第32講-生命中的基礎有機化學物質

第32講生命中的基礎有機化學物質基礎考點梳理最新考綱1.了解油脂和糖類的組成和性質特點，能舉例說明油脂和糖類在食品加工和生物能源開發(fā)上的應用。2了解氨基酸的組成、結構特點和主要性質，氨基酸與人體健康的關系。3了解蛋白質的組成、結構和性質。4了解化學科學在生命科學發(fā)展中所起的重要作用。自主復習一、油脂1概念油脂是甘油與高級脂肪酸脫水形成的酯。常見的形成油脂的高級脂肪酸有：硬脂酸C17H35COOH、軟脂酸C15H31COOH、油酸C17H33COOH。3分類(1)按狀態(tài)分4物理性質(1)油脂一般不溶于水，密度比水小。(2)天然油脂都是混合物，沒有恒定的沸點、熔點。含不飽和脂肪酸成分較多的甘油酯，常溫下一般呈液態(tài)，含飽和脂肪酸成分較多的甘油酯，常溫下一般呈固態(tài)。5化學性質(1)油脂的氫化(油脂的硬化)油酸甘油酯與H2發(fā)生加成反應的化學方程式為：(2)水解反應酸性條件下如硬脂酸甘油酯的水解反應方程式為：堿性條件下皂化反應如硬脂酸甘油酯的水解反應方程式為：其水解程度比酸性條件下水解程度大。二、糖類1糖類的概念和分類(1)概念：多羥基醛、多羥基酮和它們的脫水縮合物。(2)分類單糖：不能發(fā)生水解的糖。如葡萄糖、果糖、核糖等。低聚糖：1 mol糖能水解生成210 mol單糖的糖，以二糖最為重要，常見的二糖有麥芽糖、乳糖和蔗糖等。多糖：1 mol糖能水解生成很多摩爾單糖的糖。如淀粉、纖維素(它們屬于天然高分子化合物)等。2葡萄糖與果糖(1)組成和分子結構分子式結構簡式官能團二者關系葡萄糖C6H12O6CH2OH(CHOH)4CHOOH、CHO同分異構體果糖C6H12O6CH2OH(CHOH)3COCH2OHCO OH(2)葡萄糖的化學性質還原性：能發(fā)生銀鏡反應和與新制Cu(OH)2懸濁液反應。加成反應：與H2發(fā)生加成反應生成己六醇。酯化反應：葡萄糖含有醇羥基，能與羧酸發(fā)生酯化反應。發(fā)酵成醇：由葡萄糖發(fā)酵制乙醇的化學方程式為：C6H 2C2H5OH2CO2。生理氧化反應的化學方程式為：C6H6O2(g)6CO2(g)6H2O(l)。3蔗糖和麥芽糖蔗糖麥芽糖分子式C12H22O11C12O22O11分子結構分子中無醛基分子中有醛基都是二糖，都可看作是由兩分子單糖脫水形成的相互關系互為同分異構體物理性質無色晶體，易溶于水，有甜味白色晶體，易溶于水，有甜味蔗糖比麥芽糖甜4.淀粉和纖維素淀粉纖維素通式(C6H10O5)n(C6H10O5)n結構幾百到幾千個單糖單元幾千個單糖單元，每個單元有3個醇羥基相對分子質量幾萬到幾十萬幾十萬到幾百萬物理性質白色、無臭、無味的粉末狀物質，不溶于冷水白色、無臭、無味的具有纖維狀的結構，不溶于水和有機溶劑注意：糖類可用通式Cm(H2O)n表示，但符合Cm(H2O)n的不一定是糖類。如C2H4O2為乙酸或甲酸甲酯。書寫糖類水解的化學方程式時，化學式下面一般要注名稱，因為糖類有同分異構體。淀粉和纖維素通式相同，但不屬于同分異構體，因為其n值不同。三、蛋白質和核酸1氨基酸的結構和性質(1)概念：羧酸分子中與羧基相連的碳原子上的氫原子被氨基取代后的產(chǎn)物。通式為：(2)官能團氨基(NH2)：與酸反應生成鹽。羧基(COOH)：與堿反應生成鹽。(3)氨基酸的性質2蛋白質(1)蛋白質的組成和結構蛋白質的成分里含有碳、氫、氧、氮、硫等元素。