第十章 人類生活與有機化學

1、第十章第十章 人類生活與有機化學人類生活與有機化學 第一節(jié)第一節(jié) 碳水化合物碳水化合物 最初，人們發(fā)現(xiàn)有些有機物都由C、H、O三種元素組成， 且都符合Cn(H2O)m的通式，所以稱之為碳水化合物碳水化合物。 碳水化合物也叫“糖” 例如： 葡萄糖的分子式為C6H12O6， 可表示為C6(H2O)6 蔗糖的分子式為C12H22O11，可表示為C12(H2O)11 但有的糖不符合碳水化合物的比例 例如：鼠李糖C5H12O5、脫氧核糖C5H10O4。 有些化合物的組成符合碳水化合物的比例，但不是糖。 如：甲酸（CH2O）、乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3） 因此，碳水化合物最好還是叫做糖類較為

2、合理。 多羥基醛和多羥基酮及其縮合物，或水解后能多羥基醛和多羥基酮及其縮合物，或水解后能 產生多羥基醛、酮的一類有機化合物。產生多羥基醛、酮的一類有機化合物。 確切定義： 糖的分類糖的分類 單糖： 不能再水解的多羥基醛或多羥基酮 低聚糖： 含210個單糖結構的縮合物 如：蔗糖、麥芽糖、乳糖等。 多糖： 含10個以上單糖結構的縮合物 如：淀粉、纖維素等。 如：葡萄糖 存在與來源存在與來源 6H2O6CO2+C6H12O6 + 6O2 葉綠素 日光 糖類廣泛存在于自然界。植物在日光的作用下，在葉 綠素催化下將空氣中的二氧化碳和水轉化成葡萄糖： 葡萄糖在植物體內進一步結合生成多糖多糖淀粉及纖維素。

3、一、單糖一、單糖 醛糖： 含有醛基葡萄糖 CH2CH CH CH CH C OHOHOHOHOH H O 酮糖： 含有酮基果糖 CH2CH CH CH C CH2 OOHOHOHOH OH 單糖不僅以開鏈式開鏈式存在，還有其它的存在形式。 19251930年，由X射線等現(xiàn)代物理方法證明，葡萄糖主 要是以氧環(huán)式存在的。 CH2OH CHO CH2OH C H OH O 環(huán)狀結構 型型 型型 H O OH H OHH OH CH2OH H H OH ：C5上的羥甲基和羥基在異側異側 ：C5上的羥甲基和羥基在同側同側 H O OH H OHH OH CH2OH H OH H 單糖的物理性質：單糖的物

4、理性質：有甜味，易溶于水，難溶于有機溶劑。 化學性質：化學性質： （1）與托倫試劑托倫試劑和斐林試劑斐林試劑反應 與托倫試劑反應產生銀鏡銀鏡 與斐林試劑反應生成氧化亞銅的磚紅色沉淀磚紅色沉淀 葡萄糖分子的醛基（-CHO）被氧化為羧基（-COOH） 果糖在堿溶液中羰基（ ）與相鄰的-CH2OH相互 影響，發(fā)生復雜的變化，也能與托倫試劑和斐林試 劑反應 C O 能被弱氧化劑氧化的糖，都稱為還原糖，所以，葡 萄糖和果糖都是還原糖。 （2）與溴水反應）與溴水反應 溴水能氧化醛糖成為糖酸，自身的黃色消去： CH2OH(CHOH)4C H O Br2-H2O CH2OH(CHOH)4COOH 但不能氧化酮

5、糖區(qū)別醛糖和酮糖。 （3）還原反應）還原反應 CH2OH(CHOH)4C H O H2 / NaBH4 CH2OH(CHOH)4CH2OH 葡萄糖醇（山梨醇） 2. 葡萄糖葡萄糖 存在于： 甜水果（葡萄）、蜂蜜、植物種子 動物體內，如血糖 正常人尿中葡萄糖含量不超過不超過0.01%，超過就是糖尿病 檢驗糖尿病班氏試劑 （硫酸銅 + 碳酸鈉+ 檸檬酸鈉） 物理性質：白色晶體、易溶于水，熔點146 作用與用途 人體的營養(yǎng)物質：提供能量 強心、利尿、解毒 醫(yī)藥： 制造維生素C、葡萄糖酸鈣 其他行業(yè)：充當還原劑 3. 果糖果糖 物理性質：白色晶體、易溶于水，熔點103 存在于： 水果、蜂蜜、某些植物（

