如何做好纤维素水解实验

一、纤维素水解实验的设计原理

淀粉和纤维素属于天然高分子化合物，在自然界中分布最广，也是最重要的多糖，它是单糖分子间失水，以糖苷键连接而成的高聚物，它们在无机酸存在的条件下可以完全水解并定量地得到D-葡萄糖，职专教材中就根据这个性质设计了两个课堂演示实验，既淀粉水解实验和纤维素水解实验。

直链淀粉是由D-葡萄糖单位以α-1，4糖苷键连接的线状结构。支链淀粉是一种分支的多糖，在这种分子中是葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接成主链，同时葡萄糖又以α-1，6糖苷键构成支链，它们在酸性条件下水解为葡萄糖和麦芽糖的混合物。

最丰富的多糖是纤维素，纤维素是一种线性的D-葡萄糖单位以β-1，4糖苷键连结而成的多糖。和淀粉的α-1，4糖苷键比较，纤维素的β-1，4糖苷键对酸水解有较强的抵抗力。同时纤维素的分子呈丝状，而这些丝状的分子又以氢键的形式联合成为纤维素的胶束，由于胶束中氢键的数目很多，所以结合得非常牢固，理化性质比较稳定，纤维素的水解作用要比淀粉难得多，所以按教材条件做演示实验所需时间长，效果也不明显。

纤维素与浓硫酸作用时，纤维素中的游离羟基按一般醇的方式生成硫酸氢酯：

同时纤维素在葡萄糖残基之间以氧原子连接的地方逐渐水解为较小的分子，从而使纤维素溶解。浓硫酸与纤维素的作用非常猛烈，70％硫酸在冷时及短时间内只溶下纤维的表面一层，纤维部分水解的产物为分子量大的粉纤维和水解纤维等，这些水解产物往往以坚固的质体粘在纤维素的表面，在酸性溶液中加热需要很久才能使纤维素完全溶解，这时水解程度才较大，先生成简单的产物（六糖、四糖和三糖）最后生成纤维二糖和葡萄糖。这些化合物能溶于水，并且分子中含有游离的半缩醛羟基，所以在碱溶液中能有力的还原二价铜为一价铜。

二、实验步骤和现象：

把少量的棉花或几片滤纸放入试管里，加80％的浓硫酸，用量以恰好能够溶解棉花为宜，用玻璃棒把棉花捣烂，形成无色的粘稠液体，把该试管浸在热水浴中加热至显出亮棕色时为止，然后放冷倒入约五倍体积的水中，此时无絮状的沉淀析出。加碱液中和硫酸使水解液略显碱性。取一部分已中和的溶液，用新制的氢氧化铜作检验还原性糖的实验，效果良好，在5——10分钟内可以观察到红色氧化亚铜沉淀生成。

三、分析和讨论

 1。加浓硫酸的量不能太多，太浓。否则会使纤维素脱水而炭化。因此硫酸的浓度在70％——80％，用量恰好溶解纤维素（棉花或滤纸）为宜。

但硫酸的浓度也不能低于70％，否则影响水解速度。

反应必须在加水浴中加热进行。否则会有纤维素部分水解的中间产物以坚固的质体粘在纤维素表面，阻止进一步水解，影响实验效果。

2。如何检验水解是否完全

纤维素开始水解后生成的分子量大的水解产物（粉纤维，水解纤维等），用水稀释水解液时即呈沉淀析出。若水解完全，生成较简单的产物是纤维二糖和葡萄糖，这些化合物能溶于水，加水稀释时无絮状沉淀析出。

3。中和硫酸时，碱液不能太稀，若浓度太稀，用碱液的量就会太多，使单位体积内的水解产物的量相应减少还原作用就不明显。

4。纤维素水解后加碱中和，碱常易加过量，这时直接加入少量硫酸铜溶液，加热，也可以观察到红色氧化亚铜沉淀生成。若能严格控制加碱的量，在pH=9左右，也可以明显的作好银镜反应的实验。

5。加碱中和硫酸时，边加边摇匀，否则由于局部碱化造成的错觉将导致实验失败。