農(nóng)學(xué)有機(jī)化學(xué)中關(guān)于含氮有機(jī)物教學(xué)的思考

農(nóng)學(xué)有機(jī)化學(xué)中關(guān)于含氮有機(jī)物教學(xué)的考慮〔〕:

摘要：在高等農(nóng)林院校農(nóng)學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中，含氮有機(jī)化合物是一類重要的有機(jī)物，也是學(xué)習(xí)生命科學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識的根底。由于含氮化合物的種類繁多，知識點(diǎn)零散且與有機(jī)化學(xué)的許多章節(jié)都有關(guān)聯(lián)，缺乏系統(tǒng)性介紹，很多教師和學(xué)生沒有給予含氮化合物相關(guān)知識足夠的重視。本文立足以往有機(jī)化學(xué)教學(xué)理論的經(jīng)歷，主張應(yīng)該高度重視含氮有機(jī)物相關(guān)知識的講授，并把它們作為完好的體系進(jìn)展了系統(tǒng)地歸納和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：含氮有機(jī)物；應(yīng)用；農(nóng)學(xué)；有機(jī)化學(xué)

本文引用格式：盧楠，等.農(nóng)學(xué)有機(jī)化學(xué)中關(guān)于含氮有機(jī)物教學(xué)的考慮[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(24):214-215,252.

有機(jī)化學(xué)是高等農(nóng)林院校各專業(yè)的一門重要根底課程，在農(nóng)林專業(yè)的根底有機(jī)化學(xué)中，含氮有機(jī)物的知識，無論是在日常生活還是科學(xué)研究中都非常重要，在全國碩士研究生統(tǒng)一考試中，農(nóng)學(xué)類化學(xué)試題的分值比例逐年升高，也可以印證這點(diǎn)?！?】但隨著根底有機(jī)化學(xué)課時(shí)的減少，迫切需要將有機(jī)化學(xué)教材中關(guān)于含氮有機(jī)化合物的知識點(diǎn)歸納總結(jié)，采用專題講座的形式呈現(xiàn)，加以在農(nóng)學(xué)專業(yè)和農(nóng)業(yè)消費(fèi)中的應(yīng)用，更能引起學(xué)生的興趣，進(jìn)步教與學(xué)的效率。

含氮有機(jī)物種類繁多，自然界存在廣泛，不只在生命活動(dòng)中起著重要作用，而且在工農(nóng)業(yè)消費(fèi)上也有重要的用途。許多含氮有機(jī)物的知識點(diǎn)在高等農(nóng)業(yè)院校的普通化學(xué)中是必須掌握的，如眾所周知的尿素，是農(nóng)業(yè)上含氮量最高的化學(xué)肥料；許多氨基甲酸酯類化合物，在農(nóng)業(yè)上統(tǒng)稱為有機(jī)氮農(nóng)藥；"亞硝酸鹽";這一類聞之色變的物質(zhì)真的致癌嗎？過渡金屬催化固氮你理解嗎？對于高等農(nóng)林院校的大學(xué)生而言，除了含氮有機(jī)物的種類、性質(zhì)和互相轉(zhuǎn)化等根底知識，其在有機(jī)化學(xué)、生命科學(xué)等穿插學(xué)科和工農(nóng)業(yè)消費(fèi)中的應(yīng)用，更有重要的科普意義。

一關(guān)于含氮有機(jī)物的定義、構(gòu)造和化學(xué)性質(zhì)的講授

含氮有機(jī)物，是烴分子的氫被含氮官能團(tuán)取代的結(jié)果。對于高等農(nóng)林院校農(nóng)學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言，掌握和理解含氮有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)，足以為有機(jī)化學(xué)和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的根底。

