東華大學(xué)高分子化學(xué)第六章課件

第六章天然高分子碳水化合物分為單糖、低聚糖和多糖三大類。

單糖是最簡(jiǎn)單的碳水化合物，如葡萄糖、果糖、木糖等。

低聚糖是由二個(gè)至十個(gè)單糖分子經(jīng)由糖苷鍵連接而成的化合物。

多糖是由10個(gè)以上的單糖分子經(jīng)由糖苷鍵連接而成的碳水化合物。第一節(jié)多糖類高分子一、纖維素（一）

纖維素的來(lái)源纖維素是自然界中存在量最大的天然高分子化合物。有很多D-吡喃葡萄糖單元以β(1-4)苷鍵連接而成。纖維素是高等植物細(xì)胞壁的主要成分，主要來(lái)源為木材等。（三）

纖維素衍生物

纖維素醋酸酯：纖維素醋酸酯是最重要的纖維素有機(jī)酯，廣泛用作纖維、塑料和涂料。用高純度的纖維素（α-纖維素95%~98%）與醋酐反應(yīng)，以醋酸為溶劑，硫酸為催化劑，制得：

纖維素硝酸酯也稱硝化纖維素、硝化棉，是最古老和最重要的纖維素?zé)o機(jī)酯，在塑料、清漆、涂料、火藥等方面得到廣泛應(yīng)用。其反應(yīng)是纖維素在存在硫酸和水的條件下與硝酸作用，反應(yīng)后經(jīng)脫酸、水洗等工序得到。反應(yīng)式如下纖維素的利用

纖維素通過(guò)水解可生產(chǎn)微晶纖維素和葡萄糖漿；通過(guò)接枝共聚等改性可得到具有各種新功能的材料，如抗酶抗菌材料、離子交換材料、膜材料、高吸水性材料等；通過(guò)化學(xué)和生物技術(shù)，將有可能生產(chǎn)出食品、燃料及多種基本有機(jī)合成原料。二、淀粉（一）

淀粉的來(lái)源淀粉是自然界中產(chǎn)量?jī)H次于纖維素的碳水化合物，是由D—葡萄糖組成的多糖。

淀粉以顆粒狀態(tài)廣泛存在于高等植物的籽粒、根、塊莖和髓中。（二）

原淀粉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．

物理機(jī)構(gòu)未經(jīng)變性處理的淀粉稱為原淀粉，呈顆粒結(jié)構(gòu)，有一定大小和形狀，水分含量高，蛋白質(zhì)少的淀粉顆粒較大。淀粉顆粒具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)占顆粒體積25%~50%。淀粉分子穿過(guò)若干晶區(qū)和非晶區(qū)，所以，淀粉可發(fā)生X—射線衍射，在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)黑十字。3．原淀粉的性質(zhì)淀粉顆粒不溶于水，與水混合生成乳白色、不透明的懸浮液，稱為淀粉乳。升高溫度，淀粉顆粒進(jìn)一步吸水膨脹，彼此接觸，成為半透明的淀粉糊，是一種不溶的膠體。這種由淀粉乳轉(zhuǎn)變成糊的現(xiàn)象稱為糊化。淀粉糊化就成為淀粉糊，具有增稠，凝膠、粘合、成膜等性質(zhì)。(四)淀粉的水解淀粉水解反應(yīng)生成葡萄糖,工業(yè)上稱淀粉的水解為”糖化”。淀粉水解的方法有酸水解，酶水解和酸酶法水解。三、甲殼素和殼聚糖(一)甲殼素的來(lái)源甲殼素(chitin)又名甲殼質(zhì)、殼蛋白、幾丁、幾丁質(zhì)，廣泛存在于昆蟲和甲殼動(dòng)物(蝦．蟹等)的甲殼中，少數(shù)真菌和綠藻等低等植物的細(xì)胞壁中也含有甲殼素。在天然高分子中，其數(shù)量?jī)H次于纖維素。甲殼素是由N—乙酰—2—氨基—2—脫氧—D—葡萄糖經(jīng)由β—1，4糖苷鍵聚合而成的線型高分子，分子量100萬(wàn)以上，理論含氮量為6.9％。甲殼素和殼聚糖的化學(xué)改性有：酯化反應(yīng)醚化反應(yīng)?；磻?yīng)氧化反應(yīng)水解反應(yīng)2．甲殼素和殼聚糖的應(yīng)用

