生物質(zhì)資源化學(xué)

1、生物質(zhì)資源化學(xué)第1章 生物質(zhì)資源化學(xué)概論第1節(jié) 生物質(zhì)資源化學(xué)的發(fā)展1. 生物質(zhì)資源的定義自然資源：一定時間、空間條件下自然界中一切能夠為人類所利用并產(chǎn)生的經(jīng)濟價值的、能夠提高人類當前和未來福利的自然諸要素總和。生物資源：生物圈中對人類有一定經(jīng)濟價值的動物、植物、微生物及其組成的生物群落生物質(zhì)：地球上一切生物（動物、植物、微生物）產(chǎn)生的生物量生物質(zhì)資源：廣義上?狹義上2. 生物質(zhì)資源化學(xué)的研究內(nèi)容和重要性生物質(zhì)資源化學(xué)區(qū)別于生物學(xué)，生物學(xué)是研究結(jié)構(gòu)功能以及對其進行改進；生物質(zhì)資源化學(xué)：以生物質(zhì)為原料進一步加工加以利用。研究的三大內(nèi)容：（1） 能源與燃料（最廣泛）常規(guī)能源：傳統(tǒng)石化能源，非傳統(tǒng)石

2、化能源如頁巖氣新能源：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、生物質(zhì)能（航空油）（2） 化工產(chǎn)品生物質(zhì)資源幾乎可代替石油生產(chǎn)所有化工原料（目前成本等問題尚未解決）（3） 材料 （絲綢）重要性生物質(zhì)資源引起重視和廣泛研究源于2個原因：石油資源的枯竭（/過度開采煤炭資源造成地陷或者其他環(huán)境問題）；全球三大問題資源枯竭、人口膨脹、環(huán)境污染，根本問題在于資源枯竭生物可降解性（石油加工的許多產(chǎn)品難降解）（結(jié)構(gòu)獨特，如甲殼素）目前全世界都在積極進行生物質(zhì)資源的研究（生物質(zhì)資源是石化資源的20倍，量大且可再生可降解）3. 生物質(zhì)資源分類按照分子大小分類：天然高分子：分子量2000，基團確定，分子結(jié)構(gòu)難以確定，一般為混合

3、物天然小分子：分子量2000，基團確定且分子結(jié)構(gòu)確定結(jié)構(gòu)不同研究方式方法不同按照結(jié)構(gòu)（基團）分類：醇、胺、羧酸、酯、酚、芳香族、脂肪族按照應(yīng)用角度分為：蛋白質(zhì)、多糖、藥物、油脂4. 生物質(zhì)資源特點天然可再生（本質(zhì)上是對太陽能的利用）生物親和性、生物分解性獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能對其合理利用可達到2點效果：資源不枯竭、減少環(huán)境污染5. 生物質(zhì)資源發(fā)展（1） 最初淀粉造酒，竹子制紙（2） 變性淀粉，如纖維素化工（起源？）（3） 化學(xué)生物物理階段第二節(jié) 生物質(zhì)資源化學(xué)的研究方法1. 基本途徑和原理原理：順應(yīng)其結(jié)構(gòu)（符合綠色化學(xué)、原子經(jīng)濟學(xué)）基本途徑：化學(xué)處理，化學(xué)反應(yīng)改造（無機有機，醚化、酯化、絡(luò)合物、

4、螯合物、共聚、縮合、接枝）物理處理，如超聲波（斷鏈，大分子改造為小分子），光照，共混，蒸汽爆破生物與酶處理，如發(fā)酵，植物組織培養(yǎng)，基因工程；甲醇汽油、乙醇汽油2. 結(jié)構(gòu)和性能研究的方法純度分析方法：液相色譜：除了永久性氣體物質(zhì)都可適用氣相色譜：針對揮發(fā)性（熱穩(wěn)定）氣體電泳：適用于（帶電荷高分子）蛋白質(zhì)、核糖核酸、糖類結(jié)構(gòu)分析高分子：具有化學(xué)結(jié)構(gòu)（元素組成）、二級結(jié)構(gòu)（分子量和分子量分布，有條件還可測量鏈結(jié)構(gòu)，色譜（利用分子大小不同分離）、x-衍射、紅外）、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（鏈與鏈之間的結(jié)構(gòu)，熱分析、電鏡）；核磁？低分子：（只有）化學(xué)結(jié)構(gòu)（需要檢測）；四大分析方法：紅外光譜（IR）、核磁共振（HMR）

