北京林业大学 考研 植物纤维化学复习题剖析.docx

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北京林业大学考研植物纤维化学复习题剖析

1、薄壁细胞对制浆造纸的影响？

制浆：

蒸煮时吸水量大，液比高。

造纸：

长度很短，以碎片的形式存在于浆中，使浆料的滤水性变差，抄纸时容易粘辊，使纸页断头，使纸页物理强度下降。

2、针叶木、阔叶木、禾本科原料的细胞类型?

针叶木细胞类型：

管胞、木薄壁组织木射线管胞和木射线薄壁细胞、树脂道。

阔叶木细胞类型：

木纤维、管胞、导管、木射线、薄壁细胞。

禾本科细胞类型：

纤维细胞、薄壁细胞、表皮细胞、导管、筛管、伴胞、石细胞。

3、针叶木与阔叶木组织结构特征?

4、针叶木、阔叶木和禾本科中杂细胞？

针叶木：

木射线细胞

阔叶木：

导管、薄壁细胞、木射线薄壁细胞

禾本科：

导管、薄壁细胞、表皮细胞、石细胞、筛管和伴胞

5、杂细胞对制浆造纸的影响?

1、杂细胞含量高，纤维细胞含量则少

2、制浆时吸收大量药液

3、使纸浆滤水性差，影响纸浆洗涤

4、缺乏纤维交织能力，纸张湿强度低、易断头、影响车速

5、影响黑液蒸发和碱回收（结垢）

6、形成纸病

6、选择造纸原料的标准?

1、形态学上：

细长，壁薄，腔大。

2、化学成分：

含较多的纤维素，较少的木素。

3、原料结构：

单纯，非纤维细胞含量少的原料较好。

7、化学组成对制浆造纸的影响？

主要组分对制浆造纸的影响

纤维素:

尽量保留

木素：

制化学浆时，尽量脱除；制高得率浆时，尽量保留。

半纤维素：

化学浆应尽量多保留半纤维素，可提高制浆得率，节省打浆动力，提高纸页，合强度。

生产精制浆、纤维素衍生物用化学浆时，半纤维素应尽量除去。

少量组分对制浆造纸的影响

有机溶剂抽出物：

阻碍药液渗透；碱法制浆-树脂酸、脂肪酸与碱反应生成皂化物塔尔油；酸法制浆-抽出物被加热、软化成油状物，形成树脂障碍；双氢栎精被氧化成黄色的栎精，使纸浆发黄，分解蒸煮液，使浆难于漂白、白度低、易返黄。

灰分：

原料（特别是草类）碱法制浆过程中灰分中SiO2形成NaSiO3，使废液粘度升高，洗浆时黑液提取率低，对黑液的碱回收造成硅干扰。

Cu、Fe、Mn等过渡金属离子对纸浆颜色造成不利影响；影响H2O2、O2、O3等的漂白效果；Ca、Mg等碱土金属离子可稳定漂剂，但是过多也可稳定木素，降低漂白白度。

果胶质：

尽量脱除,是灰分的载体。

8、禾本科原料细胞类型及其对制浆造纸影响？

有纤维细胞、薄壁细胞、表皮细胞、导管、筛管、伴胞、石细胞等六种。

①纤维细胞：

属韧皮纤维类，腔小壁厚，外形纤细，比较短小，细胞壁上有横节纹或单纹孔，也有无纹孔的。

②薄壁细胞：

形态各异，有球形、枕头形、圆柱形等等。

容易破碎。

③表皮细胞：

有长短两种，长的是锯齿细胞；短的是硅细胞和栓质细胞，比重较大，在制浆时容易流失。

④导管：

存在于维管组织中，导管有环状、螺旋状、梯形和网纹等形式。

⑤筛管、伴胞：

直径小、壁上多孔，在植物干燥过程中就被破坏。

⑥其它细胞：

石细胞非常小的厚壁细胞，竹类植物含量较大，在洗涤和净化段容易除掉。

9、可以根据那些组织结构特点鉴别材种？

1、细胞大小、尺寸

2、纹孔构造，特别是交叉场纹孔

3、细胞类型，特别是杂细胞种类

4、对浆料的鉴定

10、纤维形态学因素有哪些？

如何评价原料优劣？

1.长度、宽度、壁厚、腔径和非纤维细胞含量等

2.评价指标包括：

纤维长度、宽度、长宽比、壁厚、腔径、壁腔比、非纤维细胞含量

纤维长度：

短0.5-0.7mm、中等0.9-1.6mm、长2.2-3.0mm

长宽比>45

壁腔比:

R值＜1好原料;＝1中等原料;＞1劣等原料

非纤维细胞含量

11、如何用冯格尔理论解释纤维素是骨架物质、木素和半纤维素是填充物和粘结物？

Fengel理论

1.40条纤维素大分子组成一条原细纤维（elementaryfibril、直径3nm）；由16根（4×4）原细纤维构成一条微细纤维（Microfibril、直径12nm）；再由4根（2×2）微细纤维构成一条细小纤维（Fibril、直径25nm）。

2.大分子链的作用力：

氢键、范德华力

原细纤维之间作用力：

单分子木聚糖

微细纤维之间作用力：

几分子厚木聚糖

细小纤维之间作用力：

木素、半纤维素

3.纤维素是骨架物质，木素和半纤维素是填充物和粘结物

12、细胞壁中各主要成分的分布规律？

试谈木素分布对制浆造纸的影响？

1纤维素浓度分布：

胞间层中不含微细纤维，即不含纤维素，从CML层开始向腔内方向有逐渐增高的趋势，至S2层的后半部达到最高值（S2、S3）。

2半纤维素浓度分布：

ML层最高，细胞外层较高，次生壁特别是S2层浓度最低。

3木素的分布：

复合胞间层（CML）木素的浓度最高，向胞间层的方向浓度逐渐降低，S3层木素浓度稍有升高。

木素浓度分布规律：

CC＞CML＞S3＞S1＞S2，木素主要存在于次生壁中，木素含量的大部分存在于S2层中。

13、论述木材提取物的种类及对化学加工的作用和影响？

萜类化合物-单萜、倍半萜、双萜、四萜、多萜等

芳香族化合物-单宁、黄酮类、芪、木质酚、醌类、

脂肪族化合物-碳水化合物、含氮化合物、多元醇等，无机物-灰分

1、可作原料：

植物单宁作栲胶，树脂加工（松香、松节油,冷杉油、冷杉脂,桃胶,大漆）、色素、芳香油、油脂、蜡、樟脑、香料

2、具有天然抗腐性、抗菌性成分如木质酚、芪、卓酚酮、单宁类、萜类、黄酮类、生物碱类等

3、防腐处理时，滲透性下降

4、造纸工业：

使纸浆带色着色仿碍漂白。

酸性制浆时一些萜烯类、黄酮类、单宁化合物脱氢，发生聚合或与木素聚合，妨碍脱木素引起树脂障碍，增加化学药品消耗。

碱回收时硅酸盐结垢堵塞管路。

14、木素的生物合成途径?

第一步：

酶作用下的脱氢聚合反应通过电子转移产生共振稳定的酚氧游离基。

第二步：

游离基结合产生各种二聚体和低聚体。

第三步：

二聚体和低聚体脱氢成为自由基；与其它自由基结合；反复进行水和木素单元之间加成反应；。

木素高分子化。

15、木素结构与反应的关系？

木质素的利用？

存在羰基（氧化反应）、乙烯基（加成、取代反应）、羟基（氧化，酯化反应缩聚）羰基及其共轭体系（易发生显色反应），大分子降解反应。

1、在苯环上有羟基和甲氧基使苯环活化电子云密度增加易发生亲电反应

2、木素结构单元之间有C-C键和醚键其反应不同,C-C键和芳基-芳基醚稳定不易开裂，反应性小，而β-O-4、α-O-4及苯基-甲基醚活泼、反应性大。

3、木素存在酚型结构和非酚型结构介质不同反应不同：

在碱性介质中，酚型结构先形成负氧离子，通过电子云转移到Cα上，发生醚键断开，形成正碳离子发生亲核反应；在酸性介质中，无论酚型非酚型结构，在Cα醚键上形成翁离子，不稳定断开，形成正碳离子发生亲核反应。

