高中化學(xué)奧林匹克競賽輔導(dǎo)講座：第15講《生物分子化合物和高分子化合物初步》

高中化學(xué)奧林匹克競賽輔導(dǎo)講座第15講生物分子化合物和高分子化合物初步【競賽要求】糖的基本概念。葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖。糖苷。纖維素與淀粉。氨基酸、多肽與蛋白質(zhì)的基本概念。DNA與RNA?！局R梳理】一、糖類糖類物質(zhì)是指多羥基醛或多羥基酮以及能水解生成多羥基醛或多羥基酮的化合物。糖類可分為單糖、低聚糖和多糖。（一）單糖1、單糖的組成及結(jié)構(gòu)（1）葡萄糖的組成及結(jié)構(gòu)=1\*GB3①鏈狀結(jié)構(gòu)式由元素分析和分子量測定確定了葡萄糖的分子式為C6H12O6。其平面結(jié)構(gòu)式為：CH2OHCHOHCHOHCHOHCHOHCHOCHOCHCHOCH2OHOHOHHOOHHHHHD–（+）–葡萄糖在葡萄糖的投影式中，定位編號最大的手性碳原子上的羥基位于右邊，按照單糖構(gòu)型的D、L表示法規(guī)定，葡萄糖屬于D–型糖，又因葡萄糖的水溶液具有右旋性，所以通常寫為D–（+）–葡萄糖。葡萄糖是已醛糖，分子中有4個手性碳原子，應(yīng)有16個光學(xué)異構(gòu)體，其中8個為D型，8個為L型。2、變旋光現(xiàn)象及環(huán)狀結(jié)構(gòu)式變旋光現(xiàn)象：某些旋光性化合物的旋光度在放置過程中會逐漸上升或下降，最終達(dá)到恒定值而不再改變的現(xiàn)象。實驗發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶葡萄糖有2種。一種是從乙醇溶液中析出的晶體（熔點146℃），配成水溶液測得其比旋光度為+112度，通常稱為α–D–（+）–葡萄糖，該水溶液在放置過程中，其比旋光度逐漸下降到+52.7度的恒定值；另一種是從吡啶溶液中析出的晶體（熔點150℃），配成水溶液測得其比旋光度為+19度，稱為β–D–（+）–葡萄糖，該水溶液在放置過程中，比旋光度逐漸上升到+52.7度的恒定值。上述實驗現(xiàn)象用開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)難以解釋。人們提出：葡萄糖具有分子內(nèi)的醛基與醇羥基形成半縮醛的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于六元環(huán)最穩(wěn)定，故由C5上的羥基與醛基進行加成，形成半縮醛，并構(gòu)成六元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，組成環(huán)的原子中除了碳原子外，還有一個氧原子。所以糖的這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)又叫做氧環(huán)式結(jié)構(gòu)。CHOCHOCH2OHOHOHHOOHHHHHOHOHOHOHHHHHCOHHOOHOHOHOHHHHHCHOHO+D-（+）-葡萄糖由鏈狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀半縮醛結(jié)構(gòu)時，醛基中的碳原子由sp2雜化轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3雜化，而且該碳原子上連有4個不相同的基團，從而產(chǎn)生一個新的手性碳原子，這個新引入的手性中心使得葡萄糖的半縮醛式可以有2個光學(xué)異構(gòu)體，它們是非對映體關(guān)系，兩者之間只是C1構(gòu)型不同，其它構(gòu)型均相同，故稱之為端基異構(gòu)體，也稱異頭物。C1羥基稱為苷羥基。通常苷羥基位于碳鏈右邊的構(gòu)型稱為α–型，位于碳鏈左邊的稱為β–型。由于葡萄糖存在2種環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在水溶液中，兩種環(huán)狀結(jié)構(gòu)中任何一種均可通過開鏈結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)變，最后達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)。此時其比旋光度為+52.7度，此即葡萄糖變旋光現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。=3\*GB3③哈沃斯式在葡萄糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)式中，C–O–C鍵拉得很長，這是與實際情況不符合的。為了合理地表達(dá)單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，哈沃斯建議按下列規(guī)則將費歇爾投影式換寫成哈沃斯式。