试分析纤维素的分子链为什么是刚性的。 (提示:从纤维素链节结构分析阻碍内旋转的因素)

考查要点：本题要求分析纤维素分子链刚性的原因，需结合链节结构特点，重点理解分子内作用力与环状结构对内旋转的阻碍作用。

解题核心思路：

1. 链节结构刚性：纤维素的葡萄糖单元以六元吡喃环形式存在，环状结构本身具有刚性，限制相邻糖苷键的旋转。
2. 分子内氢键固定构象：分子内氢键的形成会锁定链的局部构象，进一步阻碍糖苷键的旋转。
3. 分子间强相互作用：极性羟基通过氢键形成分子间作用力，增强整体刚性。

破题关键点：

• 明确纤维素的链节定义（相邻葡萄糖单元间的连接部分）。
• 结合吡喃环结构、氢键形成与糖苷键旋转的关系。

纤维素的分子链刚性主要由以下因素决定：

1. 六元吡喃环的结构限制

葡萄糖单元以吡喃环形式存在，环状结构具有较高的平面刚性。相邻葡萄糖单元通过糖苷键连接，但吡喃环的共轭效应和环张力使糖苷键的旋转受到显著限制，导致链节长度固定。

2. 分子内氢键的形成

每个葡萄糖单元的羟基（-OH）可与相邻单元的羟基形成分子内氢键，例如：
$\text{O-H} \cdots \text{O}$
这种氢键会锁定链的局部构象，使糖苷键无法自由旋转，进一步增强刚性。

3. 分子间强相互作用

纤维素分子链通过分子间氢键和范德华力相互作用，形成致密的网络结构。极性羟基的强相互作用不仅限制链的运动，还使分子链整体呈现刚性。