第三节 半纤维素的化学性质 半纤维素与纤维素在化学结构上的比较：

半纤维素一. 总述关于半纤维素概念的提出是由于半纤维素的发现是因为与纤维素的碱溶解性质差别而提出的，在分离和提纯半纤维素过程中也是依据其碱溶解性质的不同而进行的。

与纤维素相比，半纤维素是相对小的高聚物，含几百个糖单元，大部分半纤维素含几种糖单元，其性质取决于高聚物的来源，木聚糖是最常见的糖单元。

半纤维素主要是由一种糖构成的长链，间或有其它的糖或寡糖的支链，因此半纤维素不能像纤维素链一样的凝聚，并且半纤维素在水中有较好的溶解度。

半纤维素的化学结构按照构成半纤维素结构主链上的糖基可将半纤维素进行分类。

木聚糖类半纤维素，其主链是由D-木糖基相互连接成均聚物线性分子。

苷露糖类半纤维素，它是由苷露糖与葡萄糖两种糖单元互相以β-1，4键连接构成共聚物主链。

其它少量半纤维素包括半乳聚糖糖类和葡聚糖类半乳聚糖类是高分枝度的因而也是水溶性的。

半纤维素的物理结构由于半纤维素在化学结构上具有支链。

所以它的物理结构多为无定型的。

半纤维素的化学性质半纤维素由于聚合度低，结晶结构无或少，因此在酸性介质中比纤维素易水解，在较温和的碱性条件下可发生剥皮反应，在高温下可发生碱性水解。

半纤维素既溶于碱（5％NaCO溶液），又溶于酸（2％的HCl溶液）。

它对水有相对的亲和力。

3A tentative chemical structure of hemicelluloseB extracted from pressure refined wheat straw >300-mm TMP fiber).D-(-)-ArabinoseD-(+)-Galactoseβ-D-(+)glucoseD-(+)-mannoseD-(+)-xyloseL-Rhamnose。