1.改性反应

（1）木素与甲醛树脂化反应，用作胶粘剂。

（2）与酚类反应：

在酸催化下，木粉在与酚、对-甲氧甲酚等酚类物质反应时，木素-碳水化合物的联接被打断，木素生成酚衍生物而溶出。

（3）与氨基磺酸盐反应。

（4）接枝共聚反应：

反应H2O2+Fe2+→·OH+-OH+Fe3+引发共聚反应，主要芳核上。

2.生产低分子物质：

（1）香草醛、苯酚、香草素制取。

（2）木素高分子利用作土壤稳定剂、减水剂、贴剂、增强剂，热固性树脂、工业塑料。

（3）生成二甲硫醚再氧化成二甲亚砜，木素500∽℃热解为儿茶酚、甲基儿茶酚、丙基儿茶酚。

16、论述木素的亲电取代反应及在漂白中的反应？

木素的苯环上含有羟基和甲氧基等供电子基团，苯环上电子云密度增加，可发生亲电反应。

1.硝代反应（硝酸纤维素中的反应）硝酸在硫酸作用下能形成NO2+离子

n反应位置在酚羟基和甲氧基的对位和邻位上，即C6、C5、C1，而C2位阻大不易反应。

n硝代反应对酚型结构主要发生在C5、C1上，可使C-C键断开小分子化，而溶于试剂中。

n非酚型结构发生在C6上。

n在硝化时伴随着缩合反应，形成二苯甲基醚，并脱出甲基使苯环导出新羟基。

2.氯的亲电反应

氯化反应是在酸性介质中进行的，所以氯存在于氯正离子（Cl+）形式。

氯与木素间的反应主要有以下4种：

亲电取代在苯环的C6或C5上,生成氯化木素。

侧链置換在C1处，导致苯环与侧链断开，使木素大分子降解成易溶的碎片。

芳烷醚键的氧化断裂及被置换的侧链氧化反应，使β-醚键氧化断开并使脂肪族侧链氧化成相应的羧酸。

芳环的氧化分解经醌生成二元羧酸的衍生物。

17、在碱性硫酸盐制浆中发生那些反应？

硫化钠起什么作用？

碱溶木素的特点及用途？

1、木素酚型结构的α-芳基醚键、α-烷基醚键断裂，形成亚甲基醌中间物；

2、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；

3、酚型结构的β-芳基醚键仅有极少部断裂；

4、苯环上甲基芳基醚键断裂;