第一，所有費歇爾投影式中，連在手性碳原子右邊的羥基在哈沃斯式中位于環(huán)平面的下方，反之，位于環(huán)平面上方的羥基相當(dāng)于費歇爾投影式中連在手性碳原子左邊的羥基。第二，費歇爾投影式中D–型糖的羥甲基在哈沃斯式中應(yīng)指向環(huán)平面的上方，L–型糖的羥甲基則指向環(huán)平面的下方。OOHOHOHOHHHHOOHOHOHOHHHHHCH2OHOOHOHOHOHHHHHCH2OHα–D–（+）–吡喃葡萄糖β–D–（+）–吡喃葡萄糖對于含5個碳原子和1個氧原子的六元環(huán)單糖可以看成是雜環(huán)化合物吡喃的衍生物，稱為吡喃糖。把含有4個碳原子和1個氧原子的五元單糖看成是雜環(huán)化合物呋喃的衍生物，稱為呋喃糖。故把上述兩個化合物稱為α–D–（+）–吡喃葡萄糖和β–D–（+）–吡喃葡萄糖。（2）果糖的組成及結(jié)構(gòu)果糖的分子式也是C6H12O6，是葡萄糖的同分異構(gòu)體。果糖是已酮糖，其結(jié)構(gòu)式中C3、C4、C5的構(gòu)型與葡萄糖相同。在果糖的投影式中，編號最大的手性碳原子上的羥基位于右邊，故屬于D–型糖，果糖具有左旋性，故稱為D–（–）–果糖。與葡萄糖相似，D–果糖開鏈結(jié)構(gòu)中的C5或C6上的羥基可以和酮基結(jié)合生成半縮酮，因而可以形成呋喃環(huán)或吡喃環(huán)兩種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的果糖。這些環(huán)狀結(jié)構(gòu)都有各自的α型和β型異構(gòu)體。在水溶液中，D–果糖也可以由一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)通過開鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)，形成互變平衡體系。因此，果糖也具有變旋光現(xiàn)象，達(dá)到平衡時，其比旋光度為–92度。OHOHOHOHHOCH2OHCOHHHCH2OHOHOHHOCH2OHCOHHHCH2OHOHOHHOCH2OHCOHHHCH2HO+OHOHOHOHHOCH2OHCOHHHCH2OHOHHOCH2OHCOHHHOHHOHHOCH2OHCOHHHHHO+OCHOCH2OHHOOHHHOHHOHHHOCH2OHOHHOHOHHHOH2CHα–D–（–）–吡喃果糖α–D–（–）–呋喃果糖2、單糖的化學(xué)性質(zhì)（1）差向異構(gòu)體將D–葡萄糖用稀堿處理時，可得到D–葡萄、D–甘露糖和D–果糖這三種糖的混合物，這種現(xiàn)象稱為差向異構(gòu)體。（2）氧化反應(yīng)CHOCHCHOCH2OHOHOHHOOHHHHHCOOHCH2OHOHOHHOOHHHHH+托倫試劑（斐林試劑）+Ag↓(Cu2O↓)COOHCH2OHCOOHCH2OHOHOHHOOHHHHHOHOHHOCH2OHCOHHHCH2OH+托倫試劑（斐林試劑）+Ag↓(Cu2O↓)硝酸CHO硝酸CHOCH2OHOHOHHOOHHHHHCOOHCOOHOHOHHOOHHHHHD-葡萄糖二酸溴水CHO溴水CHOCH2OHOHOHHOOHHHHHCOOHCH2OHOHOHHOOHHHHHD-葡萄糖酸在葡萄糖的溶液中加入溴水，稍加熱后，溴水的棕紅色即可褪去，而果糖與溴水無作用，所以，用溴水可以區(qū)別醛糖和酮糖。凡是能夠還原多倫試劑或斐林試劑的糖都稱還原糖。從結(jié)構(gòu)上看，還原糖都含有α–羥基醛或α–羥基酮或含有能產(chǎn)生這些基團的半縮醛或半縮酮結(jié)構(gòu)。3、還原反應(yīng)在活性鎳催化下，葡萄糖或果糖都可以在堿性及一定條件下被氫化，羰基被還原成相應(yīng)的羥基，結(jié)果生成山梨醇和甘露醇。H2H2鎳CHOCH2OHOHOHHOOHHHHHCH2OHCH2OHOHOHHOOHHHHHCH2OHCH2OHOHHOHOOHHHHH+山犁醇甘露醇4、成脎反應(yīng)單糖具有醛或酮羰基，可與苯肼反應(yīng)，首先生成腙，在過量苯肼存在下，α–羥基繼續(xù)與苯肼作用生成不溶于水的黃色晶體，稱為糖脎。苯肼苯肼苯肼苯肼CHOCH2OHOHOHHOOHHHHHCH=NNHC6H5CH2OHOHOHHOOHHHHHCH=NNHC6H5CH2OHOHNNHC6H5HOOHHHHH不同的糖脎晶形不同，熔點也不同，因此利用該反應(yīng)可作糖的定性鑒別。另外，單糖的成脎反應(yīng)一般都發(fā)生在C1和C2上，因此，除C1及C2外，其余手性碳原子構(gòu)型均相同的糖都能生成相同的糖脎。例如，D–葡萄糖、D–果糖和D–甘露糖的糖脎是同一個化合物。5成苷反應(yīng)單糖的半縮醛羥基較其它羥基活潑，在適當(dāng)條件下可與醇或酚等含羥基的化合物失水，生成具有縮醛結(jié)構(gòu)的化合物，稱為糖苷。如在干燥的氯化氫氣體催化下，D–葡萄糖與甲醇作用，失水生成甲基–D–吡喃葡萄糖苷。