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引言

1、1828年，化学家维勒发现无机化合物氰酸铵(NH₄OCN)通过加热可以直接转变为有机化合物尿素【CO(NH₂)₂】。

化学方程式为：NH₄OCN→Δ→CO(NH₂)₂

2、合成某种有机化合物时，需要构建碳骨架和引入官能团。这种思路可用于新的有机分子合成路线的拟定。

第一章有机化合物的结构特点与研究方法

1、大多数有机化合物不溶于水，可以燃烧。有机反应多为分子间的反应，一般反应速率较小，常伴有副反应，产物比较复杂。

2、官能团的种类和相互影响、化学键的类型和极性是认识有机化合物结构特征和有机反应的重要视角。

第一节有机物的结构特点

1、共价键的类型和极性对有机化合物的性质有很大的影响。

(1)烷分子中含有 C－Hσ键，能发生取代反应。烯、炔分子中含有π键，能发生加成反应。

(2)CH₃CH₂OH中的O－H键极性较强，与钠反应时易断裂。C－O键的极性也较强，与HBr反应时，易断裂。

2、有机化合物的同分异构现象主要有构造异构和立体异构。构造异构主要包括由碳骨架不同而产生的碳架异构，由官能团的位置不同而产生的位置异构，以及由官能团不同而产生的官能团异构。立体异构有顺反异构和对映异构等。

3、范托夫与碳价四面体学说

荷兰化学家范托夫于1874年发表了《空间化学引论》。他认为建立在平面结构基础上的化合物的结构式并不能反映它的真实结构，在甲烷分子中，碳的4个价键指向正四面体的顶点，碳原子位于四面体的中心，氢原子位于四面体的4个顶点。

范托夫的碳价四面体学说不仅被许多实验事实所证实，还解释了一些当时人们不清楚的异构现象。

例如，氯溴碘代甲烷，它有两种对映异构体。

又如，组成为CH₂Cl₂的分子不存在异构体。而在平面结构中有两种异构体。

法国化学家勒贝尔在同一时期也提出了相同的观点，与范托夫共同开辟了立体化学的新篇章，为人们认识有机化合物的结构与性质奠定了基础。

范托夫于1901年获诺贝尔化学奖，是第一位获得诺贝尔化学奖的科学家。

第二节研究有机化合物的一般方法

1、甲烷与氯气发生取代反应得到的液态混合物中含二氯甲烷(沸点40℃)、三氯甲烷(沸点62℃)和四氯化碳(沸点77℃)，分离提纯它们的方法就是蒸馏法。

2、常用的萃取剂有乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等。

3、重结晶首先要选择适当的溶剂，要求杂质在此溶剂中溶解度很小或溶解度很大，易于除去；被提纯的有机化合物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大，能够进行冷却结晶。

4、色谱法：当样品随着流动相经过固定相时，因样品中不同组分在两相间的分配不同而实现分离，称为色谱法。它是分离、提纯有机化合物的重要方法之一。目前常用的固定相有硅胶、氧化铝等。包括纸色谱、薄层色谱、气相色谱和高效液相色谱等多种色谱方法。

1903 年，俄国植物生理学家和化学家茨韦特发表了第一篇关于色谱法的论文。他在玻璃管的一端塞上一团棉花，在管中填充碳酸钙粉末，再把溶有绿色植物色素的溶液自上而下注入玻璃管中。结果植物色素被碳酸钙粉末吸附，形成不同颜色的色带。他将吸附不同色素的碳酸钙分层取出，再用乙醇作溶剂，从植物色素中提取出叶绿素、叶黄素和胡萝卜素等较纯的组分。

德国化学家库恩在分离、提纯胡萝卜素异构体和确定维生素的结构时应用了色谱法，并在 1938 年获得了诺贝尔化学奖。

5、质谱法：质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。

以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。利用质谱图就能找到有机分子的相对分子质量。

6、红外光谱法：有机化合物受到红外线照射时，能吸收与它的某些化学键或官能团的振动频率相同的红外线，通过红外光谱仪的记录形成该有机化合物的红外光谱图。谱图中不同的化学键或官能团的吸收频率不同，因此分析有机化合物的红外光谱图，可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息。

7、核磁共振氢谱法：氢原子核具有磁性，如果用电磁波照射含氢元素的化合物，其中的氢核会吸收特定频率电磁波的能量而产生核磁共振现象，用核磁共振仪可以记录到有关信号。处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图中出现的位置也不同，具有不同的化学位移(用δ表示)，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。因此，由核磁共振氢谱图可以获得该有机化合物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息。

8、X 射线衍射法：X 射线是一种波长很短(约 10^－10 m)的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。将 x 射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息。x 射线衍射已成为物质结构测定的一种重要技术。

9、青蒿素结构的测定：20世纪70年代初，我国屠呦呦等使用乙醚从中药中提取并用柱色谱分离得到抗疟有效成分青蒿素。科学家们通过元素分析和质谱法分析，确定青蒿素的相对分子质量为282，分子式为C₁₅H₂₂O₅。经红外光谱和核磁共振谱分析，确定青蒿素分子中含有酯基和甲基等结构片段。通过化学反应证明其分子中含有过氧基(—O—O—)。通过x射线衍射最终测定了青蒿素的分子结构。