5、、紫外可見（UV-VIS）、質(zhì)譜（MS）性能測試，如力學(xué)、光學(xué)、生物降解性能、電學(xué)第3節(jié) 幾種重要的生物質(zhì)資源纖維素 甲殼素 淀粉 膠原蛋白 大豆蛋白 各種多糖 天然藥物 油脂 天然樹脂第2章 提取分離技術(shù)第1節(jié) 提取1. 萃?。豪梦镔|(zhì)在不同溶劑中的溶解性能不同全分析的萃取順序：有機溶劑（小分子如生物堿）極性溶劑（極性基團如黃酮）水（高分子如多糖、蛋白質(zhì)）酸或堿（帶酸或堿基團的高分子）方法：浸漬（適用于對溫度敏感的組分，影響因素：溫度、時間、用量、粉碎程度）、煎煮、回流提取2. 蒸餾：利用物質(zhì)的沸點不同，常用于香料（如玫瑰精油）、一些生物堿直接蒸餾：完全利用沸點，物質(zhì)按照沸點高低順序分離水蒸

6、氣蒸餾：分離相與水不互溶，利用溫度達到水沸點時的分壓的差異，憑借水蒸氣將分離相帶出3. 壓榨：常用于食用油（如茶油、菜籽油）以及工業(yè)上的桐油?以上3種為溫和的物理方法4. 化學(xué)處理（反應(yīng)）：如纖維素用堿高溫蒸煮5. 蒸汽爆破：如爆米花，米（含水）處于高溫高壓狀態(tài)下驟然降壓產(chǎn)生蒸汽6. 生物與酶：如纖維素、甲殼素第2節(jié) 分離純化1. 升華：產(chǎn)品純度高但使用對象有限，如咖啡因的提取2. 重結(jié)晶：對象溶于溶劑利用不同溫度下溶解度差異結(jié)晶分離。此法應(yīng)注意母液的濃度不宜過高；成本低應(yīng)用廣泛。3. 精餾：精餾塔多次反復(fù)蒸餾，此法可使乙醇純度達到95%4. 電泳5. 色譜分離：分離有機物最有效的方法6. 膜

7、分離：反滲透（去除離子）；根據(jù)膜截留的分子量大?。杭{濾（MwMvMn；當各時項都相等說明被檢測的物質(zhì)是均一的第2節(jié) 數(shù)均分子量的測定端基法（化學(xué)法）：前提是已確定端基的結(jié)構(gòu)，且分子量在2000-10000之間（分子量10000時不準確）M=W/n滲透壓法小分子：=RTc/M高分子：非理想溶液，分子量測定范圍是2000106（儀器操作簡單），Ai表示第i微粒系數(shù)一般稀溶液忽略A3（很?。┰胶喕癁楦淖?nèi)芤簼舛萩，測定對應(yīng)的滲透壓，作圖/c c當擬合效果為直線時，假設(shè)A30成立即截距為RT/M、斜率為RTA2當擬合效果不好（不是直線）假設(shè)A30不成立，此時則另作假設(shè)：此法應(yīng)注意：膜的選擇（根據(jù)溶劑

