《天然高分子科学》（双语）教学大纲

英文课程名称： Natural Polymer Science
课程编号：0511325
总学时：96（其中理论课学时：64 实验学时：32 ）
总学分：6
先修课程：有机化学、无机及分析化学、物理化学
适用专业：轻化工程
开课单位：轻化与环境工程学院 制浆造纸工程教研室
执笔人：谢益民 审校人：薛菁雯

1. 课程教学内容

Chapter 1 Introduction 绪论
第一节 天然高分子及其分类（Natural Polymer and Classification）
天然高分子的基本概念；分类。
第二节 天然高分子的来源 ( The Source of Natural Polymer)
纤维素的来源；半维素的来源；木素的来源；天然橡胶的来源；淀粉的来源；蛋白质的来源；甲壳素和壳聚糖的来源。
第三节 植物纤维的组成与形态结构(Chemical Composition and Biological Structure of Plant Fibers)
化学组成；纤维形态；生物结构。
第四节 蛋白质纤维的组织构造
动物皮组织学及胶原纤维毛的结构与细胞形态；蚕丝的组成。
第五节 天然高分子材料
纸浆；纺织纤维；橡胶；皮革；原淀粉；其它。
第二章 纤维素 (Cellulose)

1. 纤维素的化学结构(Molecular Structure of Cellulose)

纤维素的化学结构式；纤维素的分子构象。

1. 纤维素的物理结构 (Physical structure of cellulose)

纤维素的结晶结构；纤维素的微纤维结构。

1. 纤维素的化学性质(Chemical Properties of Cellulose)

纤维素的反应性能；纤维素的水解反应；纤维素的氧化反应；纤维素的酯化反应纤维素的醚化反应；纤维素的接枝与交联反应。
第四节 纤维素的物理性质 (Physical properties of cellulose)
纤维素的多分散性；纤维素的吸着；纤维素的润胀与溶解；纤维素的电化学性质；纤维素的光、热和机械降解；纤维素的离子辐射降解。
第五节 纤维素材料（Functional Cellulose Materials）
纸浆；纺织纤维；功能纤维素材料。
第三章 半纤维素（Hemicellulose）
第一节 概述（Distribution and Nomenclature of Cellulose）
半纤维素的涵义；半纤维素的分布；半纤维素的命名。
第二节 半纤维素的化学结构（Structure of Hemicellulose）
半纤维素的分离；半纤维素结构的研究方法；半纤维素的化学结构式；半纤维素与其伴生物的化学连接。
第三节 半纤维素的性质（Physical and Chemical Properties of Hemicellulose）
半纤维素的水解反应；半纤维素的氧化反应；半纤维素的化学改性；半纤维素的物理性质，半纤维素的多分散性；半纤维素的溶解度；半纤维素的分支度。
第四节 半纤维素及其降解产物的利用 （Utilization of Hemicellulose）
在食品工业的应用；在医药上的应用；降解产物制备低分子产品；果胶质。
第四章 木素 （Lignin）
第一节 概述 （Distribution and Synthetic Mechanism of Lignin in Plant）
木素的涵义；木素的存在；木素的分布；木素的生物合成途径。
第二节 木素的分离（Isolation and Purification of Lignin）
天然木素的分离；纸浆中木素的分离；制浆废液中木素的分离；木素—碳水化合物复合体的分离。
第三节 木素的定量法（Determination of Lignin）
木素和酸溶木素的测定；溶液中木素的测定；基于氧化剂消耗量的木素定量法。
第四节 木素的化学结构（Chemical Structure of Lignin）
木素结构单元的主要连接方式；木素官能团分析；化学法研究木素的结构；分光法研究木素的结构；木素结构的模型图。
第五节 木素的化学性质（Chemical Properties of Lignin）
木素结构单元的化学反应性能；木素的亲核反应；木素的亲电取代反应；木素的氧化反应；木素的呈色反应。
第六节 木素的物理性质（Physical Properties of Lignin）
一般物理性质；木素的多分散性及木素分子的存在状态；木素的溶解性；木素的热性质；木素的利用。
第五章 天然橡胶
第一节 天然橡胶的化学结构
天然橡胶的生物合成机理；化学结构分析。
第二节 天然橡胶的化学性质和物理性质
天然橡胶的硫化及其它聚合反应；天然橡胶的物理强度性质。
第三节 天然橡胶的应用
第六章 淀粉 （Starch）
第一节 淀粉的化学结构 ( Structure of starch)
淀粉的生物合成机理；淀粉的化学结构。
第二节 淀粉的化学性质 (Chemical Properties of Starch)
淀粉的水解；淀粉的酯化和醚化；淀粉的氧化。
第三节 淀粉的物理性质 ( Physical Properties of Starch)
淀粉的溶解；淀粉的糊化。
第四节 变性淀粉的制备和应用 (Preparation and Application of Modified Starch)
变性淀粉的制备；在制浆造纸中的应用；在染整工业中的应用。
第七章 蛋白质
第一节 氨基酸
氨基酸的种类及化学结构；氨基酸的物理和化学性质。
第二节 多肽
多肽的形成；多肽的基本结构；多肽的化学性质。
第三节 蛋白质的结构
第四节 蛋白质的物理和化学性质
蛋白质的物理性质；蛋白质的经典反应；蛋白质的变性。
第五节 胶原蛋白和弹性蛋白
胶原蛋白的提取、结构与性质；弹性蛋白的物理性质和化学性质。
第六节 角蛋白和蚕丝蛋白
角蛋白的基本性质；角蛋白的提取；蚕丝蛋白的基本性质与结构。
第七节 蛋白质材料及其应用
蛋白质在皮革工业中的应用；蛋白质在造纸、医药和食品工业中的应用。
第八章 甲壳素和壳聚糖 (Chitin and Chitosan)
第一节 概述 ( Introduction )
甲壳素和壳聚糖的基本概念；来源；应用。
第二节 甲壳素和壳聚糖的化学结构和性质 (Chemical Structures and Properties of Chitin and Chitosan)
甲壳素和壳聚糖的基本化学结构；甲壳素和壳聚糖的化学性质及反应。
第三节 甲壳素和壳聚糖的物理性质( Physical Properties of Chitin and Chitosan)
甲壳素的物理性质；壳聚糖的物理性质。