反應(yīng)式如下：OOOHOHHHHOHCH2OHOH干鹽酸OOHOHHHHOHCH2OHOCH3+CH3OH甲基-D-吡喃葡萄糖苷6、脫水反應(yīng)（顯色反應(yīng)）莫利許反應(yīng)：（作為糖類和其它有機物的鑒別）在糖的水溶液中加入α–萘酚的醇溶液，然后沿著試管壁再緩慢加入濃硫酸，不得振蕩試管，此時在濃硫酸和糖的水溶液交界處能產(chǎn)生紫紅色。塞利瓦諾夫反應(yīng)（作為醛糖和酮糖的鑒別）在醛糖和酮糖中加入塞利瓦諾夫試劑，加熱，酮糖能產(chǎn)生鮮紅色，而醛糖則不能。（二）二糖1、蔗糖蔗糖是植物中分布最廣的二糖，在甘蔗和甜菜中含量較高。純的蔗糖為無色晶體，易溶于水，難溶于乙醇和乙醚中。蔗糖水溶液的比旋光度為+66。5度。蔗糖的分子式為C12H22O11，對其結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)證明：蔗糖分子是由α–D–（+）–吡喃葡萄糖的半縮醛羥基與β–D–（–）–呋喃果糖的半縮酮羥基間失水生成的，單糖間以1，2–糖苷鍵連接。在蔗糖的分子中已無半縮醛羥基存在，不能轉(zhuǎn)變?yōu)槿┦?，因此，蔗糖是一種非還原性二糖，沒有變旋光現(xiàn)象，也不能形成糖脎，不能被氧化劑氧化。2、麥芽糖麥芽糖可由淀粉酶水解制得，麥芽糖在大麥芽中含量很高。麥芽糖是由1分子α–D–葡萄糖的半縮醛羥基和另1分子葡萄糖的C4羥基脫水形成的二糖。在麥芽糖的分子中還保留了一個半縮醛羥基，因此具有還原性，屬于還原性二糖。能產(chǎn)生變旋光現(xiàn)象，能被氧化劑氧化，也能形成糖脎。OOOOHHCH2OHOHHOHOHOHHHOHOCH2OHHHHHOOOHOOHHCH2OHOHHHOH2CCH2OHOHOHHHHOHH麥芽糖蔗糖（三）多糖1、淀粉淀粉是人類最主要的食物，廣泛存在于各種植物及谷類中。淀粉用水處理后，得到的可溶解部分為直鏈淀粉，不溶而膨脹的部分為支鏈淀粉。一般淀粉中含直鏈淀粉10℅~20℅，支鏈淀粉80℅~90℅。直鏈淀粉的基本結(jié)構(gòu)單位是D–葡萄糖。許多D–葡萄糖通過α–1，4–苷鍵結(jié)合成鏈狀。支鏈淀粉的主鏈也是由D–葡萄糖經(jīng)過α–1，4-苷鍵連接而成，但它還有通過α–1，6–苷鍵或其它方式連接的支鏈。淀粉溶液與碘作用生成藍(lán)色復(fù)合物，常作為淀粉的鑒別。2、纖維素及其衍生物纖維素是自然界中最豐富的多糖，它是植物細(xì)胞的主要成分。棉花是含纖維素最多的物質(zhì)，含量達(dá)92℅-95℅。纖維素是由幾千個葡萄糖單位經(jīng)β–1，4–苷鍵連接而成的長鏈分子，一般無分支鏈。纖維素的衍生物主要由纖維素酯類和纖維素醚類。二、氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸（一）氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基的雙官能團化合物稱為氨基酸。根據(jù)氨基酸分子中所含氨基和羧基的相對數(shù)目，可將氨基酸分為：中性氨基酸（其分子中氨基與羧基的數(shù)目相等）、堿性氨基酸（其分子中氨基比羧基的數(shù)目多）和酸性氨基酸（其分子中羧基比氨基的數(shù)目多）。堿性氨基酸一般顯堿性，酸性氨基酸顯酸性，但中性氨基酸不呈中性而呈弱酸性，這是由于羧基比氨基的電離常數(shù)大些所致。氨基酸的主要性質(zhì)：α–氨基酸都是無色晶體，具有較高的熔點。1、兩性與等電點氨基酸分子中，含有氨基和羧基，一個是堿性基團，一個是酸性基團，兩者可相互作用而成鹽，這種鹽稱為內(nèi)鹽。RCHCOOHNH2RCHCOOHNH2NH3+RCHCOO－H+H+NH3H+H+NH3+RCHCOO－NH3+RCHCOOHNH2RCHCOO－催化劑Δ負(fù)離子兩性離子正離子從上述平衡可以看出，當(dāng)加入酸時，平衡向右移動，氨基酸主要以正離子形式存，當(dāng)pH<1時，氨基酸幾乎全為正離子。當(dāng)加入堿時，平衡向左移動，氨基酸主要以負(fù)離子形式存在，當(dāng)pH>11時，氨基酸幾乎全部為負(fù)離子。氨基酸溶液置于電場之中時，離子則將隨著溶液pH值的不同而向不同的極移動。堿性時向陽極移動，酸性時向陰極遷移。對于中性氨基酸來說，其水溶液中所含的負(fù)離子要比正離子多，為了使它形成相等的解離，即生成兩性離子，應(yīng)加入少量的酸，以抑制酸性解離，即抑制負(fù)離子的形成。也就是說，中性氨基酸要完全以兩性離子存在，pH值不是為7，而是小于7。如甘氨酸在pH值為6.1時，酸式電離和堿式電離相等，完全以兩性離子存在，在電場中處于平衡狀態(tài)，不向兩極移動。這種氨基酸在堿式電離和酸式電離相等時的pH值，稱為該氨基酸的等電點。用pI表示。由于不同的氨基酸分子中所含的氨基和羧基的數(shù)目不同，所以它們的等電點也各不相同。一般說來，酸性氨基酸的等電點pI為2.8~3.2；中性氨基酸的等電點pI為4.8~6.3；堿性氨基酸的等電點為7.6~11。在等電點時，氨基酸的溶解度最小。因此可以用調(diào)節(jié)溶液pH值的方法，使不同的氨基酸在各自的等電點結(jié)晶析出，以分離或提純氨基酸。