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1、第二节第二节 半纤维素的化学结构半纤维素的化学结构一、半纤维素的分离与提取一、半纤维素的分离与提取1 1、分离前的准备、分离前的准备 制取无抽提物试样：制取无抽提物试样：先用水抽提，再用苯乙先用水抽提，再用苯乙醇混合液抽提，必要时再用草酸盐溶液抽提。醇混合液抽提，必要时再用草酸盐溶液抽提。水抽提：水抽提：除去单糖、配糖化物、少量低聚糖、水溶性聚糖除去单糖、配糖化物、少量低聚糖、水溶性聚糖苯苯-醇抽提：醇抽提：除去萜烯类、脂肪、蜡、鞣质除去萜烯类、脂肪、蜡、鞣质草酸溶液抽提：草酸溶液抽提：除去果胶质和半乳糖醛酸除去果胶质和半乳糖醛酸 对阔叶木和禾本科可直接从无抽提物中分离半纤对阔叶木和禾本科可直
2、接从无抽提物中分离半纤维素维素 针叶木次生壁高度木质化，须先将其制为综纤针叶木次生壁高度木质化，须先将其制为综纤维素，再进行半纤维素分离。维素，再进行半纤维素分离。 一般来讲，都是先将无抽提物物料制为综纤维一般来讲，都是先将无抽提物物料制为综纤维素，再从综纤维素中分离半纤维素。素，再从综纤维素中分离半纤维素。2 2、半纤维素的抽提方法半纤维素的抽提方法一般是利用各种溶剂抽提综纤维素，利用不同浓一般是利用各种溶剂抽提综纤维素，利用不同浓度碱液与某些溶剂的共同作用或某种有机溶剂的度碱液与某些溶剂的共同作用或某种有机溶剂的单独作用，将不同的聚糖抽提出来并加以分离。单独作用，将不同的聚糖抽提出来并加以
3、分离。 浓碱溶解硼酸络合分级抽提法浓碱溶解硼酸络合分级抽提法 主要用于针叶木中综纤维素的分离。主要用于针叶木中综纤维素的分离。分离原理：分离原理：1 1、NaOHNaOH、LiOHLiOH对半纤维素的溶解性比对半纤维素的溶解性比KOHKOH强强2 2、硼酸盐和聚葡萄糖甘露糖形成可被碱液抽提的络合物、硼酸盐和聚葡萄糖甘露糖形成可被碱液抽提的络合物 逐步增加碱液浓度分级抽提法逐步增加碱液浓度分级抽提法 主要用于针叶木中综纤维素的分离氢氧化钡选主要用于针叶木中综纤维素的分离氢氧化钡选择性分级抽提法。择性分级抽提法。分离原理：分离原理：2 2、Ba(OH)Ba(OH)2 2和聚半乳糖葡萄糖甘露糖形成不
4、溶于和聚半乳糖葡萄糖甘露糖形成不溶于碱液的络合物，从而与聚木糖分开碱液的络合物，从而与聚木糖分开1 1、半纤维素在不同浓度碱液中溶解性的差异、半纤维素在不同浓度碱液中溶解性的差异主要用于主要用于KOHKOH溶液抽提阔叶木与草类原料中的聚木糖。溶液抽提阔叶木与草类原料中的聚木糖。 单纯碱抽提法单纯碱抽提法 分离原理：分离原理：KOHKOH溶液对聚木糖溶解能力强，对聚甘露糖类溶解溶液对聚木糖溶解能力强，对聚甘露糖类溶解能力能力 二甲亚砜抽提法二甲亚砜抽提法 分离原理：分离原理：利用有机溶剂对半纤维素的溶解性将半纤维素分利用有机溶剂对半纤维素的溶解性将半纤维素分离，并最大程度地不破坏半纤维素的结构离
5、，并最大程度地不破坏半纤维素的结构举例：举例：二甲亚砜抽提银桦综纤维素，得到戊糖己二甲亚砜抽提银桦综纤维素，得到戊糖己糖混合物，再用水抽提，得到含有糖混合物，再用水抽提，得到含有O-O-乙酰基和糖乙酰基和糖醛酸基的聚木糖醛酸基的聚木糖3 3、不同抽提方法对半纤维素结构的影响：、不同抽提方法对半纤维素结构的影响：碱液抽提半纤维素碱液抽提半纤维素：半纤维素不可避免地发生：半纤维素不可避免地发生以下反应，而使半纤维素的结构发生变化：以下反应，而使半纤维素的结构发生变化： 部分乙酰化聚糖的脱乙酰基作用部分乙酰化聚糖的脱乙酰基作用 碱性剥皮反应碱性剥皮反应 苷键发生断裂的碱性水解苷键发生断裂的碱性水解
