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北京市一零一中学高中化学竞赛第15讲_生物分子化合物和高分子化合物初步.doc学案
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这是一份北京市一零一中学高中化学竞赛第15讲_生物分子化合物和高分子化合物初步.doc学案，共15页。学案主要包含了竞赛要求，知识梳理，典型例题，知能训练等内容，欢迎下载使用。
第15讲 生物分子化合物和高分子化合物初步
【竞赛要求】
糖的基本概念。葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖。糖苷。纤维素与淀粉。氨基酸、多肽与蛋白质的基本概念。DNA与RNA。
【知识梳理】
一、糖类
糖类物质是指多羟基醛或多羟基酮以及能水解生成多羟基醛或多羟基酮的化合物。
糖类可分为单糖、低聚糖和多糖。
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
（一）单糖
1、单糖的组成及结构
（1）葡萄糖的组成及结构
①链状结构式
由元素分析和分子量测定确定了葡萄糖的分子式为C6H12O6。其平面结构式为：
CH2OHCHOHCHOHCHOHCHOHCHO D–（+）–葡萄糖
其费歇尔投影式为：
在葡萄糖的投影式中，定位编号最大的手性碳原子上的羟基位于右边，按照单糖构型的D、L表示法规定，葡萄糖属于D – 型糖，又因葡萄糖的水溶液具有右旋性，所以通常写为D –（+）– 葡萄糖。
葡萄糖是已醛糖，分子中有4个手性碳原子，应有16个光学异构体，其中8个为D型，8个为L型。
2、变旋光现象及环状结构式
变旋光现象：某些旋光性化合物的旋光度在放置过程中会逐渐上升或下降，最终达到恒定值而不再改变的现象。
实验发现，结晶葡萄糖有2种。一种是从乙醇溶液中析出的晶体（熔点146℃），配成水溶液测得其比旋光度为+112度，通常称为α – D –（+）– 葡萄糖，该水溶液在放置过程中，其比旋光度逐渐下降到 +52.7度的恒定值；另一种是从吡啶溶液中析出的晶体（熔点150℃），配成水溶液测得其比旋光度为+19度，称为β – D –（+）– 葡萄糖，该水溶液在放置过程中，比旋光度逐渐上升到 +52.7度的恒定值。上述实验现象用开链式结构难以解释。人们提出：葡萄糖具有分子内的醛基与醇羟基形成半缩醛的环状结构。由于六元环最稳定，故由C5上的羟基与醛基进行加成，形成半缩醛，并构成六元环状结构，组成环的原子中除了碳原子外，还有一个氧原子。所以糖的这种环状结构又叫做氧环式结构。
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
C
OH
H
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
C
HO
H
O
+
D-（+）-葡萄糖由链状结构转变为环状半缩醛结构时，醛基中的碳原子由sp2杂化转变为sp3杂化，而且该碳原子上连有4个不相同的基团，从而产生一个新的手性碳原子，这个新引入的手性中心使得葡萄糖的半缩醛式可以有2个光学异构体，它们是非对映体关系，两者之间只是C1构型不同，其它构型均相同，故称之为端基异构体，也称异头物。C1羟基称为苷羟基。通常苷羟基位于碳链右边的构型称为α– 型，位于碳链左边的称为β – 型。
由于葡萄糖存在2种环状结构，在水溶液中，两种环状结构中任何一种均可通过开链结构相互转变，最后达到动态平衡状态。此时其比旋光度为 +52.7度，此即葡萄糖变旋光现象产生的原因。
③哈沃斯式
在葡萄糖的环状结构式中，C– O– C键拉得很长，这是与实际情况不符合的。为了合理地表达单糖的环状结构，哈沃斯建议按下列规则将费歇尔投影式换写成哈沃斯式。
第一，所有费歇尔投影式中，连在手性碳原子右边的羟基在哈沃斯式中位于环平面的下方，反之，位于环平面上方的羟基相当于费歇尔投影式中连在手性碳原子左边的羟基。
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
CH2OH
第二，费歇尔投影式中D–型糖的羟甲基在哈沃斯式中应指向环平面的上方，L – 型糖的羟甲基则指向环平面的下方。
将D – 葡萄糖由开链式转变成哈沃斯式时，只要糖分子中各个碳原子构型表达无误即可，这种透视式可以更形象地显示糖的环状立体结构。
α– D–（+）–吡喃葡萄糖 β– D–（+）– 吡喃葡萄糖
对于含5个碳原子和1个氧原子的六元环单糖可以看成是杂环化合物吡喃的衍生物，称为吡喃糖。把含有4个碳原子和1个氧原子的五元单糖看成是杂环化合物呋喃的衍生物，称为呋喃糖。故把上述两个化合物称为α – D–（+）– 吡喃葡萄糖和β – D –（+）– 吡喃葡萄糖。
（2）果糖的组成及结构
果糖的分子式也是C6H12O6，是葡萄糖的同分异构体。果糖是已酮糖，其结构式中C3、C4、C5的构型与葡萄糖相同。在果糖的投影式中，编号最大的手性碳原子上的羟基位于右边，故属于D–型糖，果糖具有左旋性，故称为D–（–）– 果糖。
与葡萄糖相似，D–果糖开链结构中的C5或C6上的羟基可以和酮基结合生成半缩酮，因而可以形成呋喃环或吡喃环两种环状结构的果糖。这些环状结构都有各自的α型和β型异构体。在水溶液中，D–果糖也可以由一种环状结构通过开链结构转变成另一种环状结构，形成互变平衡体系。因此，果糖也具有变旋光现象，达到平衡时，其比旋光度为 – 92度。
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2
OH
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2OH
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2
HO
+
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
OH
H
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
H
HO
+
O
CH2OH
HO
OH
H
H
OH
HO
H
H
H
O
CH2OH
OH
HO
H
OH
H
HOH2C
H
α– D–（–）–吡喃果糖 α– D–（–）–呋喃果糖
2、单糖的化学性质
（1）差向异构体
将D–葡萄糖用稀碱处理时，可得到D–葡萄、D–甘露糖和D–果糖这三种糖的混合物，这种现象称为差向异构体。
（2）氧化反应
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
COOH
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
醛糖的分子中含有醛基，所以容易被弱氧化剂氧化，能将斐林试剂还原生成氧化亚铜砖红色沉淀，能将多伦试剂还原生成银境。此外还有一种弱氧化剂叫做班氏试剂也能被醛糖还原生成氧化亚铜砖红色沉淀，常在临床检验中使用。
+ 托伦试剂（斐林试剂） + Ag↓(Cu2O↓)
COOH
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2OH
酮糖具有α– 羟基酮的结构，在碱性溶液中可发生差向异构体，故也能被上述弱氧化剂氧化，利用上述碱性试剂不能区分醛糖和酮糖。
+ 托伦试剂（斐林试剂） + Ag↓(Cu2O↓)
硝酸
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
COOH
COOH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
在不同条件下，醛糖可被氧化成不同产物，比如葡萄糖，用硝酸氧化时，得到葡萄糖二酸，而用溴水氧化则得到葡萄糖酸。反应式如下：
D-葡萄糖二酸
溴水
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
COOH
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
D-葡萄糖酸
在葡萄糖的溶液中加入溴水，稍加热后，溴水的棕红色即可褪去，而果糖与溴水无作用，所以，用溴水可以区别醛糖和酮糖。
凡是能够还原多伦试剂或斐林试剂的糖都称还原糖。从结构上看，还原糖都含有α– 羟基醛或α – 羟基酮或含有能产生这些基团的半缩醛或半缩酮结构。
3、还原反应
在活性镍催化下，葡萄糖或果糖都可以在碱性及一定条件下被氢化，羰基被还原成相应的羟基，结果生成山梨醇和甘露醇。
H2
镍
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CH2OH
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CH2OH
CH2OH
OH
HO
HO
OH
H
H
H
H
+
山犁醇 甘露醇
4、成脎反应
单糖具有醛或酮羰基，可与苯肼反应，首先生成腙，在过量苯肼存在下，α– 羟基继续与苯肼作用生成不溶于水的黄色晶体，称为糖脎。
苯肼
苯肼
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CH=NNHC6H5
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CH=NNHC6H5
CH2OH
OH
NNHC6H5
HO
OH
H
H
H
H
不同的糖脎晶形不同，熔点也不同，因此利用该反应可作糖的定性鉴别。另外，单糖的成脎反应一般都发生在C1和C2上，因此，除C1及C2外，其余手性碳原子构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个化合物。
5成苷反应
单糖的半缩醛羟基较其它羟基活泼，在适当条件下可与醇或酚等含羟基的化合物失水，生成具有缩醛结构的化合物，称为糖苷。如在干燥的氯化氢气体催化下，D–葡萄糖与甲醇作用，失水生成甲基–D–吡喃葡萄糖苷。反应式如下：
O
OH
OH
H
H
HO
H
CH2OH
OH
干盐酸
O
OH
OH
H
H
HO
H
CH2OH
OCH3
+ CH3OH