2、與茚三酮反應(yīng)α–氨基酸的水溶液與茚三酮水溶液加熱，能發(fā)生顯色反應(yīng)，這是鑒別α–氨基酸最靈敏、最簡單的方法。3、受熱反應(yīng)Δα–氨基酸受熱后，2分子脫水生成環(huán)狀交酰胺。開始加熱時，2分子α–氨基酸也可脫去1分子水生成二肽，但反應(yīng)的主要產(chǎn)物是交酰胺。如果用鹽酸或堿處理，生成的交酰胺，也可轉(zhuǎn)變成二肽。ΔRCHNH2COOH+RCHNH2COOHRCHNH2CONHCHRCOOH二肽二肽分子中的─CONH─結(jié)構(gòu)稱為酰胺鍵或肽鍵。肽鍵是多肽和蛋白質(zhì)分子中氨基酸之間相互連接的基本方式。Δβ–氨基酸受熱時，氨基與α–碳原子上的氫結(jié)合成氨而脫去，生成α，β–不飽和酸。例如：ΔRCHNH2COOHRCH═CHCOOH+NH3γ–、δ–氨基酸受熱時，氨基上的1個氫原子與羧基上的羥基結(jié)合成水而脫去，生成較為穩(wěn)定的五元環(huán)或六元環(huán)的內(nèi)酰胺。當(dāng)氨基酸分子中的氨基與羧基相隔5個或5個以上碳原子時，受熱則發(fā)生分子間脫水，生成鏈狀聚酰胺。如尼龍–6、尼龍–7等聚酰胺纖維，就是由相應(yīng)的ω–氨基酸脫水聚合制成的。（二）多肽由2個以上α–氨基酸單位通過肽鍵互相連接起來的化合和物稱為多肽。其通式為：RCHNH2–(CONHCHR)n–COOH在多肽鏈中，保留有游離氨基的一端稱為N端，保留有游離羧基的一端稱為C端。習(xí)慣上把N端寫在左邊，C端寫右邊。（三）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)也是由氨基酸通過肽鍵連接而成的高分子化合物，也是多肽，人們通常把分子量低于10000的視為多肽，高于10000的稱為蛋白質(zhì)。由于蛋白質(zhì)中大多數(shù)的含氮量都近似為16℅，即任何生物樣品中，每克氮相當(dāng)于6.25克蛋白質(zhì)。6.25稱為蛋白質(zhì)系數(shù)。（四）核酸核酸是一類含磷的酸性高分子化合物，由于它最早發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞核，故稱核酸。核酸根據(jù)其組成可分為兩大類：核糖核酸（簡稱RNA）和脫氧核糖核酸（簡稱DNA）。其中DNA98℅以上存在于細(xì)胞核中，RNA90℅存在于細(xì)胞質(zhì)，10℅存在于細(xì)胞核中。核酸的化學(xué)組成：核酸是由磷酸、戊糖與堿基三類化學(xué)成分組成的。組成核酸的戊糖有D–核糖和D–2–脫氧核糖。核酸中存在的堿基主要有嘧啶堿和嘌呤堿兩類雜環(huán)堿。其中最常見的有胞嘧啶（常用英文字母C表示）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、烏嘌呤（G）5種。核苷：由戊糖與堿基縮合而得的產(chǎn)物稱為核苷。RNA中的核苷有腺嘌呤核苷、烏嘌呤核苷、胞嘧啶核苷和尿嘧啶核苷。DNA中的核苷有腺嘌呤脫氧核苷、烏嘌呤脫氧核苷、胞嘧啶脫氧核苷和胸腺嘧啶脫氧核苷等。組成核酸的基本單位——核苷酸：核苷酸是由1分子戊糖、1分子雜環(huán)堿和1分子磷酸組成。戊糖與堿基縮合成核苷，核苷再與磷酸結(jié)合成為核苷酸。三、合成高分子化合物高分子化合物簡稱高分子，與低分子化合物的最大不同是相對分子質(zhì)量，高分子的相對分子質(zhì)量一般在一萬以上，亦有幾十萬，甚至是上百萬。自然界存在的高分子如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、核酸等稱天然高分子，通過人工合成的高分子如塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等稱合成高分子。[CH2—CH2]n高分子也叫聚合物，雖然相對分子質(zhì)量很大，但化學(xué)組成比較簡單，一般是由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。如聚乙烯可表示為，它是由乙烯聚合而成，其結(jié)構(gòu)單元為—CH2—[CH2—CH2]n（一）加聚反應(yīng)與縮聚反應(yīng)含有重鍵的單體分子，如乙烯、丁二烯（CH2=CH—CH=CH2）、苯乙烯（CH2=CHC6H5）等它們是通過加成聚合反應(yīng)得到聚合物的。聚合時常用引發(fā)劑I先形成活性種R*，活性種打開單體M的鍵，與之加成，形成單體活性種，接著不斷迅速地與單體加成形成高分子，隨后活性鏈?zhǔn)セ钚?，使鏈終止?？捎煤喪奖硎救缦拢篒→R*R*+M→RM*RM*+M→RM……RM+M→RMRM→RMn含有雙官能團的單體，通過分子間官能團地縮合反應(yīng)把單體分子連接起來，同時生成水、醇、氨等小分子，這樣不斷地縮合，使分子不斷增大，最后形成高分子聚合物，稱為縮合聚合反應(yīng)，簡稱縮聚反應(yīng)。如已二胺和已二酸反應(yīng)生成聚已二酰已二胺，商品名為尼龍–66。