植物纤维化学复习题.doc

名词解释
1. 纤维素：纤维素是由β,D-葡萄糖基通过1,4-苷键连接而成的线状高分子化合物。
2水解纤维素：纤维素部分水解所生成的不溶于水的产物称为水解纤维素。
3纤维素1:天然纤维素的结晶格子称为纤维素I.
4纤维素2：经过Na-纤维素I的形式在NaOH的作用下得到的纤维素。
5纤维素3：经过NH3-纤维素I的形式，在蒸发所得到的纤维素。
6木素：是由苯基丙烷结构单元（及C6-C3单元）通过醚键，碳-碳键链接而成的芳香族高分子化合物。
7原本木素：以天然状态存在于植物体中的木素，未经过任何加工。
8磨木木素：磨木木素又称贝克曼木素，它是在室温下用不引起润胀作用的中性溶剂做介质，仔细的研磨木粉，通过溶剂抽提而获得的高得率的分离木素。
9半纤维素：半纤维素是由多种糖基，糖醛酸基所组成的，并且分子中往往带有支链的复合聚糖的总称。
10综纤维素：又称总纤维素，指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即纤维素和半纤维素的总称）
11克-贝纤维素：由英国人克罗斯和贝文提出的分离纤维素的方法所得到的纤维素称为克-贝纤维素。
12工业半纤维素：习惯上将β-纤维素和γ-纤维素之和称为工业半纤维素。
13硝酸乙醇纤维素：用20%的硝酸和80%乙醇的混合液，在加热至沸腾的条件下处理无抽提物的试样，使其中的木素变为硝化木素、溶于乙醇中而被除去，所得残渣既为硝酸乙醇法纤维素。
14润胀：固体吸收润胀剂后，其体积变大但不失其表观均匀性，分子间的内聚力减小，固体变软的现象。纤维素纤维的润胀分为：有限润胀和无限润胀。
15润胀度：纤维素纤维润胀时的直径增大的百分率称为润胀度。
16纹孔：植物细胞在增厚过程中，并不是整个细胞都产生均匀增厚的，其未增厚的部分细胞壁较薄，在显微镜下观察成一个孔，称为纹孔。
17衍生物：木素大分子中原子或者原子团被其他原子或原子团取代而得到的物质
18果胶物料：果胶质与其他物料半生在一起的复合体。果胶：果胶酸盐以及酯化了的的果胶酸
19超结构：超过一般光子显微镜的分辨能力的细节 热塑性：在某一温度下，木素由玻璃态向橡胶态变化的性质
20α-纤维素：包括纤维素和抗碱性纤维素
21β-纤维素：为高度降解的纤维素和半纤维素
22γ-纤维素：全为半纤维素
23硅干扰：在碱法制浆中，原料中的硅形成硅酸钠，溶于碱法废液中，大量的硅酸钠使废液的粘度增加，洗桨时黑夜提取率降低，对黑液的蒸发、燃烧、苛化、白泥的回收等过程都带来麻烦。
24树枝障碍：在酸法制浆中，树木的有机抽出物被加热，软化成油状物漂浮在

浆水体系中，易粘附在浆池壁、洗浆箱、纸张等地方，给生产过程和纸张质量带来不良影响，称为树脂障碍。
25游离水：纤维素物料吸湿达到纤维饱和点后，水分子继续进入纤维的细胞腔和各空隙中，形成多层吸附水和毛细管水
26结合水：进入纤维素无定形区与纤维素的羟基形成氢键结合的水

简答题
1、比较木素在酸性条件下和碱性条件下的亲核反应，找出共同点和不同点？
答：共同点：都可以生成正碳离子结构。
不同点：木素结构单元中的酚型结构在碱性介质中可以形成亚甲基醌结构，而非酚形不
能。而在酸性介质中，无论是酚型还是非酚型结构都可以形成正碳离子结构。

2、木素酚型和非酚型结构在酸性条件下和碱性条件下的基本变化有何不同？
答：在碱性条件下，只有酚型结构可以形成亚甲基醌结构（或是正碳离子），而非酚形不能。
而在酸性条件下无论是酚型还是非酚型结构都可以形成正碳离子结构。

3、纤维素纤维的超分子结构理论。
答：纤维素的聚集状态即所谓的纤维素的超分子结构，就是形成一种结晶区和无定形区交错
结合的体系，从结晶区到无定形区是逐步过渡的，无明显界限，而且一个纤维素分子链可以
经过若干结晶区和无定形区。