5、木素碎片的缩合反应，形成碳碳键连接。

α-芳基醚和α-烷基醚结构基团的反应

酚型β-芳基醚结构基团的反应

非酚型β-芳基醚结构基团的反应

甲基芳基醚键结构的反应

木素碎片的缩合反应

硫化钠作用：

起防缩合促进β-醚键断开；代替部分氢氧化钠作用。

碱溶木素的特点及用途：

特点：

分子量都较低的木素,热稳定性高、具多种功能基、反应性好。

用途：

制造二甲亚砜；热解为儿茶酚、甲基儿茶酚、丙基儿茶酚；增强剂，热固性树脂、工业塑料。

18、在酸性亚硫酸盐制浆中发生那些反应？

介质不同，反应有哪些不同？

酸溶木素特点及用途？

1..酚型或非酚型结构单元α-醚键的反应；

2.蒸煮中的缩合反应；

3.β-醚键和芳基甲基醚键结构在酸性亚硫酸盐蒸煮条件下是稳定的。

酚型或非酚型结构单元α-醚键的反应

蒸煮中的缩合反应

介质不同，反应有哪些不同：

当该木素结构单元是游离酚羟基时，在所有的pH范围内磺化都快速进行。

即在酸性条件下，木素中最重要的结构单元，不管是游离的还是醚化的都被磺化；然而在中性条件下，导致木素碎片化的磺化和醚键裂开基本上只限于酚型单元。

酸溶木素特点及用途：

特点：

分散性、络合性、乳化性、粘结性。

用途：

基于木素产品的粘合性质，用于热固性树脂与塑料；代替苯酚用在酚--甲醛粘合剂中；香草醛（俗名香兰素）的生产。

19、木素-碳水化合物之间的化学键联接有哪些类型？

20、纤维素大分子化学结构特点及化学反应关系？

物理结构——两相结构（结晶区难反应，无定形区易反应）

（a）由D-吡喃型葡萄糖基相互以1,4-ß苷键连接成的多糖,基环之间相互旋转180º。

可发生降解、水解、热解、微生物分解等

（b）每个基环均有三个醇羟基,其C2、C3上为仲醇羟基，而C6上为伯醇羟基，位置不同,反应能力不同，仲醇羟基大于伯醇。

醚化、酯化、氧化、接枝共聚、氢键等反应。

（c）两个末端基不同,反应能力不同，C4上是仲醇羟基，而C1上是苷羟基，具有潜在的还原性，又有隐性醛基之称。

（d）为线型大分子,分子表面没有与大分子垂直的基团，表面平滑,可以弯曲。

（e）纤维素构象为六个直立键（三上三下）,六平伏键。

（f）ß-1-4苷键连接在酸作用下降解,但比aa-1-4苷键稳定,故木材比淀粉稳定。

21、纤维素双电层及其应用？

纤维素本身含有极性羟基、糖醛酸基等基团，使纤维素纤维在水中表面带负电，吸附正电荷的能力，形成吸附层和扩散层。

应用：

施胶（染色等）：

由于纤维素纤维表面带负电，而与加入的胶料负离子（松香的皂化物）相排斥，达不到施胶的效果，因此在施胶时加入电解质—矾土Al2（SO4）3，其水解出来的Al3+会降低松香粒子的ζ-电位直至为零，这样松香就会沉积在纤维上了。

22、纤维素的剥皮反应及剥皮反应的抑制方法？

在碱性条件下，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖基会逐个掉下来，直至产生纤维素末端基转化为偏变糖酸的稳定反应为止，这一反应称为剥皮反应。

掉下来的葡萄糖基在溶液中转化为异变糖酸，并以钠盐形式存在于碱液中。

抑制方法：

1、还原性末端基变为对碱比较稳定的基团2、制浆蒸煮条件，使之有利于终止反应。

23、纤维素的氧化反应及其应用？

氧化反应：

发生在纤维素葡萄糖基环的苷-OH（C1），伯-OH（C6），仲-OH（C2C3）→-CHO或-C=O→-COOH。

应用：

结构变化了：

-OH变成了-CHO、-C=O、-COOH

聚合度不一定变：

可能C6、C2、C3上-OH氧化，也可能苷键氧化断裂。

碱溶性增强，对碱稳定性下降。

24、纤维素的酯化及其利用？

硝酸酯：

纤维素与浓硝酸、浓硫酸在20-30℃下进行硝化生成的酯。

硫酸的作用:

（1）能帮助纤维素润胀,加快反应进行.

（2）吸收反应产生的水,使反应向右进行.

（3）浓硫酸与水放热,促进酯化反应.