10、几种有机物分子的分子式和结构

第二章烃

第一节烷烃

1、天然气、液化石油气、汽油、柴油、凡士林、石蜡等，它们的主要成分都是烷烃。

2、甲烷分子中的H－C－H的夹角为109°28’。

3、同系物的定义中，“结构相似”在烷烃上容易理解。但在其它有机物中，就有很多说法。

比如，C₆H₅－OH和C₆H₅－CH₂－OH之间不是同系物，C₆H₅－OH和CH₃－C₆H₄－OH之间是同系物。

比如，CH₂=CH－CH=CH₂与CH₂=CH－CH₂－CH=CH₂之间不是同系物，CH₂=CH－CH=CH₂与CH₂=CH －CH=CH－CH₃之间是同系物。

4、同种烷烃的不同异构体中，支链越多，沸点越低。

C₅H₁₂中，沸点从大到小：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。

新戊烷的沸点9.5℃，常温下是气体，标准状况下是液态。

5、烷烃分子中可能存在以下结构单元：－CH₃、－CH₂－、－CH＜、＞C＜。其中的碳原子分别被称为伯、仲、叔、季碳原子。

第二节烯烃炔烃

1、乙烯分子中H－C=C和H－C－H的夹角都约为120°。

2、烯烃被酸性高锰酸钾氧化时，碳碳双键直接断开，形成两种产物，产物有三种可能：

(1)=CH₂被氧化为CO₂。

(2)－CH=被氧化为－COOH。

(3)＞C=被氧化为＞C=O(羰基)。

3、只有共轭二烯烃才能发生类似于丁二烯的1，4－加成。

共轭二烯烃的两个双键之间只有一个单键，比如CH₂=CH－CH=CH₂。

共轭二烯烃中有大π键。

4、顺－2－丁烯的熔点小于反－2－丁烯的。顺－2－丁烯的沸点大于反－2－丁烯的。顺－2－丁烯的密度大于反－2－丁烯的。

5、乙炔俗称为电石气。电石指CaC₂。

6、氧炔焰：乙炔在氧气中燃烧时放出大量的热，温度可达3000℃以上，常用来焊接或切割金属。

7、乙炔与水加成后的产物乙烯醇(CH₂=CH－OH)不稳定，很快转化为乙醛。

这种结构变化叫重排反应，是有机化学反应的类型之一，多数会自动发生，符合能量最低原理。

8、导电高分子：聚乙炔、聚苯胺、聚苯等，具有共轭大π键的高分子，经过掺杂处理后具有一定的导电性能。

2000年诺贝尔化学授予了日本化学家白川英树、美国物理学家黑格、美国化学家麦克迪尔米德，以表彰他们在导电聚合物研究领域的开创性贡献。

聚乙炔掺杂I₂后，具有与金属材料一样的导电性。

9、研究与实践：乙烯的生产和应用

【研究任务】

(1)了解乙烯的工业生产原理，以及我国乙烯工程的基本规模情况。

①石油炼制法：石油经过裂解反应得到乙烯。这种方法具有生产规模大、操作简便的优点，但是对原料油的质量要求较高，同时烷烃和烯烃比例不确定，生产过程中会有大量废气排放。

②乙烯气相法：将乙烷进行氧化反应得到乙烯。这种方法具有产品纯度高、能耗低的优点，但是该方法的工艺技术难度大。

(2)在你的生活中，有关衣食住行的哪些产品是以乙烯为基础原料制造的？

在材料方面：聚乙烯、聚氯乙烯，聚苯乙烯以及乙丙橡胶等；

在有机合成方面：乙醇、乙二醇、乙酸等；

(3)以乙烯为基础原料，设计几种生活中常见有机化合物的合成路线，举例说明它们在生活中的用途。

CH₂=CH₂＋H₂O→CH₃CH₂OH→CH₃COOH。

第三节芳香烃

1、苯分子结构中，所有C－C相同，介于单键和双键之间。有一个Л⁶₆的大π键。

2、苯的磺化：苯和浓硫酸在70－80℃发生磺化反应。

C₆H₆＋HO－SO₃H⇌Δ⇌C₆H₅－SO₃H＋H₂O

3、苯的分子结构中的凯库勒式

凯库勒式专门指苯分子结构中的表达形式。

这样的表达形式，更符合苯的实际结构。

4、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯的物理性质比较

5、苯的同系物侧链的烷基上，直接与苯环连接的碳原子上没有C－H，则该物质一般不能被酸性KMnO₄溶液氧化成苯甲酸。

(1)C₆H₅－CH₃的氧化产物为C₆H₅－COOH。

(2)C₆H₅－C(CH₃) ₃不能被氧化。

(3)C₆H₅－CH₂－CH₃的氧化产物为C₆H₅－COOH和CO₂。

(4)C₆H₅－CH₂－CH₂CH₃的氧化产物为C₆H₅－COOH和CH₃COOH。

(5)C₆H₅－CH(CH₃)－CH₂CH₃的氧化产物为C₆H₅－COOH、CO₂、CH₃COOH。

(6)C₆H₅－CH₂CH(CH₃)₂的氧化产物为C₆H₅－COOH、CH₃COCH₃。

6、2，4，6－三硝基甲苯又叫梯恩梯(TNT)，是一种淡黄色晶体，不溶于水。它是一种烈性炸药，广泛用于国防、采矿、筑路、水利建设等。

7、溴苯(含少量苯、FeBr₃、Br₂)混合物的除杂步骤：(硝基苯中含少量苯、硝酸、硫酸的除杂步骤与之类似)

(1)稀酸洗，然后分液：除去FeBr₃。(一般用水洗，此处用酸洗是防止FeBr₃水解生成难溶性固体)

(2)NaOH溶液洗，然后分液：除去Br₂。将更易溶于溴苯的Br₂转化为易溶于水而难溶于溴苯的NaBr、NaBrO等)

