研究木素的化学构造主要包括：木素的结构单元的类型、结构单元量的比例、结构单元间的连接方式、官能团的分布等。

一、木素的结构单元的类型

对木素化学构造的研究，主要采用化学法和仪器分析法两种。

化学法主要采用化学降解法，仪器分析法主要采用光谱法。

（一）化学法

通过化学降解的方法，如高锰酸钾氧化、硝基苯氧化、氢解、酸解、乙醇解等方法。

研究思路：高分子→降解→低分子

目的：确定其组成结构单元和连接形式。

1. 高锰酸钾氧化降解

结论：通过对分解产物的分析可知，产物由对羟苯基、愈创木基和紫丁香基构成；还可知芳基间的结合形式。

从表中可知，针叶材美国松中愈创木基占MWL的36%，紫丁香基占1%。而阔叶材赤杨中愈创木基占16%，紫丁香基占13%，还含少量的对羟苯基。

2.硝基苯氧化降解

（1）特点：Frendenberg1939年将此方法用于木素研究，作为分解产物，析出大量的香草醛，此后经过研究改进发展起来。

温和氧化：保留苯核，三C侧链氧化形成醛基（部分成羧基）

（2）步骤

15g木素或56g无抽提物的干木粉在600mL 2mol/L NaOH和35mL硝基苯中搅拌加热至180℃反应2h，反应木素被分解和氧化。其分解产物可用色谱法定性、定量测定。 

结论：从实际的原料木素氧化结果也可印证，针叶木主要由愈创木基构成；而阔叶木主要由愈创木基和紫丁香基组成；草类植物木素结构由愈创木基、紫丁香基及对羟苯基组成。

3）硝基苯对模型物的氧化

模型物Ⅰ氧化后也得到香草醛和香草酸，证明木素中含有具有模型物Ⅰ的结构基团。

模型物Ⅱ氧化后也得到紫丁香醛、紫丁香酸等化合物，证明木素中含有模型物Ⅱ的结构基团。

模型物Ⅲ氧化后也得到了对羟基苯甲醛，证明含有模型化合物Ⅲ的结构基团。 

3. 木素的乙醇解和酸解

木素的乙醇解反应是由加拿大木素化学家H.Hibbert于1939年开始研究的。对于证实木素的结构很有帮助。

木素3g或木材10g在含3%盐酸的300mL无水乙醇中，在100℃回流反应48h，对木素进行乙醇解，分解产物称为希伯特酮的多种酮类化合物。

结论：

针叶材主要产物有希伯特酮的五种化合物，主要为愈创木基型，说明针叶材木素的单体主要是愈创木基丙烷。

阔叶材木素乙醇解产物有十种，除了有五种愈创木基型，还有五种紫丁香基型酮类化合物，说明阔叶材木素主要是由愈创木基丙烷和紫丁香基丙烷构成。

草类木素乙醇解产物有十五种，除上述十种外，还有五种对-羟基苯基型的酮类化合物，说明草类木素是由愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷和对-羟基苯丙烷单元构成。

乙醇解不仅证明木素结构单元为C6-C3结构，也说明了Hibbert酮的来源，来源于木素中的β-芳基醚结构，所以测定希伯特酮的生成量，可推测木素中β-芳基醚结构的量。 

综合硝基苯氧化和乙醇解产物得到结论：

针叶木的木素结构主要为愈创木基丙烷；还有少量的对-羟苯基丙烷。

阔叶木木素主要含有愈创木基丙烷和紫丁香基丙烷；极少量的对-羟苯基丙烷。

禾本科植物木素包括愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷和大量的对-羟苯基丙烷。 

（二）光谱分析法

1、紫外吸收光谱法（UV：Ultraviolet AbsorptionSpectrometry）

（1）紫外光谱在结构鉴定中的作用主要是可以鉴别分子中的共轭体系。

（2）木素对紫外光有很强的吸收。而饱和的碳水化合物和其它杂质则无吸收。

（3）木素为芳香族化合物，芳香族化合物都具有环状的共轭体系，一般来讲，它们都有三个吸收带。芳香族化合物中最重要的是苯，苯的带Ⅰλmax=184 nm(κ=47000)，在真空紫外。带Ⅱλmax=204 nm(κ=6900)，带Ⅲλmax=255 nm(κ=230)。

