量木材中总木质素含量木材中总木质素含量木材中总木质素含量：：：：27％％％％早材早材早材早材晚材晚材晚材晚材•细胞角隅细胞角隅细胞角隅细胞角隅：：：：85％～％～％～％～100％％％％云杉管胞为例云杉管胞为例云杉管胞为例云杉管胞为例：：：：28191414•细胞角隅细胞角隅细胞角隅细胞角隅：：：：85％～％～％～％～100％％％％•胞间层胞间层胞间层胞间层：：：：50％～％～％～％～60％％％％•次生壁次生壁次生壁次生壁：：：：22％～％～％～％～23％％％％72％％％％81％％％％28％19％二二二二、、、、木质素的生物合成木质素的生物合成木质素的生物合成木质素的生物合成二二二二、、、、木质素的生物合成木质素的生物合成木质素的生物合成木质素的生物合成1、、、、细胞壁中木质素的堆积细胞壁中木质素的堆积细胞壁中木质素的堆积细胞壁中木质素的堆积2、、、、木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成15153、、、、高分子木质素的形成及其多样性和调节高分子木质素的形成及其多样性和调节高分子木质素的形成及其多样性和调节高分子木质素的形成及其多样性和调节细胞的木质化过程细胞的木质化过程细胞的木质化过程细胞的木质化过程细胞的木质化过程细胞的木质化过程细胞的木质化过程细胞的木质化过程1616HOCH2OHCHOCH3CH松柏醇松柏醇松柏醇松柏醇木质素合成的前驱物质木质素合成的前驱物质木质素合成的前驱物质木质素合成的前驱物质木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成木质素结构单元的生物合成1717CHOCH3CHCH2OHHOOCH3CHCHCH2OHHO紫丁香基丙烯醇紫丁香基丙烯醇紫丁香基丙烯醇紫丁香基丙烯醇香豆醇香豆醇香豆醇香豆醇（（（（对对对对－－－－羟苯基丙烯醇羟苯基丙烯醇羟苯基丙烯醇羟苯基丙烯醇））））好复杂吆好复杂吆好复杂吆好复杂吆！18针叶材针叶材针叶材针叶材、、、、阔叶材结构差异原因阔叶材结构差异原因阔叶材结构差异原因阔叶材结构差异原因针叶材针叶材针叶材针叶材、、、、阔叶材结构差异原因阔叶材结构差异原因阔叶材结构差异原因阔叶材结构差异原因甲氧基转位酶甲氧基转位酶甲氧基转位酶甲氧基转位酶（（（（OMT））））触媒机能不同触媒机能不同触媒机能不同触媒机能不同针叶材针叶材针叶材针叶材：：：：5－－－－羟基阿魏酸不甲基化羟基阿魏酸不甲基化羟基阿魏酸不甲基化羟基阿魏酸不甲基化1919阔叶材阔叶材阔叶材阔叶材：：：：5－－－－羟基阿魏酸甲基化羟基阿魏酸甲基化羟基阿魏酸甲基化羟基阿魏酸甲基化高分子木质素的形成高分子木质素的形成高分子木质素的形成高分子木质素的形成高分子木质素的形成高分子木质素的形成高分子木质素的形成高分子木质素的形成木质素结构单元形成自由基木质素结构单元形成自由基木质素结构单元形成自由基木质素结构单元形成自由基2020木质素生物合成的特点木质素生物合成的特点木质素生物合成的特点木质素生物合成的特点木质素生物合成的特点木质素生物合成的特点木质素生物合成的特点木质素生物合成的特点•自由基生成后自由基生成后自由基生成后自由基生成后，，，，就与酶的作用无关了就与酶的作用无关了就与酶的作用无关了就与酶的作用无关了，，，