6、半纤维素与木素间化学键的断裂半纤维素与木素间化学键的断裂二甲亚砜抽提法抽提半纤维素二甲亚砜抽提法抽提半纤维素：保留半纤维素：保留半纤维素结构中的乙酰基结构中的乙酰基4 4、分离半纤维素结构的实例：、分离半纤维素结构的实例：二、半纤维素的类型和化学结构式二、半纤维素的类型和化学结构式1 1、针叶木中半纤维素的类型和化学结构式、针叶木中半纤维素的类型和化学结构式 （1 1）聚半乳糖葡萄糖甘露糖类）聚半乳糖葡萄糖甘露糖类 是针叶木中最多的半纤维素，有两类：是针叶木中最多的半纤维素，有两类：u第一种：第一种：半乳糖含量较少（半乳糖含量较少（3-5%3-5%），一般称为聚），一般称为聚O O乙酰基葡萄糖
7、甘露糖（由于含乙酰基葡萄糖甘露糖（由于含O-O-乙酰基也很少，乙酰基也很少，通常称为聚葡萄糖甘露糖）通常称为聚葡萄糖甘露糖）l主链由主链由D-D-吡喃式葡萄糖基和吡喃式葡萄糖基和D-D-吡喃式甘露糖基以吡喃式甘露糖基以1414苷键连接，葡萄糖基：甘露糖基约为苷键连接，葡萄糖基：甘露糖基约为1 1：3.53.5（有的高达（有的高达1.5-6.51.5-6.5）结构特点：结构特点：l乙酰基含量为乙酰基含量为6%6%，连接于甘露糖基与葡萄糖基的，连接于甘露糖基与葡萄糖基的C2C2或或C3C3位形成醋酸酯位形成醋酸酯l半乳糖基以吡喃式半乳糖基以吡喃式1616支链形式连接与主链上。支链形式连接与主链上。
8、 半纤维素结构式更简便的表示方式：半纤维素结构式更简便的表示方式：-D-D-吡喃式半乳糖基：吡喃式半乳糖基：-D-D-吡喃式甘露糖基：吡喃式甘露糖基：-D-D-吡喃式葡萄糖基：吡喃式葡萄糖基： G GM MGaGa4G4G1 14M4M1 14M4M1 14G4G1 14G4G1 14M4M1 14M4M1 14M4M1 1GaGa16乙酰基：乙酰基：AcetalAcetalAcetalAcetal3GaGa61针叶木边材中含有乙酰基，心材中不含乙酰基针叶木边材中含有乙酰基，心材中不含乙酰基4G4G1 13AcetalAcetalu第二种：第二种：半乳糖基含量较多，称为聚半乳糖葡萄糖甘半乳糖基
9、含量较多，称为聚半乳糖葡萄糖甘露糖，在针叶木中含量较少，其分子质量较低，水溶露糖，在针叶木中含量较少，其分子质量较低，水溶性好，半乳糖基以性好，半乳糖基以1-61-6苷键连接于主链甘露糖基上。苷键连接于主链甘露糖基上。 半乳糖基：半乳糖基：葡萄糖基：葡萄糖基： 甘露糖基甘露糖基1：1：3（2 2）聚木糖类）聚木糖类 主要是：主要是：聚阿拉伯糖聚阿拉伯糖-4-4O O甲基葡萄糖醛酸木糖甲基葡萄糖醛酸木糖u主链为主链为1-4-1-4-连接的连接的D D吡喃式木糖基吡喃式木糖基在针叶木中约占在针叶木中约占7-12% 结构特点：结构特点：u4-O-4-O-甲基甲基- -葡萄糖醛酸基以支链形式连接于主链
10、葡萄糖醛酸基以支链形式连接于主链C2C2位上位上uL-L-呋喃式阿拉伯糖基连于主链呋喃式阿拉伯糖基连于主链C3C3位上，还有少量位上，还有少量木糖支链存在木糖支链存在u针叶木此类聚木糖中不含乙酰基。针叶木此类聚木糖中不含乙酰基。 化学结构化学结构- -D-D-吡喃木糖吡喃木糖= X= X- -L-L-呋喃阿拉伯糖呋喃阿拉伯糖= L-= L-AfAf 4-O-4-O-甲基甲基- - -吡吡喃葡萄糖醛酸喃葡萄糖醛酸= (MeO)= (MeO)4 4GAGA4X4X1 14X4X1 14X4X1 14X4X1 14X4X1 14X4X1 1(MeO)(MeO)4 4GAGA12L-L-AfAf13聚
11、阿拉伯糖半乳糖聚阿拉伯糖半乳糖 u高分枝度，水溶型。高分枝度，水溶型。u针叶材中含量较少，落叶松中含量多，约针叶材中含量较少，落叶松中含量多，约5-30%5-30%结构特点：结构特点：l主链为主链为13-13-连接连接D D吡喃式半乳糖基吡喃式半乳糖基lL-L-呋喃式阿拉伯糖基连于主链呋喃式阿拉伯糖基连于主链C6C6位上位上l少量半乳糖基或阿拉伯糖醛酸基连接于少量半乳糖基或阿拉伯糖醛酸基连接于C6C6上。上。3Ga3Ga1 13Ga3Ga1 13Ga3Ga1 13Ga3Ga1 1GaGaGaGaGaGaGaGa61616161L-L-AfAfL-L-AfAf613161R R2 2、阔叶木的半