反應(yīng)式可寫成：nH2N(CH2)6NH2+nHOOC(CH2)4COOH→H[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]nOH+(2n–1)H2O（二）合成高分子的結(jié)構(gòu)和特性單體分子經(jīng)加成聚合或所含的雙官能團單體經(jīng)縮聚得到的聚合物都是線型長鏈狀的高分子。一些線型聚合物還帶有支鏈，如高壓聚乙烯；也有一些聚合物，分子鏈之間通過化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵使分子交叉起來，構(gòu)成體型網(wǎng)狀高分子。由于高分子的結(jié)構(gòu)不同，其性能也有所不同。線型高分子加熱時可以逐漸變軟，然后再變成液體，液體冷卻后又逐漸變成固體，隨著溫度的變化可反復(fù)改變物理狀態(tài)。線型高分子的這種性質(zhì)，稱為熱塑性，它可以使高分子材料便于加工，而且還可以多次重復(fù)進行。線型高分子還可以用溶劑溶解。單體進行聚合反應(yīng)時，先形成線型高分子，在某種條件下分子鏈之間發(fā)生交聯(lián)由線型變成體型網(wǎng)狀高分子。體型高分子加熱后不會熔化和流動，這種性質(zhì)稱為熱固性。因此體型高分子一旦加工成型后，不能通過加熱改變其形態(tài)，熱固性樹脂固化后也不能容溶劑溶解，如酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂就是熱固性樹脂。在熱的作用下，大分子末端斷列生成自由基，然后按鏈?zhǔn)綑C理迅速逐已脫除單體二降解，脫除少量單體后短期內(nèi)殘留物的相對分子質(zhì)量變化不大，此類反應(yīng)稱為解聚。如聚甲基丙烯酸甲酯在164~270℃能發(fā)生解聚，利用此反應(yīng)可從聚合物中回收單體。（三）高分子材料1、塑料塑料是在一定的溫度和壓力下，可以塑制成型的合成高分子材料，由于合成高分子具有熱塑性和熱固性，所以塑料可以分成熱塑性塑料和熱固性塑料。工程塑料可以作為工程材料代替金屬，具有優(yōu)良的機械性能、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，主要有聚酰胺、ABS、聚碳酸脂等。ABS工程塑料廣泛用于機械、電氣、紡織、汽車和造船等工業(yè)，許多家電的外殼就是ABS塑料做的。[([(CH2–CH)x–(CH2–CH=CH–CH2)y–(CH2–CH)z]nCN2、橡膠橡膠具有高彈性、絕緣性、不透氣、不透水、抗沖擊、吸震及阻尼性。有些特種橡膠還具有耐化學(xué)腐蝕、耐高溫、耐低溫、耐油等性能。因而橡膠制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科技現(xiàn)代化中起著重要的作用。nCHnCH2=CH–C=CH2→[CH2CH=C=CH2]nCH3CH3由于異戊二烯的原料來源受到限制，而丁二烯則來源豐富，因此以丁二烯為基礎(chǔ)開發(fā)了一系列合成橡膠，如順丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠等。丁苯橡膠是由丁二烯（70%）和苯乙烯（30%）通過乳液聚合制得。nnCH2=CH–CH=CH2+nCH2=CH→[CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH]n丁苯橡膠是應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最多的合成橡膠，其性能與天然橡膠接近，而耐熱、耐磨、耐老化性能優(yōu)于天然橡膠，可用來制輪胎、皮帶、密封材料和電絕緣材料，但它不耐油和有機溶劑。[Si[Si–O]mCH3CH3[Si–O]nCH=CH2CH3硅橡膠的分子特別，主鏈上沒有碳原子，因此叫做元素有機聚合物。由于硅橡膠無毒、無味、柔軟、光滑、生理惰性及血液相溶型巨很優(yōu)良，亦可用作醫(yī)用高分子材料，如人工器官、人工關(guān)節(jié)、整形修復(fù)材料、藥液載物等。天然橡膠和合成橡膠在未硫化前稱為生橡膠。生橡膠具有可塑性，強度低，回彈力差，容易產(chǎn)生永久形變，這是因為生橡膠分子是線型結(jié)構(gòu)，生橡膠只在硫化后由線形分子體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)才具有高彈性，才有應(yīng)用價值。3、纖維—C——C—O—O聚酯纖維：凡是含有（酯基）的高分子都稱為聚酯，它可抽絲成紡織品，亦可作為塑料和涂料等的原料。滌綸小為由于分子排列規(guī)整、緊密，結(jié)晶度較高，不易變形，因此抗皺性好。滌綸織物由于牢固，易洗、易干，做成衣服外形挺括等特點，主要用于做衣料，也可做運輸帶、輪胎簾子線、纜繩、漁網(wǎng)等。—C—NH—O聚酰胺纖維：聚酰胺是一類性能優(yōu)良的高聚物，它可以做工程塑料，抽絲則可制成纖維，商品名尼龍或錦綸，最常見的是尼龍—C—NH—O（酰胺基），在長鏈分子中不僅有較大的范得華力，還有氫鍵的作用，因此強度特別大。