(3)水洗，然后分液：再次除净残留的NaOH、NaBr等。

(4)加MgSO₄固体，然后过滤：干燥，除去残留的水。

(5)蒸馏：除去苯。

8、稠环芳香烃——萘、蒽

由两个或两个以上的苯环共用相邻的两个碳原子的芳香烃是稠环芳香烃。

(1)萘C₁₀H₈：结构为。无色片状晶体，有特殊气味，易升华。曾用于杀菌、防蛀、驱虫，有一定毒性，已不用。可用于生成增塑剂、农药、染料等。

(2)蒽C₁₄H₁₀：结构为。无色晶体，易升华。可用于合成染料。

(3)苯并芘C₂₂H₁₄：烟草的焦油中的一级强致癌物，结构为。烟草中的酚类物质和丙烯醛等，也致癌。

附：尼古丁C₁₀H₁₄N₂：俗称烟碱，剧毒，导致吸烟成瘾的主要原因之一。结构为。

第三章烃的衍生物

第一节卤代烃

1、卤代烃的命名：与烃类的命名相似，卤素原子类似于甲基、乙基。

CH₃－CHBr－CH₂Cl：1－氯－2－溴丙烷。

注意命名时，支链的书写顺序为甲基、乙基、丙基、氟、氯、溴、碘……。

(单原子取代基按原子序数从小到大排列)

CH₃－CH(NO₂)－CHT－CHD－CH(CH₃)－CH(CH₂CH₃) －CBr₂ －CH₂I：

5－氘－6－氚－4－甲基－3－乙基－7－硝基－2，2－二溴－1－碘辛烷。

2、氯乙烷的应用

液态氯乙烷汽化时大量吸热，具有冷冻麻醉作用，可在身体局部产生快速镇痛效果。常用氯乙烷与其他药物制成“复方氯乙烷气雾剂”，用于运动中的急性损伤。

3、卤代烃易发生取代反应或消去反应的原因是

F、Cl、Br原子的电负性比碳原子大，使C－X的共用电子对向卤素原子偏移，形成极性较强的共价键。在化学反应过程中，C－X较易断裂，发生反应。

I与C的电负性相差不大，但I的原子半径较大，C－I的键能低，稳定性低，也容易断键发生反应。

4、臭氧层的保护

大气中的臭氧层滤除大量紫外线，保护地球上的生物。大气中的臭氧在紫外线下发生反应：

O₃→紫外线→O₂＋O·、O₂＋O·→O₃。

氟氯代烷(商品名：氟利昂)破坏臭氧层的反应过程为：

CCl₃F→紫外线→CCl₂F·＋Cl·

然后在Cl·的作用下，发生循环反应：Cl·＋O₃→O₂＋ClO·、ClO·＋O·→Cl·＋O₂。

总反应为2O₃→3O₂。

5、检验1－溴丁烷中的溴元素，操作过程为

(1)取少量有机物，加入NaOH溶液。

(2)加热一段时间后，冷却。

(3)加过量稀HNO₃酸化后，加入AgNO₃溶液，观察现象。

第二节醇和酚

1、有机物命名的次序为：羧酸、磺酸、羧酸酯、酰卤、酰胺、酸酐、腈、醛、酮、醇、硫醇、酚、硫酚、胺、炔烃、烯烃、醚、硫醚、卤代烃、烷烃、硝基化合物、亚硝基化合物……

(用前面的官能团为主体命名，后面的官能团为取代基，取代基的书写顺序从后向前)