蛋白質是由不同氨基酸按不同排列順序相互結合而構成的高分子化合物。蛋白質分子中含有未縮合的羧基(COOH)和氨基(NH2)。蛋白質溶液是一種膠體。(2)蛋白質的性質兩性：因為有NH2和COOH。水解：在酸、堿或酶作用下天然蛋白質水解為肽類化合物，天然蛋白質最終水解產(chǎn)物為氨基酸。鹽析：少量Na2SO4、(NH4)2SO4可促進蛋白質的溶解，濃的上述無機鹽溶液可降低蛋白質的溶解度，而使蛋白質析出。變性：使蛋白質變性的物理因素有加熱、加壓、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波等。使蛋白質變性的化學因素有強酸、強堿、重金屬鹽、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。顏色反應：具有苯環(huán)結構的蛋白質遇濃HNO3顯黃色。灼燒：灼燒蛋白質有燒焦羽毛的氣味。3酶(1)酶是一類蛋白質，性質與蛋白質相似。(2)酶是一種高效生物催化劑，其催化作用有以下特點：高度的專一性。高效的催化作用。條件溫和、不需加熱。4核酸(1)分類核酸是一類含磷的生物高分子化合物；核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。(2)作用核酸在生物體的生長、繁殖、遺傳、變異等生命現(xiàn)象中起著決定性作用。注意：輕金屬鹽如Na2SO4、(NH4)2SO4使蛋白質鹽析，而重金屬如Cu2、Ag、Hg2等可使蛋白質變性，前者是可逆的物理過程，后者則是不可逆的化學變化。網(wǎng)絡構建生命中的基礎有機化學物質熱點典例突破熱點考向1.油脂、糖類、蛋白質的結構及主要性質。2根據(jù)油脂的性質推測油脂的分子結構。3淀粉、纖維素水解產(chǎn)物及蛋白質的檢驗。4油脂、糖類、氨基酸同分異構體的判斷。5油脂、糖類、蛋白質與人體健康的關系。熱點探究熱點1油脂1.概念由多種高級脂肪酸跟甘油生成的酯。常見的形成油脂的高級脂肪酸有硬脂酸：C17H35COOH、軟脂酸：C15H31COOH、油酸：C17H33COOH。2結構3物理性質(1)油脂一般不溶于水，密度比水小。(2)天然油脂都是混合物，沒有固定的熔點、沸點。不飽和脂肪酸甘油酯，常溫下一般呈液態(tài)，飽和脂肪酸甘油酯，常溫下一般呈固態(tài)。4化學性質(1)油脂的氫化油酸甘油酸(油)氫化的化學方程式為：油脂的氫化也叫油脂的硬化，屬于還原反應，也屬于加成反應；所得油脂又稱為人造脂肪或硬化油。(2)水解反應酸性條件下如硬脂酸甘油酯的水解：堿性條件下如硬脂酸甘油酯的水解：油脂堿性條件下的水解反應，也叫皂化反應，其水解程度比酸性條件下水解程度大?！纠?】.某天然油脂A的分子式為C57H106O6。1摩爾該油脂水解可得到1摩爾甘油、1摩爾不飽和脂肪酸B和2摩爾直鏈飽和脂肪酸C。經(jīng)測定B的相對分子質量為280，原子個數(shù)比為C：H：O9：16：1。(1)寫出B的分子式：_。(2)寫出C的結構簡式：_；C的名稱是_。(3)寫出含5個碳原子的C同系物的同分異構體的結構簡式：_。.RCH=CHR與堿性KMnO4溶液共熱后酸化，發(fā)生雙鍵斷裂生成羧酸：RCH=CHRRCOOHRCOOH，常利用該反應的產(chǎn)物反推含碳碳雙鍵化合物的結構。