❶ 纖維素的物理,化學性質
纖維素
cellulose
分子式(C6H10O5)n,由D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵組成的大分子多糖,分子量50000~2500000,相當於300~15000個葡萄糖基。 不溶於水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。具有(C6H10O5)n的組成。是維管束植物、地衣植物以及一部分藻類細胞壁的主要成分。醋酸菌(Acetobaeter)的莢膜,以及尾索類動物的被囊中也發現有纖維素的存在,棉的種子毛是高純度(98%的纖維素。所謂α-纖維素(α-cellulose)這一名稱系指從原來細胞壁的完全纖維素標准樣品用17.5%NaOH不能提取的部分。β-纖維素(β-cellulose)、γ-纖維素(γ-cellulose)是相應於半纖維素的纖維素,雖然,α-纖維素通常大部分是結晶性纖維素,β-纖維素,γ-纖維素在化學上除含有纖維素以外,還含有各種多糖類。細胞壁的纖維素形成微纖維。寬度為10—30毫微米,長度有的達數微米。應用X線衍射和負染色法(negative染色法),根據電子顯微鏡觀察,鏈狀分子平行排列的結晶性部分組成寬為3—4毫微米的基本微纖維。推測這些基本微纖維集合起來就構成了微纖維。纖維素能溶於Schwitzer試劑或濃硫酸。雖然不易用酸水解,但是稀酸或纖維素酶可使纖維素生成D-葡萄糖、纖維二糖和寡糖。在醋酸菌中有從UDP葡萄糖引子(primer)轉移糖苷合成纖維素的酶(cellulose synthase(UDPformingEC2.4.1.12)。在高等植物中已得到具有同樣活性的顆粒性酶的標准樣品。此酶通常是利用GDP葡萄糖(cellulose synthase(GDP forming) EC2.4.1.29),在由UDP葡萄糖轉移的情況下,發生β-1,3鍵的混合。微纖維的形成場所和控制纖維素排列的機制還不太明了。另一方面就纖維素的分解而言,估計在初生細胞壁伸展生長時,微纖維的一部分由於纖維素酶的作用而被分解,成為可溶性。
纖維素不溶於水和乙醇、乙醚等有機溶劑,能溶於銅銨Cu(NH3)4(OH)2溶液和銅乙二胺 [NH2CH2CH2NH2]Cu(OH)2溶液等。水可使纖維素發生有限溶脹,某些酸、鹼和鹽的水溶液可滲入纖維結晶區,產生無限溶脹,使纖維素溶解。纖維素加熱到約 150℃時不發生顯著變化 ,超過這溫度會由於脫水而逐漸焦化。纖維素與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等,與較濃的苛性鹼溶液作用生成鹼纖維素,與強氧化劑作用生成氧化纖維素。
纖維素的實驗室製法是先用水、有機溶劑處理植物原料,再用氯、亞氯酸鹽、二氧化氯、過乙酸去除其中所含的木素,得到纖維素和半纖維素,然後採用各種方法除去半纖維素 ,製得純纖維素。工業製法是用亞硫酸鹽溶液或鹼溶液蒸煮植物原料,除去木素,然後經過漂白進一步除去殘留木素,所得漂白漿可用於造紙