甲基-D-吡喃葡萄糖苷
6、脱水反应（显色反应）
莫利许反应：（作为糖类和其它有机物的鉴别）在糖的水溶液中加入α– 萘酚的醇溶液，然后沿着试管壁再缓慢加入浓硫酸，不得振荡试管，此时在浓硫酸和糖的水溶液交界处能产生紫红色。
塞利瓦诺夫反应（作为醛糖和酮糖的鉴别）在醛糖和酮糖中加入塞利瓦诺夫试剂，加热，酮糖能产生鲜红色，而醛糖则不能。
（二）二糖
1、蔗糖
蔗糖是植物中分布最广的二糖，在甘蔗和甜菜中含量较高。纯的蔗糖为无色晶体，易溶于水，难溶于乙醇和乙醚中。蔗糖水溶液的比旋光度为 +66。5度。
蔗糖的分子式为C12H22O11，对其结构的研究已经证明：蔗糖分子是由α – D –（+）– 吡喃葡萄糖的半缩醛羟基与β – D–（–）– 呋喃果糖的半缩酮羟基间失水生成的，单糖间以1，2 – 糖苷键连接。
在蔗糖的分子中已无半缩醛羟基存在，不能转变为醛式，因此，蔗糖是一种非还原性二糖，没有变旋光现象，也不能形成糖脎，不能被氧化剂氧化。
2、麦芽糖
麦芽糖可由淀粉酶水解制得，麦芽糖在大麦芽中含量很高。
O
OH
O
OH
H
CH2OH
OH
H
HOH2C
CH2OH
OH
OH
H
H
H
O
H
H
麦芽糖是由1分子α – D – 葡萄糖的半缩醛羟基和另1分子葡萄糖的C4羟基脱水形成的二糖。在麦芽糖的分子中还保留了一个半缩醛羟基，因此具有还原性，属于还原性二糖。能产生变旋光现象，能被氧化剂氧化，也能形成糖脎。
O
O
OH
H
CH2OH
OH
HO
H
OH
OH
H
H
OH
O
CH2OH
H
H
H
H
麦芽糖 蔗糖
（三）多糖
1、淀粉
淀粉是人类最主要的食物，广泛存在于各种植物及谷类中。
淀粉用水处理后，得到的可溶解部分为直链淀粉，不溶而膨胀的部分为支链淀粉。一般淀粉中含直链淀粉10℅ ~ 20℅，支链淀粉80℅ ~ 90℅。
直链淀粉的基本结构单位是D – 葡萄糖。许多D – 葡萄糖通过α –1，4 – 苷键结合成链状。
支链淀粉的主链也是由D – 葡萄糖经过α –1，4-苷键连接而成，但它还有通过α –1，6–苷键或其它方式连接的支链。
淀粉溶液与碘作用生成蓝色复合物，常作为淀粉的鉴别。
2、纤维素及其衍生物
纤维素是自然界中最丰富的多糖，它是植物细胞的主要成分。棉花是含纤维素最多的物质，含量达92℅-95℅。纤维素是由几千个葡萄糖单位经β –1，4 – 苷键连接而成的长链分子，一般无分支链。
纤维素的衍生物主要由纤维素酯类和纤维素醚类。
二、氨基酸、蛋白质、核酸
（一）氨基酸
分子中既含有氨基又含有羧基的双官能团化合物称为氨基酸。根据氨基酸分子中所含氨基和羧基的相对数目，可将氨基酸分为：中性氨基酸（其分子中氨基与羧基的数目相等）、碱性氨基酸（其分子中氨基比羧基的数目多）和酸性氨基酸（其分子中羧基比氨基的数目多）。碱性氨基酸一般显碱性，酸性氨基酸显酸性，但中性氨基酸不呈中性而呈弱酸性，这是由于羧基比氨基的电离常数大些所致。
氨基酸的主要性质：
α– 氨基酸都是无色晶体，具有较高的熔点。
1、两性与等电点
RCHCOOH
NH2
NH3+
RCHCOO－
氨基酸分子中，含有氨基和羧基，一个是碱性基团，一个是酸性基团，两者可相互作用而成盐，这种盐称为内盐。
内盐
H+
H+
NH3+
RCHCOO－
NH3+
RCHCOOH
NH2
RCHCOO－
催化剂
Δ
内盐分子中，既有带正电荷的部分，又有带负电荷的部分，所以又称两性离子。实验证明，在氨基酸晶体中，氨基酸并不是以分子的形式存在，而是以两性离子的形式存在。氨基酸在水溶液中，形成如下的平衡体系：
负离子 两性离子 正离子
从上述平衡可以看出，当加入酸时，平衡向右移动，氨基酸主要以正离子形式存，当pH<1时，氨基酸几乎全为正离子。当加入碱时，平衡向左移动，氨基酸主要以负离子形式存在，当pH>11时，氨基酸几乎全部为负离子。氨基酸溶液置于电场之中时，离子则将随着溶液pH值的不同而向不同的极移动。碱性时向阳极移动，酸性时向阴极迁移。对于中性氨基酸来说，其水溶液中所含的负离子要比正离子多，为了使它形成相等的解离，即生成两性离子，应加入少量的酸，以抑制酸性解离，即抑制负离子的形成。也就是说，中性氨基酸要完全以两性离子存在，pH值不是为7，而是小于7。如甘氨酸在pH值为6.1时，酸式电离和碱式电离相等，完全以两性离子存在，在电场中处于平衡状态，不向两极移动。这种氨基酸在碱式电离和酸式电离相等时的pH值，称为该氨基酸的等电点。用pI表示。由于不同的氨基酸分子中所含的氨基和羧基的数目不同，所以它们的等电点也各不相同。一般说来，酸性氨基酸的等电点pI为2.8 ~ 3.2；中性氨基酸的等电点pI为4.8 ~ 6.3；碱性氨基酸的等电点为7.6 ~11。
在等电点时，氨基酸的溶解度最小。因此可以用调节溶液pH值的方法，使不同的氨基酸在各自的等电点结晶析出，以分离或提纯氨基酸。
2、与茚三酮反应
α– 氨基酸的水溶液与茚三酮水溶液加热，能发生显色反应，这是鉴别α – 氨基酸最灵敏、最简单的方法。
3、受热反应
α– 氨基酸受热后，2分子脱水生成环状交酰胺。开始加热时，2分子α – 氨基酸也可脱去1分子水生成二肽，但反应的主要产物是交酰胺。如果用盐酸或碱处理，生成的交酰胺，也可转变成二肽。
Δ
RCHNH2COOH + RCHNH2COOH RCHNH2CONHCHRCOOH 二肽
二肽分子中的 ─CONH─ 结构称为酰胺键或肽键。肽键是多肽和蛋白质分子中氨基酸之间相互连接的基本方式。
β– 氨基酸受热时，氨基与α – 碳原子上的氢结合成氨而脱去，生成α，β – 不饱和酸。例如：
Δ
RCHNH2COOH RCH═CHCOOH + NH3
γ–、δ – 氨基酸受热时，氨基上的1个氢原子与羧基上的羟基结合成水而脱去，生成较为稳定的五元环或六元环的内酰胺。
当氨基酸分子中的氨基与羧基相隔5个或5个以上碳原子时，受热则发生分子间脱水，生成链状聚酰胺。如尼龙 – 6、尼龙 – 7等聚酰胺纤维，就是由相应的ω – 氨基酸脱水聚合制成的。
（二）多肽
由2个以上α – 氨基酸单位通过肽键互相连接起来的化合和物称为多肽。其通式为：
RCHNH2–(CONHCHR)n–COOH
在多肽链中，保留有游离氨基的一端称为N端，保留有游离羧基的一端称为C端。习惯上把N端写在左边，C端写右边。
（三）蛋白质
蛋白质也是由氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物，也是多肽，人们通常把分子量低于10000的视为多肽，高于10000的称为蛋白质。
由于蛋白质中大多数的含氮量都近似为16℅，即任何生物样品中，每克氮相当于6.25克蛋白质。6.25称为蛋白质系数。
（四）核酸
核酸是一类含磷的酸性高分子化合物，由于它最早发现于细胞核，故称核酸。核酸根据其组成可分为两大类：核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）。其中DNA98℅ 以上存在于细胞核中，RNA 90℅ 存在于细胞质，10℅ 存在于细胞核中。
核酸的化学组成：核酸是由磷酸、戊糖与碱基三类化学成分组成的。
组成核酸的戊糖有D – 核糖和D – 2 – 脱氧核糖。
核酸中存在的碱基主要有嘧啶碱和嘌呤碱两类杂环碱。其中最常见的有胞嘧啶（常用英文字母C表示）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、乌嘌呤（G）5种。
核苷：由戊糖与碱基缩合而得的产物称为核苷。RNA中的核苷有腺嘌呤核苷、乌嘌呤核苷、胞嘧啶核苷和尿嘧啶核苷。DNA中的核苷有腺嘌呤脱氧核苷、乌嘌呤脱氧核苷、胞嘧啶脱氧核苷和胸腺嘧啶脱氧核苷等。
组成核酸的基本单位——核苷酸：核苷酸是由1分子戊糖、1分子杂环碱和1分子磷酸组成。戊糖与碱基缩合成核苷，核苷再与磷酸结合成为核苷酸。
三、合成高分子化合物
高分子化合物简称高分子，与低分子化合物的最大不同是相对分子质量，高分子的相对分子质量一般在一万以上，亦有几十万，甚至是上百万。自然界存在的高分子如淀粉、纤维素、蛋白质、核酸等称天然高分子，通过人工合成的高分子如塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等称合成高分子。
[CH2—CH2 ]n
高分子也叫聚合物，虽然相对分子质量很大，但化学组成比较简单，一般是由简单的结构单元重复连接而成。如聚乙烯可表示为 ，它是由乙烯聚合而成，其结构单元为—CH2—CH2—，n 表示聚合度。
（一）加聚反应与缩聚反应
含有重键的单体分子，如乙烯、丁二烯（CH2=CH—CH=CH2）、苯乙烯（CH2=CHC6H5）等它们是通过加成聚合反应得到聚合物的。聚合时常用引发剂I先形成活性种R*，活性种打开单体M的键，与之加成，形成单体活性种，接着不断迅速地与单体加成形成高分子，随后活性链失去活性，使链终止。可用简式表示如下：
I→R* R* + M→RM* RM* + M→RM …… RM + M→RM R M→RMn
含有双官能团的单体，通过分子间官能团地缩合反应把单体分子连接起来，同时生成水、醇、氨等小分子，这样不断地缩合，使分子不断增大，最后形成高分子聚合物，称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。如已二胺和已二酸反应生成聚已二酰已二胺，商品名为尼龙–66。反应式可写成：
nH2N(CH2)6NH2 + n HOOC(CH2)4COOH →H[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]n OH + (2n–1)H2O
（二）合成高分子的结构和特性
单体分子经加成聚合或所含的双官能团单体经缩聚得到的聚合物都是线型长链状的高分子。一些线型聚合物还带有支链，如高压聚乙烯；也有一些聚合物，分子链之间通过化学反应，形成化学键使分子交叉起来，构成体型网状高分子。由于高分子的结构不同，其性能也有所不同。线型高分子加热时可以逐渐变软，然后再变成液体，液体冷却后又逐渐变成固体，随着温度的变化可反复改变物理状态。线型高分子的这种性质，称为热塑性，它可以使高分子材料便于加工，而且还可以多次重复进行。线型高分子还可以用溶剂溶解。
单体进行聚合反应时，先形成线型高分子，在某种条件下分子链之间发生交联由线型变成体型网状高分子。体型高分子加热后不会熔化和流动，这种性质称为热固性。因此体型高分子一旦加工成型后，不能通过加热改变其形态，热固性树脂固化后也不能容溶剂溶解，如酚醛树脂和环氧树脂就是热固性树脂。
