植物纤维形态及化学_6

1、Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University木材提取物第六章第六章Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University提取物提取物：用水、水蒸汽或中性有机溶剂可提取的物质。在植物原料：用水、水蒸汽或中

2、性有机溶剂可提取的物质。在植物原料中含量少（一般中含量少（一般25%），但各类繁多（约），但各类繁多（约700余种）。余种）。提取物一般可分为三大类：提取物一般可分为三大类： 萜类化合物：萜烯、树脂酸等萜类化合物：萜烯、树脂酸等 脂肪族化合物：包括脂肪族化合物：包括 脂肪、蜡及其组成物质脂肪、蜡及其组成物质 水溶性碳水化合物水溶性碳水化合物 含含N化合物化合物 酚类化合物：单宁、黄酮类化合物、茋、木酚素等酚类化合物：单宁、黄酮类化合物、茋、木酚素等 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass C

3、hemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.1 萜类化合物萜萜：两个以上异戊二烯的聚合物。：两个以上异戊二烯的聚合物。通式：通式：(C5H8)n，n2n=2：单萜：单萜n=3：倍半萜：倍半萜n=4：双萜：双萜n=6：三萜：三萜CCH3CH CH2H2C异戊二烯：异戊二烯：Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University萜类化合物与甾族化

4、合物的生物合成萜类化合物与甾族化合物的生物合成 CO2碳水化合物乙酰基辅酶HOOCOHOHH3C脂肪酸MVAATP2ADP2PiHOOCOPPOHH3CMVAPPCO2, H2O, PiOPPOPPATPADPIPPDMAPPOPPCH2+OPPIPPHHOPPOPPGPPCH2+OPPIPPHHOPPFPPWood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University萜类化合物与甾族化合物的生物合成遵循萜类化

5、合物与甾族化合物的生物合成遵循异戊二烯规则异戊二烯规则（亦称（亦称头头-尾尾偶合机理偶合机理） 12243143异戊二烯规则异戊二烯规则Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University萜类化合物与甾族化萜类化合物与甾族化合物的生物合成合物的生物合成 OPPCOOHOHOPPMVAPPIPPOPPDMAPPOPPOPPGPPFPPGGPPGFPPOPPOPP(C5)n 多萜类C25 二倍半萜类C40

6、 多萜类八氢番茄红素角鲨烯C20 二倍半萜类C30 二萜类C15 倍半萜类C10 单萜类C5 半萜类n IPP, 聚合+FPP+GGPPWood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University萜类化合物萜类化合物Monoterpenes 2 * 5CIsoprene1 * 5CSesquiterpenes 3 * 5CDiterpenes 4 * 5CTriterpenes 6 * 5CWood Chem

7、istry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.1.1 单萜 分子式分子式C10H16及及C10H14。主要为：。主要为： -蒎烯、蒎烯、 -蒎烯（结构式）蒎烯（结构式）松脂：松脂： 挥发性部分为松节油挥发性部分为松节油非挥发性部分为松香非挥发性部分为松香 -蒎烯蒎烯和和 -蒎烯蒎烯为松节油的主要成分；松香的主要成分为树脂酸。为松节油的主要成分；松香的主要成分为树脂酸。 Wood Chemistry化学工程学院

8、纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University精油和松节油中的主要单萜精油和松节油中的主要单萜 1264358109877910123456123456789OROOH123456789非环与单环结构：非环与单环结构：月桂烯（香叶烯）（月桂烯（香叶烯）（1）、）、()苎烯（苎烯（2）、）、() 水芹水芹烯（烯（3）双环结构：双环结构： 蒎烯蒎烯（4）、）、 蒎烯蒎烯（5）、）、3蒈烯（蒈烯（6）、莰烯（）、莰烯（7）、）、2莰莰醇（冰

9、片）（醇（冰片）（R=H）和乙酸冰片酯（）和乙酸冰片酯（R=CH3COO）（）（8）、）、 苧侧醇（苧侧醇（9）Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University 挥发性物质，可用蒸汽蒸馏分离挥发性物质，可用蒸汽蒸馏分离 精油的主要成分精油的主要成分 2分子异戊二烯头尾相连分子异戊二烯头尾相连 木材特殊气味的主要原因木材特殊气味的主要原因 主要存在于针叶树和某些热带阔叶树中主要存在于针叶树和某些热带

10、阔叶树中Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.1.2 倍半萜 Farnesene-MuuroleneOOMansonone C 挥发性物质，可用蒸汽蒸馏分离挥发性物质，可用蒸汽蒸馏分离 存在于各种精油之中存在于各种精油之中 3分子异戊二烯头尾相连分子异戊二烯头尾相连主要存在于针叶树中，温带阔叶树中罕见主要存在于针叶树中，温带阔叶树中罕见Wood Chemistry化学工程学院纤维资源