1. 甲壳素和壳聚糖制备和利用 ( Preparation and Application of Chitin and Chitosan )

甲壳素和壳聚糖的提取；甲壳素和壳聚糖的加工；甲壳素和壳聚糖在工业上的应用。
二、习题课、课堂讨论内容
1.植物纤维的基本组成和形态结构。
2.木素的化学反应性能对植物纤维原料的制浆和漂白性能的影响。
3.蛋白质纤维的结构及其纤维形态。
4．淀粉的基本结构、加工技术以及工业上的应用。
三、实验内容

1. 植物纤维原料、蛋白质纤维原料的化学组成分析；
2. 植物纤维原料、蛋白质纤维原料的显微镜形态分析；
3. 纤维素的分析与反应；
4. 半纤维素的提取、分析及化学反应；
5. 木素的分析与反应；
6. 淀粉的分析及衍生化；
7. 蛋白质的结构和化学性质的分析以及反应性能；
8. 甲壳素和壳聚糖的制备和利用。

教学大纲说明书

一、课程的性质与任务
本课程是轻化工程专业的专业基础必修课。课程的目的是使学生在学习轻化工程专业课之前，系统地掌握天然高分子的来源、形态、化学结构、物理性能以及反应性能。与传统的《植物纤维化学》及《纤维化学与物理》相比内容上突出基础性，适应的专业方向宽，在安排课程时较灵活，完全可以供基本没有专业知识的大学二年级学生使用。
二、课程与其他课程的联系与分工
本课程以有机化学为基础，重点突出与天然高分子相关的有机反应，尤其是纤维素、半纤维素、木素、蛋白质和淀粉等天然高分子的氧化、水解、亲核、亲电反应等基本的有机反应机理，为后续学习制浆造纸工艺打下牢固的基础。本课程与高分子化学与物理以及物理化学和分析化学有密切的关系，本课程中学习天然高分子的聚合机理、物理性质和表面性能及分析方法等内容时需要上述课程为基础。
三、各章内容的基本要求及重点、难点

