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第六章 半纤维素
同学们，大家好！前面我们学习了纤维素
木材中还有另一类碳水化合物--半纤维素，其产品也和我们的生活息息相关
今天，我们就要学习半纤维素这部分内容
第一节半纤维素的命名、存在
命名：半纤维素名字的由来
1891年，舒尔兹把用碱液从陆地植物抽提出来的聚糖称为半纤维素
他认为植物先合成半纤维素，然后再合成纤维素
半纤维素是植物合成纤维素的半成品，因此把它叫为半纤维素
阿斯品纳尔提出“半纤维素来源于植物的聚糖类，它们含有
D-木糖基、D-甘露糖与D-葡萄糖或D-半乳糖基组成的主链，其它糖基可成为枝链，连接在主链上”
铁米尔指出“半纤维素是低分子量的聚糖类
它和纤维素正常的产生在植物组织之中，用碱液可提取出来”
后来有人提出“非纤维素的多糖(或碳水化合物)学术上合理
但由于半纤维素应用已久，现仍习惯沿用
半纤维素的特点
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键连接，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连接、β1-6连接、α1-2连接、α1-3连接、α1-6连接，所以半纤维素是一种混合聚糖
前面我们说了，半纤维素是非纤维素的多糖
如果这样说“非纤维素多糖是半纤维素”这样对吗？
如果出判断题的话这是不对的
这是因为植物当中还有一些聚糖类，如果胶质、淀粉、植物胶
它们也是有几种糖基组成的混合聚糖，由于它们的含量少
一般把它们归为少量组分中，不划归为半纤维素
主要糖基
己糖基：D-葡萄糖(Glc)、D-甘露糖(Man)、D-半乳糖(Gal)
戊糖基：D-木糖(Xyl)、L-阿拉伯糖(Ara)
己糖醛酸基：D-葡萄糖醛酸(GlcA)
4-O甲基-D-葡萄糖醛酸(4-O- Me-GlcA)
D-半乳糖醛酸(GalA)
脱氧己糖基：L-鼠李糖(Rha)、L-岩藻糖
结构表达式
半纤维素结构表达式有两种形式，一种是哈瓦斯式表达式，比较难认
另一种是用英文缩写表达的结构式，糖基用英文缩写
英文糖基之间写明连接方式，糖基α、β型，用p表示吡喃环 f表示呋喃环
如这个糖是由三个甘露糖和一个葡萄糖组成的
Glc是葡萄糖，Man是甘露糖
p是吡喃型的，他们之间的连接是β-1-4连接
半纤维素的命名法有两种
第一种命名时将构成半纤维素(及其它不均聚糖)的各种糖基都列出来
首先写枝链的糖基，当有多个枝链时，将含量少的枝链糖基排在前面
含量多的枝链糖基排在后面，而将主链糖基列于后，若主链含有多于一种糖基时
则将含量最多的主链糖基放在最后，词首加“聚”字
例如某半纤维素具有如下结构片断
A、B、C 均为糖基，A糖基为构成半纤维素主链的糖基
枝链B糖基多于C糖基，则此半纤维素可称为聚C糖B糖A糖
因为本命名法能比较全面地反映出半纤维素的结构，故目前应用较多
第二种命名时只写出主链上的糖基而不写支链的糖基，在主链糖基前冠以“聚”字
例如这些半纤维素糖的结构，我们均可称为聚A糖
此命名法不能表示出支链糖基，同样命名的半纤维素结构可以差别很大
如针叶木聚阿拉伯糖4-O一甲基葡萄糖醛酸木糖
与阔叶木的聚O一乙酰基4-O一甲基葡萄糖醒酸木糖均称为聚木糖
所以这种方法有一定局限性
分枝度
在半纤维素的分子结构中，虽然主要是线状的，但大多数带有各种短支链
为了表示半纤维素带有支链的多少，可以引用分枝度的概念
以表示半纤维素分子结构中支链的多少，支链多则分枝度高
如 I、II、III 三种不均一聚糖
I 为直链，II、III都有支链，而III的分枝度高于II，所以分枝度表示半纤维素分子结构中枝链的多少
分枝度的高低对半纤维素的物理性质有很大影响
例如用相同溶剂在相同条件下，同一类半纤维素，分枝度高的半纤维素的溶解度高
半纤维素的存在
不同原料中的半纤维素
