天然纖維素結(jié)晶變體i、結(jié)晶變體ii簡談

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1、天然纖維素結(jié)晶變體I、結(jié)晶變體II簡談（作業(yè)1）摘要：纖維素（cellulose）是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。在自然。具有一定構(gòu)象的纖維素高分子鏈按一定的秩序堆砌，便成為纖維素的微晶體，微晶體的組成單元稱為晶胞。在纖維素中存在著化學組成相同，而單元晶胞不同的同質(zhì)多晶體（結(jié)晶變體）,常見的結(jié)晶變體有四種,即纖維素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。本文將這種介紹纖維素Ⅰ、纖維素Ⅱ之間的轉(zhuǎn)化。關(guān)鍵字：纖維素結(jié)晶變體轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)1、簡述纖維素纖維素是由D-吡喃型葡萄糖基（失水葡萄糖）組成。簡單分子式為(C6H10O5)n；化學結(jié)構(gòu)式可用下二式表示：霍沃思式　是由

2、許多D-葡萄糖基（1-5結(jié)環(huán)）,藉1-4,β-型聯(lián)結(jié)連接起來的,而且連接在環(huán)上碳原子兩端的OH和H位置不相同，所以具有不同的性質(zhì)。式中n為聚合度。在天然纖維素中,聚合度可達10000左右；再生纖維素的聚合度通常為200～800。在一個樣品中，各個高分子的聚合度可以不同，具有多分散性。椅式　由于內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用，使分子中原子的幾何排列不斷發(fā)生變化，產(chǎn)生了各種內(nèi)旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體，稱為分子鏈的構(gòu)象。纖維素高分子中，6位上的碳-氧鍵繞5和6位之間的碳-碳鍵旋轉(zhuǎn)時,相對于5位上的碳-氧鍵和5位與4位之間的碳-氧鍵可以有三種不同的構(gòu)象。如以g表示旁式,t表示反式，則三種構(gòu)象為gt、tg、和gg。多數(shù)人認

3、為,天然纖維素是gt構(gòu)象，再生纖維素是tg構(gòu)象。在纖維素分子鏈中，存在著氫鍵。這種氫鍵把鏈中的O6(6位上的氧)與O2'以及O3與O5'連接起來使整個高分子鏈成為帶狀，從而使它具有較高的剛性。在砌入晶格以后,一個高分子鏈的O6與相鄰高分子的O3之間也能生成鏈間氫鍵。2、纖維素結(jié)晶變體及其結(jié)構(gòu)纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是研究纖維素分子間的相互排列情況（晶區(qū)和非晶區(qū)、晶胞大小及形式、分子鏈在晶胞內(nèi)的堆砌形式、微晶的大?。⑷∠蚪Y(jié)構(gòu)（分子鏈和微晶的取向）等。天然纖維素和再生纖維素纖維都存在結(jié)晶的原纖結(jié)構(gòu)，由原先結(jié)構(gòu)及其特性可部分地推知纖維的性質(zhì)，所以為了解釋以纖維素為基質(zhì)的材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系

4、，尋找制備纖維素衍生物的更有效方法，則研究纖維素合成的機理、了解纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，在理論研究和實際應(yīng)用方面都有重要的意義。為了深入研究纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，必須了解纖維素的各種結(jié)晶變體，這些結(jié)晶變體都以纖維素為基礎(chǔ)，有相同的化學成分和不同的聚集態(tài)及結(jié)構(gòu)。纖維素有五類多種結(jié)晶變體（同質(zhì)異晶體，polymorph）,即纖維素Ⅰ、纖維素Ⅱ、纖維素Ⅲ、纖維素Ⅲ、纖維素Ⅳ、纖維素Ⅳ、纖維素Χ，他們之間可以互相轉(zhuǎn)化。纖維素Ⅰ是纖維素天然存在形式，又叫原生纖維素，包括細菌纖維素、海藻和高等植物（如棉花、麻、木材等）細胞中存在的纖維素。由于Χ射線衍射設(shè)備和研究方法的改進，特別是計算機模擬技術(shù)的應(yīng)

5、用，從20世紀70年代起，應(yīng)用模型堆砌分析方法已能夠定量地確定纖維素及其衍生物鏈構(gòu)象中的鍵長、鍵角配糖扭轉(zhuǎn)角（φ和ψ）、配糖角（τ）、測基-CH2OH的旋轉(zhuǎn)角（X），鏈的極性、旋轉(zhuǎn)和相對位移及分子內(nèi)和分子間的氫鍵，這使纖維素晶胞架構(gòu)的研究建立在全新的近代科學基礎(chǔ)上，并取得了重大進展。關(guān)于纖維Ⅰ晶胞的結(jié)構(gòu)，主要的突破是解決了鏈極性（即方向）的問題。這方面研究以美國的Blackwell和Sarko為代表。纖維素Ⅱ是原生纖維素經(jīng)由溶液中再生或絲光化得到的結(jié)晶變體，是工業(yè)上使用最多的纖維素形式。除了在Halicystis海藻中天然存在外，纖維素Ⅱ可以用以下四種方法制得:以濃堿液（較合適的

6、濃度是11%--15%）作用于纖維素而生成堿纖維素，再用水將其分解為纖維素；將纖維素溶解后再從溶液中沉淀出來；將纖維素酯化后，再皂化成纖維素；將纖維素磨碎后，用熱水處理。這種結(jié)晶變體與纖維素有很大的不同。纖維素Ⅲ是用液態(tài)氨潤脹纖維素所生成的氨纖維素分解后形成的一種變體，是纖維素的第三種結(jié)晶變體也稱氨纖維素。也可將原生纖維素或纖維素Ⅱ液氨或胺類處理，再將其蒸發(fā)得到，是纖維素的一種低溫變體。從纖維素Ⅱ中得到的纖維素Ⅲ與從原生纖維素得到的纖維素Ⅲ不同，分別稱為纖維素Ⅲ2和纖維素Ⅲ1.纖維素Ⅲ的出現(xiàn)有一定的消晶作用，當氨或胺除去后，結(jié)晶度和分子排列的有序度都明顯下降，可及度增加。纖維素Ⅳ

7、是由纖維素Ⅱ或Ⅲ在極性液體中以高溫處理而生成的，故有高溫纖維素之稱，是纖維素的第四種結(jié)晶變體。一般它是通過將纖維素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ高溫處理而得到的，因此以母題原料的不同，纖維素Ⅳ也分為纖維素Ⅳ1和Ⅳ2，纖維素Ⅳ1的紅外光譜與纖維素Ⅰ相似，纖維素Ⅳ2的紅外光譜與纖維素Ⅱ相似。纖維素Ⅳ1與纖維素Ⅳ2氫鍵網(wǎng)形成情況還有待進一步研究。纖維素X是纖維素經(jīng)過濃鹽酸（38-40.3%）處理而得到的纖維素結(jié)晶變體。其X射線圖類似纖維素Ⅱ，而晶胞大小又與纖維素Ⅳ相近，實用性不大，研究報道較少。將纖維素分