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第2章 纤维素 第2章 纤维素 Chapter 2 Cellulose 纤维素是地球上最古老和最丰富的天然高分子 纤维素是地球上最古老和最丰富的天然高分子 主要来源于树木、棉花、麻、谷类等植物。 主要来源于树木、棉花、麻、谷类等植物。 内容提要 内容提要 一、纤维素的结构； 一、纤维素的结构； 二、纤维素的物理及化学性质； 二、纤维素的物理及化学性质； 三、纤维素的衍生物及其改性材料； 三、纤维素的衍生物及其改性材料； 四、纤维素的研究进展； 四、纤维素的研究进展； 2.1 纤维素的结构 2.1 纤维素的结构 一、 化学结构 一、 化学结构 1838年，法国科学家Anselme Payen 第一次分离并命名纤维素。 1838年，法国科学家Anselme Payen 第一次分离并命名纤维素。 研究方法：将纤维素水解成纤维素叁糖、纤维素贰糖，最后 研究方法：将纤维素水解成纤维素叁糖、纤维素贰糖，最后 一个产物是葡萄糖单元 一个产物是葡萄糖单元 ——纤维素的结构单元。 ——纤维素的结构单元。 1921年，Mener-Willians 1921年，Mener-Willians 浓H SO 水解纯的棉花纤维 浓H SO 水解纯的棉花纤维 2 4 2 4 结果：90.7 %的结晶D-葡萄糖。 结果：90.7 %的结晶D-葡萄糖。 1922年，Irvine和Hirst； 1922年，Irvine和Hirst； 棉花醋酸化→纤维素醋酸酯→甲醇解 棉花醋酸化→纤维素醋酸酯→甲醇解 结果：95.5 %的甲基α-D-葡萄糖苷和甲基- β-D-葡萄糖苷的混 结果：95.5 %的甲基α-D-葡萄糖苷和甲基- β-D-葡萄糖苷的混 合物，不含戊糖和其它物质。 合物，不含戊糖和其它物质。 纤维素→溶于40 % HCl或 72 % H SO →冲稀至含酸低于1 % 纤维素→溶于40 % HCl或 72 % H2 SO4 →冲稀至含酸低于1 % 2 4 →煮沸数小时 →煮沸数小时 结果：纤维素几乎完全成葡萄糖，其得率达理论值的96~98 % 结果：纤维素几乎完全成葡萄糖，其得率达理论值的96~98 % 纤维素甲基化→甲基纤维素→水解得2,3,6—三甲基葡萄糖。 纤维素甲基化→甲基纤维素→水解得2,3,6—三甲基葡萄糖。 化学结构式：（C H O ） 化学结构式：（C H O ） 6 10 5 n 6 10 5 n (1)葡萄糖单元— β-D-吡喃葡萄糖； (1)葡萄糖单元— β-D-吡喃葡萄糖； 重复单元——纤维素二糖 重复单元——纤维素二糖 (2)葡萄糖基的键合— β-1-4糖苷键连接； (2)葡萄糖基的键合— β-1-4糖苷键连接； (3) 纤维素中的羟基: (3) 纤维素中的羟基: 含有三个游离醇羟基，其中在C 上的羟基为伯羟基，而 含有三个游离醇羟基，其中在C6上的羟基为伯羟基，而 6 C 、C 上的羟基为仲羟基。 C 、C 上的羟基为仲羟基。 2 3 2 3 (4) 纤维素大分子中的末端基 (4) 纤维素大分子中的末端基 一端为还原性末端基； 一端为还原性末端基； 另一端为非还原性末端基。 另一端为非还原性末端基。 还原性末端基 还原性末端基 ——半缩醛