CH₃－CH(NH₂)－CHCl－CH(CN)－CH(CH=CH₂)－CH(CH₃)－CH(OH)－COOH：

3－甲基－6－氯－4－乙烯基－7－氨基－2－羟基－5－氰基辛酸。

2、乙二醇可用于生产汽车防冻液，丙三醇可用于配制化妆品。

3、甲醇是无色、易挥发的液体，有毒，误服会损伤视神经，甚至致人死亡。

4、C_nH_2n＋1OH的正醇，随着C数的增加，沸点逐渐升高。但熔点先降低再升高(甲、乙、丙降低)。

5、醇中，O的电负性比C和H都强，C－O和O－H的极性都较强，易断裂发生反应。O－H断裂易发生置换反应、酯化反应等。C－O断裂易发生卤代反应、消去反应等。

6、乙醚是一种无色、易挥发的液体，沸点34.5℃，有特殊气味，具有麻醉作用。乙醚易溶于有机溶剂，它是一种优良溶剂。

醚类物质在化工生产中被广泛用作溶剂，有的醚可被用作麻醉剂。

乙醚与正丁醇比，正丁醇的沸点高。

7、酒精在人体内的代谢主要靠两种酶：一是乙醇脱氢酶，使乙醇氧化为乙醛。二是乙醛脱氢酶，使乙醛氧化为乙酸。乙酸参与体内代谢，转化为CO₂和H₂O。

8、苯酚有毒，对皮肤有腐蚀性。如不慎沾到皮肤上，应立即用乙醇冲洗，再用水冲洗。

9、酚类物质一般都可以与FeCl₃作用显色，可用于检验其存在。

含酚类物质的废水对生物具有毒害作用，会对水体造成严重污染。化工厂和炼焦厂的废水中常含有酚类物质，在排放前必须经过处理。

处理方法包括物理法(吸附法、萃取法、膜分离法)、化学法(氧化法、缩聚法、电解法)、生物法(活性污泥法、厌氧－好氧组合法)。

10、19世纪，英国外科医生利斯特发明了用苯酚(石炭酸)溶液对手术器械消毒，减少患者的伤口感染。

11、化学家波义耳用铁盐与没食子酸制造了墨水。没食子酸的结构为

。

第三节醛酮

1、当极性分子与醛基发生加成反应时，带正电荷的原子或原子团连接到O上，带负电荷的原子或原子团连接到C上。

2、甲醛又叫蚁醛，是一种无色、有强烈刺激性气味的气体，易溶于水。它是一种重要的化工原料。它的水溶液(又称福尔马林)具有杀菌、防腐功能，可用于消毒和制作生物标本。

它与银氨溶液、新制氢氧化铜溶液反应时，相当于两分子的乙醛，生成碳酸。

HCHO＋4[Ag(NH₃)₂]OH→Δ→4Ag↓＋(NH₄)₂CO₃＋6NH₃＋2H₂O

HCHO＋4Cu(OH)₂＋2NaOH→Δ→2Cu₂O↓＋Na₂CO₃＋6H₂O

它受热易分解。

3、苯甲醛俗称苦杏仁油，是一种有苦杏仁味的无色液体。苯甲醛是制造染料、香料及药物的重要原料。在空气中久置，在容器内壁会出现苯甲酸固体的结晶。

2C₆H₅－CHO＋O₂→2C₆H₅－COOH。

安息香：可由两分子的苯甲醛制成，2C₆H₅－CHO→C₆H₅－COOH－CO－C₆H₅。

4、苯丙烯醛又叫肉桂醛，结构为C₆H₅－CH=CH－CHO，可用作植物香料。

5、丙酮可用作化学纤维、钢瓶储存乙炔等的溶剂，还用于生产有机玻璃、农药、涂料等。

6、溴水中加入足量的乙醛溶液，发现溴水褪色。这是由于醛基具有还原性，溴水可将乙醛氧化为乙酸。化学方程式为：Br₂＋H₂O=HBr＋HBrO、HBrO＋CH₃CHO→HBr＋CH₃COOH。

7、苯甲醛和乙醛可在热的碱性溶液中制肉桂醛。经历加成反应和消去反应，化学方程式为：

C₆H₅－CHO＋CH₃CHO→NaOH/Δ→C₆H₅－COOH－CH₂－CHO

C₆H₅－COOH－CH₂－CHO→C₆H₅－CH=CH－CHO＋H₂O

第四节羧酸羧酸衍生物

1、甲酸(HCOOH)又称蚁酸，是无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶。甲酸分子中既有羧基，又有醛基。甲酸既有酸性，又能与银氨溶液反应，被氧化为碳酸后分解生成二氧化碳和水。

HCOOH＋2[Ag(NH₃)₂]OH→Δ→2Ag↓＋(NH₄)₂CO₃＋2NH₃＋H₂O

HCOOH＋2Cu(OH)₂＋2NaOH→Δ→Cu₂O↓＋Na₂CO₃＋4H₂O

甲酸在工业上可用作还原剂，也是合成医药、农药和染料等的原料。

它受热易分解。

HCOOH→Δ→CO↑＋H₂O

2、苯甲酸(C₆H₅COOH，俗称安息香酸)是无色晶体，易升化，微溶于水，易溶于乙醇。苯甲酸可以用于合成香料、药物等，它的钠盐是常用的食品防腐剂。

它受热易分解。

C₆H₅COOH→Δ→CO₂↑＋C₆H₆

3、乙二酸(HOOC－COOH，H₂C₂O₄，俗称草酸)是无色晶体，通常含有两分子结晶水，可溶于水和乙醇。乙二酸是化学分析中常用的还原剂，也是重要的化工原料。

5H₂C₂O₄＋2KMnO₄＋3H₂SO₄→10CO₂↑＋K₂SO₄＋2MnSO₄＋8H₂O

它受热易分解。

H₂C₂O₄→Δ→CO₂↑＋CO↑＋H₂O

4、2－羟基丙酸(CH₃CHOHCOOH俗称乳酸)是无色液体，具有吸湿性。存在于酸奶中，可由淀粉制得：

淀粉→C₆H₁₂O₆→乳酸菌→2CH₃CHOHCOOH。

工业制法中有淀粉法，也有乙醛＋HCN＋水解法等。

5、－COOH的化学性质与C－O－H有关。O的电负性比C、H的大，O－H和C－O都有较强的极性，易发生断裂。O－H断裂易发生置换反应、中和反应等。C－O断裂易发生酯化反应、氨解反应、卤化反应等。

6、同位素示踪法是利用同位素对研究对象进行标记的微量分析方法，可以利用探测仪器随时追踪标记的同位素在产物中的位置和数量。

著名案例：‌鲁宾和卡门利用同位素示踪法，通过标记¹⁸O来追踪光合作用中产物氧气的来源，证明了氧气中的氧全部来自水，而不是来自二氧化碳。‌

7、苹果里含有戊酸戊酯，菠萝里含有丁酸乙酯，香蕉里含有乙酸异戊酯等。日常生活中的饮料、糖果和糕点等常使用酯类香料。

8、硬脂酸：C₁₇H₃₅COOH，软脂酸：C₁₅H₃₁COOH，油酸：C₁₇H₃₃COOH，亚油酸：C₁₇H₃₁COOH。

油酸和亚油酸在人体新陈代谢中起着重要的作用，需要通过日常饮食从食用油中摄取。

由天然油脂得到的油酸和亚油酸一般具有顺式结构。

油脂经过氢化得到的人造脂肪中会含有反式脂肪酸。有研究认为反式脂肪酸是引发动脉硬化和冠心病的危险因素之一。

9、研究与实践：自制肥皂

【研究任务】

(1)工业上生产肥皂要经过皂化、盐析、洗涤、成形等步骤。请根据以上工艺流程，利用家中的食用油及食用碱制取肥皂。

①在皂化锅中，加入食用油和纯碱溶液，充分搅拌并加热，油脂层逐渐减少，最后液体不出现分层，说明皂化反应完成。

②加入NaCl细颗粒，在液体上方出现固体。

③用纱布过滤，干燥，成型，得到肥皂。

(2)了解肥皂的去污原理。

肥皂分子有一端由许多碳和氢所组成的长链，称为亲油端；另一端则为亲水性的原子团，称为亲水端。使用肥皂时，油污被亲油端吸附着，再由亲水端牵入水中，达到洗净效果。

(3)了解表面活性剂的种类

表面活性剂分为离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂)、非离子型表面活性剂等。

比如，阴离子表面活性剂有肥皂类、磺酸化物R－SO₃－M(等)。

阳离子表面活性剂有主要有苯扎氯铵(洁尔灭)、苯扎溴铵(新洁尔灭)、氯化苯甲烃铵等。

苯扎氯铵

两性表面活性剂有卵磷脂等。

非离子型表面活性剂有脂肪酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯等。

第五节有机合成

1、有机合成：使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。

2、构建碳骨架的反应

(1)醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子(α－H)受羰基吸电子作用的影响，具有一定的活泼性。分子内含有α－H的醛在一定条件下可发生加成反应，生成β－羟基醛，该产物易失水，得到α，β－不饱和醛。这类反应被称为羟醛缩合反应，是一种常用的增长碳链的方法。例如：

