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纤维素(cellulose)是由葡萄糖组成大分子多糖。不溶于水及普通有机溶剂。是植物细胞壁主要成份。纤维素是自然界中分布最广、含量最多一个多糖,占植物界碳含量50%以上。棉花纤维素含量靠近100%,为天然最纯纤维素起源。
纤维素(cellulose)是由葡萄糖组成大分子多糖。不溶于水及普通有机溶剂。是植物细胞壁主要成份。纤维素是自然界中分布最广、含量最多一个多糖,占植物界碳含量50%以上。棉花纤维素含量靠近100%,为天然最纯纤维素起源。普通木材中,纤维素占40~50%,还有10~30%半纤维素和20~30%木质素
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植物纤维素
细菌纤维素(bacterial cellulose)
人工合成纤维素
合成路线
酶催化
葡萄糖衍生物开环聚合
缺点:聚合度低,低结晶度,
纤维素,半纤维素,木质素
氢键
共价键
氯乙醇胺法,酸性亚硫酸盐法,过醋酸法
碱液
平
态
培
养
面
静
连
续
动
态
培
养
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纤维素分子式:C6H10O5,无色,无味,无臭,不溶于水和普通有机 溶剂,纤维素自然水解产物是纤维二糖,最终水解产物是葡萄糖。说明纤维素重复单元是纤维二糖,且纤维素中葡萄糖是经过β-(1,4)苷。
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纤维素大分子为无支链线形分子。从X射线和电子显微镜观察可知,纤维素呈绳索状长链排列,每束由100-200条彼此平行纤维素大分子链聚集在一起,形成直径约10-30nm微纤维。若干根微纤维聚集成束,形成纤维束。在植物细胞壁中,纤维素,普通与木质素,半纤维素,淀粉类物质,蛋白质和油脂相伴生。
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天然植物纤维素含有复杂多级结构,一根纤维素由若干纤维素微纤维组成,一根纤维素微纤维有由若干根纤维素分子组成。纤维素中农分布着纳米级晶须和无定型部分,依靠分子内及分子间数量众多氢键和范德华力维持着自组装大分子结构和原纤形态。用强酸,碱或者酶处理天然纤维,即纤维被拆分为更细小微纤维。
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因为纤维素主链结构呈半刚性,理论上纤维素及其衍生物在适当溶剂中能够形成液晶相,三氟乙酸和氯代烷烃混合溶液是纤维素良溶剂,纤维素分子在这些溶剂中为轮旋结构。
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NaOH/CS2
铜胺溶剂
胺氧化合物体系
离子液体体系
NaOH/尿素体系
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将氢氧化铜溶于氨水中,能够形成深蓝色Cu(NH3)(OH)2络合物,称为铜胺溶液,对纤维素有很强溶解能力。铜胺中Cu2+能够优先与纤维素吡喃环C2,C3位羟基形成五元螯合物,破坏纤维素分子内与分子间氢键,因而纤维素纤维能够溶解在高浓度铜胺溶液中
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N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)多组成溶剂能够很好地溶解纤维素,而且在溶解过程中纤维素没有显著降解现象。普通认为,Li+与DMAc羰基形成偶极-离子络合物,该络合物阳离子与纤维素羰基中氧原子作用,而Cl-与纤维素羟基中H原子形成氢键,从而破坏了纤维素分子内和分子间氢键。
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离子液体是由有机阳离子与无机阴离子组成离子化合物,在室温或者室温附近温度下展现液体状态,又称低温熔融盐。在加热条件下,离子液体中离子对发生解离,形成游离阳离子,和阴离子Cl-,阴离子Cl-与纤维素大分子链中羰基上氢原子形成氢键,而游离阳离子与纤维素大分子链中羟基上氧原子作用,从而破坏了纤维素中原有氢键,造成纤维素在离子液体中溶解。
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纤维素在室温下不能完全溶解在NaOH/尿素水溶液中,不过将NaOH/尿素水溶液预冷至-12~-10 ℃却能够快速溶解纤维素。 NaOH/尿素水溶液在低温下形成了高度稳定氢键网络结构,创建了新复合物,通常在NaOH水溶液中,OH-和Na+离子分别以你[OH(H2O) n]-和[ Na(H2O) m ]+形式存在。在室温时,水和缔合物之间快速交换使[OH(H2O) n]-和[ Na(H2O) m ]+难以形成和保持新络合物结构,而在低温条件下,慢交换使缔合离子则轻易保持它们结构