6、菊根粉） 動物的前列腺 4. 核糖核糖 分子式：C5H10O5結構式：CH2CH CH CH C OHOHOHOH H O C2上脫氧 CH2CH CH CH2C OHOHOH H O 脫氧核糖脫氧核糖 核糖與脫氧核糖存在生物體的 核蛋白中，是核酸、脫氧核糖 核酸、一些酶和維生素的基本 成分，是人類生命活動中不可 缺少的物質。 5. 維生素維生素C 維生素C不是單糖！而是與單糖有關的化合物。 CH2CH CH CCC OHOHOHOH O O CH2CH CH CH CH C OHOHOHOHOH H O 葡萄糖 山梨醇山梨糖 性質：白色結晶狀粉末，味酸，易溶于水，其水溶液不 耐熱。存在新鮮的

7、水果和蔬菜中。 還原性強 作為抗氧化劑 保存食物 人體服用： 在人體內氧化成脫氧抗 壞血酸，維持人體結締 組織的正常代謝 防癌效果：阻止機體內氨基被亞硝酸氧化成 亞硝基胺 單糖： 大多數(shù)碳水化合物符合 的通式，又叫 。 Cn(H2O)m “糖糖” 不能再 的多羥基醛或多羥基酮。 水解水解 最典型的單糖：葡萄糖和果糖 CH2CH CH CH CH C OHOHOHOHOH H O 葡萄糖分子的結構中含有 ： 醛基醛基 果糖分子的結構中含有 ： 酮基酮基 CH2CH CH CH C CH2 OOHOHOHOH OH 單糖分子結構不僅有直鏈，還有 。 環(huán)狀結構環(huán)狀結構 二、低聚糖 含210個單糖結構

8、的縮合物低聚糖： 最重要的低聚糖是二糖 （含兩個單糖結構） 有的二糖含有醛基，能被氧化劑氧化，稱為還原性雙糖； 有的二糖不含有醛基，稱為非還原性雙糖。 1. 1. 蔗糖蔗糖 分布： 植物體內（甘蔗、甜菜中含量最多） 物理性質：白色晶體，易溶于水，熔點185 ，比葡萄 糖甜，不如果糖甜。 分子式：C12H22O11 (非還原性雙糖) C12H22O11 + H2OC6H12O6 + C6H12O6 酸 或 堿 加 熱 蔗 糖葡 萄 糖 果 糖 2. 麥芽糖 存在：發(fā)芽的大麥中 物理性質： 白色晶體（當處于非結晶狀態(tài)時是糖漿）， 易溶于水，熔點160165 ，不如蔗糖甜。 分子式： C12H22O

9、11 C12H22O11 + H2O2 C6H12O6 酸 或 酶 加 熱 麥芽糖葡萄糖 分子式與蔗糖相同，但結構不同，與蔗糖互為 同分異構體。 可看出麥芽糖由兩分子葡萄糖組成 （還原性雙糖） 麥芽糖的制備： 用含淀粉較多的糧食（大米、玉米、薯類 等），在淀粉酶作用下，60 水解而得。 3. 乳糖 存在：哺乳動物的乳汁、一些水果 物理性質：白色粉末，易溶于水，熔點202 分子式：C12H22O11 （還原性雙糖） C12H22O11 + H2OC6H12O6 + C6H12O6 催 化 劑 葡萄糖半乳糖 乳糖 nC12H22O11 2（C6H10O5）n + n H2O 淀 粉 酶 麥 芽 糖

10、淀 粉 三、多糖 含10個以上單糖結構的縮合物。多糖： 是一種天然高分子化合物，是由很多個單糖分子 按照一定的方式相連的高聚物。 存在：動植物體內 性質：一般不溶于水，沒有甜味，沒有還原性。 1. 淀粉 存在：植物的種子、塊莖和塊根中（大米、小麥、玉 米、馬鈴薯等） 物理性質：白色無定形粉末，不溶于水，不溶于一般 的有機溶劑 遇碘變藍色（用于檢驗碘或淀粉） 淀粉的組成 直鏈淀粉 支鏈淀粉 ：無支鏈（20%） ：多支鏈（80%） 分子量較小 分子量較大 能溶于熱水，不成糊狀 與熱水作用，膨脹成糊狀 煮飯的過程 含支鏈淀粉越多，粘性越大 （C6H10O5）n + n H2On C6H12O6 催

