木素是芳香族的高分子化合物，也是一类性质相似的物质的总称。不同的原料木素分子的化学组成及结构都有差异。它们是一种无定形结构的物质，存在于植物的木化组织中，是细胞之间的粘接物，在细胞壁中叶含有。棉花、亚麻等纤维则不含木素。

简介

概念

简史

类别

结构

应用

参考书目

简介

木素lignin

存在于维管束中，木材中含量达20—30％。化学构造如图所示，是以3种类苯丙烷（Ⅰ—Ⅲ）为构成单位的复杂聚合的枝状构造。在天然情况下与纤维素和其它糖类结合在一起，充填在细胞壁的纤维素胶囊中，起着强固组织的作用。从导管、假导管、纤维初生壁角开始堆积木素，并向中部、细胞间隙扩展，这一过程称为木素化。随着木素的堆积，其甲氧基含有率增加，达到一定量时，细胞壁停止增厚，木素化完毕。木素生成过程一般与类苯丙烷的生物合成相同，芳香族氨基酸特别是苯丙氨酸脱氨生成的桂皮酸，羟基化、甲基化、还原变成松柏醇、芥子醇等桂皮醇类，据说是由这些物质脱氢聚合而生成木素。针叶树类的木素主要由Ⅰ型构成，阔叶树则Ⅰ、Ⅱ型为其构成成分，这种差别据说是由于针叶树中不存在使5-羟阿魏酸甲基化生成Ⅲ型芥子酸的酶（口隆昌，1973）。裸子植物麻黄纲（麻黄目、买麻藤目、千岁兰目）构成分类学上特殊群，这一纲植物的木素与被子植物的很相似。木素一面引起细胞壁的次生变化，一面堆积起来起着强固植物的作用，一般认为与陆地上高等植物的进化发生有着密切关系。

概念

木素是芳香族的高分子化合物，也是一类性质相似的物质的总称。不同的原料木素分子的化学组成及结构都有差异。它们是一种无定形结构的物质，存在于植物的木化组织中，是细胞之间的粘接物，在细胞壁中叶含有。棉花、亚麻等纤维则不含木素。

简史

1838年法国化学家A.帕扬用硝酸处理木材时得到一种纤维状的不溶解组分，称为纤维素；被硝酸溶解的组分的含碳量比纤维素高，称为结壳物质。1865年F.舒尔策将溶解的组分称为lignin(中译名为木素)，该词来源于拉丁文lignum，原义是“木材”。

虽然木素已被发现一百多年，但其化学结构还没有完全弄清。现在公认木素是由三种初级前驱物（松柏醇、芥子醇、p-香豆醇）经酶脱氢聚合形成的一种天然植物高分子。

1897年P.克拉森提出木素的形成与松柏醇有关。20世纪30～50年代，K.J.弗罗伊登贝格根据氧化反应并利用示踪原子进一步证实了木素是由松柏醇及其有关的化合物脱氢而形成的。

分离木素的方法 较好的有两种：①1956年A.布约尔克曼利用振动球磨法用中性溶剂处理木材制成磨木木素MWL,其中还含百分之几的碳水化合物。1975年K.伦德奎斯特对此法作了改进，利用云杉制成的磨木木素只含0.05％碳水化合物。②1975年张厚民等用能高效溶解纤维素和半纤维素的酶处理已在振动球磨中磨过的木粉，分离出纤维素酶解木素CEL，得率比磨木木素高得多,但碳水化合物的含量也较高。

类别

木素可分为两类：

① 愈创木基木素类　存在于针叶材和一些隐花植物中，含量分别为24％～34％和15％～30％，此类木素含80％～96％愈创木基丙烷单元（针叶应压材中的木素除外，只含70％左右），其他还有对羟苯基丙烷单元和很少的紫丁香基丙烷单元。在针叶材木素中只含痕量的香草酸和阿魏酸酯基。

② 愈创木基(V)－紫丁香基(S)木素类　存在于阔叶材中,一般含量为16％～24％，S/V＝1～5；热带阔叶材含量为25％～33％,S/V较一般的低；某些特殊针叶材含量为23％～32％,S/V＝1～3；草类(如谷草及竹等)含量为17％～23％，S/V＝0.5～1.0，其中还有7％～12％的酯类，主要是对香豆酸和阿魏酸的酯。由于这些酯键并不是真正结合到脱氢聚合物上去的，因此这种草木素应归愈创木基－紫丁香基木素类中。

在针叶材中木素是均匀的，但在阔叶材中却是非均匀的，其纤维的细胞次生壁中有高含量的紫丁香基木素，细胞角隅和细胞间层中是愈创木基型木素，导管壁中主要也是愈创木基木素。

结构

在针叶材和阔叶材中，木素中各结构单元之间的连接方式和各种键型的百分数不完全相同，但均以芳基甘油－β－芳基醚结构为主。

现以云杉的磨木木素为例说明各种键型的百分数：①芳基甘油－β－芳基醚结构（见结构式a）48％；②甘油醛－2－芳基醚结构(b)2％;③非环的苯基芳基醚结构(c)6％～8％；④苯基香豆满结构(d)9％～12％;⑤2或6位的缩合结构(e)2.5％～3％;⑥二苯基结构(f)9.5％～11％；⑦二苯基醚结构(g)3.5％～4％；⑧1,2－二芳基丙烷结构(h)7％;⑨β-β联接结构(i)2％；⑩醌缩酮结构(j)痕量。各键型的结构式为：

在阔叶材、桦木的磨木木素中,芳基甘油－β－芳基醚结构在愈创木基型中占22％～28％，在紫丁香基型中占34％～39％，总数约为60％。

木素与半纤维素之间存在着共价键。木素主要通过阿拉伯糖基、木糖基以及半乳糖基与半纤维素联接。

应用

木素是一种极其丰富的天然资源，还有待于开发利用。现在，制浆工业废液中的木素主要作为燃料。亚硫酸盐法制浆废液中的木素磺酸盐可用作胶粘剂、螯合剂、工业洗净剂、水的软化剂、乳化剂和乳液稳定剂、单宁补充剂、水泥添加剂、石油钻井分散剂和土壤稳定剂等。

此外，也可用木素磺酸制备香草素、香草酸等。硫酸盐法制浆废液中的木素可以制备含硫的脂肪族化合物，如二甲基亚砜、二甲基砜和二甲基硫化物等。

参考书目

E.Adler, Wood Science and Technology, Vol. 11,Springer-Verlag, Heidelberg,1977.