针叶材的半纤维素以聚己糖为主
聚半乳糖-葡萄糖-甘露糖又分为两种，一种是半乳糖支链多的，称为聚半乳糖-葡萄糖-甘露糖
在针叶材中含量为5-8%，甘露糖：葡萄糖：半乳糖=3:1:1
主链上为1-4连接，半乳糖支链以1-6连接于主链上，少量乙酰基连在甘露糖的C2或C3位置上
聚合度在100左右，能够溶于碱，部分溶于水
另一种是半乳糖支链少，称为聚(半乳糖)葡萄糖-甘露糖，在针叶材中含量为10-15%
甘露糖：葡萄糖：半乳糖=4:1:0.1，主链上为1-4连接，半乳糖支链以1-6连接与主链上
少量乙酰基连在甘露糖的C2或C3位置上
聚合度在100左右，溶于碱性硼酸盐
聚阿拉伯糖-4-O-甲基-葡萄糖醛酸-木糖，在针叶材中含量为7-10%
木糖：4-O-甲基-葡萄糖醛酸：阿拉伯糖=10:2:1.3
主链上为1-4连接，4-O-甲基-葡萄糖醛酸支链以1-2连接与主链上阿拉伯糖支链以1-3连接在主链上
聚合度在100左右，溶于碱、部分溶于二甲亚砜
聚阿拉伯糖半乳糖，在针叶材中含量为5-35%
半乳糖：α-L-阿拉伯糖：α-L-阿拉伯糖=6:2/3:1/3，主链上半乳糖为1-3连接
支链上半乳糖以1-6连接在主链上，α-L-阿拉伯糖以1-6连接在主链上
β-D-阿拉伯糖以1-3键连接在支链α-L-阿拉伯糖上
聚合度在200左右，溶于水
阔叶材的半纤维素以聚木糖为主
聚O-乙酰基-4-O-甲基-葡萄糖醛酸-木糖，在阔叶材中含量为15-30%
木糖：O-乙酰基：4-O-甲基-葡萄糖醛酸=10:1:7，主链上木糖为1-4连接
4-O-甲基-葡萄糖醛酸支链以1-2连接于主链上，乙酰基连接在木糖的C2或C3位置上
聚合度在200左右，部分溶于二甲亚砜
聚葡萄糖-甘露糖
在阔叶材中含量为2-5%，甘露糖：葡萄糖=1-2:1，甘露糖和葡萄糖在主链上为1-4连接
聚合度在200左右，溶于碱性硼酸盐
通过对针叶材管胞壁的研究发现，半纤维素在S1层最高
从S1向S2方向降低，S2与S3交层处又上升
禾本科原料的半纤维素
禾本科原料的半纤维素主要是聚阿拉伯糖基-4-0-甲基-葡萄糖醛酸基-木糖
主链上木糖为1-4连接，支链上也有一些木糖以1-3键连接于主链上
4-O-甲基-葡萄糖醛酸支链以1-2连接于主链上
α-L-阿拉伯糖以1-3连接在主链上，聚合度在100左右
半纤维素的宏观分布
射线细胞比管胞和纤维的聚木糖含量高
针叶材的早材比晚材含较多的聚木糖和较少的聚葡萄糖-甘露糖
未成熟材比成熟材含较多的聚木糖和较少聚葡萄糖-甘露糖
小结
半纤维素是非纤维素的多糖或碳水化合物
(除果胶、淀粉、多糖胶以外)
半纤维素结构命名，列出各种糖基，先枝后主，先少后多，前面加一聚字，此法常用
针叶材半纤维素主要是聚已糖，阔叶材半纤维素主要是聚戊糖，禾本科原料半纤维素主要是聚戊糖
今天的课程就讲到这里，下节课我们将一起学习半纤维素提取，欢迎继续关注我们的课程
-绪论
--绪论
-讨论
-1.1 植物纤维原料形成与分类
-1.1 植物纤维原料形成与分类--作业
-1.2 木材的宏观结构
--木材的宏观结构
-1.2 木材的宏观结构
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造--作业
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构--作业
-1.5 纤维细胞壁超微结构
-1.5 纤维细胞壁超微结构--作业
-1.6 纤维形态学因素
-1.6 纤维形态学因素--作业
-讨论
-图文
-课程思政--中国文化自信案例1
--纸的故事（一）
-本章总结
-2.1 植物纤维原料的化学组成
-2.1 植物纤维原料的化学组成--作业
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响--作业
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成--作业
