第三单元　纤维素的化学加工
1．纤维素属于有机物哪类物质？
      提示　多糖。
2．纤维素的化学式是什么？属于纯净物吗？
      提示　(C6H10O5)n。属于混合物。
3．纤维素的水解产物是什么？

1．了解纤维素的重要作用以及它在日常生活和工业生产等方面的重要应用。了解造纸的发明和发展，结合我国古代造纸术对学生开展爱国主义教育。
2．认识纤维素的水解反应，胶棉、火棉等纤维素酯的制备和应用

植物纤维素的存在
纤维素是构成植物                 的基础物质，所有植物中都含有纤维素。木材中约有               是纤维素。
棉花是自然界中较纯粹的纤维素，纤维素含量达                      。
细胞壁
一半
97%～99%
1.　
 2．纤维素的组成
       纤维素的组成可以用                       来表示，其分子中大约含有几千个                        。纤维素分子的长链平行排列，相邻纤维素分子中的许多羟基互相作用生成氢键而使这些长链分子紧密结合在一起形成                         。几个                    交织在一起形成                  的结构，这种                的结构再排列起来形成肉眼所见到的纤维。
(C6H10O5)n
葡萄糖单元
纤维素胶束
纤维素胶束
绳索状
绳索状
3．纤维素的用途
     (1)木材纤维可以用于制作家庭装修用的               。
     (2)木材、芦苇、稻草、麦秸、蔗渣等植物纤维可用于         。
     在植物中，纤维素和一种叫木质素的非纤维素结合在一起。在造纸过程中，先用             和            方法进行处理，把纤维素原料中的非纤维素成分溶解除去，使纤维素分离出来，得到比较纯的纤维素，制成          。再经过         、         、        等处理工序，就制成了纸。
纤维板
造纸
机械
化学
纸浆
漂白
打浆
烘干
(3)植物中木质素的用途
在木质素中加入适量的              后喷洒在沙丘表面，能有效固定表面沙粒，保持土壤水分，提高沙漠植树造林的成活率。而且木质素能够被                  ，不会造成污染和土壤板结。
固化剂
生物降解

1.   水解条件
      纤维素胶束中           的数目很多，结合得很牢固，它的物理性质和化学性质                ，因此纤维素的水解较难，必须在一定条件下才能进行。一般来说，在             或者      的催化下，纤维素可以发生水解，最终得到                。
2．水解方程式：                                                               。
3．纤维素在动物体内的水解
      人体内没有使纤维素水解成葡萄糖的     ，所以不能直接消化、利用纤维素，但食草动物的消化道中却有一些          ，它们能产生                   使纤维素水解。
氢键
比较稳定
无机酸
酶
葡萄糖
酶
微生物
纤维素酶

1.   纤维素的结构与性质
      纤维素是高分子，它的长链由许多葡萄糖单元构成。每个葡萄糖单元含有                  ，因此纤维素能够表现出     的一些性质，能够发生                          。
2．纤维素酯的制造
      纤维素能够与                 或者               发生酯化反应生成纤维素硝酸酯(俗称                                        )或纤维素醋酸酯(俗称                               )。
三个羟基
醇
酯化反应
硝酸
醋酸酐
硝化纤维
醋酸纤维
               纤维素主要存在于什么物质中？纸的主要成分是什么？
提示　植物体中，如棉花、木材等。纤维素。
            纤维素分子结构有什么特点？其官能团是什么？
提示　


                                           官能团为羟基，因此具有醇的性质

【慎思1】
【慎思2】
            如何检验纤维素的水解产物是葡萄糖？
提示　向水解后的混合液中先加碱中和多余的H2SO4，再加银氨溶液或新制的氢氧化铜的悬浊液并加热，若有银镜或砖红色沉淀则说明纤维素的水解产物是葡萄糖．
           纤维素与HNO3反应吗？是什么反应类型？
提示　能。酯化反应(取代反应)

【慎思3】
【慎思4】
            下面关于淀粉与纤维素的叙述正确的是          (　　)。
A．淀粉与纤维素分子中均含有葡萄糖单元，分子式为
       (C6H10O5)n。从组成上看，淀粉和纤维素是聚合程度不同    
       的物质的混合物
B．淀粉与纤维素都是天然高分子化合物，属于非还原性的多
      糖，最主要的性质之一是在无机酸溶液的作用下，都能水     
      解成单糖
C．由于纤维素中碳的百分含量高于淀粉，所以纤维素常用来
      制造火棉
D．淀粉溶液和纤维素溶液都属于胶体，因分子直径大，都不
      能透过半透膜
【例1】
解析　选项A和B叙述是正确的，其中A除了指出淀粉和纤维素分子式中的n值不同之外，对淀粉或纤维素本身来说，淀粉分子之间n值也不同，纤维素分子之间n值也不同。选项C的叙述不正确，淀粉和纤维素虽分子大小不同，但实验式相同——葡萄糖单元：C6H10O5，则碳元素的百分含量必定相同。选项D的叙述也不正确，淀粉溶液中的淀粉分子不能透过半透膜、淀粉溶液是胶体，这两点是正确的；但纤维素不溶于水，也谈不上是胶体，选项D中关于纤维素的叙述是不正确的。
答案　AB

淀粉与纤维素，化学式均为(C6H10O5)n。由于n值不同两者均属于混合物，两者不属于同分异构体，两者只是最简式相同。
                                     木糖醇是一种新型的甜味剂，它具有甜味足、溶解性好、防龋齿、适合糖尿病患者的需要。它是一种白色粉末状的结晶，结构简式为：