在热的作用下，大分子末端断列生成自由基，然后按链式机理迅速逐已脱除单体二降解，脱除少量单体后短期内残留物的相对分子质量变化不大，此类反应称为解聚。如聚甲基丙烯酸甲酯在164~270℃能发生解聚，利用此反应可从聚合物中回收单体。
（三）高分子材料
1、塑料
塑料是在一定的温度和压力下，可以塑制成型的合成高分子材料，由于合成高分子具有热塑性和热固性，所以塑料可以分成热塑性塑料和热固性塑料。
工程塑料可以作为工程材料代替金属，具有优良的机械性能、耐热性和尺寸稳定性，主要有聚酰胺、ABS、聚碳酸脂等。ABS工程塑料广泛用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业，许多家电的外壳就是ABS塑料做的。
[ (CH2–CH) x –(CH2–CH=CH–CH2) y –(CH2–CH) z ]n
CN
ABS树脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三种单体的共聚物，其结构式为：
2、橡胶
橡胶具有高弹性、绝缘性、不透气、不透水、抗冲击、吸震及阻尼性。有些特种橡胶还具有耐化学腐蚀、耐高温、耐低温、耐油等性能。因而橡胶制品在工业、农业、国防和科技现代化中起着重要的作用。
nCH2=CH–C=CH2 → [CH2CH=C=CH2]n
CH3
CH3
天然橡胶的组成是异戊二烯。现在可用异戊二烯单体合成的异戊胶的结构和性能基本与天然橡胶相同。
n CH2=CH–CH=CH2 + n CH2=CH → [ CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH ]n
由于异戊二烯的原料来源受到限制，而丁二烯则来源丰富，因此以丁二烯为基础开发了一系列合成橡胶，如顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶等。丁苯橡胶是由丁二烯（70%）和苯乙烯（30%）通过乳液聚合制得。
[ Si–O ]m
CH3
CH3
[ Si–O ]n
CH=CH2
CH3
丁苯橡胶是应用最广、产量最多的合成橡胶，其性能与天然橡胶接近，而耐热、耐磨、耐老化性能优于天然橡胶，可用来制轮胎、皮带、密封材料和电绝缘材料，但它不耐油和有机溶剂。
硅橡胶的结构式如下：
硅橡胶的分子特别，主链上没有碳原子，因此叫做元素有机聚合物。由于硅橡胶无毒、无味、柔软、光滑、生理惰性及血液相溶型巨很优良，亦可用作医用高分子材料，如人工器官、人工关节、整形修复材料、药液载物等。
天然橡胶和合成橡胶在未硫化前称为生橡胶。生橡胶具有可塑性，强度低，回弹力差，容易产生永久形变，这是因为生橡胶分子是线型结构，生橡胶只在硫化后由线形分子体型网状结构才具有高弹性，才有应用价值。
3、纤维
—C—O—
O
棉、麻、丝、毛属天然纤维，目前绚丽多彩的纺织品，大部分是由化学纤维制成，化学纤维又可分为人造纤维和合成纤维。宛如丝绸的人造棉（粘胶纤维）、质地柔软的人造毛、轻柔滑爽的人造丝（醋酸纤维），是由于然纤维或蛋白质为原料，经过化学改性而制成的，属于人造纤维。平常我们见到的五彩缤纷而又厚实的缎子被面，大部分是人造纤维制成的。抗皱免烫的涤纶、坚固耐磨的尼龙，胜似羊毛的腈纶，结实耐穿的维纶等都是合成纤维。
聚酯纤维：凡是含有 （酯基）的高分子都称为聚酯，它可抽丝成纺织品，亦可作为塑料和涂料等的原料。涤纶小为由于分子排列规整、紧密，结晶度较高，不易变形，因此抗皱性好。涤纶织物由于牢固，易洗、易干，做成衣服外形挺括等特点，主要用于做衣料，也可做运输带、轮胎帘子线、缆绳、渔网等。
—C—NH—
O
聚酰胺纤维：聚酰胺是一类性能优良的高聚物，它可以做工程塑料，抽丝则可制成纤维，商品名尼龙或锦纶，最常见的是尼龙 – 6和尼龙 – 66，主要用于制作丝袜及针织内衣、渔网、降落伞、宇航服。尼龙织物的特点是强度大、弹性好、耐磨性好。这是由于分子链中有
（酰胺基），在长链分子中不仅有较大的范得华力，还有氢键的作用，因此强度特别大。
4、胶粘剂
环氧树脂：凡是分子中含有二个以上的环氧基的物质，都可作为环氧树脂胶粘剂，环氧树脂俗称万能胶，通用环氧树脂胶粘剂是由2，2 – (4，4’–二羟基二苯基)丙烷（俗称双酚A）和环氧氯丙烷缩聚反应制得。
作为胶粘剂的环氧树脂是亮黄色的的粘稠物质，是线型分子，相对分子质量并不大，n在0 ~ 19之间，在年节物体时需要有机胺、酸酐等固化剂固化。
未经固化的环氧树脂相对分子质量较小，没有强度，而固化以后相对分子质量成倍提高，最后形成不溶不熔的体型网状结构，具有很强的粘接强度。
【典型例题】
例1、化合物X是从天然产物中分离而得，分子量为180，把1.98 g X燃烧可生成1478.4 mL（标准状况）CO2和1.188 g H2O。X能发生银镜反应，且能在弱酸性条件下被溴氧化成酸。X与乙酸酐反应得A，A的分子量比X大116.67%。问：
（1）写出X和A的结构式：
（2）与X的结构式一致的天然产物是什么？写出它的名称，并以最好的方式写出它的结构式
分析：本题可以先求X的最简式，再求分子式，然后根据性质推出 X的结构式。再根据X的性质和A的分子量可以推出A的结构式。最后运用葡萄糖的结构知识解得第二问。
解：（1）1.98 g X中含C原子： = 0.066 mol 即0.792 g
含H原子： 1.188×= 0.132 mol 即0.132 g
含O原子： 1.98－0.792－0.132 = 1.056 g
在X中 C︰H︰O = 0.066︰0.132︰ = 1︰2︰1
X的最简式为CH2O，式量为30。
由于X的分子量为180，所以X的分子式为C6H12O6。
由性质可以推断X的结构式为：HOCH2(CHOH)4CHO
CHO
(CHOOCCH3)4
CH2OOCCH3
A的分子量应为180×216.67%
其结构式应为
（2）与X的结构式一致的天然产物应为D – (+) – 葡萄糖。其最好的结构表示法为透视式或氧环式。
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
CH2OH
H
OH
CH2OH
O
OH
HO
OH
H
H
H
H
H
或
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CHO
CH2OH
OH
HO
HO
OH
H
H
H
H
CHO
CH2OH
H
HO
H
H
H
OH
HO
HO
CHO
CH2OH
H
H
H
H
OH
OH
HO
HO
a． b． c． d．
例2、在下列己醛糖中，哪些结构之间成对映体关系？哪些结构之间成非对映体关系？
分析：产生对映异构的根本原因是由于分子缺乏某些对称因素，绝大多数情况下是因为没有对称中心也没有对称面。这样的分子不能与它的镜影重叠，就会产生对映异构现象。
解：基于对映异构体的概念不难得出成对映体关系的是：a—c，b—d成非对映体关系的是：a—b、a—d、b—c、c—d。
例3、A和B属于一类天然有机化合物，都能与盐酸、碱反应。随着介质的酸度不同，水溶液中A和B都能以三种形式——阳离子、阴离子、偶极离子存在并建立平衡。A和B中碳原子数的总和为6，A和B中的氧原子的比为1︰2
（1）试确定A、B为何物？ （2）以A物质为例说明A与盐酸、烧碱反应有什么产物？
分析：A和B 能与酸、碱反应，故是两性化合物。水溶液中三种离子建立平衡，可定Ａ、B为氨基酸。可能的化合物为：A中含1个碳原子，B中含5个；Ａ中含2个，B中含4个；A中含3个，B中也含3个。而在A和B中氧原子的比为1︰2。
故A为氨基乙酸，B为2 – 氨基丁二酸。
解：（1）A和B 都能与酸、碱反应，说明A和B均为两性化合物。又A和B都在水溶液中以偶极离子、阳离子、阴离子存在并建立平衡，这符合氨基酸的特点。又知A和B碳原子总和为6，A与B的氧原子比为1︰2。
所以，A为氨基乙酸 NH2CH2COOH，B为2 – 氨基丁二酸。
（2）NH2CH2COOH + HCl → (NH3CH2COOH)Cl
NH2CH2COOH + NaOH → NH2CH2COONa + H2O
例4、如何从赖氨酸、丙氨酸和谷氨酸混合物的水溶液中获得各种氨基酸成分？
分析：根据在等电点时氨基酸的溶解度最小，则可通过调节pH，使它们分别析出。
解：在等电点时氨基酸的溶解最小，故可在适宜的温度和浓度下调节pH至每以氨基酸的等电点，使它们分别析出。本题可先调节pH至3.22，让谷氨酸析出，再调节pH = 6.02，让丙氨酸析出，最后调pH = 9.74使赖氨酸析出。
注：在等电点时氨基酸分子既不移向电场的阳极也不移向电场的阴极，利用此性质进行分离非常有效。例如，控制pH在6左右，丙氨酸不移动，谷氨酸移向阳极，赖氨酸移向阴极。
[ CH2—CH ]n
OH
例5、用不大于两个碳的化合物合成聚乙烯醇。
分析： 为聚乙烯醇，但聚合物无CH2 = CH—OH 单体，因此只能通过大
分子的反应得到，即先合成聚醋酸乙烯，再醇解。
解：HC≡CH + HOOCCH3 CH2 = CHOOCCH3
引发剂
△
[ CH2—CH ]n
OOCCH3
n CH2 = CHOOCCH3
[ CH2—CH ]n
OOCCH3
NaOH
[ CH2—CH ]n
OH
+ n HOCH3 + n CH3COOCH3
例6、L – 甲状腺素是一种重要的激素，用来治疗呆小病、粘液瘤、肥胖病等人类疾病。早期人类都是用动物的甲状腺组织来提取甲状腺素。甲状腺素的光学活性在20世纪30年代首先由Harington和Salter发现，他们从动物甲状腺体的蛋白质用发酵水解方法提取了L – 甲状腺素，从而避免了碱性水解的消旋现象，同样的结果也由Foster和Palmer等人在甲状腺体初步发酵后再酸性水解的方法而获得。但是从动物甲状腺体组织提取的L – 甲状腺素纯度低、光学纯度比较差，而且数量亦受到限制。40年代起，人们开始用合成方法来生产L – 甲状腺素。
化学合成法是以L – 酪氨酸为起始原料合成L–甲状腺素有多种路线，最有代表性的为Chalmers开发的经典路线：
（C9H11NO3）A（C9H9N3O7）
B（C11H11N3O8）C（C13H15N3O8）D（C20H21N3O9）