4、膠粘劑環(huán)氧樹脂：凡是分子中含有二個以上的環(huán)氧基的物質(zhì)，都可作為環(huán)氧樹脂膠粘劑，環(huán)氧樹脂俗稱萬能膠，通用環(huán)氧樹脂膠粘劑是由2，2–(4，4’–二羥基二苯基)丙烷（俗稱雙酚A）和環(huán)氧氯丙烷縮聚反應(yīng)制得。作為膠粘劑的環(huán)氧樹脂是亮黃色的的粘稠物質(zhì)，是線型分子，相對分子質(zhì)量并不大，n在0~19之間，在年節(jié)物體時需要有機胺、酸酐等固化劑固化。未經(jīng)固化的環(huán)氧樹脂相對分子質(zhì)量較小，沒有強度，而固化以后相對分子質(zhì)量成倍提高，最后形成不溶不熔的體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強的粘接強度?！镜湫屠}】例1、化合物X是從天然產(chǎn)物中分離而得，分子量為180，把1.98gX燃燒可生成1478.4mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO2和1.188gH2O。X能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，且能在弱酸性條件下被溴氧化成酸。X與乙酸酐反應(yīng)得A，A的分子量比X大116.67%。問：（1）寫出X和A的結(jié)構(gòu)式：（2）與X的結(jié)構(gòu)式一致的天然產(chǎn)物是什么？寫出它的名稱，并以最好的方式寫出它的結(jié)構(gòu)式分析：本題可以先求X的最簡式，再求分子式，然后根據(jù)性質(zhì)推出X的結(jié)構(gòu)式。再根據(jù)X的性質(zhì)和A的分子量可以推出A的結(jié)構(gòu)式。最后運用葡萄糖的結(jié)構(gòu)知識解得第二問。解：（1）1.98gX中含C原子：=0.066mol即0.792g含H原子：1.188×=0.132mol即0.132g含O原子：1.98－0.792－0.132=1.056g在X中C︰H︰O=0.066︰0.132︰=1︰2︰1X的最簡式為CH2O，式量為30。由于X的分子量為180，所以X的分子式為C6H12O6。由性質(zhì)可以推斷X的結(jié)構(gòu)式為：HOCH2(CHOH)4CHOCHO(CHOOCCHCHO(CHOOCCH3)4CH2OOCCH3其結(jié)構(gòu)式應(yīng)為OOHOHOHOHHHHOOHOHOHOHHHHHCH2OHHOHCH2OHOOHHOOHHHHHH或CHOCHOCH2OHOHOHHOOHHHHHCHOCH2OHOHHOHOOHHHHHCHOCH2OHHHOHHHOHHOHOCHOCH2OHHHHHOHOHHOHOa．b．c．d．分析：產(chǎn)生對映異構(gòu)的根本原因是由于分子缺乏某些對稱因素，絕大多數(shù)情況下是因為沒有對稱中心也沒有對稱面。這樣的分子不能與它的鏡影重疊，就會產(chǎn)生對映異構(gòu)現(xiàn)象。解：基于對映異構(gòu)體的概念不難得出成對映體關(guān)系的是：a—c，b—d成非對映體關(guān)系的是：a—b、a—d、b—c、c—d。例3、A和B屬于一類天然有機化合物，都能與鹽酸、堿反應(yīng)。隨著介質(zhì)的酸度不同，水溶液中A和B都能以三種形式——陽離子、陰離子、偶極離子存在并建立平衡。A和B中碳原子數(shù)的總和為6，A和B中的氧原子的比為1︰2（1）試確定A、B為何物？（2）以A物質(zhì)為例說明A與鹽酸、燒堿反應(yīng)有什么產(chǎn)物？分析：A和B能與酸、堿反應(yīng)，故是兩性化合物。水溶液中三種離子建立平衡，可定Ａ、B為氨基酸?？赡艿幕衔餅椋篈中含1個碳原子，B中含5個；Ａ中含2個，B中含4個；A中含3個，B中也含3個。而在A和B中氧原子的比為1︰2。故A為氨基乙酸，B為2–氨基丁二酸。解：（1）A和B都能與酸、堿反應(yīng)，說明A和B均為兩性化合物。又A和B都在水溶液中以偶極離子、陽離子、陰離子存在并建立平衡，這符合氨基酸的特點。又知A和B碳原子總和為6，A與B的氧原子比為1︰2。所以，A為氨基乙酸NH2CH2COOH，B為2–氨基丁二酸。（2）NH2CH2COOH+HCl→(NH3CH2COOH)ClNH2CH2COOH+NaOH→NH2CH2COONa+H2O例4、如何從賴氨酸、丙氨酸和谷氨酸混合物的水溶液中獲得各種氨基酸成分？分析：根據(jù)在等電點時氨基酸的溶解度最小，則可通過調(diào)節(jié)pH，使它們分別析出。解：在等電點時氨基酸的溶解最小，故可在適宜的溫度和濃度下調(diào)節(jié)pH至每以氨基酸的等電點，使它們分別析出。本題可先調(diào)節(jié)pH至3.22，讓谷氨酸析出，再調(diào)節(jié)pH=6.02，讓丙氨酸析出，最后調(diào)pH=9.74使賴氨酸析出。注：在等電點時氨基酸分子既不移向電場的陽極也不移向電場的陰極，利用此性質(zhì)進行分離非常有效。例如，控制pH在6左右，丙氨酸不移動，谷氨酸移向陽極，賴氨酸移向陰極。