纤维素、半纤维素和果胶是常见的植物性纤维素类化合物，它们在植物细胞壁中起着重要的结构和功能作用。

本文将围绕这三种化合物的化学式展开介绍，以期为读者提供更深入的了解。

一、纤维素纤维素是一种多糖类化合物，由数百到数千个β-葡萄糖分子通过1,4-葡萄糖苷键连接而成。

其化学式如下所示：(C6H10O5)n在天然界中，纤维素是最常见的有机化合物之一，广泛存在于植物细胞壁中。

由于其特殊的结构和化学性质，纤维素具有良好的机械强度和耐酸碱性，被广泛用于纸张、纤维素制品、食品工业等领域。

二、半纤维素半纤维素是一种多糖类化合物，通常由葡萄糖、木糖、甘露糖等单糖单体组成，通过β-1,4-和β-1,3-的糖苷键连接而成。

其化学式如下所示：(C5H8O4)n与纤维素相比，半纤维素的分子结构更为多样，同时也具有较强的水溶性。

在植物细胞壁中，半纤维素主要存在于次生壁和中间层，对植物细胞壁的可塑性和抗拉伸性起着重要作用。

三、果胶果胶是一种多糖类化合物，由甲基半乳糖和半乳糖单糖单体通过α-1,4-的糖苷键连接而成。

其化学式如下所示：(C6H10O7)n作为一种水溶性纤维素类物质，果胶具有良好的凝胶性能，常用于食品工业中作为增稠剂和胶凝剂。

果胶也具有一定的抗氧化性能，对于保护食品中的营养成分具有一定作用。

在植物细胞壁中，果胶主要存在于原生质和中间层，对植物细胞的结构和机械性能起着重要的调节作用。

纤维素、半纤维素和果胶作为植物细胞壁中的重要组分，对于植物的生长发育和生理代谢具有重要意义。

它们的化学式和分子结构决定了其在自然界和工业应用中所具有的特殊性质和功能。

希望通过本文的介绍，读者能够对这三种化合物有更深入的了解，为相关领域的研究与应用提供一定的参考价值。

纤维素、半纤维素和果胶作为植物细胞壁中的重要成分，不仅在植物生长发育中发挥着重要的结构和保护作用，同时在工业和食品领域也有着广泛的应用。

接下来我们将更深入探讨这三种化合物的特性和应用。

半纤维素半纤维素是一种常见的天然聚合物，它在生物领域中具有广泛的应用。

本文将介绍半纤维素的基本概念、特性、生产方法以及其在不同领域中的应用。

一、半纤维素的概念和特性半纤维素是一类由一系列糖类组成的高分子复合物。

它们与纤维素有着相似的结构和性质，但却缺乏结晶性。

半纤维素主要由木质素、纤维素和半纤维素酶解产物等组成。

其糖类成分主要包括葡萄糖、木糖、甘露糖等。

半纤维素的特点是具有较高的耐水性和耐酸性，在一定温度下可以分解为低分子量的糖类。

二、半纤维素的生产方法半纤维素的生产主要通过两种方法：物理法和化学法。

1. 物理法：将木质素、纤维素和半纤维素酶解产物进行物理处理，如粉碎、磨碎等，得到半纤维素。

2. 化学法：通过化学反应将木质素、纤维素和半纤维素酶解产物进行化学处理，如酸性水解、氧化等，得到半纤维素。

三、半纤维素在生物领域中的应用1. 纳米材料：半纤维素可以通过纳米化处理，得到纳米级的半纤维素，具有较高的表面积和孔隙度，可用于制备纳米材料，如纳米纤维素薄膜、纳米纤维素凝胶等。

2. 生物质能源：半纤维素在生物质能源领域有着重要的应用。

半纤维素可以通过生物催化法转化为乙醇、丙酮等可再生能源，同时还可以作为生物质燃料的原料。

3. 医药领域：半纤维素在医药领域中也有广泛的应用。

其可用于制备药物载体，如纳米颗粒、纤维素薄膜等，可以在药物传递系统中起到缓释和保护药物的作用。

4. 食品工业：由于半纤维素具有较高的水溶性和黏性，它在食品工业中有着重要的应用。

半纤维素可以作为增稠剂、胶凝剂、保湿剂等添加到食品中，提高食品的质地和口感。

5. 纺织工业：半纤维素在纺织工业中可以用于制备纺织纤维，如纤维素纤维、纤维素薄膜等。

这些纤维具有良好的拉伸性和抗皱性能，适用于制作高品质的纺织品。

四、半纤维素的未来发展方向随着生物技术的不断发展，半纤维素在各个领域中的应用前景十分广阔。

未来，半纤维素的研究重点将集中在以下几个方面：1. 提高生产效率：目前制备半纤维素的方法多为传统的物理和化学处理，效率较低。

具有偏变糖酸末端基的纤维素因为不再具有还原性的醛基，也就不再具有β-烷氧基羰基结构，所以就不能再进行剥皮反应。

因此，纤维素的降解就停止了。

所以这个反应称为因为V剥＞＞V稳，所以终止反应不能完全抑制剥皮反应。

所以在碱法蒸煮时总是会有剥皮反应发生，特别是在高温下，纤维素水解后产生了新的还原性末端基，它们都能进行剥皮反应。

碱性水解是从分子链的中间断开1，4—β甙键，尤其是在高温下。

而剥皮反应即使在很温和的条件下也会发生，并且是从具有还原性末端基的一端开始，葡萄糖基一个个地掉下来。

碱性水解所产生的新的还原性末端基促使了剥皮反应的进行，对纤维素的降解影响大。

纤维素容易发生氧化反应，因为它每个D-Glu基的C2、C3和C6上存在醇羟基。

还原性末端基C1也会发生氧化反应。

当氧化剂作用于纤维素时，根据不同条件，相应生成醛基、氧化纤维素的结构与性质和原来的纤维素不同。

随着使用的氧化剂的种类和条件而定。

氧化纤维素只是一群化学结构与性质相类似的物质。

大多数情况下，随着羟基的被氧化，纤维素的聚合度也同时下降。

*****有些氧化过程纤维素聚合度并不一定下降。

纤维素经氧化后，其分子中有醛基和羧基。

由于它们都是亲电取代基，所以对纤维素的甙键有一定的影响，特别是醛基的影响最大。

因为它能活化与之相近的甙键，使之容易水解而发生甙键的断裂。

从而降低了纤维素的DP。

这种情况在纸浆漂白时经常遇到。

在碱性介质中，甙键的断裂按照β-分裂原理进行。

P198四个氧化纤维素式子中，虚线部分表示β-烷氧基羰基结构的位置。

所以在碱性介质中链的裂开，必然从这个断开处脱出烷氧基。

裂开的结果是产生了各种分解产物。

-------------------------------------------------------------------------------第五章半纤维素第一节概述一、半纤维素的概念：以不同数量的几种单糖基和糖醛酸基构成的往往具有支链的复合聚糖的总称。