1. 绪论

基本要求：对天然高分子的来源、化学和物理性质、存在状态等有比较全面、正确的了解。
重点：掌握天然高分子的定义和基本性质。
难点：各种天然高分子在来源和化学结构上的差别。
第二章 纤维素
基本要求：掌握纤维素的结构、纤维素的结晶结构、物理性质和化学性质、纤维素的反应性能，纤维素的应用。
重点：掌握纤维素的结构和反应性能。
难点：理解纤维素的结晶结构。
第三章 半纤维素
基本要求：对半纤维素的定义、分析方法、结构以及反应机理和应用途径有比较清晰的认识；
重点：掌握半纤维素的分类、化学结构。
难点：了解不同种类的植物之间半纤维素结构方面的差异。
第四章 木素
基本要求：对木素的基本结构单元、提取和分析方法、木素的定量法、结构以及反应机理和应用途径有比较清晰的认识；
重点：了解木素的基本结构单元、木素的化学结构及反应性能；
难点：掌握木素结构单元的主要连接方式和化学反应性能。
第五章 天然橡胶
基本要求：了解天然橡胶的来源、化学结构和物理性能。
重点：掌握天然橡胶的化学结构。
难点：掌握天然橡胶的化学结构。
第六章 淀粉
基本要求：了解淀粉的基本结构、物理性能、化学性质及其在造纸工业上的应用。
重点：掌握淀粉的化学结构和反应性能。
难点：掌握淀粉的各种衍生化反应的机理。
第七章 蛋白质
基本要求：对蛋白质的结构分析方法、化学性质以及反应性能有较深入的理解。
重点：掌握蛋白质的化学结构和反应性能。
难点：掌握蛋白质的化学结构和反应性能。
第八章 甲壳素和壳聚糖
基本要求：掌握甲壳素和壳聚糖的结构、提取方法和利用途径。
重点：了解甲壳素的结构和反应性能；
难点：掌握甲壳素加工方法和利用途径
四、习题课、课堂讨论要求
1. 采用启发式、互动式教育方法，使学生在课堂讨论时自己讲解一部分难理解的内容，不仅巩固他们学到的知识，而且可有效地激发学生的学习热情。
2. 通过习题讨论，使学生进一步理解掌握植物纤维和蛋白质纤维的基本组成和形态结构，明确两者之间的差异。
3. 熟练掌握木素和淀粉的化学反应性能。
五、实验要求

1. 掌握植物纤维原料、蛋白质纤维原料的化学组成分析；
2. 掌握植物纤维原料、蛋白质纤维原料的显微镜形态分析；
3. 了解纤维素的分析与反应；
4. 了解半纤维素的提取、分析及化学反应；
5. 掌握木素的分析与反应；
6. 了解淀粉的分析及衍生化；
7. 掌握蛋白质的结构和化学性质的分析以及反应性能；
8. 了解甲壳素和壳聚糖的制备和利用。

六、学时分配建议

七、推荐教材和主要参考教材
推荐教材：

1. 天然高分子科学，陈嘉川主编，科学出版社，2007年。
2. Papermaking Science and Technology, Book 3: Forest Products Chemistry，Per Stenius, Helsinki : Fapet , 2000

参考教材：
1. 纤维化学与物理，詹怀宇主编，科学出版社，2005年第1版。
2. 植物纤维化学，杨淑惠等编，中国轻工业出版社，2001年出版。
3. 制革化学与工艺学，单志华等编 科学出版社，2005年出版。
4. 鞣制化学(修订版)，陈武勇等编，轻工业出版社，2005年出版。
5. 高分子化学，潘祖仁主编，化学工业出版社1996年出版。
6. 变性淀粉，张力田编著，华南理工大学出版社，1992年出版。
7. 壳聚糖，蒋挺大编著，化学工业出版社，2002年出版。
8. Method in Lignin Chemistry,Stephen Y. Lin and Carlton. W. Dence eds,
Springer-Verlag,1992.
八、考核方式
本课程采取中英文双语授课。
以期末考试成绩和平时考核成绩相结合综合评定课程成绩。平时考核成绩为30%，期末考试成绩为70%。实验教学成绩占总成绩的20％。期末考试采取闭卷考试形式（中英文题目皆有，要求英文题目用英文回答，中文题目用中文回答，英文题目分量占50%）；平时考核包括实验成绩、作业和平时上课情况、课堂讨论等，实验教学以实验报告为主结合学生实验表现判定成绩。