11、化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.1.3 二萜 4分子异戊二烯头尾相连分子异戊二烯头尾相连 包括中性二萜和二萜酸包括中性二萜和二萜酸 中性二萜：二萜烃、氧化物、醇类和醛类化合物中性二萜：二萜烃、氧化物、醇类和醛类化合物 二萜酸：主要指树脂酸二萜酸：主要指树脂酸 树脂酸仅存在于针叶材中树脂酸仅存在于针叶材中 心材酸性成分的含量远远大于边材心材酸性成分的含量远远大于边材Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究

12、室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University为三环双萜的含氧衍生物，分子式为为三环双萜的含氧衍生物，分子式为C19H29COOH，具有两个双键和，具有两个双键和一个一个COOH。根据结构特征的不同，分为两类：枞酸型和海松酸型。根据结构特征的不同，分为两类：枞酸型和海松酸型。1、枞酸型树脂酸（结构式）、枞酸型树脂酸（结构式）结构特点结构特点：a、C7位有异丙基；位有异丙基；b、具有共轭双键，不稳定，易异构化。、具有共轭双键，不稳定，易异构化。2、海松酸型树

13、脂酸（结构式）、海松酸型树脂酸（结构式）结构特点结构特点：a、C7位有乙烯基和甲基；位有乙烯基和甲基；b、无共轭双键，较稳定。、无共轭双键，较稳定。 树脂酸树脂酸Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University枞酸型和海松酸型树脂酸枞酸型和海松酸型树脂酸H3CCOOHCH3CH3CH3H3CCOOHCH3CHCH3CH2枞酸型树脂酸枞酸型树脂酸海松酸型树脂酸海松酸型树脂酸Wood Chemistr

14、y化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6 isoprene units Typically found in parenchyma cells of raysMany are classified as steroids (sterane structure)Present in both softwoods and hardwoodsHO-SitosterolOHHOSerratenediolHOCholest

15、erol(not in trees)6.1.3 三萜 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.2 脂肪族化合物主要为：主要为：脂肪、蜡及其组成物质脂肪、蜡及其组成物质水溶性碳水化合物水溶性碳水化合物含含N化合物化合物 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and

16、 UtilizationNanjing Forestry University6.2.1 脂肪、蜡及其组成物质 脂肪脂肪：高级脂肪酸的甘油酯（木材中含量：高级脂肪酸的甘油酯（木材中含量0.5%）通式：通式：蜡蜡：脂肪酸与高级脂肪醇形成的酯（木材中含量：脂肪酸与高级脂肪醇形成的酯（木材中含量0.1%）通式：通式：CH3(CH2)nOCO(CH2)mCH3其组成主要为游离的脂肪酸和高级脂肪醇。其组成主要为游离的脂肪酸和高级脂肪醇。O C ROH2CHC OH2CC RO C ROOWood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laborator

17、y of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University脂肪酸主要为脂肪酸主要为C12C24的一元酸，分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的一元酸，分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸饱和脂肪酸饱和脂肪酸：如：如：硬脂酸硬脂酸CH3(CH2)16COOH软脂酸软脂酸CH3(CH2)14COOH不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸：如：如：油酸油酸CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH、亚油酸亚油酸CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH脂肪酸多数以酯的形式存在，少数以游离形式存在。碱法蒸煮时皂脂肪酸多数以酯的形式存

18、在，少数以游离形式存在。碱法蒸煮时皂化溶解。化溶解。高级脂肪醇主要有高级脂肪醇主要有花生醇花生醇C20山榆醇山榆醇C22二十四醇二十四醇C24 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.2.2 水溶性碳水化合物 包括包括单糖单糖、低聚糖低聚糖、部分淀粉部分淀粉、果胶果胶及及糖醇类糖醇类。1、淀粉、淀粉 -D-葡萄糖葡萄糖14苷键连接而成。苷键连接而成。作为贮藏的营养物质，存在于多种阔叶材

19、的髓心、木薄壁组织和木作为贮藏的营养物质，存在于多种阔叶材的髓心、木薄壁组织和木射线中，含量射线中，含量0.55%，根据材种和采伐季节不同而异。，根据材种和采伐季节不同而异。 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University2、果胶、果胶果胶酸：果胶酸： -D-吡喃型半乳糖醛酸基以吡喃型半乳糖醛酸基以14苷键连接而成（不溶于苷键连接而成（不溶于水）。水）。果胶素（果胶）：果胶酸中糖基上的羧酸（部分

