纖維素是 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(xì)胞壁的主要成分。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖,占植物界碳含量的50%以 上。棉花的纖維素含量接近100%,為天然的最純纖維素來源。一般木材中,纖維素占40~50%,還有10~30%的半纖維素和20~30%的木質(zhì)素。
1.溶解性
常溫下,纖維素既不溶于水,又不溶于一般的有機溶劑,如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶于稀堿溶液中。因此,在常溫下,它是比較穩(wěn)定的,這是因為纖維素分子之間存在氫鍵。
2.纖維素水解
在一定條件下,纖維素與水發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)時氧橋斷裂,同時水分子加入,纖維素由長鏈分子變成短鏈分子,直至氧橋全部斷裂,變成葡萄糖。
3.纖維素氧化
纖維素與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成一系列與原來纖維素結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì),這樣的反應(yīng)過程,稱為纖維素氧化。(引自郭莉珠檔案保護(hù)技術(shù))纖維素大分 子的基環(huán)是D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵組成的大分子多糖,分子量約50000~2500000,相當(dāng)于300~15000個葡萄糖基脫水葡萄糖,其分子 式為:(C6H10O5)n, 其化學(xué)組成含碳44.44%、氫6.17%、氧49.39%。由于來源的不同,纖維素分子中葡萄糖殘基的數(shù)目,即聚合度(DP)在很寬的范圍。分子式可寫 作(C6H10O5)n。是維管束植物、地衣植物以及一部分藻類細(xì)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(fā) 現(xiàn)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(xì)胞壁的完全纖維素標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)于半纖維素的纖維素。雖然,α- 纖維素通常大部分是結(jié)晶性纖維素,β-纖維素,γ-纖維素在化學(xué)上除含有纖維素以外,還含有各種多糖類。細(xì)胞壁的纖維素形成微纖維。寬度為10—30毫微 米,長度有的達(dá)數(shù)微米。應(yīng)用X線衍射和負(fù)染色法(negative染色法),根據(jù)電子顯微鏡觀察,鏈狀分子平行排列的結(jié)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(gòu)成了微纖維。纖維素能溶于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(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)移的情況下,發(fā)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瞭。另一方面就纖維素 的分解而言,估計在初生細(xì)胞壁伸展生長時,微纖維的一部分由于纖維素酶的作用而被分解,成為可溶性。
纖維素不溶于水和乙醇、乙醚等有機溶劑,能溶于銅氨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(fā)生有限溶脹,某些酸、堿和鹽的水溶液可滲入纖維結(jié)晶區(qū),產(chǎn)生無限溶脹,使纖維素溶解。纖維素加熱到約150℃時不發(fā)生顯著變化 ,超過這溫度會由于脫水而逐漸焦化。纖維素與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等,與較濃的苛性堿溶液作用生成堿纖維素,與強氧化劑作用生成氧化纖維素。
4.柔順性
纖維素柔順性很差,是剛性的,因為(1)它分子有極性,分子鏈之間相互作用力很強;(2)纖維素中的六元吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)致使內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難;(3)其分子內(nèi)和分子間都能形成氫鍵特別是分子內(nèi)氫鍵致使糖苷鍵不能旋轉(zhuǎn)從而使其剛性大大增加。