《植物纤维化学》复习思考题Word格式.docx

《植物纤维化学》复习思考题Word格式.docx

《《植物纤维化学》复习思考题Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《植物纤维化学》复习思考题Word格式.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

P7

（1）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）。

（2）制备方法（P7）

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。

P8

（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。

（2）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。

（用英文翻译）

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CrossandBevan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。

半纤维素的溶出较多，残留少量木素。

8．如何制备硝酸乙醇纤维素？

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。

此法结果最差，部分纤维素和大部分半纤维素被降解，含量更低。

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？

P9

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？

P9—P13

（1）针叶材的抽出物

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（尤其在心材中），其主要成分为松香酸（RosinAcids）、萜烯类化合物、脂肪酸（FattyAcids）及不皂化物。

②针叶木有机溶剂抽出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）阔叶材的抽出物

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

①主要成分是蜡质，少量高级脂肪酸和高级醇

②抽出物含量低

③主要存在于禾本科原料表皮层的外表面

④量少，对生产过程及废液的回收利用的影响不大

11．写出果胶质的分子结构式、并说明果胶质存在于哪些植物中？

P20

Ø

主要存在于胞间层（M）和初生壁（P）

果胶质含量：

针叶木及草类的果胶质含量很少（阔叶木>

针叶木和草类）。

麻、棉杆皮、桑皮、檀皮含果胶质较多。

所以韧皮纤维原料制浆中所要解决的主要矛盾（脱胶）与木材和草类不同（脱木素）。

12．写出植物纤维的定义。

植物纤维（plantfibre）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。

纤维细胞壁的微细结构模型图（参照课本P43图1—28）

14．叙述木材的粗视结构。

P22

☞木材的三个切面:

横切面、经切面、弦

切面

☞树心

☞树皮

☞形成层

☞木质部（早材、晚材、年轮、生长轮、

边材、心材、环孔材、散孔材）

15．植物细胞壁上纹孔的功能及种类？

P63—64

功能：

⏹纹孔是相邻细胞间的水分和养分的通道。

⏹蒸煮液通过纹孔渗透到细胞内部使其与木素进行反应，小放气可以震破孔膜，利于药液渗透，使原料得到均匀蒸煮。

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，有些甚至无纹孔，具缘纹孔比单纹孔更有利于药液的渗透。

蒸煮木材和竹子要多次放气。

阔叶木单纹孔，纹孔口小，不利于药液渗透，难于蒸煮

16．如何将木材植物细胞进行分类？

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？

P17

生物结构看书本上的图P17

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，呈长方形，径向排列，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？

P18

（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。

般不用于单独抄造高强度纸张。

（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，纹孔为具缘纹孔，纹孔缘明显，纹孔直径大于或等于导管细胞侧壁上的纹孔直径。