在催化劑存在下，1摩爾不飽和脂肪酸B和1摩爾氫氣反應后經(jīng)處理得到D和E的混合物，D和E互為同分異構體。當D和E的混合物與堿性KMnO4溶液共熱后酸化，得到如下四種產(chǎn)物：HOOC(CH2)10COOHCH3(CH2)7COOHHOOC(CH2)7COOHCH3(CH2)4COOH(4)寫出D和E的結構簡式：_。(5)寫出B的結構簡式：_。(6)寫出天然油脂A的一種可能結構簡式：_。解析.“根據(jù)B的相對分子質量為280、原子個數(shù)比為C：H：O9：16：1”知B的分子式為C18H32O2；已知甘油的碳原子數(shù)為3，則由題意可知C的碳原子數(shù)為18(C原子數(shù)守恒)。由于C為飽和脂肪酸，所以C的分子式為C18H36O2，結構簡式為CH3(CH2)16COOH；5個碳原子的C的同系物分子式為C5H10O2，其同分異構體分別為：CH3(CH2)3COOH，(CH3)3CCOOH；.根據(jù)題給信息雙鍵斷裂后在其斷鍵后的碳上產(chǎn)生羧基，1molB與1molH2反應后產(chǎn)生的D、E只含一個雙鍵，因此根據(jù)題目給出“四種產(chǎn)物”不難推出D和E的結構簡式分別為：CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH，CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH。由D、E的結構簡式不難推出B的結構簡式和A的可能結構簡式。答案(1)C18H32O2(2)CH3(CH2)16COOH硬脂酸(或十八烷酸，十八酸)(3)CH3CH2CH2CH2COOH、(4)CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOHCH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH(5)CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH點評此題是通過計算和分析推導有機物分子結構的題目，主要考查計算、分析推理能力和考查分子式、結構簡式、同分異構體等概念的掌握情況；此題屬于信息給予題，主要考查學生的閱讀能力，自學能力、綜合分析能力及思維遷移和發(fā)散能力。變式1油脂是油與脂肪的總稱，它是多種高級脂肪酸的甘油酯。油脂既是重要的食物，又是重要的化工原料。油脂的以下性質和用途與其含有的不飽和雙鍵(CC)有關的是()A適量攝入油脂，有助于人體吸收多種脂溶性維生素和胡蘿卜素B利用油脂在堿性條件下的水解，可以生產(chǎn)甘油和肥皂C植物油通過氫化可以制造植物奶油(人造奶油)D脂肪是有機體組織里儲存能量的重要物質解析：解答本題的關鍵是注意審題，與含有不飽和雙鍵(CC)有關的油脂的性質是油脂的氫化，C選項符合題意。答案：C熱點2糖類1.糖的概念與分類(1)概念：從分子結構上看，糖類可定義為多羥基醛、多羥基酮和它們的脫水縮合物。(2)分類(從能否水解及水解產(chǎn)物分)單糖：不能水解成更簡單的糖，如葡萄糖、果糖。低聚糖：1 mol糖水解生成210 mol單糖，最重要的為二糖，如蔗糖、麥芽糖。多糖：1 mol多糖水解生成多摩爾單糖，如淀粉、纖維素。