-讨论
-图文
-本章总结
-3.1水分存在形式
-3.1水分存在形式--作业
-3.2 水分对木材的影响
-3.2 水分对木材的影响--作业
-讨论
-图文
-课程思政——木材水分与干缩湿胀实例
-本章总结
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质--作业
-4.2 芳香族化合物
-4.2 芳香族化合物--作业
-4.3 脂肪族化合物和无机物
-4.3 脂肪族化合物和无机物--作业
-4.4 提取物的分布、提取和分离
-4.4 提取物的分布、提取和分离--作业
-4.5 提取物对加工利用的影响
-4.5 提取物对加工利用的影响--作业
-讨论
-课程思政——提取物的高效利用实现绿水青山就是金山银山
--松脂采集
--松脂加工利用案例
-本章总结
-5.1糖化学基础
-5.1糖化学基础--作业
-5.2纤维素的存在、结构、性质
-5.2纤维素的存在、结构、性质--作业
-5.3纤维素物理结构
-5.3纤维素物理结构--作业
-5.4纤维素晶体结构
-5.4纤维素晶体结构--作业
-5.5纤维素结晶度及测定方法
-5.5纤维素结晶度及测定方法--作业
-5.6 纤维素润胀、溶解
-5.6 纤维素润胀、溶解--作业
-5.7 纤维素双电层及热解
-5.7 纤维素双电层及热解--作业
-5.8 纤维素酸水解和碱降解
-5.8 纤维素酸水解和碱降解--作业
-5.9 纤维素的氧化
-5.9 纤维素的氧化--作业
-5.10 纤维素酶降解
-5.10 纤维素酶降解--作业
-5.11纤维素酯化
-5.11纤维素酯化--作业
-5.12 纤维素醚化
-5.12 纤维素醚化--作业
-5.13纤维素接枝共聚与交联
-5.13纤维素接枝共聚与交联--作业
-5.14纤维素物理改性
-5.14纤维素物理改性--作业
-5.15细菌纤维素
-5.15细菌纤维素--作业
-讨论1
-讨论2
-图文
-拓展学习资料
--纸张结构
--纤维角质化定义
--纤维角质化机理
-课程思政--文化自信案例2（中国古名纸）
-课程思政——国家能源战略：生物质能源
-课程思政——文化自信案例3（纤维素与纺织）
-本章总结
-思维导图
-6.1半纤维素的命名、存在
-6.1半纤维素的命名、存在--作业
-6.2半纤维素提取
-6.2半纤维素提取--作业
-6.3半纤维素分离及糖基测定
-6.3半纤维素分离及糖基测定--作业
-6.4半纤维素的化学性质
-6.4半纤维素的化学性质--作业
-6.5半纤维素与纸张的关系
-6.5半纤维素与纸张的关系--作业
-6.6半纤维素利用
-6.6半纤维素利用--作业
-讨论
-图文
-拓展学习-功能性低聚糖
--功能性低聚糖
--常见功能性低聚糖
--木糖醇的食用
-本章总结
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.2 木素的存在及其生物合成
-7.2 木素的存在及其生物合成--作业
-7.3 木素概念及化学结构
-7.3 木素概念及化学结构
-7.4 木素的分离
-7.4 木素的分离--作业
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.8 木素的显色反应
-7.8 木素的显色反应
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.13 木素的亲电反应
-7.13 木素的亲电反应
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.15 木素的利用
-7.15 木素的利用
-讨论1
-讨论2
-图文
-植物纤维化学实验资料
--植物纤维化学实验
-课程思政——文化自信案例3：中国造纸技术的贡献
-本章总结
-考试