（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%；

以导管的细胞壁的增厚情况不同，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：

同型木射线：

只有径向排列的木射线细胞；

异型木射线：

既有直立的又有横卧的细胞

19．叙述草类原料的生物结构、并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？

P33

①纤维细胞

♓是禾本科植物纤维原料的最主要细胞，禾秆的支持组织。

♓形态：

两端尖削，腔小。

纤维长度1.0~1.5mm（一般<

2mm），宽一般10~20µ

m。

♓纤维含量低，40～70％

②薄壁细胞（Parenchyma）

◈壁薄腔大，形状多样（杆状、长方形、正方形、球形、枕头形等），长度较短

◈含量高，草类达46％。

又称为基本组织（禾本科原料的一大缺点）

③表皮细胞

长细胞和短细胞（硅细胞、栓质细胞）

④导管和筛管

Ü

导管细胞含量高，直径大

⑤石细胞

细胞壁极度增厚，细胞腔极小，常木质化、栓质化或角质化。

非纤维状，尺寸小，洗涤过程易随水流失。

主要存在于竹子中

20．从细胞形态的角度分析、哪种植物纤维原料为造纸的优质原料？

棉花纤维以及棉短绒中，纤维素以外的杂质含量最低，因而具有制浆、漂白工艺最简单，造纸价值最高等特点。

针叶材、阔叶材和禾本科三类原料相比，针叶材的木素含量最高，阔叶材次之，禾本科原料（除竹子外）木素含量最低。

禾本科原料较易蒸煮、漂白，生产工艺条件需温和些；

针叶材原料较难蒸煮、漂白，工艺条件需强烈些；

阔叶材原料制浆、漂白难易程度则介于两者之间。

三类原料的半纤维素含量（及组成）明显不同，半纤维素含量高的原料，碱法浆得率高，纸浆易吸水润涨，成纸具有紧度高、透明度高等特点。

木材原料的有机溶剂抽出物含量高，既赋予原料特有的颜色、特殊用途及经济价值；

也将对制浆生产及工艺操作，废液回收，纸浆漂白剂白度稳定性方面造成影响。

并且，阔叶材原料所造成问题会更突出一些。

禾本科原料的灰分含量明显比木材原料的高；

且其主要成分是二氧化硅，对草浆洗涤、漂白液回收等方面造成影响。

碱法制浆时，增加碱回收的“硅干扰”；

酸法制浆时，会引起纸的纸病。

韧皮纤维原料中果胶质含量较高，由于果胶质与金属离子的特殊关系，韧皮纤维原料中的灰分含量也较高。

21．解释下列名词概念并写出数学表达式：

长宽比、壁腔比、纤维数量平均长、纤维重量平均长、纤维长度分布频率。

P44—P48

长宽比：

纤维长度与纤维宽度的比值

壁腔比：

细胞壁厚度与细胞腔直径的比值。

柔软性！

Runkel曾经指出：

壁腔比<

1很好原料

壁腔比=1好原料

壁腔比>

1劣等原料

22．叙述这些纤维形态学指标与纸张性能之间的关系。

P43

（1）长宽比：

长宽比大，成纸时单位面积中纤维之间相互交织的次数多，纤维分布细密，成纸强度高；

反之成纸强度低

（2）壁腔比：

壁腔比小的纤维，成纸时纤维间的接触面积较大，结合力强，成纸强度高；

反之，纤维僵硬，纤维间接触面积小，结合力小。

对耐破度影响最为显著。

壁腔比<

1很好原料、壁腔比=1好原料、壁腔比>

1劣等原料；

值得注意的是，纤维的壁腔比并非越小越好。

壁腔比太小的纤维，其本身的强度太差，成纸的强度仍不高。

虽然其柔软性好，成纸紧度高，但成纸强度不高。

（3）纤维粗度：

纤维粗度大，成纸粗糙，平滑度低，强度下降，但松厚度增加；

纤维粗度小，成纸的平滑度好，纸的裂断长、耐破度、撕裂度和耐折度增加，但松厚度下降

23．简述针叶材管胞的超结构。

图参照课本P23、P181

微细结构（ultrastructure）：

原料中超越普通光学显微镜的分辨能力的细节。

植物细胞的微细结构包括:

纤维、导管、薄壁细胞等的微细结构。

24．叙述草类原料纤维细胞的超结构与针叶材管胞超结构的异同？

P52图1—32、33与P57图1—40

第二章思考题

1．针叶材细胞壁中木素是如何分布的？

2．阔叶材细胞壁中木素是如何分布？

并与针叶材比较。

3．在分化的细胞壁中木素是如何沉积的？

•观点一：

–木素最初的堆积开始于次生壁形成前的嫩的细胞角隅部分;

–（S1形成期）以细胞角隅为起点沿着初生壁进行木化，

–（S2形成期）复合胞间层的全部进行木素的堆积，S2层外部木化，S2层内部木化，持续到S3形成期，ML层木化结束。

–随着细胞的成熟，S2层木化程度增加，S3层木化.

•观点二：

–木素最初的堆积发生在细胞角隅的初生壁，然后沿切向和径向扩展到复合胞间层，再到细胞角隅的CML，最后是细胞壁各层的木化。

4．木素的分离方法分为几大类？

各自的缺点是什么？

P78

按分离原理不同，可分为两大类：

•第一类：

溶出碳水化合物，保留木素（木素作为残渣）

将无抽提物木粉经水解除去聚糖（纤维素、半纤维素），木素则以不溶性残渣分离出来。

如：

硫酸木素、盐酸木素。

这种方法分离的木素其结构已被破坏发生了变化。

•第二类：

直接溶出木素（木素被溶解而分离）

选用与木素不起反应溶剂,将木材中的木素抽提出来或将木素转变成可溶性的衍生物，再用适当溶剂抽提。

如磨木木素、纤维素酶解木素（中性有机溶剂），二氧六环（dioxane）木素、乙醇木素（酸性有机溶剂）等，木素结构接近原本木素。

这种方法往往不能得到木素量的全部,得率低。

5．如何制备Klason木素、并说出此法的缺点及主要应用范围？

P81

硫酸木素（Klason木素）

用72%H2SO4处理无抽提物的试样，溶出高聚糖，保留的残渣即为硫酸木素，或Klason木素。

该方法由于在制备过程中发生了缩合反应，不适用于结构研究，广泛应用于定量分析

6．为什么用Klason木素测定方法、测定草及阔叶材木素时，必须同时测定酸溶木素？

•实际上有少量木素溶于酸液——酸溶木素。

•酸溶木素的含量：

•针叶材<

1%

•阔叶材3~5%

•禾草类原料>

总木素=酸不溶木素+酸溶木素

7．为什么Brauns“天然木素”不能代表原本木素？

原本木素（protolignin）：

以天然状态存在于植物体中的木素。

布劳斯（Brauns）天然木素得率比较低，只是纯天然木素的低分子量部分，通常含有木聚糖和聚酚类物质。

8．如何制备磨木木素（MWL）？

并说出其主要应用范围？

贝克曼（Bjö

rkman）木素（MWL）

•又称磨木木素（MilledWoodLignin），其制备方法：

•将充分干燥的脱脂木粉在振动式球磨中，在干燥状态下磨碎48h或者更长（一周），然后利用含少量水的二氧己环（9:

1）进行抽提，抽提液经浓缩，得到粗磨木木素。

将此粗磨木木素溶于90%的醋酸中，再注入水中沉淀，经干燥而制得MWL。

为了进一步精制，将其溶解于1,2-二氯乙烷和乙醇（2:

1）的混合液中，再注入乙醚中进行沉淀，之后洗涤、干燥。

•这种木素主要用于研究木素的结构。

9．通过木素的KMnO4氧化分解得出什么结论？

P87

10．通过木素的碱性硝基苯氧化得出什么结论？

P88

◆分解产物中含有大量的香草醛，体现了木素的芳香性。

◆产物中还含有紫丁香醛（酸）、5-甲酰基香草醛（酸）以及对羟基苯甲醛，证明了木素是由愈疮木基、紫丁香基和对羟基苯基三种结构单元构成。

◆不同原料的木素其硝基苯氧化产物不同，每种氧化产物的含量也不一样。

11．通过木素的乙醇解得出什么结论？

P90

☐木素乙醇解的产物为一系列的希伯特酮的多种酮类化合物。

☐针叶材主要产物有五种，都有愈疮木基，说明针叶材木素的单体是愈疮木基丙烷单元。

☐阔叶材木素乙醇解产物有十种，比针叶材增加五种紫丁香基型产物，说明阔叶材木素是由愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷单元构成。