[CH2[CH2—CH]nOH分析：為聚乙烯醇，但聚合物無CH2=CH—OH單體，因此只能通過大分子的反應(yīng)得到，即先合成聚醋酸乙烯，再醇解。[CH2—CH]nOOCCH3引發(fā)劑△[CH2—CH]nOOCCH3引發(fā)劑△nCH2=CHOOCCH3[CH[CH2—CH]nOOCCH3NaOH[CH2—CH]nOH+nHOCH3+nCH3COOCH3例6、L–甲狀腺素是一種重要的激素，用來治療呆小病、粘液瘤、肥胖病等人類疾病。早期人類都是用動物的甲狀腺組織來提取甲狀腺素。甲狀腺素的光學(xué)活性在20世紀(jì)30年代首先由Harington和Salter發(fā)現(xiàn)，他們從動物甲狀腺體的蛋白質(zhì)用發(fā)酵水解方法提取了L–甲狀腺素，從而避免了堿性水解的消旋現(xiàn)象，同樣的結(jié)果也由Foster和Palmer等人在甲狀腺體初步發(fā)酵后再酸性水解的方法而獲得。但是從動物甲狀腺體組織提取的L–甲狀腺素純度低、光學(xué)純度比較差，而且數(shù)量亦受到限制。40年代起，人們開始用合成方法來生產(chǎn)L–甲狀腺素。化學(xué)合成法是以L–酪氨酸為起始原料合成L–甲狀腺素有多種路線，最有代表性的為Chalmers開發(fā)的經(jīng)典路線：（C9H11NO3）A（C9H9N3O7）

B（C11H11N3O8）C（C13H15N3O8）D（C20H21N3O9）

E（C20H25N3O5）F（C20H21NO5I2）G（C16H13NO4I2）

（L－甲狀腺素，C16H11NO4I4）此合成工藝需要八步反應(yīng)，雖可保留其光學(xué)活性，但操作步驟非常復(fù)雜，產(chǎn)率低，成本較高。通過化學(xué)工程師們的不懈努力，上海精細(xì)化工研究所的研究人員采用3，5–二碘–L–酪氨酸為原料，經(jīng)孵化反應(yīng)（消化–偶合反應(yīng)）合成了高純度、高生物活性的L–甲狀腺素，縮短了工藝路線，降低了生產(chǎn)成本，是較理想的合成路線。合成原理如下：L–酪氨酸HJLML–甲狀腺素（1）為何L–甲狀腺素有光學(xué)活性，以上反應(yīng)是否會影響其光學(xué)活性？（2）寫出A～M各物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式。分析：本題給出了兩條合成L–甲狀腺素的途徑，第一條途徑條件較多，根據(jù)反應(yīng)前后化學(xué)式的變化和參與反應(yīng)的試劑，并不難推出產(chǎn)物；第二條途徑是對第一條的改進，可借助第一條的信息幫助解答。解：（1）L–酪氨酸中有一不對稱碳原子（手性碳原子），因此有旋光性；反應(yīng)中該碳原子始終沒參與，故不會改變光學(xué)活性。（2）A：；B：；C：；D：；E：；F：；G：；H：；I：(CH3CO)2O；J：；K：CH3CH2OH；L：；M：【知能訓(xùn)練】1、寫出四種具有相同最簡式CH2O的不同類型的有機物的結(jié)構(gòu)簡式。2、已知在葡萄糖溶液中有一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的葡萄糖分子，化學(xué)式為C6H12O6，且存在下列平衡關(guān)系：（1）這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子是通過葡萄糖分子（鏈?zhǔn)剑┲谢屯ㄟ^______反應(yīng)而形成的。（2）由兩種簡單的有機物合成某一鍵狀醇醚：的反應(yīng)方程式為。3、A是常見的有機物，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。（1）一分子A在催化劑甲作用下生成兩分子B，B能自身縮聚成高分子化合物C；（2）一分子A在催化劑乙作用下生成兩分子D和兩分子H2。D不能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，但能在一定條件下被H2還原為B；（3）一分子A在催化劑丙作用下生成兩分子E和兩分子F，F(xiàn)的相對分子質(zhì)量為D的一半，且F能使澄清石灰水變渾濁，E和B、D都能發(fā)生酯化反應(yīng)。（1）F分子的電子式為（2）與D分子具有相同分子式量的有機物中屬于一元醇的同分異構(gòu)體種（不含其他含氧基團）。（3）A的工業(yè)名稱是；C、D的結(jié)構(gòu)簡式為CD（4）寫出A發(fā)生銀鏡反應(yīng)的離子方程式4、醛糖能和菲林（Fehling）溶液、苯肼等反應(yīng)，表現(xiàn)出醛基典型的性質(zhì)，但不和希夫（Schiff）試劑、亞硫酸氫鈉飽和溶液反應(yīng)，為什么？5、D－2－氨基葡萄糖（俗稱氨基葡萄糖）在自然界中常為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，請完成下列提問：（1）寫出氨基葡萄糖的直鏈?zhǔn)脚c環(huán)狀構(gòu)象（A）（提示：葡萄糖結(jié)構(gòu)見右圖）。