E（C20H25N3O5）F（C20H21NO5I2）G（C16H13NO4I2）
（L－甲状腺素，C16H11NO4I4）
此合成工艺需要八步反应，虽可保留其光学活性，但操作步骤非常复杂，产率低，成本较高。
通过化学工程师们的不懈努力，上海精细化工研究所的研究人员采用3，5–二碘–L–酪氨酸为原料，经孵化反应（消化–偶合反应）合成了高纯度、高生物活性的L–甲状腺素，缩短了工艺路线，降低了生产成本，是较理想的合成路线。合成原理如下：
L–酪氨酸HJLML–甲状腺素
（1）为何L–甲状腺素有光学活性，以上反应是否会影响其光学活性？
（2）写出A～M各物质的结构简式。
分析：本题给出了两条合成L–甲状腺素的途径，第一条途径条件较多，根据反应前后化学式的变化和参与反应的试剂，并不难推出产物；第二条途径是对第一条的改进，可借助第一条的信息帮助解答。
解：（1）L–酪氨酸中有一不对称碳原子（手性碳原子），因此有旋光性；反应中该碳原子始终没参与，故不会改变光学活性。
（2）A：；B：；C：；
D：；E：；
F：；G：；
H：；I： (CH3CO)2O；J：；K：CH3CH2OH；
L：；M：
【知能训练】
1、写出四种具有相同最简式CH2O的不同类型的有机物的结构简式。
2、已知在葡萄糖溶液中有一种环状结构的葡萄糖分子，化学式为C6H12O6，且存在下列平衡关系：
（1）这种环状结构的分子是通过葡萄糖分子（链式）中 基和 通过______反应而形成的。
（2）由两种简单的有机物合成某一键状醇醚：的反应方程式为 。
3、A是常见的有机物，能发生银镜反应。（1）一分子A在催化剂甲作用下生成两分子B，B能自身缩聚成高分子化合物C；（2）一分子A在催化剂乙作用下生成两分子D和两分子H2。D不能发生银镜反应，但能在一定条件下被H2还原为B；（3）一分子A在催化剂丙作用下生成两分子E和两分子F，F的相对分子质量为D的一半，且F能使澄清石灰水变浑浊，E和B、D都能发生酯化反应。
（1）F分子的电子式为
（2）与D分子具有相同分子式量的有机物中属于一元醇的同分异构体 种（不含其他含氧基团）。
（3）A的工业名称是 ；C、D的结构简式为C D
（4）写出A发生银镜反应的离子方程式
4、醛糖能和菲林（Fehling）溶液、苯肼等反应，表现出醛基典型的性质，但不和希夫（Schiff）试剂、亚硫酸氢钠饱和溶液反应，为什么？
5、D－2－氨基葡萄糖（俗称氨基葡萄糖）在自然界中常为环状结构，请完成下列提问：
（1）写出氨基葡萄糖的直链式与环状构象（A）（提示：葡萄糖结构见右图）。
（2）写出在三乙胺条件下其盐酸盐与(CH3CO)2O的反应产物（B）。
（3）将（B）在0℃下于稀酸或NH3/乙睛介质中反应，并写出产物结构简式。
6、一种得自天然产物的结晶性物质A，其分子式为C5H10O4，它的水溶液能够发生银镜反应。将A和碘化氢的水溶液及红磷加热时生成正戊烷。A与乙酸酐作用时生成化合物C11H16O7，该化合物不溶于水，也不发生银镜反应，但在酸存在下，与水共热时容易转变成能发生银镜反应的化合物C9H14O6。当A与甲醇在少量氯化氢存在下共热时生成不发生银镜反应的化合物C9H12O4。
（1）确定物质A及其转变产物的结构式。（2）写出所进行的反应的化学方程式。
（3）说明物质A可能的立体结构变体。
7、含有氨基（—NH2）的化合物通常能够与盐酸反应，生成盐酸盐。如：R－NH2 + HCl → R－NH2·HCl（R代表烷基、苯基等）现有两种化合物A和B，它们互为同分异构体。已知：①它们都是对位二取代苯；②它们的相对分子质量都是137；③A既能被NaOH溶液中和，又可以跟盐酸成盐，但不能与FeCl3溶液发生显色反应；B既不能被NaOH溶液中和，也不能跟盐酸成盐；④它们的组成元素只可能是C、H、O、N、Cl中的几种。请按要求填空：
（1）A和B的分子式是 。
（2）A的结构简式是 ；B的结构简式是 。
8、氨基酸分子（RCH(NH2)COOH）中，既有碱性的氨基（－NH2），又有酸性的羧基（－COOH）。在一定的酸碱性条件下，能自身成盐[ RCH(NH3＋)COO－ ]。所以在氨基酸分析中不能用碱溶液测定氨基酸水溶液中羧基的数目，而应先加入甲醛，使它与－NH2缩合（R－NH2 + HCHO → R－N＝CH2 + H2O），然后再用碱液滴定法，测定羧基含量。氨基酸中－NH2的数目可用与HNO2反应定量放出N2而测得，氨基在反应中变成羟基（－OH）（R－NH2 + HNO2→R－OH + N2 + H2O）。
化合物A，分子式为C8H15O4N3中和1mol A与甲醛作用后的产物消耗1mol NaOH。1mol A与HNO2反应放出1mol N2，并生成B（C8H14O5N2）。B经水解后得羟基乙酸和丙氨酸。
①B的结构简式为 ；②A跟亚硝酸反应的化学方程式为 。
9、有机物A、B均稳定，且分子式相同。取0.1mol A完全燃烧，得二氧化碳26.4g。A、B分别跟足量的乙酸并在浓硫酸存在条件下反应，生成C、D两种有机物，C的相对分子质量比D的相对分子质量大42。B、E以任意质量比混合，只要总质量不变，完全燃烧后耗氧气量和生成的水量都不变。0.1mol E能与足量银氨溶液反应生成43.2g银，且E的相对分子质量小于58。B能与新制氢氧化铜的悬浊液反应生成红色沉淀。A的任意一个羟基被溴原子取代所得的一溴代物都只有一种。
（1）通过计算和推理，确定A、B、E各物质的结构简式。
（2）写出B→D和B与新制氢氧化铜的悬浊液的化学反应方程式（有机物写结构简式）。
10、某中学同学在一本英文杂志上发现2张描述结构变化的简图如下（图中“—～—”是长链的省略符号）：
未读原文，他已经理解：左图是生命体内最重要的一大类有机物质 （填中文名称）的模型化的结构简图，右图是由于左图物质与 （化学式），即 （中文名称）发生反应后的模型化的结构简图。由左至右的变化的主要科学应用场合是：______________；但近年来我国一些不法奸商却利用这种变化来坑害消费者，消费者将因______________________。
11、写出赖氨酸[H2NCH2CH2CH2CH2CH(NH2)COOH]在指定条件下占优势的结构式：
（1）在强酸性溶液中。 （2）在强碱性溶液中。 （3）在达到等电点的溶液中。
12、有机玻璃是由有机物X加聚制得的热塑性塑料，为透明如玻璃状的无色固体，可以制造航空窗玻璃、仪表盘、外科照明灯、装饰品和生活用品等。其结构简式如下：
请回答下列问题：
（1）写出X的结构简式 。
（2）有机物X不能发生的反应有 （填写序号）。
①和H2加成 ②使溴水褪色 ③被酸性高锰酸钾溶液氧化 ④水解反应 ⑤酯化反应
（3）有机物X的一种同分异构体Y（含有2个甲基）能与NaHCO3溶液反应放出CO2，写出Y与Br2水反应的化学方程式： （任写一例），该反应属于 。
13、水性粘着剂聚乙烯醇是聚乙酸乙烯酯经碱性水解制得的。
（1）写出聚乙烯酸的结构式。 （2）聚乙烯醇能否直接通过聚合反应制得？为什么？
（3）写出聚乙酸乙烯酯的结构式。 （4）怎样制取聚乙酸乙烯酯？写出反应物的名称。
14、聚氨酯是常用的塑料，在它的主链上含有－NH－CO－重复结构单元。又知合成聚氨酯的单体有两种，一种是异氰酸酯（如O＝C＝N－R－N＝C＝O）；另一种为多元醇（如HO－R’－OH）。聚氨酯的结构简式为OC－NH－R－NH－CO－O－R’－O。现有2,6－二甲基
二异氰酸酯（如图）和1,3－丙二醇，试写出用它们合成聚氨酯的化学方程式并标明反应类型。
15、聚苯乙烯是一种重要的塑料，尤其是一种良好的绝缘体。泡沫聚苯乙烯是很好的家用器具、精密仪器及其他物品的包装和减震材料。
（1）写出以苯和乙烯为原料合成聚苯乙烯的工业生产过程，指明使用的试剂或催化剂。
（2）写出在实验室中从苯和醋酐开始制备苯乙烯的过程，指明所需要的其他试剂或催化剂，阐明每一反应步骤的机理。
（3）阐明以过氧化苯甲酸为引发剂的苯乙烯聚合反应机理。
参考答案：
1、HCHO HCOOCH3 CH3COOH CH2OH(CHOH)4CHO
2、（1）酸羟 醛 加成 （2）CH3CH2OH + CH3CHO→
3、（1） ；（2）8； （3）葡萄糖；； （4）
CH2OH(CHOH)4CHO+2[Ag(NH3)2]＋+2OH－→CH2OH(CHOH)4COO－+NH4＋+3NH3+H2O
4、醛糖与菲林（Fehling）溶液及苯肼反应，是不可逆的，因而尽管溶液中开链式的醛基浓度很低，也可显示出正反应。而醛糖与Schiff试剂及亚硫酸氢钠等的反应是可逆的，平衡偏向未反应的醛基一边，所以醛糖与Schiff试剂及亚硫酸氢钠呈负反应。
5、（1）
D－葡萄糖，D－2－氨基葡萄糖（环状结构Haworth式）
（2）
（3）在水解时，温度低，故只有半缩醛羟基形成的酯被水解，其他轻基形成的酯和氨基形成的酰胺须在加热回流中才能被水解。
6、
（1）
（2）
（3）
7、（1）C7H7NO2(或写成C7H7O2N) （2）H2N－－COOH、CH3－－NO2
8、（1）
（2）
9、（1）A： B：CH2OH(CHOH)4CHO E：HCHO
（2）CH2OH(CHOH)4CHO + 5CH3COOHCH2(CH3COO)[CH(CH3COO)]4CHO + 5H2O
CH2(OH)CH(OH)4CHO＋2Cu(OH)2→CH2(OH)CH(OH)4COOH＋Cu2O＋H2O
10、蛋白质（或多肽）；CH2O；甲醛；制作（动物）标本（或保存尸体）；食物中残余甲醛可与人体蛋白质发生同右图所示的反应而受害
11、（1） （2） （3）
12、（1）CH2＝C(CH3)－COOCH （2）⑤
（3）(CH3)2C＝CHCOOH＋Br2→(CH3)2CBrCHBrCOOH（另一例为CH3CH＝C(CH3)COOH） 加成反应
13、（1）
（2）不能。它的单体是乙烯酸，乙烯酸不是一种稳定的化合物（乙烯酸是乙醇的烯酸式）。
（3）
（4）乙酸乙烯酯的聚合反应
14、 +→ 缩聚反应
15、（1）
（2）①
② ③
第①步是傅－克酰基化反应，属亲电取代反应历程，催化剂AlCl3的量应略超过酸酐物质的量的两倍，亲电进攻试剂为酰基正离子。该步反应的机理为：
第②步是还原反应，可用催化加氢、金属或非金属氢化物还原剂（LiAlH4，NaBH4或Na + C2H5OH）等法还原。该步反应的机理为：
第③步是消除反应。其反应机理为：