2葡萄糖和果糖(1)組成和分子結構葡萄糖和果糖分子式均為C6H12O6，最簡式為：CH2O，葡萄糖結構簡式為：CH2OH(CHOH)4CHO，官能團為：CHO、OH，果糖結構簡式為：CH2OH(CHOH)3COCH2OH，官能團的CO 、OH，二者互為同分異構體。(2)葡萄糖的化學性質還原性：能發(fā)生銀鏡反應和與新制Cu(OH)2反應，生成紅色沉淀，反應的化學方程式分別為CH2OH(CHOH)4CHO2Ag(NH3)2OHCH2OH(CHOH)4COONH42Ag3NH3H2O，CH2OH(CHOH)4CHO2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COOHCu2O2H2O。加成反應：與H2發(fā)生加成反應生成己六醇。酯化反應：葡萄糖含有醇羥基，能與羧酸發(fā)生酯化反應。發(fā)酵成醇：由葡萄糖發(fā)酵制乙醇的化學方程式為：C6H 2C2H5OH2CO2生理氧化反應：C6H (s)6O2(g)=6CO2(g)6H2O(1)H2 804 kJ/mol3蔗糖和麥芽糖(1)相似點組成相同，化學式均為C12H22O11，二者互為同分異構體。都屬于二糖，能發(fā)生水解反應。(2)不同點官能團不同麥芽糖分子中含有醛基，能發(fā)生銀鏡反應，能還原新制Cu(OH)2。水解產(chǎn)物不同蔗糖和麥芽糖發(fā)生水解反應的化學方程式分別為：4淀粉和纖維素(1)相似點都屬于高分子化合物，屬于多糖，分子式都可表示為(C6H10O5)n，但二者不屬于同分異構體。都能發(fā)生水解反應，反應的化學方程式分別為都不能發(fā)生銀鏡反應。(2)不同點通式中n值不同。淀粉遇碘呈現(xiàn)特殊的藍色。特別提醒：淀粉和纖維素的通式相同，但二者不互為同分異構體，因為n值不同。用碘水檢驗淀粉時，不能在堿性條件下進行，否則因發(fā)生I22OH=IIOH2O而使實驗不能成功。用銀氨溶液或新制Cu(OH)2懸濁液檢驗水解產(chǎn)物葡萄糖時，必須在堿性條件下進行，因此預先必須用NaOH溶液將水解液中的H2SO4中和，并將溶液轉化為堿性溶液?！纠?】2006年諾貝爾化學、醫(yī)學或生理學獎分別授予在研究DNA、RNA方面有突出成就的美國科學家。核酸有兩種：含核糖的是核糖核酸(RNA)，含脫氧核糖的是脫氧核糖核酸(DNA)，人們的基因組通過從細胞核里的DNA向蛋白質的合成機制發(fā)出生產(chǎn)蛋白質的指令運作，這些指令通過RNA傳送。核糖是合成核酸的重要原料，常見的兩種核糖結構簡式為：D核糖；戊醛糖CH2OHCHOHCHOHCHOHCHO，下列關于核糖的敘述不正確的是()A戊醛糖和D核糖互為同分異構體B它們都能發(fā)生酯化反應C戊醛糖屬于單糖D由戊醛糖脫氧核糖(CH2OHCHOHCHOHCH2CHO)可看作一個氧化過程解析選項A，它們分子式相同，均為C5H10O5，但結構不同，互為同分異構體；選項B，分子結構中都有羥基，能發(fā)生酯化反應；選項C，戊醛糖不能再水解，屬單糖；選項D，戊醛糖(C5H10O5)脫氧核糖(C5H10O4)少一個氧，應為還原過程。答案D變式2核糖是合成核酸的重要原料，結構簡式為：CH2OHCHOHCHOHCHOHCHO下列關于核糖的敘述正確的是()A與葡萄糖互為同分異構體B可以與銀氨溶液作用形成銀鏡C可以跟氯化鐵溶液作用顯色D可以使紫色石蕊試液變紅解析：A項錯，葡萄糖的結構簡式為：CH2OHCHOHCHOHCHOHCHOHCHO，此核糖的結構簡式多一個CHOH；B項正確，因有醛基可發(fā)生銀鏡反應；C項錯，酚羥基與FeCl3溶液作用才能發(fā)生顯色反應；D項錯，核糖沒有酸性，不能使紫色石蕊試液變紅。