下列有关木糖醇的叙述中不正确的是                         (　　)。
A．木糖醇是一种单糖，不能发生水解反应
B．木糖醇在铜催化下能被氧气氧化，氧化产物能发生银镜反
       应
C．木糖醇易溶解于水，能发生酯化反应和消去反应
D．1 mol木糖醇与足量的钠反应最多可产生2.5 mol H2
【体验1】(成都模拟)
解析　糖是多羟基醛或酮及能够水解生成多羟基醛或酮的有机物，木糖醇是一种多元醇，不是单糖，A选项错误；该醇两端的羟基碳原子上含有2个氢原子，故可被氧化为醛基，能发生银镜反应，B选项正确；木糖醇为多羟基醇，含有5个亲水的羟基，溶解性和甘油的相似，故易溶于水，醇能够与酸发生酯化反应生成酯，与羟基相连的碳原子邻位的碳原子上含有氢原子，所以也能够发生消去反应，C选项正确；1 mol木糖醇中含有5 mol羟基，每2 mol羟基能够与钠反应生成1 mol H2，所以1 mol木糖醇与足量的钠反应最多可产生2.5 mol H2，D选项正确。
答案　A
实验2：先配制Cu(OH)2悬浊液，再与纤维素水解后的溶液反应，现象：溶液中出现砖红色沉淀。反应方程式：




实验3：先配制银氨溶液，加入纤维素水解后的溶液，反应现象是试管内壁出现光亮的银镜。
3．人体不能直接消化、利用纤维素，但富含纤维素的食物可增强肠道蠕动和消化液分泌，有助于食物的消化和排泄。
     最近我国科学家正在研究牛胃与人胃的区别，藉此研制出一种使得纤维素能较快地转变为低聚糖的酶，如能实现，人就不再为米面发愁，吃绿色植物也可以过日子了。不但如此，大量的无用的短纤维，也可以转化成乙醇，供工业上使用。
根据以上信息，回答下列问题：
(1)试写出由纤维素转变为葡萄糖的化学方程式：
__________________________________；
(2)试确定与葡萄糖分子等氢原子的烷烃的同分异构体有_______种，其中熔沸点最低的烷烃分子的结构简式为________，并用系统命名法将其命名为________。
【例2】
解析　此题入题时起点高，实质是落点低。在(2)问中要注意掌握的规律：在同系物中，碳原子数越多的熔沸点越高；在同分异构体中，支链越多的，结构越对称的，熔沸点越低。
           柠檬醛是一种用于合成香料的工业原料。现已知柠檬醛的结构简式为：



请回答下列问题：
(1)设计一实验，检验柠檬醛分子结构中的醛基(简要说明所用的试剂、实验步骤、实验现象和结论)________。
(2)已知溴水能氧化醛基，若要检验其中的碳碳双键，其实验方法是________。
【体验2】
解析　(1)用银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液检验—CHO。(2)用溴水检验柠檬醛分子中的碳碳双键时，应先用银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液将—CHO转化为—COOH，以避免干扰。
答案　(1)将少量的柠檬醛滴入新制氢氧化铜悬浊液(或银氨溶液)中，加热(或水浴加热)，可观察到有专红色的沉淀(或银镜)产生，由此说明其分子中含有醛基
(2)先加入足量的银氨溶液，水浴加热后，取反应后的溶液用硝酸酸化，再加入溴水，若溴水褪色，即证明有碳碳双键存在

1．纤维素的每个葡萄糖单元含有三个醇羟基，能表现出醇的一些性质，如能与硝酸或醋酸发生酯化反应，生成硝化纤维或醋酸纤维。
2．纤维素一般不易完全酯化生成三硝酸酯(含氮质量分数约为14%)，一般把含氮量低的纤维素硝酸酯叫做胶棉(含氮为10.5%～12%)；含氮量高的叫做火棉(含氮为12.5%～13.8%)。

      (1)纤维素三硝酸酯用于制无烟火药；纤维素的单硝酸酯和二硝酸酯可制火棉胶，赛璐珞。
      (2)纤维素醋酸酯可用于制造胶片和人造丝。
      (3)制造增稠剂，化学浆糊。
      (4)用NaOH和CS2处理制造黏胶纤维。长纤维制人造丝，短纤维制人造棉、人造毛。
      (5)人造纤维：将天然高分子纤维素或蛋白质原料，加工处理后得到的纤维，是经过化学改性而成的。
3．纤维素酯的应用
        用10 g脱脂棉与足量浓硝酸和浓硫酸混合液反应，制得15.6 g纤维素硝酸酯，则每个葡萄糖单元中发生酯化反应的羟基数是                                                                             (　　)。
A．3        B．2          C．1              D．不可计算
解析　纤维素在跟混酸的酯化过程中是羟基中的H被硝基取代，而且1 mol—OH中H原子被硝基取代后质量增加了45 g，由此可计算10 g脱脂棉生成15.6 g纤维素硝酸酯到底有多少个H原子被—NO2取代，从而推出酯的结构。
【例3】
设纤维素分子中有x个—OH酯化
则[(C6H7O2)(OH)3]n～纤维素硝酸酯
　　　162n　　　　(162＋45x)n
　　　10 g　　　　15.6 g
解之得：x＝2　即有两个—OH被酯化，所以，该酯结构为：




答案　B
    下列属于多糖的是            (　　)。　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．淀粉               B．硝酸纤维
C．醋酸纤维       D．黏胶纤维
解析　B、C、D均属于纤维素酯，而淀粉属于多糖。
答案　A
【体验3】