（3）苯乙烯聚合反应机理为自由基聚合反应，可分为链引发、链增长和链终止三个阶段。
①链引发阶段：
为简单方便，设和C6H5·为R·。则：
②链增长阶段：
③链终止阶段：
第15讲 生物分子化合物和高分子化合物初步
【竞赛要求】
糖的基本概念。葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖。糖苷。纤维素与淀粉。氨基酸、多肽与蛋白质的基本概念。DNA与RNA。
【知识梳理】
一、糖类
糖类物质是指多羟基醛或多羟基酮以及能水解生成多羟基醛或多羟基酮的化合物。
糖类可分为单糖、低聚糖和多糖。
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
（一）单糖
1、单糖的组成及结构
（1）葡萄糖的组成及结构
①链状结构式
由元素分析和分子量测定确定了葡萄糖的分子式为C6H12O6。其平面结构式为：
CH2OHCHOHCHOHCHOHCHOHCHO D–（+）–葡萄糖
其费歇尔投影式为：
在葡萄糖的投影式中，定位编号最大的手性碳原子上的羟基位于右边，按照单糖构型的D、L表示法规定，葡萄糖属于D – 型糖，又因葡萄糖的水溶液具有右旋性，所以通常写为D –（+）– 葡萄糖。
葡萄糖是已醛糖，分子中有4个手性碳原子，应有16个光学异构体，其中8个为D型，8个为L型。
2、变旋光现象及环状结构式
变旋光现象：某些旋光性化合物的旋光度在放置过程中会逐渐上升或下降，最终达到恒定值而不再改变的现象。
实验发现，结晶葡萄糖有2种。一种是从乙醇溶液中析出的晶体（熔点146℃），配成水溶液测得其比旋光度为+112度，通常称为α – D –（+）– 葡萄糖，该水溶液在放置过程中，其比旋光度逐渐下降到 +52.7度的恒定值；另一种是从吡啶溶液中析出的晶体（熔点150℃），配成水溶液测得其比旋光度为+19度，称为β – D –（+）– 葡萄糖，该水溶液在放置过程中，比旋光度逐渐上升到 +52.7度的恒定值。上述实验现象用开链式结构难以解释。人们提出：葡萄糖具有分子内的醛基与醇羟基形成半缩醛的环状结构。由于六元环最稳定，故由C5上的羟基与醛基进行加成，形成半缩醛，并构成六元环状结构，组成环的原子中除了碳原子外，还有一个氧原子。所以糖的这种环状结构又叫做氧环式结构。
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
C
OH
H
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
C
HO
H
O
+
D-（+）-葡萄糖由链状结构转变为环状半缩醛结构时，醛基中的碳原子由sp2杂化转变为sp3杂化，而且该碳原子上连有4个不相同的基团，从而产生一个新的手性碳原子，这个新引入的手性中心使得葡萄糖的半缩醛式可以有2个光学异构体，它们是非对映体关系，两者之间只是C1构型不同，其它构型均相同，故称之为端基异构体，也称异头物。C1羟基称为苷羟基。通常苷羟基位于碳链右边的构型称为α– 型，位于碳链左边的称为β – 型。
由于葡萄糖存在2种环状结构，在水溶液中，两种环状结构中任何一种均可通过开链结构相互转变，最后达到动态平衡状态。此时其比旋光度为 +52.7度，此即葡萄糖变旋光现象产生的原因。
③哈沃斯式
在葡萄糖的环状结构式中，C– O– C键拉得很长，这是与实际情况不符合的。为了合理地表达单糖的环状结构，哈沃斯建议按下列规则将费歇尔投影式换写成哈沃斯式。
第一，所有费歇尔投影式中，连在手性碳原子右边的羟基在哈沃斯式中位于环平面的下方，反之，位于环平面上方的羟基相当于费歇尔投影式中连在手性碳原子左边的羟基。
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
CH2OH
第二，费歇尔投影式中D–型糖的羟甲基在哈沃斯式中应指向环平面的上方，L – 型糖的羟甲基则指向环平面的下方。
将D – 葡萄糖由开链式转变成哈沃斯式时，只要糖分子中各个碳原子构型表达无误即可，这种透视式可以更形象地显示糖的环状立体结构。
α– D–（+）–吡喃葡萄糖 β– D–（+）– 吡喃葡萄糖
对于含5个碳原子和1个氧原子的六元环单糖可以看成是杂环化合物吡喃的衍生物，称为吡喃糖。把含有4个碳原子和1个氧原子的五元单糖看成是杂环化合物呋喃的衍生物，称为呋喃糖。故把上述两个化合物称为α – D–（+）– 吡喃葡萄糖和β – D –（+）– 吡喃葡萄糖。
（2）果糖的组成及结构
果糖的分子式也是C6H12O6，是葡萄糖的同分异构体。果糖是已酮糖，其结构式中C3、C4、C5的构型与葡萄糖相同。在果糖的投影式中，编号最大的手性碳原子上的羟基位于右边，故属于D–型糖，果糖具有左旋性，故称为D–（–）– 果糖。
与葡萄糖相似，D–果糖开链结构中的C5或C6上的羟基可以和酮基结合生成半缩酮，因而可以形成呋喃环或吡喃环两种环状结构的果糖。这些环状结构都有各自的α型和β型异构体。在水溶液中，D–果糖也可以由一种环状结构通过开链结构转变成另一种环状结构，形成互变平衡体系。因此，果糖也具有变旋光现象，达到平衡时，其比旋光度为 – 92度。
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2
OH
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2OH
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2
HO
+
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
OH
H
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
H
HO
+
O
CH2OH
HO
OH
H
H
OH
HO
H
H
H
O
CH2OH
OH
HO
H
OH
H
HOH2C
H
α– D–（–）–吡喃果糖 α– D–（–）–呋喃果糖
2、单糖的化学性质
（1）差向异构体
将D–葡萄糖用稀碱处理时，可得到D–葡萄、D–甘露糖和D–果糖这三种糖的混合物，这种现象称为差向异构体。
（2）氧化反应
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
COOH
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
醛糖的分子中含有醛基，所以容易被弱氧化剂氧化，能将斐林试剂还原生成氧化亚铜砖红色沉淀，能将多伦试剂还原生成银境。此外还有一种弱氧化剂叫做班氏试剂也能被醛糖还原生成氧化亚铜砖红色沉淀，常在临床检验中使用。
+ 托伦试剂（斐林试剂） + Ag↓(Cu2O↓)
COOH
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
OH
OH
HO
CH2OH
C
O
H
H
H
CH2OH
酮糖具有α– 羟基酮的结构，在碱性溶液中可发生差向异构体，故也能被上述弱氧化剂氧化，利用上述碱性试剂不能区分醛糖和酮糖。
+ 托伦试剂（斐林试剂） + Ag↓(Cu2O↓)
硝酸
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
COOH
COOH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
在不同条件下，醛糖可被氧化成不同产物，比如葡萄糖，用硝酸氧化时，得到葡萄糖二酸，而用溴水氧化则得到葡萄糖酸。反应式如下：
D-葡萄糖二酸
溴水
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
COOH
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
D-葡萄糖酸
在葡萄糖的溶液中加入溴水，稍加热后，溴水的棕红色即可褪去，而果糖与溴水无作用，所以，用溴水可以区别醛糖和酮糖。
凡是能够还原多伦试剂或斐林试剂的糖都称还原糖。从结构上看，还原糖都含有α– 羟基醛或α – 羟基酮或含有能产生这些基团的半缩醛或半缩酮结构。
3、还原反应
在活性镍催化下，葡萄糖或果糖都可以在碱性及一定条件下被氢化，羰基被还原成相应的羟基，结果生成山梨醇和甘露醇。
H2
镍
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CH2OH
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CH2OH
CH2OH
OH
HO
HO
OH
H
H
H
H
+
山犁醇 甘露醇
4、成脎反应
单糖具有醛或酮羰基，可与苯肼反应，首先生成腙，在过量苯肼存在下，α– 羟基继续与苯肼作用生成不溶于水的黄色晶体，称为糖脎。
苯肼
苯肼
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CH=NNHC6H5
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CH=NNHC6H5
CH2OH
OH
NNHC6H5
HO
OH
H
H
H
H
不同的糖脎晶形不同，熔点也不同，因此利用该反应可作糖的定性鉴别。另外，单糖的成脎反应一般都发生在C1和C2上，因此，除C1及C2外，其余手性碳原子构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个化合物。
5成苷反应
单糖的半缩醛羟基较其它羟基活泼，在适当条件下可与醇或酚等含羟基的化合物失水，生成具有缩醛结构的化合物，称为糖苷。如在干燥的氯化氢气体催化下，D–葡萄糖与甲醇作用，失水生成甲基–D–吡喃葡萄糖苷。反应式如下：
O
OH
OH
H
H
HO
H
CH2OH
OH
干盐酸
O
OH
OH
H
H
HO
H
CH2OH
OCH3
+ CH3OH
甲基-D-吡喃葡萄糖苷
6、脱水反应（显色反应）
莫利许反应：（作为糖类和其它有机物的鉴别）在糖的水溶液中加入α– 萘酚的醇溶液，然后沿着试管壁再缓慢加入浓硫酸，不得振荡试管，此时在浓硫酸和糖的水溶液交界处能产生紫红色。