（4）木素紫外光谱的特点：

木素的紫外光谱是木素结构的综合反映，是由构成木素的各个苯丙烷单元及其官能团和化学键导致的光带所组成，由这些光带重叠而成。因此，木素的紫外吸收峰单调而粗宽。

不同方法制备的木素的UV光谱十分相似。其特点是：在波长205 nm左右有一最大值，以后开始下降，到230 nm附近有一个“肩”，随后在280 nm附近有一极大值，然后逐渐下降，到光谱的可见光区。禾本科木素的UV光谱在312~315nm附近还有一个吸收峰。 

红外吸收光谱法（IR: Infrared AbsorptionSpectrometry） 

二、木素的官能团

木素分子中存在多种官能团，例如：

甲氧基（-OCH3）；

酚羟基和脂肪族羟基（-OH）；

羰基（-CO）等,碳碳双键（C=C)

1、甲氧基（-OCH3）

1）木素的示性式

–   云杉MWL：C9H8.83O2.27(OCH3)0.96

–    山毛榉MWL：C9H8.49O2.86(OCH3)1.43

–    桦木MWL：C9H9.03O2.77(OCH3)1.58

–    杨木MWL：C9H7.95O3.00(OCH3)1.35

–   麦草MWL ：C9H7.39O3.00(OCH3)1.07

2）木素中甲氧基含量

–   针叶木木素为14%～16%；

–   阔叶木为19%～22%；

–   草本类木素为14%～15%。

2.羟基（hydroxyl）

1）酚羟基（苯环上）

多数醚化，少数游离。

针叶材木素：醚化70%，游离30%；

阔叶材木素：醚化程度高于针叶材。

醚化的结构单元称为非酚型结构单元。

2）醇羟基（侧链上）

Cα-OH   多数游离

Cβ-OH   主要为醚键

Cγ-OH   主要游离

含量：云杉MWL，总-OH为1.10～1.20/C9，其中酚-OH约0.3/C9，醇-OH约0.85/C9。

3. 羰基和羧基

羰基存在于C3侧链上。分为共轭羰基和非共轭羰基。

Cα：酮基

Cγ：醛基

含量：云杉MWL，约0.2/C9

羧基：不存在。

4. 双键（double bond）

不饱和C3侧链

含量：云杉MWL，0.03/C9

三、木素结构单元间的连接键类型

木素基本结构单元之间以醚键和碳-碳键相连接。其中：

           醚键：              60%~70%

           碳碳键：             30%~40%

(一)醚键的连接

1、烷基芳基醚：β-O-4（40-60%）、α-O-4（5-10%）、γ-O-4（＜5%）连接。

特点：在蒸煮时易断裂，使高分子碎片化。

2、二芳基醚：是一个木素结构单元的酚羟基与另一个单元的芳香环联成的醚，（4－O－5联接）。（5-10%）

该键在一般制浆条件下是稳定的。

3、二烷基醚联接：两个木素结构单元侧链位置上形成的醚键联接，即为α－O－γ′型连接的二烷基醚的松脂酚结构（5-10%）。α－O－β′（＜5%）. 易断裂。

4、甲基芳基醚键（90-95%）

易断裂。

（二）碳－碳键的联接

木素结构单元之间的碳－碳键对化学药品的降解作用具有高度的稳定性。

β－5型：云杉类木素中约为0.11个/C9，其中0.03个为开环。

          桦木木素中0.05个/C9，0.01个为开环。

β－1型、5－5型、β－6型、α－6型、β－β’型、α－β’

（三）酯键的连接

木素结构单元间的酯键在木材中存在较少，在禾草类原料中存在较多。化学稳定性差，碱性溶液中易断裂。

四、木素-碳水化合物复合体 Lignin-CarbohydrateComplex(LCC)

（一）木素-碳水化合物复合体的存在

在制备综纤维素时，如果要从木材原料中把木素完全除去，必会使一部分聚糖随之损失，如果要保持聚糖的完整，则不能把木素彻底除净。

在木材的硫酸盐蒸煮过程中，从初期到后期，在蒸煮液里均能现木素和半纤维素的复合体。

（二）木素-碳水化合物之间的连接键型

（1）α-醚键结合

（2）苯基糖苷键

（3）缩醛键

（4）酯键

（5）由自由基结合而成的-C-O-或–C-C-结合

（6）氢键

木素和碳水化合物之间连接，除了上述的化学键之外，还值得注意的是氢键的作用。

氢键是由木素结构中的羟基与碳水化合物糖基上的羟基所形成的连接。虽然单个氢键的键能较小，但数量多，总的氢键能比共价键要高。

因此，木素与碳水化合物间氢键也是值得重视的。