11、化 劑 葡 萄 糖 淀 粉 2. 纖維素 存在：植物細胞壁 物理性質： 無色無味，具有纖維狀結構，不溶于水和 一般有機溶劑 比淀粉難水解： （C6H10O5）n + n H2On C6H12O6 催 化 劑 葡 萄 糖 纖 維 素 C6H7O2(OH)3n 因此纖維素分子中大約含有幾千個葡萄糖單元幾千個葡萄糖單元，每一個 葡萄糖單元都含有三個醇羥基三個醇羥基，因此纖維素的化學式可 表示為： 由于纖維素中含有羥基，因此可以起酯化反應： 而一些動物（馬、牛、羊等）的消化系統(tǒng)里有纖維素酶， 因此它們可以吃草為生。 人的消化系統(tǒng)里沒有水解纖維素的纖維素酶，所以纖維 素不能作為人的營養(yǎng)物質， (C4H7

12、O2) OH OH OH n + 3nHO-NO2 濃 H2SO4 (C4H7O2) ONO2 ONO2 ONO2 n + 3nH2O 纖維素三硝酸酯 （硝化纖維） 硝化纖維 高氮硝化纖維 低氮硝化纖維 ：制造無煙火藥 ：制造噴漆、賽璐璐 和其他酸生成酯：人造絲、膠片等 制造紙張、人造纖維 用途 短纖維 濃NaOH溶液 CS2 溶于稀NaOH溶液 粘膠液 通過小孔小孔壓入稀硫酸中 粘膠纖維 通過狹縫狹縫壓入稀硫酸中 細長：人造絲 短粗：人造棉 得到玻璃紙 造紙： 含有大量纖維素的物 質（樹皮、稻草等） 磨碎 NaOH處理 紙漿 （纖維素+水） 加入填充劑、 明礬等 漂白、打漿、抄紙等烘干 紙

13、第二節(jié) 蛋白質 一、氨基酸 蛋白質水解最終得到的是氨基酸，所以氨基酸是蛋 白質的結構單元。 天然蛋白質水解后得到的是-氨基酸， 通式： RCCOOH H NH2 可看成是羧酸的碳原子 上連了一個氨基，所以稱 為氨基酸 離羧基最近的碳原 子稱為碳原子 氨基酸的種類隨著R的不同而變化 如： H3CCCOOH H NH2 丙 氨 酸 ：HCCOOH H NH2 甘 氨 酸 ： 物理性質： 無色晶體，易溶于水，難溶于一般的有機溶劑 熔點為200300 ，易分解。 化學性質： （1）兩性 氨基與酸反應： H2CCOOH NH2 + HClH2CCOOH NH2HCl 鹽 酸 氨 基 乙 酸 H2CCOO

14、H NH2 + NaOHH2CCOONa NH2 氨基乙酸鈉 + H2O 羧基與堿反應： （2）與水合茚三酮反應 -氨基酸在堿性溶液中與水合茚三酮作用，生成藍紫色藍紫色 的物質，是鑒別-氨基酸的靈敏的方法。 水合茚三酮 C C C O O OH OH RCHCOOH NH2 C C C O O C C C O N HO + + RCHO+ CO H2O+ 3 2. 肽、多肽 肽： -氨基酸分子之間的氨基與羧基脫水氨基與羧基脫水縮合生成的產物 （酰胺），其形成的酰胺鍵稱為肽鍵。 NH2CH R C O OHNCH R COOH + - H2O NH2CH R C O NHCH R COOH 肽鍵