半纤维素概念：半纤维素是来源于植物的聚糖，它们含有D-木糖基、D-甘露糖基与D-葡萄糖基或D-半乳糖基的主链，其他糖基可以成为支链而链接于主链上，是低相对分子质量、能用碱液提出来的聚碳水化合物。

组成的结构单元主要有：五碳糖：D-木糖基、L-阿拉伯糖基六碳糖：D-葡萄糖基、D-甘露糖基、D-半乳糖基糖醛酸：4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸基、D-半乳糖醛酸基、D-葡萄糖醛酸基纤维素和半纤维素的主要区别：纤维素：单一糖基构成、线性高分子、聚合度高半纤维素：多种糖基构成、带有支链、聚合度低纤维素原料中主要半纤维素的类型针叶木：聚O-乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖（为主）、聚阿拉伯糖4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖阔叶木：聚O-乙酰基-（4-O-甲基葡萄糖醛酸）木糖（为主）、聚葡萄糖甘露糖禾本科植物：聚阿拉伯糖4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖（为主）半纤维素的命名法1.先写支链糖基，后写主链糖基；含量少在前，含量多在后；词首加“聚”2.只写主链糖基，不写支链糖基，词首写“聚”字分支度：分子中支链数与分子量的比值，表示半纤维素分子结构中枝链的多少。

用相同溶剂在相同条件下同一类半纤维素中分枝度高的半纤维素溶解度高半纤维素在细胞壁中的分布研究方法：骨架法：根据纤维细胞壁中的半纤维素聚糖可溶于碱液，也可以用稀酸水解使之分离的性质，把综纤维素试样用碱液抽提或稀酸水解除去半纤维素，利用电子显微镜观察除去半纤维素后的“骨架”，与除去半纤维素前的细胞壁相比较，就可以了解半纤维素的分布情况。

染色法：半纤维素的还原性末端基容易被氧化成羧基，羧基能与某些金属离子作用而使金属离子接到羧基上去。

由于重金属离子对电子的散射力强，在电子显微镜照片显出较深的“颜色”而容易观察。

因此，可以通过“染色”是深浅程度可以观察半纤维素在细胞壁中的分布情况。

分布：1、半纤维素浓度分布的趋势为胞间层和细胞外壁较高，次生壁，特别S2层中最低2、半纤维素浓度在S1外层最多，从S1向S2方向降低，在S1/S2交界处半纤维素浓度重新增加到S1外层的水平，在S2层逐渐下降到一个水平，并在此水平基本恒定，到S2/S3交界处，浓度又重新上升，S3层的半纤维素浓度通常与S2层中部差不多或稍高。

第三节半纤维素一、半纤维素的分离与测定半纤维素存在于各种植物原料中，在牛纤维素基础理论研究或应用机理研究巾，往往需要把半纤维素从原料中分离出来，分离要彻底，并且要尽量减少半纤维素的裂解。