塞利瓦诺夫反应（作为醛糖和酮糖的鉴别）在醛糖和酮糖中加入塞利瓦诺夫试剂，加热，酮糖能产生鲜红色，而醛糖则不能。
（二）二糖
1、蔗糖
蔗糖是植物中分布最广的二糖，在甘蔗和甜菜中含量较高。纯的蔗糖为无色晶体，易溶于水，难溶于乙醇和乙醚中。蔗糖水溶液的比旋光度为 +66。5度。
蔗糖的分子式为C12H22O11，对其结构的研究已经证明：蔗糖分子是由α – D –（+）– 吡喃葡萄糖的半缩醛羟基与β – D–（–）– 呋喃果糖的半缩酮羟基间失水生成的，单糖间以1，2 – 糖苷键连接。
在蔗糖的分子中已无半缩醛羟基存在，不能转变为醛式，因此，蔗糖是一种非还原性二糖，没有变旋光现象，也不能形成糖脎，不能被氧化剂氧化。
2、麦芽糖
麦芽糖可由淀粉酶水解制得，麦芽糖在大麦芽中含量很高。
O
OH
O
OH
H
CH2OH
OH
H
HOH2C
CH2OH
OH
OH
H
H
H
O
H
H
麦芽糖是由1分子α – D – 葡萄糖的半缩醛羟基和另1分子葡萄糖的C4羟基脱水形成的二糖。在麦芽糖的分子中还保留了一个半缩醛羟基，因此具有还原性，属于还原性二糖。能产生变旋光现象，能被氧化剂氧化，也能形成糖脎。
O
O
OH
H
CH2OH
OH
HO
H
OH
OH
H
H
OH
O
CH2OH
H
H
H
H
麦芽糖 蔗糖
（三）多糖
1、淀粉
淀粉是人类最主要的食物，广泛存在于各种植物及谷类中。
淀粉用水处理后，得到的可溶解部分为直链淀粉，不溶而膨胀的部分为支链淀粉。一般淀粉中含直链淀粉10℅ ~ 20℅，支链淀粉80℅ ~ 90℅。
直链淀粉的基本结构单位是D – 葡萄糖。许多D – 葡萄糖通过α –1，4 – 苷键结合成链状。
支链淀粉的主链也是由D – 葡萄糖经过α –1，4-苷键连接而成，但它还有通过α –1，6–苷键或其它方式连接的支链。
淀粉溶液与碘作用生成蓝色复合物，常作为淀粉的鉴别。
2、纤维素及其衍生物
纤维素是自然界中最丰富的多糖，它是植物细胞的主要成分。棉花是含纤维素最多的物质，含量达92℅-95℅。纤维素是由几千个葡萄糖单位经β –1，4 – 苷键连接而成的长链分子，一般无分支链。
纤维素的衍生物主要由纤维素酯类和纤维素醚类。
二、氨基酸、蛋白质、核酸
（一）氨基酸
分子中既含有氨基又含有羧基的双官能团化合物称为氨基酸。根据氨基酸分子中所含氨基和羧基的相对数目，可将氨基酸分为：中性氨基酸（其分子中氨基与羧基的数目相等）、碱性氨基酸（其分子中氨基比羧基的数目多）和酸性氨基酸（其分子中羧基比氨基的数目多）。碱性氨基酸一般显碱性，酸性氨基酸显酸性，但中性氨基酸不呈中性而呈弱酸性，这是由于羧基比氨基的电离常数大些所致。
氨基酸的主要性质：
α– 氨基酸都是无色晶体，具有较高的熔点。
1、两性与等电点
RCHCOOH
NH2
NH3+
RCHCOO－
氨基酸分子中，含有氨基和羧基，一个是碱性基团，一个是酸性基团，两者可相互作用而成盐，这种盐称为内盐。
内盐
H+
H+
NH3+
RCHCOO－
NH3+
RCHCOOH
NH2
RCHCOO－
催化剂
Δ
内盐分子中，既有带正电荷的部分，又有带负电荷的部分，所以又称两性离子。实验证明，在氨基酸晶体中，氨基酸并不是以分子的形式存在，而是以两性离子的形式存在。氨基酸在水溶液中，形成如下的平衡体系：
负离子 两性离子 正离子
从上述平衡可以看出，当加入酸时，平衡向右移动，氨基酸主要以正离子形式存，当pH<1时，氨基酸几乎全为正离子。当加入碱时，平衡向左移动，氨基酸主要以负离子形式存在，当pH>11时，氨基酸几乎全部为负离子。氨基酸溶液置于电场之中时，离子则将随着溶液pH值的不同而向不同的极移动。碱性时向阳极移动，酸性时向阴极迁移。对于中性氨基酸来说，其水溶液中所含的负离子要比正离子多，为了使它形成相等的解离，即生成两性离子，应加入少量的酸，以抑制酸性解离，即抑制负离子的形成。也就是说，中性氨基酸要完全以两性离子存在，pH值不是为7，而是小于7。如甘氨酸在pH值为6.1时，酸式电离和碱式电离相等，完全以两性离子存在，在电场中处于平衡状态，不向两极移动。这种氨基酸在碱式电离和酸式电离相等时的pH值，称为该氨基酸的等电点。用pI表示。由于不同的氨基酸分子中所含的氨基和羧基的数目不同，所以它们的等电点也各不相同。一般说来，酸性氨基酸的等电点pI为2.8 ~ 3.2；中性氨基酸的等电点pI为4.8 ~ 6.3；碱性氨基酸的等电点为7.6 ~11。
在等电点时，氨基酸的溶解度最小。因此可以用调节溶液pH值的方法，使不同的氨基酸在各自的等电点结晶析出，以分离或提纯氨基酸。
2、与茚三酮反应
α– 氨基酸的水溶液与茚三酮水溶液加热，能发生显色反应，这是鉴别α – 氨基酸最灵敏、最简单的方法。
3、受热反应
α– 氨基酸受热后，2分子脱水生成环状交酰胺。开始加热时，2分子α – 氨基酸也可脱去1分子水生成二肽，但反应的主要产物是交酰胺。如果用盐酸或碱处理，生成的交酰胺，也可转变成二肽。
Δ
RCHNH2COOH + RCHNH2COOH RCHNH2CONHCHRCOOH 二肽
二肽分子中的 ─CONH─ 结构称为酰胺键或肽键。肽键是多肽和蛋白质分子中氨基酸之间相互连接的基本方式。
β– 氨基酸受热时，氨基与α – 碳原子上的氢结合成氨而脱去，生成α，β – 不饱和酸。例如：
Δ
RCHNH2COOH RCH═CHCOOH + NH3
γ–、δ – 氨基酸受热时，氨基上的1个氢原子与羧基上的羟基结合成水而脱去，生成较为稳定的五元环或六元环的内酰胺。
当氨基酸分子中的氨基与羧基相隔5个或5个以上碳原子时，受热则发生分子间脱水，生成链状聚酰胺。如尼龙 – 6、尼龙 – 7等聚酰胺纤维，就是由相应的ω – 氨基酸脱水聚合制成的。
（二）多肽
由2个以上α – 氨基酸单位通过肽键互相连接起来的化合和物称为多肽。其通式为：
RCHNH2–(CONHCHR)n–COOH
在多肽链中，保留有游离氨基的一端称为N端，保留有游离羧基的一端称为C端。习惯上把N端写在左边，C端写右边。
（三）蛋白质
蛋白质也是由氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物，也是多肽，人们通常把分子量低于10000的视为多肽，高于10000的称为蛋白质。
由于蛋白质中大多数的含氮量都近似为16℅，即任何生物样品中，每克氮相当于6.25克蛋白质。6.25称为蛋白质系数。
（四）核酸
核酸是一类含磷的酸性高分子化合物，由于它最早发现于细胞核，故称核酸。核酸根据其组成可分为两大类：核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）。其中DNA98℅ 以上存在于细胞核中，RNA 90℅ 存在于细胞质，10℅ 存在于细胞核中。
核酸的化学组成：核酸是由磷酸、戊糖与碱基三类化学成分组成的。
组成核酸的戊糖有D – 核糖和D – 2 – 脱氧核糖。
核酸中存在的碱基主要有嘧啶碱和嘌呤碱两类杂环碱。其中最常见的有胞嘧啶（常用英文字母C表示）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、乌嘌呤（G）5种。
核苷：由戊糖与碱基缩合而得的产物称为核苷。RNA中的核苷有腺嘌呤核苷、乌嘌呤核苷、胞嘧啶核苷和尿嘧啶核苷。DNA中的核苷有腺嘌呤脱氧核苷、乌嘌呤脱氧核苷、胞嘧啶脱氧核苷和胸腺嘧啶脱氧核苷等。
组成核酸的基本单位——核苷酸：核苷酸是由1分子戊糖、1分子杂环碱和1分子磷酸组成。戊糖与碱基缩合成核苷，核苷再与磷酸结合成为核苷酸。
三、合成高分子化合物
高分子化合物简称高分子，与低分子化合物的最大不同是相对分子质量，高分子的相对分子质量一般在一万以上，亦有几十万，甚至是上百万。自然界存在的高分子如淀粉、纤维素、蛋白质、核酸等称天然高分子，通过人工合成的高分子如塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等称合成高分子。
[CH2—CH2 ]n
高分子也叫聚合物，虽然相对分子质量很大，但化学组成比较简单，一般是由简单的结构单元重复连接而成。如聚乙烯可表示为 ，它是由乙烯聚合而成，其结构单元为—CH2—CH2—，n 表示聚合度。
（一）加聚反应与缩聚反应
含有重键的单体分子，如乙烯、丁二烯（CH2=CH—CH=CH2）、苯乙烯（CH2=CHC6H5）等它们是通过加成聚合反应得到聚合物的。聚合时常用引发剂I先形成活性种R*，活性种打开单体M的键，与之加成，形成单体活性种，接着不断迅速地与单体加成形成高分子，随后活性链失去活性，使链终止。可用简式表示如下：
I→R* R* + M→RM* RM* + M→RM …… RM + M→RM R M→RMn
含有双官能团的单体，通过分子间官能团地缩合反应把单体分子连接起来，同时生成水、醇、氨等小分子，这样不断地缩合，使分子不断增大，最后形成高分子聚合物，称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。如已二胺和已二酸反应生成聚已二酰已二胺，商品名为尼龙–66。反应式可写成：
nH2N(CH2)6NH2 + n HOOC(CH2)4COOH →H[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]n OH + (2n–1)H2O
（二）合成高分子的结构和特性
单体分子经加成聚合或所含的双官能团单体经缩聚得到的聚合物都是线型长链状的高分子。一些线型聚合物还带有支链，如高压聚乙烯；也有一些聚合物，分子链之间通过化学反应，形成化学键使分子交叉起来，构成体型网状高分子。由于高分子的结构不同，其性能也有所不同。线型高分子加热时可以逐渐变软，然后再变成液体，液体冷却后又逐渐变成固体，随着温度的变化可反复改变物理状态。线型高分子的这种性质，称为热塑性，它可以使高分子材料便于加工，而且还可以多次重复进行。线型高分子还可以用溶剂溶解。
单体进行聚合反应时，先形成线型高分子，在某种条件下分子链之间发生交联由线型变成体型网状高分子。体型高分子加热后不会熔化和流动，这种性质称为热固性。因此体型高分子一旦加工成型后，不能通过加热改变其形态，热固性树脂固化后也不能容溶剂溶解，如酚醛树脂和环氧树脂就是热固性树脂。