应用：

炸药、胶片、胶黏剂、清漆、塑料

醋酸酯：

用浓硫酸作催化剂，使醋酸酐变成乙酰硫酸。

硫酸的作用：

催化剂

应用：

热塑性塑料、香烟滤嘴、眼镜架、醋酸人造丝、生物降解薄膜、半透膜材料（海水淡化、水处理等）

25、纤维素的酶及其降解？

26、纤维素的接枝共聚及其应用？

接枝共聚：

在纤维素功能化的分子设计中,通过接枝共聚改性赋予纤维素功能性。

纤维素的接枝共聚三个基本类型：

游离基聚合、离子型聚合、缩合或加成聚合。

射辐接枝的应用：

1）用辐射引发将8％的丙烯腈接枝到棉纤维上，使纤维的抗霉菌腐烂性大为提高。

2）将乙烯基类单体注入木材中，经辐射接枝后制成木塑复合材料WPC。

含氮接枝的应用：

对Cu2＋、Ni2＋、Co2＋、Cr3＋等金属离子具有较好的吸附效果，并可重复使用。

将石蜡、脂肪酸酯、异氰酸酯等接枝到纤维素分子上，可提高纤维素与油的亲和性，用作吸油材料。

用作高吸水性树脂。

27、比较纤维素和半纤维素的化学结构及对酸性水解和碱性降解的影响？

纤维素：

（1）纤维素大分子的基本结构单元是D-吡喃式葡糖糖基（即失水葡糖糖）

（2）纤维大分子的葡糖糖基间的联接都是β-苷键联接（3）纤维素大分子每个基环均具有3个醇羟基；（4）纤维素大分子的两个末端基，性质是不同的。

半纤维素：

（1）两种或两种以上的单糖组成的不均一聚糖。

（2）大多带有支链。

（3）构成半纤维素线型聚糖主链的单糖主要是木糖、甘露糖和葡萄糖。

（4）构成半纤维素短的侧链糖基有：

木、葡、阿、半、岩藻、鼠李、葡萄醛酸、半乳糖醛酸等。

影响：

在酸性环境下半纤维素远较纤维素易于水解。

碱性环境中剥皮反应：

1-4连接同纤维素1-2连接不反应1-3连接不需烯醇化，直接反应。

碱性水解一般是：

呋喃式多糖〉吡喃式多糖各成对的配糖化合物中，配糖物C1上的甲氧基与2位碳原子上的羟基反位者〉顺位者。

甲基α-与β-吡喃式葡萄糖尾酸〉呋喃式糖化合物。

28、论述半纤维素在化学纸浆中的行为？

（1）两类制浆法蒸煮过程中碳水化合物溶出顺序

酸性亚硫酸盐法：

Ara阿、Gal、Xyl木、Man甘、Glu葡

硫酸盐法（碱法）：

Man甘、Xyl木、Glu葡、Gal半

（2）聚戊糖变化

制浆法针叶材与禾本科植物阔叶材

聚阿拉伯糖-4-O-甲基-聚4-O-甲基-葡萄

葡萄糖醛酸木糖糖醛酸木糖

亚硫酸盐阿拉伯糖基脱掉损失大，聚合度¯

硫酸盐法4-O-Me-GlcA脱掉枝链脱去剩聚木糖

（3）聚己糖变化

制浆法聚半乳糖葡萄糖甘露糖聚葡萄糖甘露糖

亚硫酸盐半乳糖出，分离出部分针:

稳定>聚Xyl

聚Glc-Man阔:

稳定

硫酸盐法α苷键稳定针:

稳定<聚Xyl

聚糖稳定阔:

相对稳定

（4）PH值的影响：

用不同PH值范围的各种制浆方法，所得纸浆的化学、物理性质也不同，非常明显的反映在半纤维素上。

制浆中半纤维素在纤维素纤维上的吸附？

（1）吸附:

硫酸盐法：

纤维素纤维吸附溶解的聚木糖

亚硫酸盐法：

（针）纤维素纤维吸附溶解的

聚葡萄糖甘露糖

（阔）纤维素纤维吸附溶解的聚木糖

（2）吸附的解释:

聚糖强烈的被纤维素吸附

聚木糖和纤维素之间形成化学连接

29、半纤维素对纸浆及纸张性质的影响？

（1）打浆：

半纤维素多，纸浆易水化、润胀、帚化易于打浆。

（2）对纸张性质：

适量，纸张性质高。

太多，不透明度­，吸光性¯，纸质发硬发脆。

太少，纸浆润胀性¯，松厚度、撕裂度¯，可回收性能下降。

（3）对溶解浆不利：

溶解浆系作人造丝、玻璃纸或纤维素衍生物之用，半纤维素存在对质量不利。

30、论述半纤维素的化学结构与提取分离的关系及半纤维素的工业利用？

半纤维素不是均一聚糖，而是一群复合聚糖的总称，原料不同，复合聚糖的组分也不同。

它不象纤维素由单一糖基组成的主链，只有β1-4连接，呈线形。

半纤维素是由多种糖基组成，带有多种短枝链，但主链还是线状的，不仅有β1-4连接、还有β1-3，β1-6，α1-2，α1-3，α1-6连接，所以半纤维素是一种混合聚糖。

抽提方法：

（1）浓碱溶解硼酸络合分级抽提法—针叶木综纤维素的半纤维素分离

（2）逐步增加碱液浓度分级抽提法--针叶木综纤维素的半纤维素分离（3）单纯碱抽提法--主要用于阔叶材和草类原料的提取（4）二甲亚砜抽提法—保护乙酰基。

工业利用：

（1）己糖：

发酵生产酒精，还原成山梨糖醇。

（2）戊糖利用：

制饲料酵母、制糠醛、木糖与木糖醇。

半纤维素和木素连接的主要键型：

苯甲基醚键苯甲基脂键苯甲基苷键

叙述针叶材、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？

针叶材：

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。

阔叶材：

（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