但由于中纤维素与木素之间有化学键联接，此复合体简称L.C．C，与纤维素虽没化学键联接，但结合紧密，性质近似，所以半纤维素的分离是比较复杂的。

1．半纤维素的分离纤维原料中除了三大组成外，还有其它少量组分存在，在半纤维素的分离(抽提)前必须先把这些少量组分除去。

通常是采用苯一乙醇或丙酮抽提除去。

经过抽提后的试料，称为无抽提物试料。

分离提取半纤维素有两种方法，一是直接抽提法，二是制成综纤维素后再提取。

直接抽提法适用于阔叶木和草类原料，不适用于针叶木，因为针叶木管胞次生壁的木质化程度高，使碱不易进入，因而分离出来的半纤维素很少，无实用价值。

直接法所得的半纤维素量少，且杂质也多，给提纯工作增加困难。

因此，大多数是制备综纤维素，再从综纤维素中抽提半纤维素，这种做法比较普遍。

2．半纤维素的测定对半纤维素的测定研究，自60年代以来，所用方法日趋完善。

现在除用部分水解法、高碘酸盐氧化法及甲基化法外，又增加了Smith降解法，并且用色谱和质谱联用鉴定技术等。

现以白桦半纤维素为例，将这些方法的主要原理简介如下：(1)部分水解法。

将半纤维素水解，得到糖的复合物，主要含木糖和糖醛酸。

用阴离子交换树脂将这两种糖分离，而糖醛酸又可用色谱法分成三种。

(2)高碘酸盐氧化法。

高碘酸盐氧化法可以测定聚糖还原性末端基的数目和支链情况，因此可以通过高碘酸盐的消耗量和形成的甲酸量计算末端基和支链的数目。

(3)Smith降解法。

它是目前用得最多的办法，是在高碘酸盐氧化的基础上发展起来的方法。

其基本原理是：聚糖经过高磺酸的氧化后用硼氢化钠还原，然后进行酸水解、还原，最后用色谱鉴定所得产物，藉以了解聚糖结构情况。

二、半纤维素的化学结构1．结构单元用色谱分析水解半纤维素得知，半纤维素的结构单元有如式2—25所示的6种。

纤维素和半纤维素一、引言纤维素和半纤维素是植物细胞壁的主要成分，也是生物质能源和化学品的重要来源。

本文将介绍纤维素和半纤维素的定义、结构、性质、用途等方面的内容。

二、纤维素1. 定义纤维素是一种多糖，由葡萄糖分子通过β-1,4-键连接而成。

它是植物细胞壁中最丰富的成分，也是地球上最常见的有机化合物之一。

2. 结构纤维素的分子结构非常复杂，由许多葡萄糖分子通过β-1,4-键连接而成，形成直链结构。

这些直链又通过氢键形成微晶体，使得纤维素具有高度的结晶性和稳定性。

3. 性质（1）物理性质：纤维素是一种白色或淡黄色的粉末，在水中不溶解，在浓硫酸和浓硝酸中可以溶解。

（2）化学性质：在强碱条件下，纤维素可以水解为葡萄糖；在浓硫酸和浓硝酸中，纤维素可以被硝化为硝基纤维素。

4. 用途（1）生物质能源：纤维素是生物质能源的重要来源之一，可以通过生物质发酵、热解等方法转化为乙醇、甲醇、氢气等能源。

（2）化学品：纤维素也是许多化学品的原料，如纤维素醚、纤维素酯、纤维素胶等。

三、半纤维素1. 定义半纤维素是一类多糖，由葡萄糖和其他单糖分子通过β-1,4-键和β-1,3-键连接而成。

它与纤维素一样也是植物细胞壁的主要成分之一。

2. 结构半纤维素的分子结构比较简单，由葡萄糖和其他单糖分子通过β-1,4-键和β-1,3-键连接而成。

不同种类的半纤维素结构差异较大，如木质素就是一种含有大量半纤维素的复杂高分子。

3. 性质（1）物理性质：半纤维素的物理性质因种类不同而异，常见的半纤维素如木质素呈深棕色或黑色固体，不溶于水。

（2）化学性质：半纤维素可以被酶类水解为单糖分子，如木聚糖酶可以将木质素中的木聚糖水解为葡萄糖分子。

4. 用途（1）生物质能源：半纤维素也是生物质能源的重要来源之一，可以通过生物质发酵、热解等方法转化为乙醇、甲醇、氢气等能源。

（2）化学品：半纤维素也是许多化学品的原料，如纸浆、木材粘合剂、食品添加剂等。

四、总结纤维素和半纤维素作为植物细胞壁的主要成分，在生物质能源和化学品方面都有着广泛的应用前景。

植物纤维化学复习总结植物纤维化学总结第⼀章1、纤维素(Cellulose) 半纤维素（Hemicellulose）⽊素（Lignin）针叶材（needle leaved wood或soft wood）阔叶材（leaf wood 或hard wood）草类（straw）2、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。

英⽂翻译：The holo-cellulose or bleached chemical pulp is treated with 17.5% sodium hydroxide solution or 24% potassium hydroxide solution at 20 centigrade for 45 minitues; most of the hemicellulose is released and the complex composed of residual cellulose and anti-alkali hemicellulose is called α-cellulose of holocellulose or α-cellulose of chemical pulp.（重点）3、有机溶剂抽出物及其对制浆造纸的影响。

针叶材的抽出物：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(Rosin Acids)、萜烯类化合物、脂肪酸(Fatty Acids)及不皂化物。

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。

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。

一.结构纤维素是一种重要的多糖，它是植物细胞支撑物质的材料,是自然界最非丰富的生物质资源。

在我们的提取对象－农作物秸秆中的含量达到450－460g/kg。

纤维素的结构确定为β-D-葡萄糖单元经β－（1→4）苷键连接而成的直链多聚体，其结构中没有分支。

纤维素的化学式：C6H10O5化学结构的实验分子式为（C6H10O5）n早在20世纪20年代，就证明了纤维素由纯的脱水D-葡萄糖的重复单元所组成，也已证明重复单元是纤维二糖。