答案：B熱點3氨基酸與蛋白質1.氨基酸的成肽反應一個氨基酸分子的羧基與另一個氨基酸分子的氨基脫去水分子，經(jīng)縮合而成的產(chǎn)物叫肽。稱為肽鍵。兩分子氨基酸脫去一分子水生成二肽；三分子氨基酸脫去兩分子水生成三肽多分子氨基酸脫水生成多肽或蛋白質。2氨基酸縮聚可生成高分子化合物3氨基酸分子間縮水也可生成環(huán)狀化合物4已知多肽確定氨基酸單體首先斷裂肽鍵中的CN鍵，然后CO 上加OH變COOH，加H變NH2。例如：的單體為【例3】某種甜味劑A的甜度是蔗糖的200倍，由于它熱量值低、口感好、副作用小，已在90多個國家廣泛使用，A的結構簡式如下：已知：在一定條件下，羧酸酯或羧酸與含NH2的化合物反應可以生成酰胺。例如：酯比酰胺容易水解。請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?1)在稀酸存在條件下加熱，化合物A首先生成的水解產(chǎn)物是_和_。(2)在濃酸和長時間加熱條件下，化合物A可以水解生成_、_和_。(3)化合物A分子內的官能團之間也可以發(fā)生反應，再生成一個酰胺鍵，產(chǎn)物是甲醇和_(填結構簡式，該分子中除苯環(huán)以外，還含有一個6原子組成的環(huán))。解析(1)酰胺和酯類分別含有和虛線處既是生成該類物質時形成的鍵又是水解斷裂的鍵。(2)注意題給信息，酯比酰胺易水解。利用信息酯比酰胺容易水解，在條件(1)下，只能是A中的酯基水解，產(chǎn)物中必有甲醇；在條件(2)下，酯和酰胺都水解，產(chǎn)物有三種，由第三問中的題意可知，分子內官能團氨基與酯基之間則按信息中的第一步反應方式進行。變式3(1)氨基酸能與HNO2反應得到羥基酸。如：試寫出下列變化中A、B、C、D四種有機物的結構簡式：A_、B_、C_、D_。(2)下列物質中，既能與NaOH反應，又能與硝酸反應，還能水解的是_。Al2O3Al(OH)3氨基酸二肽(NH4)2CO3NaHCO3纖維素蛋白質NH4I()A BC D全部解析：(1)生成A的反應顯然是中和反應，生成B的反應是題給信息的應用，只要把NH2改寫成OH即可。生成C的反應從題目容易知道是氨基酸的縮合反應。生成D的反應從B的結構容易推得是普通的酯化反應。(2)Al2O3、Al(OH)3、氨基酸與NaOH、HNO3均能發(fā)生反應，但三者均不能發(fā)生水解反應；二肽和蛋白質分子結構中均含有NH2、COOH及，因此與NaOH、HNO3均能發(fā)生反應，且均能發(fā)生水解反應；中含有OH和COONa，OH與NaOH反應，COONa與HNO3反應，且COONa能發(fā)生水解；纖維素與NaOH不反應；NH4I與NaOH發(fā)生反應NHOH=NH3H2O，與HNO3發(fā)生氧化還原反應，且NH能發(fā)生水解。故選B。方法規(guī)律技巧淀粉水解程度的判斷及水解產(chǎn)物的檢驗1原理(1)淀粉在20% H2SO4的作用下，加熱發(fā)生水解反應，其水解過程是分步進行的，最終水解產(chǎn)物為葡萄糖。