胺被視為氨分子中的氫被烴基取代的產(chǎn)物。因此，胺與氨的構(gòu)造相似，氮原子不等性sp3雜化使得分子呈近似的三棱錐形。構(gòu)造決定性質(zhì)，氮上的未共用電子對能承受質(zhì)子而顯堿性RNH2+H-OHrarr;RNH3++OH-。胺的堿性強(qiáng)弱可用pKbtheta;表示，pKbtheta;越小，堿性越強(qiáng)。胺類多為弱堿，其堿性強(qiáng)弱與構(gòu)造有關(guān)，從電子效應(yīng)的角度說明分子中電子云密度分布對性質(zhì)所產(chǎn)生的影響，包括誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)，主要規(guī)律如下：〔1〕以氨為標(biāo)準(zhǔn)，脂肪胺的堿性比氨強(qiáng)，而芳香胺的堿性比氨弱?！?〕脂肪胺中，假設(shè)僅從誘導(dǎo)效應(yīng)考慮，由于烷基斥電子，胺中的烷基越多，堿性似乎應(yīng)該越強(qiáng)，即相對堿性應(yīng)為：叔胺>仲胺>伯胺，這在氣相和非極性溶劑中是正確的。但在極性溶劑中，叔胺的堿性卻比仲胺弱。這是因?yàn)橹景吩谒?，結(jié)合質(zhì)子形成的取代銨離子，顯然胺中氮原子上連的氫越多，與水形成的氫鍵就越多，即溶劑化程度越高，取代銨離子越穩(wěn)定，胺的堿性越強(qiáng)，應(yīng)為：伯胺>仲胺>叔胺。〔3〕芳香胺中，芳基數(shù)目越多，氮原子上電子云密度降低越多，胺的堿性就越弱。最終我們得到比擬全面的結(jié)果(CH3)2NH(仲)>CH3NH2(伯)>(CH3)3N(叔)>NH3>PhNH2>(Ph)2NH>(Ph)3N，pKbtheta;依次為3.27、3.38、

4.21、4.76、9.38、13.21、中性，可見電子效應(yīng)和立體效應(yīng)這兩種作用有時(shí)一致，有時(shí)矛盾，各種胺堿性的強(qiáng)弱是兩者綜合影響的結(jié)果。【2】

二關(guān)于含氮有機(jī)物在農(nóng)學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)中應(yīng)用的講授

〔一〕碳酸酰胺在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用尿素

碳酸分子中的兩個(gè)羥基被氨基取代，形成碳酸的兩種酰胺：尿素和氨基甲酸。尿素即碳酸二酰胺，由C、N、O、H四種元素組成，常溫下呈白色晶體，生物學(xué)上尿素主要是是哺乳動(dòng)物體內(nèi)代謝蛋白質(zhì)分解的終產(chǎn)物，工業(yè)上是含氮量最高的氮肥之一。作為一種中性肥料，尿素容易保存，方便使用，對土壤的破壞程度小，它適用于不同PH的土壤環(huán)境，可以滿足需要氮肥的各種莖葉類植物?！?】在土壤中，尿素在脲酶的作用下，水解為可溶性的鹽類，如碳酸銨(NH4)2CO3或碳酸氫銨NH4HCO3，離子態(tài)的氮元素很容易被作物吸收利用。農(nóng)業(yè)上尿平素被用作基肥或追肥，對于旱地水田也沒有挑剔，均能施用，并且無任何有害物質(zhì)殘留，適宜長期施用，僅僅是由于土壤中積累的大量銨離子NH4+，水解生成堿性氫氧化銨，PH升高2-3，【4】對作物幼根和幼芽起抑制作用，因此尿素不宜用作種肥?！?】

〔二〕有機(jī)氮農(nóng)藥

氨基甲酸酯類化合物〔圖1〕在有機(jī)合成中可以作為醫(yī)藥、農(nóng)藥和合成樹脂的中間體?！?】在農(nóng)業(yè)上用作殺蟲劑、殺菌劑和除草劑的氨基甲酸酯類化合物，總稱為有機(jī)氮農(nóng)藥。相對于有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥，該類農(nóng)藥藥效高、毒性低、降解快，平安性非常高，在我國的農(nóng)藥消費(fèi)和應(yīng)用中占相當(dāng)?shù)谋壤?/p>

【7】例如：氨基甲酸乙酯，是一種構(gòu)造穩(wěn)定的白色晶體，俗稱烏拉坦，可用于鎮(zhèn)靜和催眠；人們熟知的西維因是一種廣效殺蟲劑；還有滅草靈是一種常用的除草劑，它們的分子構(gòu)造如圖1所示?？梢姲被姿狨ミ@種構(gòu)造骨架具有極大的可修飾性，在根底科研和市場應(yīng)用上都有廣闊的前景。