15、 H H 由兩個-氨基酸形成的肽叫二肽，由多個-氨基酸形成 的肽叫多肽。 一般把含100個以上氨基酸的多肽（有時是含50個以上） 稱為蛋白質 肽鏈的一端有游離的氨基（-NH2），稱為N端； 鏈的另一端有游離的羧基（-COOH），稱為C端。 NH2CH R C O NHCH R C O NH CH R COOH n CN 端 端 寫在左邊 寫在右邊 二、蛋白質 存在： 生物體內（肌肉、皮膚、血液等） 酶、激素、病毒也屬于蛋白質。 是由不同的-氨基酸通過肽鍵構成的高分子化合物。 分子量很大：幾萬幾千萬 結構： 不同的-氨基酸連成長鏈，長鏈中的肽鍵( ) 之間產生較強的吸引力，使長鏈不是直鏈，而是

16、螺旋結構和褶板結構。 特性： 有與氨基酸相似的性質（仍有游離的氨基和羧基） 沉淀 可逆沉淀： 不可逆沉淀： 沉淀出來的蛋白質結構基本不變，沉 淀能重新溶解 沉淀出來的蛋白質不能重新溶解 重金屬鹽法 CN OH 鹽析法 二、蛋白質 是由不同的-氨基酸通過肽鍵構成的高分子化合物。 分子量很大：幾萬幾千萬 存在： 生物體內（肌肉、皮膚、血液等） 酶、激素、病毒也屬于蛋白質。 結構： 不同的-氨基酸連成長鏈，長鏈中的肽鍵( )CN OH 之間產生較強的吸引力，使長鏈不是直鏈，而是 螺旋結構和褶板結構。 特性： 有與氨基酸相似的性質（仍有游離的氨基和羧基） 沉淀 可逆沉淀： 不可逆沉淀： 沉淀出來的蛋白

17、質結構基本不變，沉 淀能重新溶解 鹽析法 二、蛋白質 是由不同的-氨基酸通過肽鍵構成的高分子化合物。 分子量很大：幾萬幾千萬 存在： 生物體內（肌肉、皮膚、血液等） 酶、激素、病毒也屬于蛋白質。 結構： 不同的-氨基酸連成長鏈，長鏈中的肽鍵( )CN OH 之間產生較強的吸引力，使長鏈不是直鏈，而是 螺旋結構和褶板結構。 特性： 有與氨基酸相似的性質（仍有游離的氨基和羧基） 沉淀 可逆沉淀： 不可逆沉淀： 沉淀出來的蛋白質結構基本不變，沉 淀能重新溶解 鹽析法 沉淀出來的蛋白質不能重新溶解 重金屬鹽法 （2）變性 指蛋白質受物理因素（加熱、強烈震蕩、紫外線/X光照射） 或化學因素（強酸、重金屬

18、鹽、酒精等）的影響，其性質性質 和內部結構發(fā)生改變和內部結構發(fā)生改變的作用。 變性后的特點特點： 喪失生物活性 溶解度降低 易被水解（對水解酶的抵抗力減弱） 變性作用的利用利用： 消毒、殺菌、點豆腐等 排毒（重金屬鹽中毒的急救） 腫瘤的治療（放療殺死癌細胞） 變性作用的防治防治： 疫苗的貯存 人體衰老（緩慢變性） 防止紫外光灼傷皮膚 （3）顯色反應 縮二脲縮二脲反應： 蛋白質與新配置的堿性硫酸銅溶 液反應，出現(xiàn)紫色的反應。 蛋白黃蛋白黃反應：蛋白質中含有苯環(huán)的氨基酸，遇 濃硝酸發(fā)生硝化反應而生成黃色 硝基化合物的反應 茚三酮茚三酮反應： 蛋白質與稀的茚三酮溶液共熱， 呈現(xiàn)藍色的反應。 2. 2. 酶酶 酶是一類有生物活性的蛋白質有生物活性的蛋白質，它能催化許多化學 反應和生物體內的復雜化學反應，故又稱為生物催 化劑。 特性： 催化效率高： 催化效率高： 比一般催化劑高1081010倍 反應條件溫和：反應條件溫和： 一般在常溫常壓和pH 7左右 進行 高度的專一性和選擇性高度的專一性和選擇性： 一種酶只能催化一種化學反應，并且能從 混合物中挑選出和自己相對應的物質進行 催化。 酶的應用：酶的應用： 淀粉酶制葡萄糖、釀酒、香料加工等 蛋白酶醫(yī)藥、制革、食品等