在热的作用下，大分子末端断列生成自由基，然后按链式机理迅速逐已脱除单体二降解，脱除少量单体后短期内残留物的相对分子质量变化不大，此类反应称为解聚。如聚甲基丙烯酸甲酯在164~270℃能发生解聚，利用此反应可从聚合物中回收单体。
（三）高分子材料
1、塑料
塑料是在一定的温度和压力下，可以塑制成型的合成高分子材料，由于合成高分子具有热塑性和热固性，所以塑料可以分成热塑性塑料和热固性塑料。
工程塑料可以作为工程材料代替金属，具有优良的机械性能、耐热性和尺寸稳定性，主要有聚酰胺、ABS、聚碳酸脂等。ABS工程塑料广泛用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业，许多家电的外壳就是ABS塑料做的。
[ (CH2–CH) x –(CH2–CH=CH–CH2) y –(CH2–CH) z ]n
CN
ABS树脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三种单体的共聚物，其结构式为：
2、橡胶
橡胶具有高弹性、绝缘性、不透气、不透水、抗冲击、吸震及阻尼性。有些特种橡胶还具有耐化学腐蚀、耐高温、耐低温、耐油等性能。因而橡胶制品在工业、农业、国防和科技现代化中起着重要的作用。
nCH2=CH–C=CH2 → [CH2CH=C=CH2]n
CH3
CH3
天然橡胶的组成是异戊二烯。现在可用异戊二烯单体合成的异戊胶的结构和性能基本与天然橡胶相同。
n CH2=CH–CH=CH2 + n CH2=CH → [ CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH ]n
由于异戊二烯的原料来源受到限制，而丁二烯则来源丰富，因此以丁二烯为基础开发了一系列合成橡胶，如顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶等。丁苯橡胶是由丁二烯（70%）和苯乙烯（30%）通过乳液聚合制得。
[ Si–O ]m
CH3
CH3
[ Si–O ]n
CH=CH2
CH3
丁苯橡胶是应用最广、产量最多的合成橡胶，其性能与天然橡胶接近，而耐热、耐磨、耐老化性能优于天然橡胶，可用来制轮胎、皮带、密封材料和电绝缘材料，但它不耐油和有机溶剂。
硅橡胶的结构式如下：
硅橡胶的分子特别，主链上没有碳原子，因此叫做元素有机聚合物。由于硅橡胶无毒、无味、柔软、光滑、生理惰性及血液相溶型巨很优良，亦可用作医用高分子材料，如人工器官、人工关节、整形修复材料、药液载物等。
天然橡胶和合成橡胶在未硫化前称为生橡胶。生橡胶具有可塑性，强度低，回弹力差，容易产生永久形变，这是因为生橡胶分子是线型结构，生橡胶只在硫化后由线形分子体型网状结构才具有高弹性，才有应用价值。
3、纤维
—C—O—
O
棉、麻、丝、毛属天然纤维，目前绚丽多彩的纺织品，大部分是由化学纤维制成，化学纤维又可分为人造纤维和合成纤维。宛如丝绸的人造棉（粘胶纤维）、质地柔软的人造毛、轻柔滑爽的人造丝（醋酸纤维），是由于然纤维或蛋白质为原料，经过化学改性而制成的，属于人造纤维。平常我们见到的五彩缤纷而又厚实的缎子被面，大部分是人造纤维制成的。抗皱免烫的涤纶、坚固耐磨的尼龙，胜似羊毛的腈纶，结实耐穿的维纶等都是合成纤维。
聚酯纤维：凡是含有 （酯基）的高分子都称为聚酯，它可抽丝成纺织品，亦可作为塑料和涂料等的原料。涤纶小为由于分子排列规整、紧密，结晶度较高，不易变形，因此抗皱性好。涤纶织物由于牢固，易洗、易干，做成衣服外形挺括等特点，主要用于做衣料，也可做运输带、轮胎帘子线、缆绳、渔网等。
—C—NH—
O
聚酰胺纤维：聚酰胺是一类性能优良的高聚物，它可以做工程塑料，抽丝则可制成纤维，商品名尼龙或锦纶，最常见的是尼龙 – 6和尼龙 – 66，主要用于制作丝袜及针织内衣、渔网、降落伞、宇航服。尼龙织物的特点是强度大、弹性好、耐磨性好。这是由于分子链中有
（酰胺基），在长链分子中不仅有较大的范得华力，还有氢键的作用，因此强度特别大。
4、胶粘剂
环氧树脂：凡是分子中含有二个以上的环氧基的物质，都可作为环氧树脂胶粘剂，环氧树脂俗称万能胶，通用环氧树脂胶粘剂是由2，2 – (4，4’–二羟基二苯基)丙烷（俗称双酚A）和环氧氯丙烷缩聚反应制得。
作为胶粘剂的环氧树脂是亮黄色的的粘稠物质，是线型分子，相对分子质量并不大，n在0 ~ 19之间，在年节物体时需要有机胺、酸酐等固化剂固化。
未经固化的环氧树脂相对分子质量较小，没有强度，而固化以后相对分子质量成倍提高，最后形成不溶不熔的体型网状结构，具有很强的粘接强度。
【典型例题】
例1、化合物X是从天然产物中分离而得，分子量为180，把1.98 g X燃烧可生成1478.4 mL（标准状况）CO2和1.188 g H2O。X能发生银镜反应，且能在弱酸性条件下被溴氧化成酸。X与乙酸酐反应得A，A的分子量比X大116.67%。问：
（1）写出X和A的结构式：
（2）与X的结构式一致的天然产物是什么？写出它的名称，并以最好的方式写出它的结构式
分析：本题可以先求X的最简式，再求分子式，然后根据性质推出 X的结构式。再根据X的性质和A的分子量可以推出A的结构式。最后运用葡萄糖的结构知识解得第二问。
解：（1）1.98 g X中含C原子： = 0.066 mol 即0.792 g
含H原子： 1.188×= 0.132 mol 即0.132 g
含O原子： 1.98－0.792－0.132 = 1.056 g
在X中 C︰H︰O = 0.066︰0.132︰ = 1︰2︰1
X的最简式为CH2O，式量为30。
由于X的分子量为180，所以X的分子式为C6H12O6。
由性质可以推断X的结构式为：HOCH2(CHOH)4CHO
CHO
(CHOOCCH3)4
CH2OOCCH3
A的分子量应为180×216.67%
其结构式应为
（2）与X的结构式一致的天然产物应为D – (+) – 葡萄糖。其最好的结构表示法为透视式或氧环式。
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
CH2OH
H
OH
CH2OH
O
OH
HO
OH
H
H
H
H
H
或
CHO
CH2OH
OH
OH
HO
OH
H
H
H
H
CHO
CH2OH
OH
HO
HO
OH
H
H
H
H
CHO
CH2OH
H
HO
H
H
H
OH
HO
HO
CHO
CH2OH
H
H
H
H
OH
OH
HO
HO
a． b． c． d．
例2、在下列己醛糖中，哪些结构之间成对映体关系？哪些结构之间成非对映体关系？
分析：产生对映异构的根本原因是由于分子缺乏某些对称因素，绝大多数情况下是因为没有对称中心也没有对称面。这样的分子不能与它的镜影重叠，就会产生对映异构现象。
解：基于对映异构体的概念不难得出成对映体关系的是：a—c，b—d成非对映体关系的是：a—b、a—d、b—c、c—d。
例3、A和B属于一类天然有机化合物，都能与盐酸、碱反应。随着介质的酸度不同，水溶液中A和B都能以三种形式——阳离子、阴离子、偶极离子存在并建立平衡。A和B中碳原子数的总和为6，A和B中的氧原子的比为1︰2
（1）试确定A、B为何物？ （2）以A物质为例说明A与盐酸、烧碱反应有什么产物？
分析：A和B 能与酸、碱反应，故是两性化合物。水溶液中三种离子建立平衡，可定Ａ、B为氨基酸。可能的化合物为：A中含1个碳原子，B中含5个；Ａ中含2个，B中含4个；A中含3个，B中也含3个。而在A和B中氧原子的比为1︰2。
故A为氨基乙酸，B为2 – 氨基丁二酸。
解：（1）A和B 都能与酸、碱反应，说明A和B均为两性化合物。又A和B都在水溶液中以偶极离子、阳离子、阴离子存在并建立平衡，这符合氨基酸的特点。又知A和B碳原子总和为6，A与B的氧原子比为1︰2。
所以，A为氨基乙酸 NH2CH2COOH，B为2 – 氨基丁二酸。
（2）NH2CH2COOH + HCl → (NH3CH2COOH)Cl
NH2CH2COOH + NaOH → NH2CH2COONa + H2O
例4、如何从赖氨酸、丙氨酸和谷氨酸混合物的水溶液中获得各种氨基酸成分？
分析：根据在等电点时氨基酸的溶解度最小，则可通过调节pH，使它们分别析出。
解：在等电点时氨基酸的溶解最小，故可在适宜的温度和浓度下调节pH至每以氨基酸的等电点，使它们分别析出。本题可先调节pH至3.22，让谷氨酸析出，再调节pH = 6.02，让丙氨酸析出，最后调pH = 9.74使赖氨酸析出。
注：在等电点时氨基酸分子既不移向电场的阳极也不移向电场的阴极，利用此性质进行分离非常有效。例如，控制pH在6左右，丙氨酸不移动，谷氨酸移向阳极，赖氨酸移向阴极。
[ CH2—CH ]n
OH
例5、用不大于两个碳的化合物合成聚乙烯醇。
分析： 为聚乙烯醇，但聚合物无CH2 = CH—OH 单体，因此只能通过大
分子的反应得到，即先合成聚醋酸乙烯，再醇解。
解：HC≡CH + HOOCCH3 CH2 = CHOOCCH3
引发剂
△
[ CH2—CH ]n
OOCCH3
n CH2 = CHOOCCH3
[ CH2—CH ]n
OOCCH3
NaOH
[ CH2—CH ]n
OH
+ n HOCH3 + n CH3COOCH3
例6、L – 甲状腺素是一种重要的激素，用来治疗呆小病、粘液瘤、肥胖病等人类疾病。早期人类都是用动物的甲状腺组织来提取甲状腺素。甲状腺素的光学活性在20世纪30年代首先由Harington和Salter发现，他们从动物甲状腺体的蛋白质用发酵水解方法提取了L – 甲状腺素，从而避免了碱性水解的消旋现象，同样的结果也由Foster和Palmer等人在甲状腺体初步发酵后再酸性水解的方法而获得。但是从动物甲状腺体组织提取的L – 甲状腺素纯度低、光学纯度比较差，而且数量亦受到限制。40年代起，人们开始用合成方法来生产L – 甲状腺素。
化学合成法是以L – 酪氨酸为起始原料合成L–甲状腺素有多种路线，最有代表性的为Chalmers开发的经典路线：
（C9H11NO3）A（C9H9N3O7）
B（C11H11N3O8）C（C13H15N3O8）D（C20H21N3O9）
E（C20H25N3O5）F（C20H21NO5I2）G（C16H13NO4I2）
（L－甲状腺素，C16H11NO4I4）
此合成工艺需要八步反应，虽可保留其光学活性，但操作步骤非常复杂，产率低，成本较高。