〔三〕"亞硝酸鹽致癌";的解釋

嚴(yán)格來說，亞硝酸鹽屬于一種有毒物質(zhì)，而非直接致癌物質(zhì)，它的半致死量為22mg/kg，對于正常體重的人來說只需要1g左右，亞硝酸鹽是各國容許的食品添加劑，廣泛存在于各種食材中，其中綠葉蔬菜就是一個(gè)藏亞硝酸鹽的大戶，我國居民膳食中80%左右的亞硝酸鹽來自蔬菜。

亞硝基化作用的產(chǎn)物是亞硝胺，胃中恰恰有適宜反響的條件，如酸性、鹵素離子和硫氰酸根離子等，可以加快體內(nèi)Nndash;亞硝基化合物的形成。亞硝酸不穩(wěn)定，只能在反響中由亞硝酸鈉與鹽酸或硫酸作用產(chǎn)生。近年來談之色變的亞硝酸鹽致癌作用，是由于亞硝酸鹽在胃酸作用下轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛?，再與機(jī)體內(nèi)具有仲胺構(gòu)造的化合物產(chǎn)生Nndash;亞硝基胺，亞硝胺極易致癌和對胎兒致畸。另一方面，亞硝酸鹽為強(qiáng)氧化劑，進(jìn)人人體后，將血中與血紅蛋白結(jié)合的低價(jià)態(tài)鐵氧化成高鐵，高鐵不可以運(yùn)輸氧，細(xì)胞組織缺氧的情況下，會出現(xiàn)青紫、中毒等現(xiàn)象，但不是致癌。

三關(guān)于過渡金屬催化固氮的拓展講授

大氣中氮?dú)赓Y源豐富，假設(shè)可以作為工業(yè)消費(fèi)的直接原料，前景將是無比誘人的，實(shí)現(xiàn)溫和條件下，氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氮肥的工業(yè)化消費(fèi)，是科學(xué)界的一個(gè)重要研究方向。無論是工業(yè)固氮還是生物固氮，都是以過渡金屬為活性中心來活化N2，所以常溫、常壓下用過渡金屬配合物活化N2成為目前化學(xué)合成領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。與自由N2相比，過渡金屬-N2配合物中Nequiv;N鍵的伸長和伸縮振動(dòng)頻率v的降低常用來指示配位雙氮的活化程度。經(jīng)過配位、活化之后，過渡金屬-N2配合物的反響性也是被關(guān)注的問題，包括強(qiáng)活化的N2完全裂解、雙氮官能化和小分子協(xié)助雙氮活化，形成N-H及N-E鍵〔E是可調(diào)變元素〕進(jìn)而得到一系列含氮有機(jī)化合物。

四結(jié)語

含氮有機(jī)物作為農(nóng)學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)中的一個(gè)重要章節(jié)，對于學(xué)生而言，首先要掌握含氮有機(jī)物的構(gòu)造，構(gòu)造決定的化學(xué)性質(zhì)，利用這些化學(xué)性質(zhì)理解重要的特征反響，最終應(yīng)用于農(nóng)學(xué)專業(yè)中的各領(lǐng)域，或者轉(zhuǎn)化為根本的化學(xué)素養(yǎng)浸透到日常生活中的各個(gè)角落。有潛力和創(chuàng)新精神的大學(xué)生，更要探究含氮有機(jī)物的知識在許多穿插領(lǐng)域的應(yīng)用，如制藥、材料、生命科學(xué)等，期望本文對于含氮有機(jī)物內(nèi)容的專題性精解和拓展，可以幫助農(nóng)林院校的教師對于相關(guān)知識的講授和學(xué)生的學(xué)習(xí)，針對不同專業(yè)經(jīng)常拓展更新，并且把它作為一個(gè)完好、系統(tǒng)的體系加以把握。

參考文獻(xiàn)

【1】趙士鐸,周樂,董元彥,等.化學(xué)歷年真題與全真模擬題解析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2022.

【2】許鵬奎.有機(jī)含氮化合物堿性強(qiáng)弱變化規(guī)律[J].化學(xué)教育,2022,25(2):3-9.

【3】陳曦,王軍麗.尿素水解制氨工藝廢液處理方法討論[J].環(huán)境與開展,2022,1:88-90.

【4】萬大娟,張楊珠,唐國勇,等.湖南旱地土壤對銨離子的礦物固定與固定態(tài)銨釋放的動(dòng)力學(xué)研究[J].土壤通報(bào)2022,36(4):513-517.