4、试述木素与氢氧化钠水溶液的反应，解释木素为什么会溶解在碱液中？
答：⑴通过木素大分子中的酚型结构集团的α-芳基醚键、α-烷基醚键断裂，形成亚甲基醌
中间物。非酚型结构如在α-碳原子上连有OH基的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，上诉4种主要醚键的断裂，都导出新酚芳基。由于
酚芳基具有弱酸性，对氢氧化钠具有亲和力，故实际上增加了木素的亲液基团，并能继续反应下去。
⑵在上述4种醚键断裂过程中，伴随着脱芳基、脱烷基、脱甲醛等反应，使木素分子逐步降解
而溶出。其中以非酚型结构的β-芳基醚键断裂的脱芳基反应为引起木素降解的主要反应。但
此反应只是在α-位置有醇羟基的情况下才出现。

5、木素与氯的反应？木素与氧化试剂的反应？
答：木素中酚型与非酚型结构单元与氯反应，收到氯水溶液中的正氯离子的作用，发生苯环
的氯化，芳基-烷基醚键氧化裂解。侧链的氯亲电取代断开以及链碎解物的进一步的氧化作
用，最终生成邻醌（来源于苯环部分)和羧酸（来源于侧链部分）。并析出相应的醇，从而使
木素大分子碎解并析出。

6、为什么说二氧化氯是优良的漂白剂？
答：二氧化氯很难和饱和的脂肪酸反应，但对不饱和的脂肪酸化合物很容易起反应，因此能够

有选择性的氧化木素和色素并将其除去。而对纤维素却没有或很少有损伤。所以漂白后的纤维
具有高的白度和纯度，返黄少。机械强度亦不会下降。

7、为什么说硫化钠脱木素更快，更彻底？
答：在硫酸盐法蒸煮过程中，亲核进攻离子包括硫离子、硫氢离子、氢氧根离子。不但能够导
致木素大分子中的酚型结构和α芳基醚、α烷基醚和非酚型结构的β芳基醚以及酚与非酚结构
的甲基芳基醚断开，且强亲和性的硫、硫氢离子能够导致酚型结构单元的β芳基醚键断裂，产
生酚羟基，增加木素大分子的亲液性，使木素的降解反应继续下去。

8、在蒸煮时木素为什么在酸性条件下易发生缩合反应？
答:因为木素中纯在的某些亲核部位与反应的中间物-苯甲基正碳离子靠得很近时将和亲核试剂
（SO32-或HSO3-)一起对正碳离子的亲电中心（α-碳原子)进行竞争。

9、试述针叶材与阔叶材在三切面，细胞组成及主要化学成分的结构上有何差异？
答：针叶材的年轮明显，阔叶材除环孔材与半环孔材外都不明显。针叶材细胞种类少，管胞占
90%-95%，此外仅有少量的木射线，结构简单，结构复杂。阔叶材种类细胞多，木纤维含量低，
又有导管、木射线及纵向薄壁细胞，还有少量的管胞，结构复杂。针叶材木射线一般为单列的
同型木射线。阔叶材部分为单列，多数为双列甚至多列，有同型也有异型的。

10、比较乙醇抽出物和乙醚抽出物在化学组成上的区别？
答：乙醚的抽出物中主要成分是脂肪、脂肪酸、油、蜡、树脂等。
乙醇的抽出物中主要成分是有色物质（包括黄酮类化合物和花色甙）、红粉、单宁等。

11、试述植物细胞的结构？少量成分、木素、纤维素、半纤维素在细胞壁中的分布。
答：植物细胞有细胞壁、液泡。叶绿体，低等的植物细胞也有中心体。纤维素在纤维细胞中具
有明显的规律性，自外向里，纤维素依次逐步升高，次生壁中，特别是S2，S3中，含量最高。
半纤维素浓度分布的趋势也是胞间层及细胞外层含量较高，次生壁中，特别是S2含量最低。木
素总量的大部分在S2层中。

12、试述纤维素大分子结构，分析纤维素可能发生哪些化学反应？
答：纤维素分子是由葡萄糖残基以β-1，4-糖甙键连接而成的不分支的直链葡聚糖，是植物中
最广泛纯在的骨架多糖，构成植物细胞壁的结构。
化学反应包括降解、酯化、醚化、接枝共聚和交联等等。