通过化学工程师们的不懈努力，上海精细化工研究所的研究人员采用3，5–二碘–L–酪氨酸为原料，经孵化反应（消化–偶合反应）合成了高纯度、高生物活性的L–甲状腺素，缩短了工艺路线，降低了生产成本，是较理想的合成路线。合成原理如下：
L–酪氨酸HJLML–甲状腺素
（1）为何L–甲状腺素有光学活性，以上反应是否会影响其光学活性？
（2）写出A～M各物质的结构简式。
分析：本题给出了两条合成L–甲状腺素的途径，第一条途径条件较多，根据反应前后化学式的变化和参与反应的试剂，并不难推出产物；第二条途径是对第一条的改进，可借助第一条的信息帮助解答。
解：（1）L–酪氨酸中有一不对称碳原子（手性碳原子），因此有旋光性；反应中该碳原子始终没参与，故不会改变光学活性。
（2）A：；B：；C：；
D：；E：；
F：；G：；
H：；I： (CH3CO)2O；J：；K：CH3CH2OH；
L：；M：
【知能训练】
1、写出四种具有相同最简式CH2O的不同类型的有机物的结构简式。
2、已知在葡萄糖溶液中有一种环状结构的葡萄糖分子，化学式为C6H12O6，且存在下列平衡关系：
（1）这种环状结构的分子是通过葡萄糖分子（链式）中 基和 通过______反应而形成的。
（2）由两种简单的有机物合成某一键状醇醚：的反应方程式为 。
3、A是常见的有机物，能发生银镜反应。（1）一分子A在催化剂甲作用下生成两分子B，B能自身缩聚成高分子化合物C；（2）一分子A在催化剂乙作用下生成两分子D和两分子H2。D不能发生银镜反应，但能在一定条件下被H2还原为B；（3）一分子A在催化剂丙作用下生成两分子E和两分子F，F的相对分子质量为D的一半，且F能使澄清石灰水变浑浊，E和B、D都能发生酯化反应。
（1）F分子的电子式为
（2）与D分子具有相同分子式量的有机物中属于一元醇的同分异构体 种（不含其他含氧基团）。
（3）A的工业名称是 ；C、D的结构简式为C D
（4）写出A发生银镜反应的离子方程式
4、醛糖能和菲林（Fehling）溶液、苯肼等反应，表现出醛基典型的性质，但不和希夫（Schiff）试剂、亚硫酸氢钠饱和溶液反应，为什么？
5、D－2－氨基葡萄糖（俗称氨基葡萄糖）在自然界中常为环状结构，请完成下列提问：
（1）写出氨基葡萄糖的直链式与环状构象（A）（提示：葡萄糖结构见右图）。
（2）写出在三乙胺条件下其盐酸盐与(CH3CO)2O的反应产物（B）。
（3）将（B）在0℃下于稀酸或NH3/乙睛介质中反应，并写出产物结构简式。
6、一种得自天然产物的结晶性物质A，其分子式为C5H10O4，它的水溶液能够发生银镜反应。将A和碘化氢的水溶液及红磷加热时生成正戊烷。A与乙酸酐作用时生成化合物C11H16O7，该化合物不溶于水，也不发生银镜反应，但在酸存在下，与水共热时容易转变成能发生银镜反应的化合物C9H14O6。当A与甲醇在少量氯化氢存在下共热时生成不发生银镜反应的化合物C9H12O4。
（1）确定物质A及其转变产物的结构式。（2）写出所进行的反应的化学方程式。
（3）说明物质A可能的立体结构变体。
7、含有氨基（—NH2）的化合物通常能够与盐酸反应，生成盐酸盐。如：R－NH2 + HCl → R－NH2·HCl（R代表烷基、苯基等）现有两种化合物A和B，它们互为同分异构体。已知：①它们都是对位二取代苯；②它们的相对分子质量都是137；③A既能被NaOH溶液中和，又可以跟盐酸成盐，但不能与FeCl3溶液发生显色反应；B既不能被NaOH溶液中和，也不能跟盐酸成盐；④它们的组成元素只可能是C、H、O、N、Cl中的几种。请按要求填空：
（1）A和B的分子式是 。
（2）A的结构简式是 ；B的结构简式是 。
8、氨基酸分子（RCH(NH2)COOH）中，既有碱性的氨基（－NH2），又有酸性的羧基（－COOH）。在一定的酸碱性条件下，能自身成盐[ RCH(NH3＋)COO－ ]。所以在氨基酸分析中不能用碱溶液测定氨基酸水溶液中羧基的数目，而应先加入甲醛，使它与－NH2缩合（R－NH2 + HCHO → R－N＝CH2 + H2O），然后再用碱液滴定法，测定羧基含量。氨基酸中－NH2的数目可用与HNO2反应定量放出N2而测得，氨基在反应中变成羟基（－OH）（R－NH2 + HNO2→R－OH + N2 + H2O）。
化合物A，分子式为C8H15O4N3中和1mol A与甲醛作用后的产物消耗1mol NaOH。1mol A与HNO2反应放出1mol N2，并生成B（C8H14O5N2）。B经水解后得羟基乙酸和丙氨酸。
①B的结构简式为 ；②A跟亚硝酸反应的化学方程式为 。
9、有机物A、B均稳定，且分子式相同。取0.1mol A完全燃烧，得二氧化碳26.4g。A、B分别跟足量的乙酸并在浓硫酸存在条件下反应，生成C、D两种有机物，C的相对分子质量比D的相对分子质量大42。B、E以任意质量比混合，只要总质量不变，完全燃烧后耗氧气量和生成的水量都不变。0.1mol E能与足量银氨溶液反应生成43.2g银，且E的相对分子质量小于58。B能与新制氢氧化铜的悬浊液反应生成红色沉淀。A的任意一个羟基被溴原子取代所得的一溴代物都只有一种。
（1）通过计算和推理，确定A、B、E各物质的结构简式。
（2）写出B→D和B与新制氢氧化铜的悬浊液的化学反应方程式（有机物写结构简式）。
10、某中学同学在一本英文杂志上发现2张描述结构变化的简图如下（图中“—～—”是长链的省略符号）：
未读原文，他已经理解：左图是生命体内最重要的一大类有机物质 （填中文名称）的模型化的结构简图，右图是由于左图物质与 （化学式），即 （中文名称）发生反应后的模型化的结构简图。由左至右的变化的主要科学应用场合是：______________；但近年来我国一些不法奸商却利用这种变化来坑害消费者，消费者将因______________________。
11、写出赖氨酸[H2NCH2CH2CH2CH2CH(NH2)COOH]在指定条件下占优势的结构式：
（1）在强酸性溶液中。 （2）在强碱性溶液中。 （3）在达到等电点的溶液中。
12、有机玻璃是由有机物X加聚制得的热塑性塑料，为透明如玻璃状的无色固体，可以制造航空窗玻璃、仪表盘、外科照明灯、装饰品和生活用品等。其结构简式如下：
请回答下列问题：
（1）写出X的结构简式 。
（2）有机物X不能发生的反应有 （填写序号）。
①和H2加成 ②使溴水褪色 ③被酸性高锰酸钾溶液氧化 ④水解反应 ⑤酯化反应
（3）有机物X的一种同分异构体Y（含有2个甲基）能与NaHCO3溶液反应放出CO2，写出Y与Br2水反应的化学方程式： （任写一例），该反应属于 。
13、水性粘着剂聚乙烯醇是聚乙酸乙烯酯经碱性水解制得的。
（1）写出聚乙烯酸的结构式。 （2）聚乙烯醇能否直接通过聚合反应制得？为什么？
（3）写出聚乙酸乙烯酯的结构式。 （4）怎样制取聚乙酸乙烯酯？写出反应物的名称。
14、聚氨酯是常用的塑料，在它的主链上含有－NH－CO－重复结构单元。又知合成聚氨酯的单体有两种，一种是异氰酸酯（如O＝C＝N－R－N＝C＝O）；另一种为多元醇（如HO－R’－OH）。聚氨酯的结构简式为OC－NH－R－NH－CO－O－R’－O。现有2,6－二甲基
二异氰酸酯（如图）和1,3－丙二醇，试写出用它们合成聚氨酯的化学方程式并标明反应类型。
15、聚苯乙烯是一种重要的塑料，尤其是一种良好的绝缘体。泡沫聚苯乙烯是很好的家用器具、精密仪器及其他物品的包装和减震材料。
（1）写出以苯和乙烯为原料合成聚苯乙烯的工业生产过程，指明使用的试剂或催化剂。
（2）写出在实验室中从苯和醋酐开始制备苯乙烯的过程，指明所需要的其他试剂或催化剂，阐明每一反应步骤的机理。
（3）阐明以过氧化苯甲酸为引发剂的苯乙烯聚合反应机理。
参考答案：
1、HCHO HCOOCH3 CH3COOH CH2OH(CHOH)4CHO
2、（1）酸羟 醛 加成 （2）CH3CH2OH + CH3CHO→
3、（1） ；（2）8； （3）葡萄糖；； （4）
CH2OH(CHOH)4CHO+2[Ag(NH3)2]＋+2OH－→CH2OH(CHOH)4COO－+NH4＋+3NH3+H2O
4、醛糖与菲林（Fehling）溶液及苯肼反应，是不可逆的，因而尽管溶液中开链式的醛基浓度很低，也可显示出正反应。而醛糖与Schiff试剂及亚硫酸氢钠等的反应是可逆的，平衡偏向未反应的醛基一边，所以醛糖与Schiff试剂及亚硫酸氢钠呈负反应。
5、（1）
D－葡萄糖，D－2－氨基葡萄糖（环状结构Haworth式）
（2）
（3）在水解时，温度低，故只有半缩醛羟基形成的酯被水解，其他轻基形成的酯和氨基形成的酰胺须在加热回流中才能被水解。
6、
（1）
（2）
（3）
7、（1）C7H7NO2(或写成C7H7O2N) （2）H2N－－COOH、CH3－－NO2
8、（1）
（2）
9、（1）A： B：CH2OH(CHOH)4CHO E：HCHO
（2）CH2OH(CHOH)4CHO + 5CH3COOHCH2(CH3COO)[CH(CH3COO)]4CHO + 5H2O
CH2(OH)CH(OH)4CHO＋2Cu(OH)2→CH2(OH)CH(OH)4COOH＋Cu2O＋H2O
10、蛋白质（或多肽）；CH2O；甲醛；制作（动物）标本（或保存尸体）；食物中残余甲醛可与人体蛋白质发生同右图所示的反应而受害
11、（1） （2） （3）
12、（1）CH2＝C(CH3)－COOCH （2）⑤
（3）(CH3)2C＝CHCOOH＋Br2→(CH3)2CBrCHBrCOOH（另一例为CH3CH＝C(CH3)COOH） 加成反应
13、（1）
（2）不能。它的单体是乙烯酸，乙烯酸不是一种稳定的化合物（乙烯酸是乙醇的烯酸式）。
（3）
（4）乙酸乙烯酯的聚合反应
14、 +→ 缩聚反应
15、（1）
（2）①
② ③
第①步是傅－克酰基化反应，属亲电取代反应历程，催化剂AlCl3的量应略超过酸酐物质的量的两倍，亲电进攻试剂为酰基正离子。该步反应的机理为：
第②步是还原反应，可用催化加氢、金属或非金属氢化物还原剂（LiAlH4，NaBH4或Na + C2H5OH）等法还原。该步反应的机理为：
第③步是消除反应。其反应机理为：
（3）苯乙烯聚合反应机理为自由基聚合反应，可分为链引发、链增长和链终止三个阶段。
①链引发阶段：
为简单方便，设和C6H5·为R·。则：
②链增长阶段：
③链终止阶段：
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