☐草类木素乙醇解产物有十五种，除上述十种外，还有五种对-羟基苯基结构的产物，说明草类木素是由愈疮木基丙烷、紫丁香基丙烷和对-羟基苯丙烷单元构成。

12．如何应用紫外光谱和红外光谱对木素进行研究？

P98

木素的紫外吸收光谱（Ultravioletspectra

☐根据：

木素的芳香族化合物对紫外光具有特性吸收。

而其他合成聚合物（包括碳水化合物）和多种溶剂在紫外光区没有特性吸收。

☐广泛用作木素的定性研究

☐典型的针叶木木素：

⏹205nm和280nm处有2个强吸收峰

⏹230nm和330到340nm有较弱的吸收

⏹在260nm处的吸收最弱

木素及其模型物的红外吸收光谱（IR）

☐根据红外吸收光谱，可以研究木素的结构及变化，确定木素中存在的各种功能基及各种化学键。

因为各种功能基和化学键在红外光谱中的特定频率都已经知道（参考标准图谱）。

☐木素的定性研究，操作简便，样品不需要溶解在任何溶剂中，且需要的样品量很少

☐用红外光谱能很容易地比较不同方法分离的木素

13．木素结构单元间的联接方式有哪几种？

并说明其比例及化学稳定性？

P108、P109、P111（必考！

！

）书本一定要看才能理解

☐醚键（etherbonds）联接和碳-碳键联接

☐碳－碳键——30%～40%；

醚键——60％～70％：

酚醚键（烷基芳基醚键、二芳基醚键）、甲基芳基醚键（木素结构单元内）、二烷基醚键。

☐缩合型（condensedtype）和非缩合型（uncondensedtype）联接

缩合连接属于碳-碳键联接，而不是单独的一类联接。

缩合联接：

β-O-4连接（最重要的木素分子结构单元）、β-5连接、β-1连接、5-5连接、4-O-5连接、β-β连接、β-6连接和β-2连接、其他连接方式

碳-碳键、二芳醚键比较稳定，α-芳基醚、β-芳基醚及α-烷基醚有较大的活性，易发生化学反应而断裂。

14．写出木素—碳水化合物（LCC）的联接键型及联结点糖基？

P116必考

☐木素-碳水化合物之间的联接键型

（1）α-醚键结合I

葡萄糖基第6个碳原子上的羟基与木素结构单

元侧链α碳原子之间构成的α-醚键结合。

对酸敏感。

（2）苯基糖苷键II

木素结构单元上的酚羟基与碳水化合物的苷羟基之间形成的键。

（3）缩醛键III

木素结构单元侧链上γ-碳原子上的醛基与碳水化合物的游离

羟基之间形成的联接。

对酸稳定，结合牢固

（4）酯键IV

葡萄糖醛酸的羧基与木素结构单元侧链上的羟基之间的结合。

对碱敏感

（5）由自由基结合而成的-C-O-或-C-C-结合（V）也是一种

醚键结合，对水解的抵抗性更强。

小结：

I，II，III三种结合形式存在的可能性较大。

一些实验结果说明：

半乳糖、阿拉伯糖和木糖单元是作为木素与半纤维素之间的联结点糖基

15．叙述木素的结构单元在酸、碱介质中基本变化规律？

P120

碱性介质中

酚型结构单元（Ⅰ）

酚羟基极易离子化以酚阴离子的形式（Ⅱ）存在，诱导效应，使得对位侧链上的α-碳原子上的醚键极易断裂，形成亚甲基醌结构（Ⅲ）。

非酚型的木素结构单元不能形成亚甲基醌结构

酸性介质中

具有苯甲基醚结构的酚型和非酚型结构单元（I）在酸性条件下变成—盐形式的醚基团（Ⅱ），然后α-醚键断裂，形成正碳离子（Ⅲ）

正碳离子亦呈4种形式存在。

16．烧碱法制浆中、木素大分子中哪几种化学键断裂？

4种醚键断裂：

通过木素大分子中酚型α-芳基醚键的断裂，酚型α-烷基醚键的断裂，非酚型结构基团在α-原子上连有OH基时的β-芳基醚键的断裂和苯环上芳基甲基醚键的断裂，导致新的酚羟基的生成

17．硫酸法制浆中、木素大分子中哪几种化学键断裂？

酚型结构基团的β-芳基醚键的断裂

甲基芳基醚键的断裂

18．酸性亚硫酸盐和亚硫酸氢盐法制浆中、木素大分子中哪几种化学键断裂？

P132

19．中性和碱性亚硫酸盐法制浆中、木素大分子中哪几种化学键断裂？

P129、P131

20．叙述木素大分子在氯化过程中的反应。

P135

▪木素中酚型和非酚型单元与氯反应，受到氯水溶液中正氯离子的作用，发生苯环的氯化，醚键的氧化裂解，侧链的氯亲电取代断开以及侧链碎解物的进一步氧化作用，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溶出。

21．叙述木素大分子在碱处理过程中的反应。

P121—P131

内容比较丰富，大家自己看课本

22．叙述木素大分子在次氯酸盐漂白过程中的反应。

P139

▪次氯酸盐主要是攻击苯环的苯醌结构（benzenequinone）和侧键的共轭双键（conjugateddoublebonds）或缩合型木素（condensedligninstructure）

▪与木素发色基团发生亲核加成反应，形成环氧乙烷中间体，最后进行碱性氧化降解，最终产物为carboxylicacidcompoundsandcarbondioxide。

▪如果木素结构单元间尚存在酚型α-芳基醚或β-芳基醚连接，则这些连接将会断裂并进一步降解为有机羧酸和CO2

23．叙述木素大分子在氧碱漂白过程中的反应。

P142—P148

24．叙述木素大分子在H2O2漂白过程中的反应。

P142

▪木素与过氧化氢的反应，过氧化氢主要消耗在醌型结构的氧化、木素酚型结构的苯环及含有羰基和具有α、β烯醛结构的侧链的氧化上；

▪结果使得侧链断开并导致芳香环氧化破裂，形成一系列的二元羧酸和芳香酸；

▪同时，苯核上还发生脱甲基反应。

第三章思考题

1．纤维素生物合成的母体是什么？

碳水化合物的母体——糖核苷酸，形成细胞壁的聚糖。

纤维素是由UDP-D-葡萄糖合成的。

UDP-葡萄糖是在细胞质中靠胞质酶合成的。

2．叙述高分子化合物多分散性的基本概念。

分子量的多分散性亦称为分子量的不均一性，描述纤维原料中不同分子量（聚合度）的组分在原料中的存在情况。

分子量的分布范围越小，说明纤维素分子量越均一。

纤维素的多分散性对其化学反应性能和纤维的力学强度是有影响的。

3．写出数均分子量、重均分子量、黏均分子量的数学表达式及Mn、Mw和Mη之间的关系。

P166

①数均分子量：

定义：

纤维素体系的总质量被分子的总个数所平均。

通常用渗透压、蒸汽压方法测定

Mn=ΣniMi/Σni=ΣNiMi（即数均分子量等于数量分数Ni与分子量Mi乘积总和）

②质均分子量定义：

按质量统计的平均分子量。

通常由光散射法测定

Mw＝ΣmiMi/Σmi=ΣWiMi

③粘均分子量定义：

用溶液粘度法测得的平均分子量

[η]＝KMα

4．叙述黏度的基本概念并写出几种高分子溶液的黏度的定义。

P169

粘度是液体流动时的内摩擦力。

内摩擦力较大，流动较慢，粘度较大；

反之，粘度较小，流动较快。

a、相对粘度ŋr

表示在同温度下溶液的粘