13、试述纤维素在碱性条件下的氧化降解机理？
答：纤维素受到氧化作用影响，在纤维素葡萄糖的C2C3C6位的游离羟基，以及还原性末端基C1
位置上，生成醛基、酮基和羧基，并有

β-烷氧基羰基结构的产生，从而形成氧化纤维素。在大
多数情况下，随着羟基被氧化，纤维素的聚合度下降，这种现象被称为氧化降解。

14、试述剥皮反应机理？
答：纤维素大分子的还原性葡萄糖末端基对碱不稳定，被逐个的剥离而溶于蒸煮液中，剥去的
还原性葡萄糖末端基重排为异变糖酸。当纤维素大分子的一个还原性葡萄糖末端剥去后，在大
分子链上又出现另一个还原性葡萄糖末端基，继续进行剥皮反应，剥去还原性葡萄糖末端基。
这种还原性葡萄糖末端基逐个剥落的反应，称为剥皮反应。

15、纤维素酸水解反应历程；纤维素酯、醚化反应及反应试剂的用途？
答：纤维素大分子的苷键对酸的稳定性低。在适当的氢离子的浓度 温度 时间条件下，发生水
解降解，使相邻葡萄糖单体间C1和氧原子所形成的苷键断裂。如果水解进行完全，最终产物是
单体式单糖---葡萄糖

16、为什么要对纤维素进行改性处理，改性处理的方法有哪些？
答：因为纤维素是一种天然高分子化合物，性能上存在某些缺点，故要经过化学改性处理，以
增强它的某些性能，如耐酸 碱 耐热等。方法有接枝共聚和交联等。

17、试述纤维素润张 溶解试剂的种类。
答：纤维素固体吸收润胀剂后，其体积变大，但不失其表观均匀性，分子间的内聚力减少，固
体变软，此种现象称为润胀。种类包括无机酸 碱 盐及酮胺的配位化合物等。其中酒石酸铁钠
溶液为最理想溶剂。

18、用超分子的结构理论解释纤维素在稀酸水解时的水解规律（快--慢--恒定）
答：反应刚开始时，由于稀酸离解出的氢离子进入纤维素的无定形区，发生均相反应，因此反
应速度快。随着反应的进行，无定形区反应完全，继而氢离子转到定型区，只在结晶表面发生
反应，因此速度较慢。最后趋于稳定。

19、为什么说半纤维素是比纤维素更为复杂的高聚糖？
答：与纤维素不同的是，半纤维素不是均一的聚糖，而是一群复合聚糖的总称。在主链上连接
有大量的支链，致使其结构更为复杂。

20、如何证明葡萄糖酸基是联接于主链木糖基碳2位置上的？
答：将糖醛酸完全甲基化，将甲基化还原后再水解，得到3,4-二氧-甲基-D-木糖和2,3,4-三氧-甲
基-D-葡萄糖由于木糖的C2位上无甲基，故可知4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸连接木糖基的C2上，
并且是1→2连接。

21、试述针叶材与阔叶材中的半纤维素结构，并比较他们的不同点？
答：聚木糖是阔叶材的主要半纤维素，而针叶林中的主要半纤维素是聚葡萄糖甘露糖，也含有
一定的聚木糖。
不同点：针叶材中的聚木糖没有乙酰基有支链，

而阔叶材中的聚木糖有乙酰基有支链。聚葡萄
糖甘露糖无支链。

22、在半纤维素在酸 碱 条件下的讲解反应中，比较各种聚糖的反应性能。
答：在酸 碱 条件下，呋喃式醛糖配糖化物比相应的吡喃式醛糖配糖化物的水解速率快的多。
且反应速率如下：甲基吡喃式阿拉伯糖配糖＞甲基-D-吡喃式半乳糖配糖化物＞甲基-D-吡喃式
半木配糖化物＞甲基-D-吡喃式葡萄糖配糖化物。

