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林產(chǎn)化工植物原料水解的主要化學(xué)變化


化學(xué)先生 / 2019-07-20

     林產(chǎn)化工植物原料的水解是一個(gè)很復(fù)雜的過程，進(jìn)行著各種化學(xué)及物理變化，如高聚糖苷鍵斷裂為單糖，木質(zhì)素低分子組分溶解及木質(zhì)素的酸縮合,低分子化合物被浸提溶出等。其中,最主要的是高聚糖的苷鍵斷裂。


    纖維素大分子是很多個(gè)葡萄糖基通過β-苷鍵連接起來的，在酸催化下,苷鍵被質(zhì)子化，接著斷裂，發(fā)生降解反應(yīng),形成纖維二糖、纖維三糖、纖維四糖、纖維五糖、纖維六糖等低聚糖中間產(chǎn)物。由于低聚糖的水解速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于纖維素的水解速度，低聚糖直接水解為D-葡萄糖,所以反應(yīng)液中低聚糖的濃度低。

    半纖維素分子中有各種不同的糖基，既有呋喃型的，又有吡喃型的，糖基之間的連接既有a-連接，又有β-連接，所以半纖維素分子的水解過程顯得復(fù)雜一些。在酸的催化下，半纖維素的各種成分發(fā)生一系列的降解脫落，主要有以下反應(yīng):阿拉伯糖基-半乳聚糖完全水解為單糖;乙?；?4- 0-甲基- 0-葡萄醛酸-木聚糖則首先脫落乙?；?，然后木糖基之間的苷鍵水解,半纖維索的聚合度降低。在阿拉伯糖基-4-0-甲基- D-葡萄醛酸-木聚糖結(jié)構(gòu)中，由于阿拉伯糖的苷鍵水解而迅速降解，木糖基之間的苷鍵進(jìn)一步 水解為單糖。半乳糖基-葡萄糖-甘露糖在酸的催化下,轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?甘露聚糖。

    半纖維素分解的單糖在酸性介質(zhì)中發(fā)生復(fù)雜的轉(zhuǎn)換，生成糖的衍生物，如糠醛是戊糖和糠醛酸發(fā)生反應(yīng)而生成的產(chǎn)物。

    木質(zhì)素是苯丙烷結(jié)構(gòu)單元以各種化學(xué)鍵相連的高聚物。在酸的催化下，木質(zhì)素的低分子組分發(fā)生降解,溶于水解液;而溶于水解液中木質(zhì)素的降解物與高聚糖水解物縮合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì),此謂木質(zhì)素的縮合反應(yīng)。木質(zhì)素的降解與縮合是伴隨進(jìn)行的，其程度取決于水解液的溫度、酸濃度。

    植物原料中還有低分子化合物，這類化合物稱為提取物,它們與植物細(xì)胞壁的高分子聚合物不同，可以分離提取，獲得附加值更高的化工產(chǎn)品。植物原料的提取物主要有香精油、樹脂和水溶物等,其含量一般為5%心10%，提取物在水解過程中，根據(jù)其物性的不同，與水解液分離，得到木材水解副產(chǎn)品，如水解松節(jié)油。

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