纤维素[(C6H10O5)n]是一种有机化合物,是地球上含量最丰富的生物聚合物。它是一种复杂的碳水化合物或多糖,由数百到数千个葡萄糖分子组成,连接在一起形成一条链。虽然动物不生产纤维素,但它是由植物、藻类、一些细菌和其他微生物制成的。纤维素是植物和藻类细胞壁中的主要结构分子。
1838年,法国化学家安瑟尔梅·佩恩发现并分离出纤维素。Payen还确定了化学式。1870年,凯悦制造公司使用纤维素生产了第一种热塑性聚合物赛璐珞。从那时起,纤维素在19世纪90年代被用于生产人造丝,在1912年被用于生产玻璃纸。Hermann Staudinger于1920年确定了纤维素的化学结构。1992年,小林和Shoda在不使用任何生物酶的情况下合成了纤维素。
纤维素通过β(1)形成→4) -D-葡萄糖单元之间的糖苷键。相反,淀粉和糖原通过α(1)形成→4) -葡萄糖分子之间的糖苷键。纤维素中的键使其成为直链聚合物。葡萄糖分子上的羟基与氧原子形成氢键,将链固定在适当位置,并赋予纤维高抗拉强度。在植物细胞壁中,多条链结合在一起形成微纤丝。
纯纤维素无味、无味、亲水、不溶于水、可生物降解。它的熔点为467摄氏度,可通过高温酸处理降解为葡萄糖。
纤维素是植物和藻类中的一种结构蛋白。纤维素纤维嵌入多糖基质中以支撑植物细胞壁。植物茎和木材由分布在木质素基质中的纤维素纤维支撑,其中纤维素起到钢筋的作用,木质素起到混凝土的作用。纤维素最纯的天然形式是棉花,它含有超过90%的纤维素。相反,木材由40-50%的纤维素组成。
某些类型的细菌分泌纤维素以产生生物膜。生物膜为微生物提供了一个附着表面,并允许它们组织成菌落。
虽然动物不能生产纤维素,但它对它们的生存很重要。有些昆虫将纤维素用作建筑材料和食物。反刍动物利用共生微生物消化纤维素。人类无法消化纤维素,但它是不溶性膳食纤维的主要来源,影响营养吸收和帮助排便。
存在许多重要的纤维素衍生物。其中许多聚合物是可生物降解的,是可再生资源。纤维素衍生化合物往往无毒且无过敏性。纤维素衍生物包括:
纤维素的主要商业用途是造纸,其中硫酸盐法用于从木质素中分离纤维素。纤维素纤维用于纺织工业。棉花、亚麻和其他天然纤维可直接使用或加工制成人造丝。微晶纤维素和粉末纤维素被用作药物填充剂和食品增稠剂、乳化剂和稳定剂。科学家在液体过滤和薄层色谱中使用纤维素。纤维素被用作建筑材料和电绝缘体。它用于日常生活用品,如咖啡过滤器、海绵、胶水、眼药水、泻药和薄膜。虽然植物纤维素一直是一种重要的燃料,但动物粪便中的纤维素也可以加工成丁醇生物燃料。
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