23、有一高聚糖具有下列结构，问氢氧化钠水溶液中会发生哪些化学反应？
答：碱性水解反应（1,4苷键的断裂），剥皮反应，甲氧基脱掉。

24、通过木素的高锰酸钾氧化，木素的碱性硝基苯氧化，得出什么结论？
答：半纤维素聚糖的类型及化学结构式。···

25、叙述高分子化合物的多分散性的基本概念。
答：分子量的不均匀性，称作多分散性。

问答题
3．比较纤维素与半纤维素的异同。
①纤维素与半纤维素共同存在于大多数植物细胞壁中。②纤维素全部由葡萄糖单位聚合而成，而半纤维素是一种杂聚多糖，常含有木糖，甘露糖，半乳糖，鼠李糖，阿拉伯糖等单糖单位。③在酸性环境下半纤维素远较纤维素易于水解。④半纤维素比纤维素的分子要小，大约含有500到3000个单糖单位，后者大约含有7000到15000个。⑤半纤维素是分支的聚糖，而纤维素是不分支的。半纤维素具有亲水性能，可以造成细胞壁的润胀，赋予纤维弹性。⑥一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。

4．写出综纤维素的定义及四种制备方法、并指出哪种方法比较好？
定义：又称总纤维素，指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即纤维素和半纤维素的总称）。制备方法。氯化法、亚氯酸钠法、二氧化氯法、过醋酸法。以上方法得到的综纤维素都含有少量的木素，而且制备过程中往往使得少量碳水化合物被溶出。

5．如何自综纤维素制备α-纤维素？并指出其化学组成。
(1)用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。 α-纤维素包括纤维素和抗碱的半纤维素

6．如何自漂白化学浆制备α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素？并指出各自的化学组成。
（1）α-纤维素用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。 包括纤维素和抗

碱的半纤维素
（2） β-纤维素和γ-纤维素 用漂白化学木浆制备α-纤维素时，处理中所得到溶解部分，用醋酸中和沉淀出来的那部分为β-纤维素，不沉淀部分为γ-纤维素。
β-纤维素包括高度降解的纤维素和半纤维素，γ-纤维素全为半纤维素。

7．如何制备克-贝纤维素？
采用氯气处理湿润的无抽提物试料，使木素转化为氯化木素，然后用亚硫酸及约含2%亚硫酸钠溶液洗涤、以溶出木素。重复以上处理、直至加入亚硫酸钠后仅显淡红色为止。

9．写出有机溶剂抽出物的定义、并指出常用的有机溶剂有哪些？
有机溶剂抽出物：用中性有机溶剂抽提植物纤维原料，溶解在溶剂中的有机物。
常用的有机溶剂：水、稀碱、苯、乙醇、苯－醇混合液、乙醚、丙酮、石油醚

10．写出针叶材、阔叶材和草类原料、各自的有机溶剂抽出物的化学组成及存在的位置？
①针叶木中，松木和柏木的有机溶剂抽出物的含量是比较高的，其主要成分为松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。主要存在于树脂道和射线薄壁细胞中，心材含量比边材含量高。
②阔叶木的抽出物主要含游离的已酯化的脂肪酸、中性物、多酚类化合物，不含或只含少量松香酸。主要存在于木射线和木薄壁细胞中。
③禾本科植物原料的抽出物主要成分是蜡质，少量高级脂肪酸和高级醇抽出物含量低，主要存在于禾本科原料表皮层的外表面。

12．写出植物纤维的定义。
植物纤维是广泛分布在种子植物中的一种厚壁组织。它的细胞细长，两端尖锐，具有较厚的次生壁，壁上常有单纹孔，成熟时一般没有活的原生质体。植物纤维在植物体中主要起机械支持作用。

13．试述死亡细胞壁的构造。
胞间层M 、初生壁P 、次生壁S ：外层S1 中层S2内层S3。

14．叙述木材的粗视结构。
外树皮、内树皮、形成层、次生木质部、木射线、树心。

15．植物细胞壁上纹孔的功能及种类？
功能：1、在植物生长过程传输水分，营养，光合作用产物。2、蒸煮液通过纹孔渗透到细胞内部使其与木素进行反应，利于药液渗透，使原料得到均匀蒸煮。
种类：单纹孔和具缘纹孔。针叶木纤维细胞都是具缘纹孔。阔叶木都是单纹孔，只有少量是具缘纹孔。

16．如何将木材植物细胞进行分类？
纤维细胞、导管细胞、木射线、木薄壁组织等细胞

17．叙述针叶材的生物结构、并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？
针叶材中的细胞最主要是管胞，并有少量的木射线，一般不含导管
（1）管胞：针叶木的最主要细胞，形似纺锤状；占针叶木细胞总数的90%-95%，具有输导水分和支撑树木的双重作用。（2