(2)共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1，3－丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯－阿尔德反应(Diels－Alderreaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。例如：

3、官能团的保护

含有多个官能团的有机化合物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。

例如，R—OH→R—O—R'→ R''—O—R'→ R''—OH

4、有机合成路线的确定，需要在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上，进行合理的设计与选择，以较低的成本和较高的产率，通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。

当通过以上方法得到了几条不同的合成路线后，还需要综合多方面因素进行选择，合理规划方案。如合成步骤较少，副反应少，反应产率高；原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒；反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯；污染排放少等。在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念，选择最佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。

5、20世纪初，德国化学家维尔施泰特(Willstätter)通过十余步反应合成颠茄酮，总产率仅有0.75%。十几年后，英国化学家罗宾逊(Robinson)改进了合成思路，仅用3步反应便完成合成，总产率达90%。20世纪中后期，美国化学家伍德沃德(WoodWard)与多位化学家合作，成功合成了奎宁、胆固醇、叶绿素、红霉素、维生素B₁₂等一系列结构复杂的天然产物，促进了有机合成技术和有机反应理论的发展；美国化学家科里(COReY)提出了系统化的逆合成概念，开始利用计算机来辅助设计合成路线，让合成路线的设计逐步成为有严密思维逻辑的科学过程，使有机合成进入了新的发展阶段。

6、逆合成分析

这是设计复杂化合物合成路线时常用的方法。

它的基本思路是在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，得到的较小片段所对应的中间体(中间体可以通过反应得到目标化合物)；接下来继续断开中间体适当位置的化学键，得到更上一步的中间体；依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。

7、有机合成的典型装置

8、1，4－二氧杂环己烷(又称1，4－二氧六环或1，4－二𫫇烷，)是一种常用的溶剂，在医药、化妆品、香料等精细化学品的生产中有广泛应用。

9、我国传统酿醋工艺主要包括以下过程：

①“蒸”——将大米、高粱、小米等原料蒸熟后放至冷却；

②“酵”——拌曲入坛发酵，使淀粉经糖化发酵生成乙醇，然后在醋酸菌的作用下生成乙酸；

③“沥”——除去醋坛底层的糟，此时可以闻到酒和醋混合在一起的香味；

④“陈”——将醋陈放1~3年，以增强其风味，在此过程中乙酸与乙醇缓慢地发生反应生成一种具有果香味的有机化合物。

10、阿司匹林片的有效成分是乙酰水杨酸，用于治疗发烧、发炎等。

可以通过实验检验乙酰水杨酸中的羧基和酯基。

(1)样品处理

将一片阿司匹林片研碎后放入适量水中，振荡后静置，取用上层清液。

(2)阿司匹林片中羧基和酯基官能团的检验

①向两支试管中分别加入2mL 清液。

②向其中一支试管中滴入2滴石蕊溶液，观察现象。

③向另一支试管中滴入2滴稀硫酸，加热后滴入几滴NaHCO₃溶液，振荡。再向其中滴入几滴FeCl₃溶液，振荡。观察现象。

11、下图是乙醇、乙酸和乙酸乙酯三种物质的核磁共振氢谱，请指出它们分别对应哪种物质。

答案：乙酸乙酯、乙醇、乙酸

第四章生物大分子

第一节糖类

1、糖类是多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物，有单糖、寡糖(低聚糖，碳2－10)、多糖等。

单糖有葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等。

常见的二糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖等。

淀粉、纤维素和糖原等都属于多糖。

2、单糖结构式：

费歇尔投影式

3、葡萄糖的环状结构(注意结构细节，下面还对比了其它六碳单糖的环状结构)

哈沃斯透视式(投影式)

半乳糖

β－D－吡喃甘露糖

β－D－果糖

4、最简单的醛糖是丙醛糖，又称甘油醛，其结构简式为 CH₂OHCHOHCHO。

甘油醛的对映异构体如图所示，根据其构型不同分别称为D－甘油醛和L－甘油醛。自然界存在的葡萄糖和果糖都具有D构型。

D、L构型：1951年，德国化学家费歇尔采用(＋)－甘油醛为标准物，并人为地规定在费歇尔投影式中第二号碳原子C₂上的羟基，位于右侧的为D构型，位于左侧的为L构型。所以，D/L构型又称为相对构型。

三条投影规则：

(1)将碳链放在垂直线上或竖起来，把氧化态较高的碳原子或命名时编号最小(主链中第一号)的碳原子C₁放在最上端。

(2)投影时假定手性碳原子放在纸平面上，与垂直线相连的原子或基团表示伸向纸面后方，即远离读者；与水平线相连的原子或基团表示伸向纸面前方，即伸向读者。(“横前竖后”规则)

(3)手性碳位于横线与竖线交叉处，用一个“＋”号的交点代表手性碳原子。一般总是把含碳原子的基团放在竖线相连的位置上。

5、乳糖C₁₂H₂₂O₁₁：乳糖也是一种常见的二糖，主要存在于哺乳动物的乳汁中，可用于婴儿食品、糖果、药物等的生产。

C₁₂H₂₂O₁₁(乳糖)＋H₂O→C₆H₁₂O₆(葡萄糖)＋C₆H₁₂O₆(半乳糖)

乳糖经发酵产生的乳酸(CH₃CHOHCOOH)是酸奶酸味的主要来源。部分人群由于肠道内缺乏乳糖酶导致乳糖消化吸收障碍，饮用牛奶后容易出现腹胀、腹泻等乳糖不耐受的症状。

