发信人: fgchen()
整理人: k_xiaoyao(2001-01-18 10:42:24), 站内信件
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作 者: fgchen (Brown Bear) 1999.03.29
木质素化学的过去和将来
1838年A.payen用硝酸处理木材，发现除剩下像纤维状的物质之外，还有一部
分含碳量比纤维状物质还要高的物质，前者他定义为“cellulose”，后者1857年
由F.Schuze定义为“Lignin”，从此，科学工作者孜孜不倦地开展了木质素的研
究。
从植物学观点出发木质素就是包围于管胞、导管及木纤维等维管束细胞及厚
壁细胞细胞壁外的物质，并使这些细胞具有特定显色反应的物质；从化学观点出
发木质素是纤维素及半纤维素一起，形成植物骨架的主要成份，它是由高度取代
的苯基丙烷单元随机聚合而成的高分子。在数量上仅次于地球上存在的有机物中
号称最大的纤维素。
木质素研究的历史虽然很长，但正规的研究是从本世纪初开始的，真正取得的显
著成就是近几十年。本世纪六十年代初德国学者弗罗登贝尔格（K.Freudenberg）
，根据生物合成实验的结果提出了针叶材木质素结构的模型图，从这一个图中很
容易看出木质素基本单元是苯基丙烷，这有力地回答了木质素不是芳香族化合物
的长期疑问，从此随着高分辨的核磁共振技术和计算机模拟技术的发展，在弗罗
登贝尔格基本概念基础上，除对针叶材木质素结构完善以外，对阔叶材和某些草
类原料如芦苇、蔗渣等都提出了新的木质素结构模型。这些模型的出现，极大地
促进了木质素研究的发展，尽管木质素大分子结构异常复杂，形成过程中随机性
很大，但深入分析木质素大分子都具有以下特点：
（1）木质素分子的基本单元绝大多数通过碳-氧芳基醚键联接，小部份经碳-碳键
联接；
（2）绝大多数丙基支链在α-位置被氧化，连接着羟基或者以醚键互相联接；
（3）分子中存在相当数量的酚羟基；
与别的天然高分子（像纤维素、淀粉、蛋白质、橡胶等）相比，木质素的化学结
构最迟被了解；与缓慢前进的纤维素化学和蛋白质化学相比，木质素化学显得停
滞不前，木质素的利用至今没有一项能引人注目的产品，阻碍木质素研究的主要
原因是：
（1）木质素化学结构异常复杂。纤维结构是无水葡萄糖有规律的β-1，4结合，
淀粉是无水葡萄糖α-1，4结合构成的线性分子，而木质素是单体间以碳-碳键和
醚键随机聚合的网状高分子，人们不能把木质素确切定为严格的固定结构，只能
粗略地分类为：针叶木木质素，阔叶木木质素和草类木质素。由于木质素结构的
复杂性，所以在木质素研究中多采用迂回接近的方法，要得到一个结构需作大量
的实验，得出的结构要得到广泛承认则需更长的时间，而且得到的结构也仅有模
糊的定量意义，其应用也很有限，这种徒劳而无功的研究除少数木质素科学家外
很少唤起人们的兴趣；
（2）分离没有变化的原型木质素试样极为困难。因为木质素本身结构中含有活性
基团，在分离过程中易发生自身缩合反应；同时木质素是随着植物组织的老化而
产生的，明显具有二次代谢产物的性质，与半纤维素密切结合而存在，所以分离
出原型木质素更加困难。纤维研究是因为发现棉纤维几乎是纯的天然纤维素，以
它为研究材料从而推进了纤维素的研究，而无论在何种植物中都没有发现接近纯
的木质素的存在。
木质素是自然界储量最大唯一没有被充分利用的可再生有机资源，也是生产绿色
化学产品唯一含芳烃的原料，考虑未来环境与资源的需要，加强和重视木质素的
研究是非常迫切的，特别是作为高值化利用的基础---木质素化学的研究更应受重
视。
当前木质素化学中最有前景的研究工作可以总结为：
（1）．木质植物不同细胞壁部分的木质素分布以及木质素与多糖（特别是半纤维
素）结合的性质；
（2）．从木质植物中分离未变化的木质素与半纤维素的方法；
（3）．木质素高效而经济的降解为低分子化学品的机理方法；
（4）． 以木质素为原料合成新的聚合物和高效表面活性剂的原理和技术。
木质素利用的研究已经整整进行了一个世纪，目前虽然出现了小规模的利用，但
与它的存在数量相比，仍没有发现大规模的经济上满意的工业应用领域，从资源
与环境等考虑，以下几方面将是特别受重视的领域：
（1）制造高得率浆。在制浆过程中或制浆以后对木质素进行改性，解决木质素返
黄的问题，增加纸张的强度；
（2）将木质素降解为低分子作能源和化学品原料。这是从可再生资源中唯一能获
得含芳烃化学品的途径。尽管科学家们对木质素的氧化降解、还原降解、水解、
酸解、光化学降解、微生物降解等反应进行了许多研究，但目前工业化的化学品
仅有香兰素、二甲基硫等产品，生产酚类及可燃油产品。虽然技术上可行，但经
济上仍不令人满意，究其原因是由于由碳-碳键和碳-氧键联接的网状结构的木质
素大分子，降解时需要耗用大的能量，而且降解反应是随机性的，要实现木质素
降解为可大规模商业化低分子化学品的目标，祈望着新的降解机理、降解方法和
催化剂的出现。
（3）利用木质素大分子中官能团，进行改性反应，获得具特种功能的木质素聚合
物新品种和高活性的表面活性剂。目前已商品化的水泥减水剂，钻井泥浆稀释剂
，染料分散剂等属于这类型。正在研究的可生物降解的聚合物，能源工业用的表
面活性剂有美好的前景。
总之，木质素化学虽然将近有150年的历史，但如果从木质素对解决世界未来对能
源和化学品需要潜在的贡献来考虑，则木质素化学还很年轻，或者说处于幼年，
一定会有光辉的前景。
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