纤维素中碳、氢、氧三种元素的比例是：碳含量为44.44％，氢含量为6.17％，氧含量为49.39％。

一般认为纤维素分子约由8000～12000个左右的葡萄糖残基所构成。

O OOOOOOOO1→4）苷键β-D-葡萄糖纤维素分子的部分结构（碳上所连羟基和氢省略）二．天然纤维素的原料的特征做为陆生植物的骨架材料，亿万年的长期历史进化使植物纤维具有非常强的自我保护功能。

其三类主要成分－纤维素、半纤维素和木质素本身均为具有复杂空间结构的高分子化合物，它们相互结合形成复杂的超分子化合物，并进一步形成各种各样的植物细胞壁结构。

纤维素分子规则排列、聚集成束，由此决定了细胞壁的构架，在纤丝构架之间充满了半纤维素和木质素。

天然纤维素被有效利用的最大障碍是它被难以降解的木质素所包被。

纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键，半纤维素和木质素之间除了氢键外还存在着化学健的结合，致使半纤维素和木质素之间的化学健结合主要在半纤维素分子支链上的半乳糖基和阿拉伯糖基与木质素之间。

表：植物细胞壁中纤维素、半纤维素、和木质素的结构和化学组成项目纤维素木质素半纤维素结构单元吡喃型D－葡萄糖基G、S、H D-木糖、苷露糖、L-阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖醛酸结构单元间连接键β-1,4-糖苷键多种醚键和C-C键，主要是β-O-4型醚键主链大多为β-1,4-糖苷键、支链为β-1,2-糖苷键、β-1,3-糖苷键、β-1,6-糖苷键聚合度几百到几万4000200以下聚合物β-1,4-葡聚糖G木质素、GS木质素、GSH木质素木聚糖类、半乳糖葡萄糖苷露聚糖、葡萄糖甘露聚糖结构由结晶区和无定型区两相组成立体线性分子α不定型的、非均一的、非线性的三维立体聚合物有少量结晶区的空间结构不均一的分子，大多为无定型三类成分之间的连接氢键与半纤维素之间有化学健作用与木质素之间有化学健作用天然纤维素原料除上述三大类组分外，尚含有少量的果胶、含氮化合物和无机物成分。

纤维素和半纤维素的异同点
纤维素和半纤维素是常见的天然高分子生物质，它们都是由大量的糖分子组成的纤维状聚合物。

虽然它们的结构很相似，但它们在化学性质、来源、应用方面存在一定的异同点。

下面，我们将详细介绍它们的异同点。

首先，从化学角度来看，纤维素和半纤维素的主要差异在于它们的化学结构不同。

纤维素是一种由葡萄糖分子组成的聚合物，这些葡萄糖分子通过β-1,4-链接而形成线性链，并进一步形成纤维状的结构。

而半纤维素则是一种由不同种类的单糖分子组成的聚合物，它们之间通过不同的化学键（如β-1,4-键和β-1,3-键）相连接。

此外，半纤维素中还存在一定比例的酸性化学官能团，如卡拉雅树胶中的羧基和木聚糖中的乙酸股。

其次，从来源上看，纤维素和半纤维素的原料不同。

纤维素主要存在于植物细胞壁中，是植物体内的一种重要结构成分；而半纤维素则分布广泛，既存在于植物细胞壁中，也存在于鱼类鱼鳔、菌类胞壁等非植物体内。

因此，半纤维素的种类更加多样。

最后，从应用方面看，纤维素和半纤维素的用途也不尽相同。

纤维素常用于木材加工、造纸工业、纤维素制品等领域，如纤维素酰化后可
制备乙酰纤维素以及纤维素醚等化学品。

而半纤维素则广泛应用于食品、医药、农业等领域，如木聚糖在食品中可作为乳化剂、胶凝剂、
保湿剂等；卡拉雅树胶在医药领域中可用于制备微球、药物缓释等控
制释放的剂型。

综上所述，纤维素和半纤维素都是来源广泛且具有广泛应用前景的天
然高分子生物质，它们之间的化学结构、来源及应用等方面存在差异。

对于不同的领域应用，科学家们需要根据其特点选择合适的材料，以
实现更好的应用效果。

纤维素与半纤维素共同存在于大多数植物细胞壁中。

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。

在酸性环境下半纤维素远较纤维素易于水解。

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。

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。

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。