6、甜味剂是能赋予食物甜味的食品添加剂，按其营养价值可分为营养性甜味剂和非营养性甜味剂，按其来源可分为天然甜味剂和合成甜味剂。天然甜味剂有木糖醇、甜菊糖苷、甘草等，合成甜味剂有阿斯巴甜、糖精钠等。一些甜味剂的甜度可以达到蔗糖的百倍以上，且代谢产生的热量低，不易使人发生龋齿，成本低廉，在现代食品工业中得到了广泛的应用。同时，由于甜味剂可能对人体健康产生影响，需要对其进行全面的安全评估，其使用范围和用量也有一定限制。

木糖醇CH₂OH(COOH)₃CH₂OH

阿斯巴甜HOOCCH₂CH (NH₂)CONHCH(COOCH₃)CH₂C₆H₅

糖精钠

7、纤维素参与构成了植物的细胞壁，起着保护和支持作用。

纤维素可以用来制造纤维素硝酸酯、纤维素乙酸酯和黏胶纤维等。

纤维素硝酸酯又称硝酸纤维，极易燃烧，可用于生产火药、塑料和涂料等。

纤维素乙酸酯又称醋酸纤维，不易燃烧，是一种纺织工业原料，可用于生产塑料、过滤膜、胶片等。

黏胶纤维是用木材、秸秆等富含纤维素的物质经化学处理后，通过纺丝而制成的再生纤维。黏胶纤维中的长纤维一般称为人造丝，短纤维称为人造棉，都可用于纺织工业。

8、甲壳质：又称甲壳素、几丁质，化学式为(C₈H₁₃O₅N)_n，由乙酰氨基葡萄糖相互结合形成。

它是节肢动物，如虾、蟹、昆虫外壳的重要成分。甲壳质不溶于水和一般的有机溶剂，在碱溶液中可以脱去乙酰基，生成以氨基葡萄糖为单体的高聚物——壳聚糖(继续水解的产物是α－氨基葡萄糖)。

壳聚糖可溶于酸溶液，具有良好的生物相容性和一定的抑菌作用。因为结构中存在着羟基和氨基，壳聚糖易于通过化学反应进行结构修饰，得到具有不同性质的衍生物，应用于食品、医药、纺织、造纸和环保等领域。壳聚糖还具有生物可降解性，可制成药物载体、手术缝合线、环保包装袋，以及农用可降解地膜等。

吃虾的皮来补钙的观点是错误的。

第二节蛋白质

1、蛋白质是生命活动的主要物质基础。它不仅是细胞的重要成分，而且具有多种生物学功能。

例如，人体内起催化作用的大多数酶、一些调节代谢的激素和发生免疫反应的抗体等均为蛋白质。从最简单的病毒、细菌等微生物直至人类，生物体内的绝大多数生命过程都与蛋白质密切相关，可以说没有蛋白质就没有生命。

2、自然界中存在的氨基酸有几百种，组成人体内蛋白质的氨基酸有21种。其中有8种氨基酸在人体内不能合成，必须通过食物供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。

一般把相对分子质量在10000以上，并具有一定空间结构的多肽称为蛋白质。

蛋白质主要由C、H、O、N、S等元素组成，有些蛋白质还含有P、Fe、Zn、Cu等元素。

3、血红蛋白分子中的谷氨酸会因遗传因素变成缬氨酸，这一微小差别会导致红细胞的形态由正常的圆饼状变为异常的镰刀状，使人患镰状细胞贫血。

4、蛋白质含量的测定：生物组织中绝大部分氮元素来自蛋白质，各种来源不同的蛋白质的含氮量都比较接近，平均为16%。因此生物样品中的1g 氮元素大致相当于6.25g 蛋白质，由此可以通过测定样品中氮元素的质量分数计算出其中蛋白质的含量。

5、人工合成结晶牛胰岛素：胰岛素是由胰腺分泌的一种激素，具有调节体内糖类、蛋白质和脂肪代谢等功能。

胰岛素是最先被确定氨基酸序列的蛋白质，其结构由英国生物化学家桑格等于1955年测定。它由两条肽链组成，分别是由21个氨基酸形成的A链和30个氨基酸形成的B链，两条链通过二硫键(－S－S－)连接。

中国科学家在1965年首先合成了结晶牛胰岛素。

6、烫发的原理：头发主要由角蛋白组成，其中的含硫氨基酸形成的二硫键(—S—S—)是维持头发弹性和形状的一个重要结构。一般烫发时使用的还原剂可以使头发中的二硫键断裂，产生游离的巯基(—SH)。再用一定的工具将头发卷曲或拉直成需要的形状。然后用氧化剂使巯基之间发生反应，生成新的二硫键，使头发的形状得以固定。频繁烫发会对头发造成一定程度的损害。

7、松花蛋的制作方法

(1)原料：

生石灰、纯碱、柴草灰(含有碳酸钾、氧化钙、氧化钾)、食盐、红茶叶、水、以及米糠、稻壳等。

(2)制法

将纯碱和食盐加水溶解后，再加入生石灰和柴草灰，配成料灰。把料灰(加入一些稻壳或麦糠)均匀涂在鸡蛋上，经过大约两个月，松花蛋制成。

(3)皮蛋制作中的化学原理

首先，生石灰的主要成分是氧化钙，它遇水后就会转化成熟石灰——氢氧化钙：

CaO＋H₂O＝Ca(OH)₂

然后，氢氧化钙与纯碱、碳酸钾在溶液中反应：

Ca(OH)₂＋Na₂CO₃＝CaCO₃↓＋2NaOH

Ca(OH)₂＋K₂CO₃＝CaCO₃↓＋2KOH

灰料中的强碱渗透到蛋黄和蛋清中，杀死各种细菌，蛋白中的蛋白质“凝固”与水形成胶冻，同时各种离子和红茶中的鞣质都促使蛋白质凝固和沉淀，使蛋黄凝固和收缩。

含硫较高的蛋黄蛋白质在氢氧根离子的作用下，还会逐步分解成多种氨基酸，进一步分解出氨和微量的硫化氢等，产生的硫氢基和二硫基与蛋黄中的色素和蛋内的各种金属离子结合。分解出来的氨基酸与渗入的碱反应生成的氨基酸盐，在蛋黄表面或蛋白中结晶出来，使蛋黄呈墨绿色，蛋清呈茶绿色。生成的盐晶体凝结在蛋清中，形成“松花”。