（2）寫出在三乙胺條件下其鹽酸鹽與(CH3CO)2O的反應(yīng)產(chǎn)物（B）。（3）將（B）在0℃下于稀酸或NH3/乙睛介質(zhì)中反應(yīng)，并寫出產(chǎn)物結(jié)構(gòu)簡式。6、一種得自天然產(chǎn)物的結(jié)晶性物質(zhì)A，其分子式為C5H10O4，它的水溶液能夠發(fā)生銀鏡反應(yīng)。將A和碘化氫的水溶液及紅磷加熱時生成正戊烷。A與乙酸酐作用時生成化合物C11H16O7，該化合物不溶于水，也不發(fā)生銀鏡反應(yīng)，但在酸存在下，與水共熱時容易轉(zhuǎn)變成能發(fā)生銀鏡反應(yīng)的化合物C9H14O6。當(dāng)A與甲醇在少量氯化氫存在下共熱時生成不發(fā)生銀鏡反應(yīng)的化合物C9H12O4。（1）確定物質(zhì)A及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)式。（2）寫出所進行的反應(yīng)的化學(xué)方程式。（3）說明物質(zhì)A可能的立體結(jié)構(gòu)變體。7、含有氨基（—NH2）的化合物通常能夠與鹽酸反應(yīng)，生成鹽酸鹽。如：R－NH2+HCl→R－NH2·HCl（R代表烷基、苯基等）現(xiàn)有兩種化合物A和B，它們互為同分異構(gòu)體。已知：①它們都是對位二取代苯；②它們的相對分子質(zhì)量都是137；③A既能被NaOH溶液中和，又可以跟鹽酸成鹽，但不能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)；B既不能被NaOH溶液中和，也不能跟鹽酸成鹽；④它們的組成元素只可能是C、H、O、N、Cl中的幾種。請按要求填空：（1）A和B的分子式是。（2）A的結(jié)構(gòu)簡式是；B的結(jié)構(gòu)簡式是。8、氨基酸分子（RCH(NH2)COOH）中，既有堿性的氨基（－NH2），又有酸性的羧基（－COOH）。在一定的酸堿性條件下，能自身成鹽[RCH(NH3＋)COO－]。所以在氨基酸分析中不能用堿溶液測定氨基酸水溶液中羧基的數(shù)目，而應(yīng)先加入甲醛，使它與－NH2縮合（R－NH2+HCHO→R－N＝CH2+H2O），然后再用堿液滴定法，測定羧基含量。氨基酸中－NH2的數(shù)目可用與HNO2反應(yīng)定量放出N2而測得，氨基在反應(yīng)中變成羥基（－OH）（R－NH2+HNO2→R－OH+N2+H2O）?；衔顰，分子式為C8H15O4N3中和1molA與甲醛作用后的產(chǎn)物消耗1molNaOH。1molA與HNO2反應(yīng)放出1molN2，并生成B（C8H14O5N2）。B經(jīng)水解后得羥基乙酸和丙氨酸。①B的結(jié)構(gòu)簡式為；②A跟亞硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為。9、有機物A、B均穩(wěn)定，且分子式相同。取0.1molA完全燃燒，得二氧化碳26.4g。A、B分別跟足量的乙酸并在濃硫酸存在條件下反應(yīng)，生成C、D兩種有機物，C的相對分子質(zhì)量比D的相對分子質(zhì)量大42。B、E以任意質(zhì)量比混合，只要總質(zhì)量不變，完全燃燒后耗氧氣量和生成的水量都不變。0.1molE能與足量銀氨溶液反應(yīng)生成43.2g銀，且E的相對分子質(zhì)量小于58。B能與新制氫氧化銅的懸濁液反應(yīng)生成紅色沉淀。A的任意一個羥基被溴原子取代所得的一溴代物都只有一種。（1）通過計算和推理，確定A、B、E各物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式。（2）寫出B→D和B與新制氫氧化銅的懸濁液的化學(xué)反應(yīng)方程式（有機物寫結(jié)構(gòu)簡式）。10、某中學(xué)同學(xué)在一本英文雜志上發(fā)現(xiàn)2張描述結(jié)構(gòu)變化的簡圖如下（圖中“—～—”是長鏈的省略符號）：未讀原文，他已經(jīng)理解：左圖是生命體內(nèi)最重要的一大類有機物質(zhì)（填中文名稱）的模型化的結(jié)構(gòu)簡圖，右圖是由于左圖物質(zhì)與（化學(xué)式），即（中文名稱）發(fā)生反應(yīng)后的模型化的結(jié)構(gòu)簡圖。由左至右的變化的主要科學(xué)應(yīng)用場合是：______________；但近年來我國一些不法奸商卻利用這種變化來坑害消費者，消費者將因______________________。11、寫出賴氨酸[H2NCH2CH2CH2CH2CH(NH2)COOH]在指定條件下占優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)式：（1）在強酸性溶液中。（2）在強堿性溶液中。（3）在達(dá)到等電點的溶液中。12、有機玻璃是由有機物X加聚制得的熱塑性塑料，為透明如玻璃狀的無色固體，可以制造航空窗玻璃、儀表盤、外科照明燈、裝飾品和生活用品等。其結(jié)構(gòu)簡式如下