甲殼素、殼聚糖及其多種多樣的化學(xué)改性產(chǎn)品具有各種功能，在很多方面都得到應(yīng)用。(1)殼聚糖作絮凝劑：殼聚糖是一種陽(yáng)離子聚電解質(zhì)，對(duì)固體懸浮物有很好的凝聚作用。(2)食品工業(yè)中的應(yīng)用：主要用于(a)糖汁、飲料的除濁澄清；(b)食品添加劑。(3)醫(yī)療醫(yī)藥中的應(yīng)用：甲殼素與殼聚糖可以制成纖維和膜功能材料，所以在醫(yī)療和醫(yī)藥中有特殊的用途。第二節(jié)橡膠與古塔波膠（杜仲膠）

二、天然膠乳的化學(xué)組成

橡膠烴蛋白質(zhì)類脂物水溶物無(wú)機(jī)組分粘性體酶及真菌1橡膠烴天然橡膠的主要化學(xué)成分橡膠烴是聚異戊二烯，在生物合成過(guò)程中由單體異戊烯焦磷酸鹽脫去焦磷酸根，以共價(jià)鍵連接而成。異戊烯焦磷酸鹽結(jié)構(gòu)如下；在縮聚過(guò)程中，形成兩種立體異構(gòu)烴類聚合物，橡膠為順式1，4—聚異戊二烯，古塔波樹膠為反式1，4—聚異戊二烯。三、橡膠的彈性和硫化天然橡膠和古塔波樹橡膠都是線性天然高分子，聚異戊二烯是非極性的，且有高的分子量。由于分子鏈上含有內(nèi)雙鍵，使這種柔性長(zhǎng)分子鏈具有高的彈性。第四節(jié)蛋白質(zhì)

一、蛋白質(zhì)的元素組成及其單體蛋白質(zhì)由C、H、O、N、S等元素組成，一般含碳50%-55%、氫6%-8%、氧20%一23%、氮15%-18%、硫0-4%。特種蛋白質(zhì)還含有銅、鐵、磷、鉑、鋅、碘等元素。組成蛋白質(zhì)的單體為氨基酸類，蛋白質(zhì)水解得到各種α-氨基酸的混合物。α－氨基酸具有如下的通式:

(一)多肽蛋白質(zhì)是由天然產(chǎn)生的若干種類L-α-氨基酸以共價(jià)鍵結(jié)合的共聚物，歷史上稱這些酚胺鍵(一CO一NH一)為肽鍵(peptideIinkages)，每個(gè)氨基酸分子縮合得到二肽，含一個(gè)肽鍵:多個(gè)不同氨基酸由多個(gè)肽鍵結(jié)合成為大分子鏈，分子量少于10000的稱為多肽(polypeptides)，分子量大于10,000的稱為蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的分子量由一萬(wàn)到幾十萬(wàn).蛋白質(zhì)分子中主要的副鍵有氫鍵、雙硫鍵、離子鍵、酯鍵等。(二)蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)2·蛋自質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)多肽鏈上所有原子之間的相互作用使多肽鏈進(jìn)一步折疊、盤曲成為內(nèi)有袋形空穴的空間排列，稱為三級(jí)結(jié)構(gòu)。例如，肌紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)。由兩個(gè)或兩個(gè)以上各具有特定一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，通過(guò)次級(jí)鍵以一定關(guān)系聚集所形成的空間排布，稱為四級(jí)結(jié)構(gòu)。三、蛋白質(zhì)的分類與功能蛋白質(zhì)有多種分類方法，一般可依其形狀分為兩大類:一類是能溶于水、酸、堿或鹽溶液的球狀蛋白質(zhì);一類是不溶于水的纖維狀蛋白質(zhì)。(一)球狀蛋白質(zhì)多肽鏈自身扭曲折疊成特有的球形，如肌紅蛋白(myoglobin)、血紅蛋白(haemoglobin)、酶等，都是球狀