食盐可使皮蛋收缩离壳，增加口感和防腐等。而茶叶中的单宁和芳香油，使蛋白质凝固着色和增加皮蛋的风味。使蛋黄出现了墨绿等颜色。

第三节核酸

1、核酸水解示意图

2、苷是糖苷的简称，是单糖或寡糖的羟基与另一个化合物的羟基或氨基等脱水缩合，形成糖苷键而得到的一类有机化合物。

3、腺苷三磷酸ATP、ADP、AMP：

核糖可与腺嘌呤形成腺嘌呤核苷，其中核糖的羟基继续与磷酸反应，可形成磷酸酯(AMP，腺嘌呤核苷酸，又称腺苷酸)、二磷酸酯(ADP，腺苷二磷酸)及三磷酸酯(ATP，腺苷三磷酸)。ATP含有高能磷酸键，逐步水解可以生成ADP和AMP，可释放较多能量供生物体使用。植物光合作用和动物体内食物氧化分解提供的能量，则可使ADP与磷酸重新反应合成ATP。

4、1981 年，我国科学家采用有机合成与酶促合成相结合的方法，人工合成了具有生物活性的核酸分子——酵母丙氨酸转移核糖核酸。1999 年，我国参与了人类基因组计划，成为参与该项计划的唯一发展中国家。2002 年，我国科学家完成了水稻基因组图谱的绘制。

5、聚合酶链反应：聚合酶链反应是一种在生物体外扩增 DNA 片段的重要技术，可使痕量的 DNA 扩增几百万倍。人体毛发、血液和古生物残骸中的痕量 DNA，都能通过这项技术加以扩增，以便在检测后获得相关的生物学信息。自动化 PCR仪可以快速进行核酸检测，广泛应用于传染病、遗传病和恶性肿瘤的诊断，以及司法鉴定和考古研究等领域。

6、研究与实践：大豆的开发和利用

(1)大豆的化学成分：‌大豆的化学成分包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质和维生素等。

‌含有35%～40%的蛋白质，是天然食物中含蛋白质最高的食品。富含赖氨酸。

‌含脂肪15%～20%，其中不饱和脂肪酸占85%，以亚油酸为主，达50%以上。大豆油还含有磷脂和维生素E。

‌含碳水化合物25%～30%，其中一半为可供利用的淀粉、阿拉伯糖、半乳糖和蔗糖，另一半为人体不能消化吸收的膳食纤维，如棉子糖和水苏糖。

‌含钙、铁、锌、硒等矿物质，以及丰富的b族维生素和维生素E。大豆中的植酸和纤维也有助于维持肠道健康。

‌还含有大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆甾醇等植物化学物质，这些成分具有抗氧化、调节内分泌、预防心血管疾病等多种生物学功能。

(2)大豆的主要用途：可以加工豆腐、腐乳、豆瓣酱、酱油、豆浆、腐竹、豆芽、豆粉等豆制品。

(3)大豆的其它用途：医药、饲用、工业(豆油、大豆异黄酮、大豆卵磷脂、起酥油和人造奶油、硬脂酸、甘油、油漆、汽车喷漆、氧化豆油、人造橡胶、液体燃料、瓷釉、印刷油墨、聚氯乙烯、树脂、甾醇激素原料等)

(4)我国对大豆的生产、消费、综合利用情况‌：

生产：大豆种植面积和产量在全国农作物中排名靠前，是种植面积和产量最高的豆类作物‌。大豆自给率低，对外依存度高达87%左右‌。大豆产区主要集中在东北松辽平原、华北黄淮平原及山西、陕西等地。中国的大豆产量占全球的4.38%。

消费：我国大豆消费主要用于榨油，占80%以上。剩余20%左右的大豆用于食品消费需求‌。中国是全球最大的大豆消费国，消费量占全球大豆消费量的29.7%‌。

‌综合利用‌：大豆是城乡居民植物蛋白消费的重要来源。大豆可以用来生产豆粕和豆油，豆粕用作饲料以及大豆蛋白，豆油用作食用油和工业用油‌。大豆中富含的磷脂是一种天然营养活性剂，是构建大脑的重要物质。

第五章合成高分子

第一节合成高分子的基本方法

1、高分子的相对分子质量比一般有机化合物大得多，通常在104以上；一般有机化合物的相对分子质量具有明确的数值，而高分子的相对分子质量是一个平均值，因为聚合反应得到的是分子长短不一的混合物。

2、在20世纪初期，多数学者认为树脂、橡胶等在溶液中是以小分子缔合形成的胶束形式存在。德国化学家施陶丁格于1922年发表论文，提出了“聚合反应是大量小分子以化学键相互结合形成大分子的过程”假说，指出聚乙烯和天然橡胶等聚合物都是由众多小分子单体通过共价键连接形成的链状分子，为建立高分子科学奠定了基础。这些大分子的溶液具有胶体性质，它与小分子缔合得到的胶体是不同的。1953年，施陶丁格获得了诺贝尔化学奖，以表彰他为建立高分子科学作出的贡献。

3、聚四氟乙烯的合成路线如下：

三氯甲烷→HF/SbCl₅→二氟一氯甲烷→Δ→(四氟乙烯)→(聚四氟乙烯)