）木薄壁组织：针叶材中的射线细胞，含量少，壁薄腔大，长度小，胞腔内含树脂；在木质部称为木射线，在韧皮部称为韧皮射线；一般为单列，且无异型射线，通过纹孔与其他细胞相通，是细胞间横向流通的通道，具有储存营养的作用（3）树脂道：是部分针叶木独有的特征，是由若干个分泌细胞所围成形的一种胞间道。它不是一个细胞也不是组织而是细胞间隙，中间充满树脂，故称为树脂道。分为轴向树脂道和径向树脂道，两者互相沟通，形成树脂道网。

18．叙述阔叶材的生物结构、并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？
(1) 木纤维：阔叶木的纤维细胞，是阔叶木的主要细胞和支持组织。大部分阔叶材的纤维细胞含量为60～80%。纤维细胞含量明显低于针叶木纤维细胞含量，造纸价值不如针叶木。（2）管胞：阔叶材中的管胞短而少，形态与针叶木中的管胞相似。（3）导管：由一串具穿孔的管状细胞所构成，是阔叶木中的水分输导组织。约占阔叶材总体积的20%；可分为五种类型：环纹导管、螺旋状导管、梯形导管、网纹导管、纹孔导管；导管的大小和分布影响制浆过程中药液的浸透。（4）薄壁细胞：轴向薄壁组织：纺锤状薄壁组织细胞、木薄壁组织束；含量分布变化较大：从小于1％至24％不等
（5）木射线细胞：分只有径向排列的同型木射线细胞；既有直立的又有横卧的异型木射线细胞

19.针叶木 阔叶木 草类所含木素的不同？
木素的功能基，他们存在与木素结构单元的什么位置？答（1）针叶木中主要为愈疮木酚基型木素，阔叶木中为愈疮木酚基 –紫丁香基木素；草类为愈疮木酚基 –紫丁香基-对羟基苯基木素。（2）木素的功能基主要有：-OCH3,-OH,-C=O及醚状氧原子等（3）-OCH3联接在芳基环上；-OH存在于木素结构单元苯环上（酚羟基）和侧链上（脂肪族羟基）；-C=O部分与苯环共轭，部分不共轭；醚态氧部分联接到芳环上，部分联接在侧链上。

20.硫酸盐法比烧碱法脱木素快的原因（KP法蒸煮的优点）？
答：（1）KP法蒸煮时，由于Na2S的解离，溶液中同时存在HS-,S2-,OH-,它们同时对木素发生反应，而烧碱法中只有OH-一种亲核试剂；（2）木素与HS-,S2-可以发生硫化作用。使酚型β-芳基醚键很快全部断裂（β-醚键联接与所有联接50%以上断裂对大分子成碎片溶出很有意义）而烧碱法中酚型木素的β-醚键只能断裂少（3）KP法脱木素反应中的硫可析出重新参与反应，保证了反应中亲核试剂的量，从而减少的木素的缩合反应。

21.剥皮反应的反应机理是什么？
如何采取措施防止剥皮反应？答：机理：（1）醛酮糖互变及β-烷氧基消除反应；

（2）互变异构形成二羰基衍生物；（3）加成反应；（4）异构化反应形成异变糖酸； 措施（1）将末端羰基氧化为羧基;(2)将末端羰基还原为伯醇羟基；（3）加入能与羰基反应的化合物，将还原性末端封锁。
由于负电性基团的诱导效应，α-碳原子上的H原子酸性增强，而被强碱B所移去，发生了电子对的转移，在两个碳原子间形成双键，同时使β位上的碳原子上醚键发生所谓的β-消除反应。因此，对于纤维素中具有β-烷氧基羰基结构时，碱性条件下，迅速消去烷氧基，即纤维素进行了剥皮反应。

22.纤维素表面的电化学性质对制浆造纸的影响。
1抄纸。电位过高过低对其有着不同的影响。2施胶，由于纤维表面带负电，而对加入的胶料负离子想排斥，达不到施胶的目的，因此需要加入矾土。3纤维染色，可用碱性染料直接染色，因为纤维表面带负电，碱性染料带正电，染料粒子可以吸附在纤维上，如果用酸性染料染色，由于其粒子在水中带负电，故不能被纤维吸附，因此要加上媒染剂明矾，改变纤维表面电性，从而到到染色目的，4白水回收，在白水回收装置中合理控制高分子聚合物的量，以及zata电位即PH，史白水中的微小纤维，调料等微粒凝聚，可得到最好的澄清效果

。