8、以免將膜溶解；根據(jù)孔徑大小，會影響到滲透達到平衡的時間）；溶液的濃度（太高耗時，太低讀數(shù)容易導(dǎo)致誤差）；樣品分級第3節(jié) 粘均分子量的測定粘度的定義：液體流動時分子間的內(nèi)摩擦力相對粘度：增比粘度：比濃粘度：（Schulz-Blaschke）比濃對數(shù)粘度：特性粘數(shù)： 當c0時，與c無關(guān)，是高分子的特征值，與溶劑、結(jié)構(gòu)、分子量有關(guān)，在規(guī)定的溶劑中決定于單個高分子的結(jié)構(gòu)和分子量馬克霍溫克（Mark-Houwink）方程：烏式粘度計：b管中間是毛細管a中盛溶液，c用夾子封住，b管用洗耳球吸松開c，用秒表記錄溶液流過b管上兩刻度之間的距離的時間，A、B是毛細管儀器的常數(shù)；選擇毛細管的半徑使溶劑流出時間10

9、0s配兩個溶液（1、2），分別計時2次（t1、t2）即可計算出A、B當=0時Huggins公式：Keramer公式：（先加入高濃度溶液，再逐步加溶劑稀釋得到不同濃度的溶液，測定出對應(yīng)的值） 使用不同已知分子量的標樣解出k和測量應(yīng)注意：結(jié)構(gòu)、分子形狀；溶劑（電解質(zhì)or非電解質(zhì)），離子間的靜電作用（蛋白質(zhì)鹽析）；溫度第4節(jié) 光散射法測定重均分子量光散射法（還可測定鏈的排列結(jié)構(gòu)）：散射光強分子結(jié)構(gòu)原理：入射光強I0，散射半徑，觀測角對于小粒子稀溶液（尺寸1.5寬分布（可塑性強），dMa，排阻極限M3000cm-1， 飽和烴3000cm-1，29602850cm-1S-H：2557cm-1250019

10、00cm-1為三鍵和累積雙鍵區(qū)主要包括-C=C-、等三鍵的伸縮振動，以及-C=C=C-、-C=C=O、-N=C=S等積累雙鍵的不對稱性伸縮振動。對于炔烴淚化合物，可以分成和兩種類型，前者伸縮振動出現(xiàn)在21002140cm-1附近，后者出現(xiàn)在21902260cm-1附近；分子式對稱的，則為非紅外活性。CO2 2365，2335cm-1的伸縮振動在非共軛的情況下出現(xiàn)在22402260cm-1附近，當與不飽和鍵或芳香核共軛時，該峰位移到22202230cm-1附近。-N=C=S 21402040cm-119001500cm-1為雙鍵伸縮振動區(qū)，該區(qū)域重要包括三種伸縮振動：C=O伸縮振動出現(xiàn)在1900

11、1650cm-1，是紅外光譜中特征的且往往是最強的吸收，以此很容易判斷酮類、醛類、酸類、酯類以及酸酐等有機化合物。酸酐的羰基吸收帶由于振動耦合而呈現(xiàn)雙峰。C=C伸縮振動，烯烴的C=C伸縮振動出現(xiàn)在16801620cm-1，一般很弱。單核芳烴的C=0伸縮振動出現(xiàn)子在1600cm-1和1500cm-1附近，有兩個峰，這是芳環(huán)的骨架結(jié)構(gòu)，用于確認有無芳核的存在。15001300cm-1為C-H彎曲振動區(qū)CH3：1450cm-1（反對稱彎曲振動）；1375cm-1（對稱彎曲振動）CH2：1465cm-1（剪式彎曲振動）CH(CH3)2：13851380cm-1和13701365cm-1兩個強度相同的吸收峰。（2） 指紋區(qū)當分子結(jié)構(gòu)稍有不同時，該區(qū)的吸收就有細微的差異，并顯示處分子特征。這種情況就像人的指紋一樣，因此稱為指紋區(qū)。1300900cm-1單鍵伸縮振動C-C、C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O；C=S、S=O、P=O伸縮振動C-O：11001050cm-1醇；12501100cm-1酚；