写出对应的化学反应：

(1)CHCl₃＋2HF→SbCl₅→CHF₂Cl＋2HCl

(2)2CHF₂Cl→Δ→CF₂=CF₂＋2HCl

(3)NCF₂=CF₂→－[－CF₂－CF₂－]_n－

4、写出下列物质的结构简式

(1)丙烯腈：CH₂=CH－CN

(2)乙酸乙烯酯：CH₃COOCH=CH₂

(3)丙烯酰胺：CH₂=CH－CONH₂

第二节高分子材料

1、高分子材料按用途和性能可分为通用高分子材料(包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等)和功能高分子材料(包括高分子分离膜、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等)等。

2、塑料加工时，为提高柔韧性加入增塑剂，为提高耐热性加入热稳定剂，为赋予它各种漂亮的颜色加入着色剂等。

3、热塑性塑料，可以反复熔融加工，一般为线型结构。

热固性塑料，不能加热熔融，只能一次成型，一般为网状结构。

热固性塑料

4、不能用含增塑剂的聚氯乙烯薄膜生产食品包装材料。原因是增塑剂邻苯二甲酸二丁酯等会逐渐逃逸出来，有的增塑剂有毒。

5、高压法聚乙烯和低压法聚乙烯的区别是，高压法聚乙烯有较多支链，较软，软化温度较低，属于低密度聚乙烯(LPE)。低压法聚乙烯支链较少，较硬，软化温度较高，属于高密度聚乙烯(HPE)。

6、高分子的命名

(1)天然高分子一般有习惯使用的专有名称，如纤维素、淀粉、甲壳质、蛋白质等。

(2)合成高分子的名称一般在单体名称前加上“聚”字，如聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈等。

(3)由两种单体聚合成的高聚物有两种命名法，一是在缩合产物或两种单体前加“聚”，例如，聚对苯二甲酸乙二酯、聚己二酰己二胺等；二是在两种单体名称后加上“树脂”，例如，酚醛树脂、脲醛(尿素甲醛)树脂等。这里的树脂是指未加工处理的聚合物。

(4)合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶”，如乙丙橡胶(乙烯丙烯)、顺丁橡胶(丁二烯顺式加聚)等。

(5)合成纤维的名称常用“纶”，如锦纶(脂肪族聚酰胺纤维)、涤纶(聚对苯二甲酸乙二酯纤维)、腈纶(聚丙烯腈纤维)、维纶(聚乙烯醇缩甲醛纤维)、氯纶(聚氯乙烯纤维)、丙纶(聚丙烯纤维)、芳纶(芳香族聚酰胺纤维)等。

维纶片断的合成过程

7、可降解高分子：

(1)废弃的塑料制品会危害环境，造成“白色污染”。

(2)可降解高分子分为微生物降解和光降解两类高分子材料。

微生物降解高分子有聚乳酸()、聚乳酸与淀粉等混合、CO₂与环氧丙烷()聚合的生物降解塑料等。

光降解高分子有加入光敏剂的聚乙烯等。

8、锦纶66：聚己二酰己二胺纤维

锦纶6：聚6－氨基己酸纤维

锦纶1010 ：聚癸二酰癸二胺纤维

芳纶1414：聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(商品名是凯芙拉)

9、天然橡胶

最常见的天然橡胶是三叶橡胶树产出的橡胶，是顺式异戊二烯的聚合物，称为顺式聚异戊二烯。

还有一种是杜仲树产出的橡胶，是反式异戊二烯的聚合物，称为反式聚异戊二烯。

10、功能高分子材料

具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。例如，用于化学反应的高分子催化剂，用于分离纯化的各种滤膜，用于信息存储的磁性高分子，用于传感器的形状记忆高分子，用于吸水保水的高吸水性材料，可以替代人体器官、组织的医用高分子材料，用于药物缓释的高分子药物等。

11、高吸水性材料的合成思路：一是改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团；二是合成新的带有强亲水基团的高分子。

12、将海水转化为淡水，现在使用较为高效的分离膜法进行分离。分离膜根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。

13、硅橡胶由二甲基二氯硅烷[(CH₃)₂SiCl₂]水解得到二甲基硅二醇，经脱水缩聚生成聚硅氧烷，再经交联制成。

化学方程式： (CH₃)₂SiCl₂＋2H₂O→HOSi(CH₃)₂OH＋2HCl

NHOSi(CH₃)₂ OH→HO－[－Si(CH₃)₂O－]_n－H＋(n－1)H₂O

14、聚乳酸以淀粉为原料，先水解为葡萄糖，再在乳酸菌的作用下将葡萄糖转变为乳酸，乳酸在催化剂作用下可聚合成聚乳酸。

15、维纶是聚乙烯醇缩甲醛纤维的商品名，可用于生产服装、绳索等。合成路线如下

CH₂=CH－OOCCH₃→－[－CH₂－CH(OOCCH₃)－]_n－→－[－CH₂－COOH^－]_n－→

16、ABS树脂是丙烯腈、1，3－丁二烯和苯乙烯三种单体的共聚物，具有耐热、耐腐蚀、强度高等特点，可用于家用电器和仪表的外壳，并可作为3D 打印的材料。

17、仿瓷餐具质轻美观，不易破碎，其主要成分蜜胺树脂是由三聚氰胺与甲醛在一定条件下缩聚得到的网状结构的聚合物。

氰胺：H₂N－CN。

三聚氰胺：

三聚氰胺与甲醛缩聚得到的线型结构：

18、CH₃COOCH=CH₂可通过加聚反应生产俗称“白乳胶”的木材黏合剂。

19、研究与实践：海水淡化

(1)海水淡化方法：主要有蒸馏法(包括多级闪蒸、多效蒸发)和反渗透法。

全球海水淡化技术超过20 余种，包括反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等，以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。

(2)纳滤膜的种类多样，包括但不限于醋酸纤维素、醋酸－三醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺复合材料和无机材料等。