20、酯化成甲酯，部分果胶素（果胶）：果胶酸中糖基上的羧酸（部分酯化成甲酯，部分被中和成盐），变成部分可溶于水的物质。被中和成盐），变成部分可溶于水的物质。果胶在水中的溶解度取决于聚合度和酯化度。当果胶在水中的溶解度取决于聚合度和酯化度。当DP恒定时，酯化度恒定时，酯化度高，溶解度大。高，溶解度大。果胶分子量很大，约为果胶分子量很大，约为50,000180,000。果胶主要存在于胞间层、初。果胶主要存在于胞间层、初生壁。随着细胞的成熟，胞间层果胶越来越少。成熟木材果胶含量生壁。随着细胞的成熟，胞间层果胶越来越少。成熟木材果胶含量一般小于一般小于1%。 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源

21、化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University75%甲酯化度果胶的结构式甲酯化度果胶的结构式HOHCOOCH3HOHHHOHOHOHCOOCH3HOHHHOHOOHHHOHHOHCOOCH3HOOHHHOHHOHCOOHHOOWood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Fores

22、try University6.2.3 含氮化合物 蛋白质和生物碱。蛋白质和生物碱。多数木材的含氮量小于多数木材的含氮量小于0.1%。 NNCH2HOH3COQuinineNNCH3OO+OH-StrychnineAlkaloidsWood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.3 芳香族化合物 或称酚类化合物。或称酚类化合物。按碳骼结构分为：按碳骼结构分为：茋（茋（stilbenes）C6C

23、2C6木酚素（木酚素（lignans）C6C3C6C3黄酮类化合物（黄酮类化合物（flavonoids）C6C3C6Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.3.1 茋 , -二苯乙烯。二苯乙烯。如：如：3,5-二羟基反茋，俗称银松素或欧洲赤松素。二羟基反茋，俗称银松素或欧洲赤松素。松属心材中含有茋的衍生物。松属心材中含有茋的衍生物。 CCHHHOOHWood Chemistry化学工程

24、学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.3.2 木酚素 两个苯环通过两个苯环通过 - 偶合而成的一类化合物，如松树树脂酚。偶合而成的一类化合物，如松树树脂酚。 化合物具有抗菌、杀虫、抗氧化等性质化合物具有抗菌、杀虫、抗氧化等性质 含量随树种不同变化很大，约占干心材重含量随树种不同变化很大，约占干心材重130%。C C COC C COHOH3COOHOCH3Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室

25、化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.3.3 黄酮类化合物 泛指两个芳环通过三泛指两个芳环通过三C链相互连接而成的链相互连接而成的一系列化合物。一系列化合物。分类根据：分类根据：三碳链的氧化程度三碳链的氧化程度B环的连接位置环的连接位置三碳链是否成环等三碳链是否成环等主要有：黄酮（黄酮醇，结构式），黄烷主要有：黄酮（黄酮醇，结构式），黄烷醇（黄烷醇（黄烷-3-醇、黄烷醇、黄烷-3,4-二醇，结构式）二醇，结构式） OABCWood Chemist

26、ry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University几种黄酮类化合物几种黄酮类化合物OOOOOHOOHOOHOH黄酮黄酮黄酮黄酮-醇醇黄烷黄烷-3-醇醇黄烷黄烷-3,4 二醇二醇Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6

27、.3.4 单宁又名植物鞣质（能使生皮成革）。又名植物鞣质（能使生皮成革）。根据化学组成和化学键的特征，分为根据化学组成和化学键的特征，分为水解单宁水解单宁和和凝缩单宁凝缩单宁。 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.3.4.1 水解单宁水解单宁水解单宁水解单宁：由没食子酸及其二聚体（双没食子酸或鞣花酸）与单糖：由没食子酸及其二聚体（双没食子酸或鞣花酸）与单糖（主要为葡萄糖）结合的酯类

28、化合物。（主要为葡萄糖）结合的酯类化合物。结构特征：分子内具有酯键或苷键，易被酸或酶水解为单糖和多元结构特征：分子内具有酯键或苷键，易被酸或酶水解为单糖和多元羧酸。羧酸。根据水解后得到的多元羧酸的不同，细分为：根据水解后得到的多元羧酸的不同，细分为：没食子单宁没食子单宁水解后得到没食子酸水解后得到没食子酸鞣花酸单宁鞣花酸单宁水解后得到鞣花酸水解后得到鞣花酸Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry Univers

29、ity没食子酸及其二聚体没食子酸及其二聚体没食子酸没食子酸COOHOHHOOHCOHHOOHOOHOOCOHOHOHHOOCCOOHOHOO双没食子酸双没食子酸鞣花酸鞣花酸Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University水解单宁结构举例水解单宁结构举例OOOOHOOHOHOOHOHOHOOOHOHOOHOHOHOOHOHOHOOOHOHOOnWood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University6.3.4.2 凝缩单宁凝缩单宁凝缩单宁凝缩单宁：又称难水解单宁、缩合单宁。主要由黄酮类化合物（黄：又称难水解单宁、缩合单宁。