(2)反應物淀粉遇碘變藍色，不能發(fā)生銀鏡反應，產(chǎn)物葡萄糖遇碘不能變藍色，能發(fā)生銀鏡反應，依據(jù)這一性質可以判斷淀粉的水解程度。其水解過程為：2檢驗淀粉水解及水解程度的實驗步驟及結論(1)步驟：(2)實驗現(xiàn)象及結論：現(xiàn)象A現(xiàn)象B結論未出現(xiàn)銀鏡溶液變藍色淀粉尚未水解出現(xiàn)銀鏡溶液變藍色淀粉部分水解出現(xiàn)銀鏡溶液不變藍色淀粉完全水解溫馨提示：(1)用碘水檢驗淀粉時，應在加NaOH之前，否則I2與NaOH反應而看不到藍色。(2)檢驗葡萄糖時，必須先用NaOH中和水解液中的H2SO4，轉化成堿性溶液，再加銀氨溶液或新制Cu(OH)2懸濁液?！究祭磕硨W生設計了四個實驗方案，用以檢驗淀粉的水解情況。(1)方案甲：淀粉液水解液溶液變藍結論：淀粉沒有水解。(2)方案乙：淀粉液水解液無紅色沉淀結論：淀粉完全沒有水解。(3)方案丙：淀粉液水解液中和液有紅色沉淀結論：淀粉已發(fā)生水解。(4)方案?。航Y論：淀粉部分水解。以上四種方案的設計及結論是否正確？如不正確，請簡述理由。解析解答該題要先抓住實驗目的和實驗設計可行性之間的關系，然后對比各方案的設計與實驗結論是否一致。淀粉水解時需要用稀H2SO4作催化劑，而葡萄糖與新制Cu(OH)2或銀氨溶液反應是在堿性條件下才能進行的，故實驗時要先用NaOH溶液中和催化劑H2SO4，至溶液顯堿性。這是實驗成功的關鍵。答案(1)方案甲設計正確，但結論不正確。因為淀粉可能部分水解(2)方案乙設計不正確，結論也不正確。因為在酸性條件下，Cu(OH)2與H2SO4反應，而不能與葡萄糖反應(3)方案丙設計和結論都正確(4)方案丁設計和結論都正確變式(2010北京西城)與淀粉相關的物質間轉化關系如圖所示。其中B的分子中含有一個甲基，B與羧酸和醇均能發(fā)生酯化反應；C的催化氧化產(chǎn)物既是合成酚醛樹脂的原料之一，又是常見的居室污染物；E能使Br2的CCl4溶液褪色。(1)B的結構簡式是_。(2)EF的化學方程式是_。(3)某同學欲驗證淀粉完全水解的產(chǎn)物A，進行如下實驗操作：在試管中加入少量淀粉加熱34 min加入少量新制的Cu(OH)2懸濁液加入少量稀硫酸加熱待冷卻后，滴加NaOH溶液至溶液呈堿性。則以上操作步驟正確的順序是(填選項序號)_。abc d解析：淀粉水解產(chǎn)物為葡萄糖，則A為葡萄糖。(1)B與羧酸和醇均能發(fā)生酯化反應，則B含有羧基和羥基，又B中含有1個甲基，則其結構簡式為。(2)C的催化氧化產(chǎn)物既是合成酚醛樹脂的原料之一，又是常見的居室污染物，則C為CH3OH，因此D為B和C發(fā)生酯化反應的產(chǎn)物，其結構簡式為，E為D發(fā)生消去反應的產(chǎn)物，其結構簡式為CH2CHCOOCH3。EF為E的加聚反應，其化學方程式為(3)檢驗淀粉水解產(chǎn)物葡萄糖時，加入新制氫氧化銅前應先加入NaOH中和用作催化劑的稀硫酸，因此操作步驟為c。備選習題1.(2010寧波模擬)現(xiàn)有下列物質：纖維素、甲酸甲酯(HCOOCH3)、淀粉、乙酸，其中符合Cn(H2O)m的組成且不屬于糖類的是()A BC D答案：B2糖類、脂肪、蛋白質是維持人體生命活動所必需的三大營養(yǎng)物質。下列說法正確的是()A植物油不能使溴的四氯化碳溶液褪色B淀粉水解的最終產(chǎn)物是葡萄糖C葡萄糖能發(fā)生氧化反應和水解反應