当前课程知识点：植物纤维化学 > 第七章 木素 > 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
第九节 木素化学结构与化学反应的关系
同学们好！
上节课我们学习了木素的显色反应
简单的说，显色反应是在强酸条件下
木素的羰基和共轭体系与胺类物质发生反应，改变颜色
这类反应被广泛应用于纸浆种类的鉴定
木素作为由苯基丙烷结构单元
通过多种类型化学键连接而成的复杂高分子化合物
除羰基外还含有多种活性官能团，可以与许多物质发生化学反应
这节课我们就来学习木素的化学反应与化学结构的关系
1.木素的化学反应类型
化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键形成的过程
木素的主要化学键是共价键
根据共价键的断裂方式，木素的反应类型包括亲核反应
亲电反应和游离基反应
如图所示，木素中A原子与B原子之间存在共价键
当构成共价键的电子对发生异裂时
电子会完全转移到B原子上，A原子会形成正离子
带电亲核试剂C进攻A正离子发生的反应，就是亲核反应
当电子对异裂而完全转移到A原子上时
形成A负离子，A负离子遭到亲电试剂D的进攻发生亲电反应
当AB之间的共价键发生均裂时，分别产生了A自由基和B自由基
进而引发的反应则称为自由基反应
木素的亲核反应是一类非常重要的化学反应
在制浆过程中，利用该反应可有效使木素从植物原料中溶出
从而提高木素脱除率，提升制浆的效率
2.木素的亲核反应
亲核试剂的亲核能力可以根据试剂的极性和盐基性来评价
用亲核性参数E来表示
常见的几种溶剂的亲核性参数如表中所示
从表中可知，硫氢根离子（SH-）
或硫离子（S2-）的亲核能力明显大于氢氧根离子（OH-）
亲核反应是制浆蒸煮过程中的脱除木素最为重要的反应
而不同蒸煮方法的亲核试剂有所差别
下表列举了不同pH值条件下
蒸煮液的成分及其所产生的亲核试剂种类
由于E值不同，不同蒸煮方法的脱木素速率存在差异
其中，硫酸盐法蒸煮液中亲核试剂主要是
硫氢根离子（SH-）和硫离子（S2-）
因此硫酸盐法制浆脱木素的速度最快
3.木素的酚型结构和非酚型结构在酸碱介质中的基本变化
根据pH值不同，化学制浆方法可分为碱性制浆和酸性制浆
下面介绍木素的结构单元在酸碱介质中的基本变化规律
研究表明，木素存在酚型结构和非酚型结构
木素结构单元碳4位上的酚羟基存在形态
深刻影响着木素的反应性能
在碱性介质中，酚型结构会先形成负氧离子
通过电子云转移到α碳上，使醚键断开
从而形成正碳离子发生亲核反应
而在酸性介质中，无论酚型或非酚型结构
都能在α碳的醚键上形成鎓离子
鎓离子不稳定，容易在酸性条件下断裂
从而形成正碳离子发生亲核反应
在碱性介质中，酚型木素通过p-π共轭诱导效应
使α-碳原子的醚键极易断裂，形成亚甲基醌结构
使木素发生了部分碎解
另一方面，α-碳原子形成的正碳离子正电性很强
容易受到亲核试剂
如硫氢根离子（HS-）、硫离子（S2-）和氢氧根离子（OH-）的攻击
导致木素进一步发生反应，对于非酚型木素
由于酚羟基上有了取代物
因此在碱性介质中无法直接形成亚甲基醌结构
但如果该取代物在碱性条件下易脱除
则也能形成酚负离子，进一步转化为亚甲基醌结构
木素酚型结构单元在碱性介质中生成亚甲基醌结构的过程
如图所示
木素在酸性介质中主要是醚键上的未共用电子对
易受到无机酸中的氢质子进攻
尤其是受苯环上邻位定位基的影响，α-碳的电负性更强
也易受到氢离子（H+）的进攻，生成烊盐
然后醚键断裂形成正电性很强的正碳离子
这类离子受到亲核试剂
如亚硫酸氢根（HSO3-）、亚硫酸根（SO3-）的进攻
使木素进一步发生反应
需要注意的是酚型或非酚型木素均可发生上述反应
图中显示了木素的酚型结构和非酚型结构单元在酸性介质中的变化
由图可知，尽管也生成了正碳离子
但和碱性介质中的反应路径不同
小结
这节课，我们了解了木素结构与化学反应的关系
请同学们掌握木素的化学反应类型
重点掌握酚型木素和非酚型木素在酸碱介质中的反应
亲核反应作为制浆蒸煮过程中最重要的反应
在接下来的课程中，将进行深入探讨
下节课我们将主要学习烧碱法制浆过程中木素的亲核反应
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