12、纤维素类型及化学结构式、阔叶木的半纤维素类型及化学结构式（1 1） 聚木糖类聚木糖类 主要是主要是聚聚-O-O-乙酰基乙酰基-4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖甲基葡萄糖醛酸木糖u主链为主链为1-4-1-4-苷键连接的苷键连接的D-D-吡喃式木糖基吡喃式木糖基u乙酰基连接与木糖乙酰基连接与木糖C3C3位，少量连接于位，少量连接于C2C2位位u甲基葡萄糖醛酸基连接于甲基葡萄糖醛酸基连接于C3C3位，少量连接于位，少量连接于C2C2位位u另外，支链上含少量木糖基。另外，支链上含少量木糖基。 结构特点：结构特点：在阔叶木中约占在阔叶木中约占20-25% 4X 4X116-76-74X4X1 14X4
13、X1 14X4X1 1AcetalAcetal31(MeO)(MeO)4 4GAGA21（2 2）聚葡萄糖甘露糖）聚葡萄糖甘露糖 u主链为主链为14-14-苷键连接的苷键连接的D-D-吡喃式葡萄糖基与吡喃式葡萄糖基与D-D-甘露糖基，其比例为甘露糖基，其比例为1:11:11:21:2。 （3 3）聚鼠李糖半乳糖醛酸木糖）聚鼠李糖半乳糖醛酸木糖 u-L-L-鼠李糖基以鼠李糖基以1-21-2连接于连接于-D-D-半乳糖基醛半乳糖基醛酸基，以酸基，以1-31-3连接于连接于D D木糖基。木糖基。在阔叶木中约占在阔叶木中约占3-5%4M4M1 14G4G1 14M4M1 14M4M1 14M4M1 1
14、4G4G1 14X4X1 14X4X1 13L-R3L-R1 14X4X1 12GaA2GaA1 13 3、禾本科植物主要的半纤维素类型及化学结构式、禾本科植物主要的半纤维素类型及化学结构式（1）小麦秆小麦秆 聚阿拉伯糖葡萄糖醛酸木糖。聚阿拉伯糖葡萄糖醛酸木糖。 uD-D-吡喃式木糖基以吡喃式木糖基以1-41-4苷键连接形成主链苷键连接形成主链uL-L-呋喃式阿拉伯糖基连接于主链呋喃式阿拉伯糖基连接于主链C3C3位位uD-D-吡喃式葡萄糖醛酸基连接与主链吡喃式葡萄糖醛酸基连接与主链C2C2位位u有时存在木糖基支链与乙酰基支链。有时存在木糖基支链与乙酰基支链。 4X4X1 14X4X1 14X4
15、X1 14X4X1 14X4X1 14X4X1 1GAGA12L-L-AfAf1313X X1 14X4X(2)(2)芦芦苇 聚阿拉伯糖聚阿拉伯糖4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖。甲基葡萄糖醛酸木糖。 u主链木糖基主链木糖基1414苷键相连苷键相连uL-L-呋喃式阿拉伯糖基连在木糖基的呋喃式阿拉伯糖基连在木糖基的C3C3上上u4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸基连在木糖基的甲基葡萄糖醛酸基连在木糖基的C2C2上上（3 3）玉米）玉米秆及玉米穗及玉米穗轴 u主链为主链为1-41-4苷键连接的苷键连接的D-D-吡喃式木糖基，玉米吡喃式木糖基，玉米秆半纤维素支链为秆半纤维素支链为L-L-呋喃式阿拉伯糖基和呋喃式阿拉伯糖基和D-D-吡喃式木糖基；吡喃式木糖基； u穗轴半纤维素支链为主链穗轴半纤维素支链为主链C2C2位上连接的位上连接的4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸基和葡萄糖醛酸基，另外主甲基葡萄糖醛酸基和葡萄糖醛酸基，另外主链上还连有部分阿拉伯糖基。链上还连有部分阿拉伯糖基。
