物理看世界：探索物质科学的奥秘(ch2 有机小分子)

1、第2章：碳为核心的有机小分子世界碳化合物的化学称为有机化学，与生命息息相关。有机物大量存在于自然界，如粮食、油脂、丝、毛、棉麻、糖、药材等。绝大多数有机化合物除了碳还有氢，常常也有氧、氮、硫、磷、卤素等元素，因此又称碳氢化合物及其衍生物。有机化合物之所以重要，是因为碳原子可以形成稳定的长碳链或碳环以及许许多多种的官能基，这种性质造就有机化合物的多样性，也孕育了生命。有机化合物是所有含碳生物的基础。有机化合物的应用范围很广，包括塑胶、药物、石化产物、食物、炸药及涂料等。 人工合成维生素B12第2章：碳为核心的有机小分子世界有机小分子是相对于有机高分子聚合物而言的，通常指主碳链长度在100个以下的

2、有机分子。根据结构和性质（即功能团），大约分为如下几类：烃类：脂肪烃，芳香烃、卤代烃含羟基：醇、酚、醚含羰基：醛、酮、醌含羧基：羧酸、取代酸含氮化合物：硝基化合物、胺、偶氮化合物、有机染料含硫化合物：硫醇、琉酚，磺酸，农药碳水化合物：单糖、双糖、多糖、糖苷氨基酸与蛋白质：氨基酸、多肽、蛋白质类脂化合物：油脂、蜡、磷脂、甾类、萜类杂环化合物：呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、维生素、嘌呤与核酸、生物碱第2章：碳为核心的有机小分子世界有机物分子内共价键作用很强，但分子间作用力较弱，所以有机分子晶体一般熔点不超过300，沸点不超过400。H-H436H-F565H-Cl431H-Br363H-I297C-H4

3、13C-C347C-Si301C-N305C-O358C-P264C-S259C-F453C-Cl339C-Br276C-I216N-H391N-N160N-P209N-O201N-F272N-Cl200N-Br243N-I159O-H467O-P351O-S265O-F190Br-Br193I-I151C=C614C=N615C=O745N=N418N=O607O=O498CC839CN891NN945常见共价键键能，单位kJ/mol。(记住：100kJ/mol0.96eV)第2章：碳为核心的有机小分子世界相似相溶（like dissolves like）原理是指由于极性分子间的电性作用，使

4、得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；反之亦然。 相似相溶原理是经验规律。例如水和乙醇可以无限制地互相溶解，乙醇和煤油只能有限地互溶。因为水分子和乙醇分子都有一个OH基，而煤油则是含816个碳原子的烃类混合物，其烃基部分与乙醇的乙基相似，但与水毫无相似之处。结构的相似性并不是决定溶解度的唯一原因。分子间作用力的类型和大小相近的物质，往往可以互溶；具体可以这样理解：1极性溶剂（如水）易溶解极性物质（离子晶体、分子晶体中的极性物质如强酸等）；2非极性溶剂（如苯、汽油、四氯化碳等）能溶解非极性物质（大多数有机物、Br2、I2等）3含有相同官能团的物质互溶，如水中含

5、羟基（OH）能溶解含有羟基的醇、酚、羧酸。4、一般情况，极性相似，则可相溶。想想人们常说的脂溶性、水溶性2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃脂肪烃：由碳和氢构成的开链化合物，包括烷烃、烯烃、炔烃，环烃：由碳和氢构成的环状化合物，包括脂环烃、芳香烃，烷烃alkane：分子构成CnH2n+2，所有C-C键都是键（sp3杂化），即即没有键。烷烃化学性质稳定，又称饱和烃。饱和意味着碳原子与其它原子的结合达到了最大限度。烷烃是重要的化工原料和燃料天然气是甲烷，液化石油气是丙烷和丁烷的混合物。丙烷沸点-42，是很方便的气态燃料。气体打火机使用丁烷，沸点-0.6。汽油主要包含C5-C8的烷烃。甲烷乙烷丙烷2.

6、1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃丁烷的异构体乙烷的不同构象异构：分子式相同而分子结构不同。严格地说属于不同分子，性质往往大不相同。正丁烷和异丁烷这种支链、直链的不同，属于碳链异构。重叠式能量较高，交叉式能量较低，对乙烷能量差约为12.5kJ/mol。常温下乙烷在这两种构象之间不停地快速转化。正丁烷异丁烷构象：分子内围绕单键旋转产生的构型变化。不同构象的分子性质上只有微弱差别。但在生物大分子中，不同的构象要完成不同的生化功能，这个差别意义重大。2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃名称名称分子式分子式沸点沸点/熔点熔点/相对密度相对密度甲烷甲烷CH4-161.7-182.6乙烷乙烷C2H6-88.6-

7、172.0丙烷丙烷（环丙烷环丙烷）C3H8(C3H6)-42.2(-32.7)-187.1(-127.6)0.5005丁烷丁烷（环丁烷环丁烷）C4H10(C4H8)-0.5(12.5)-135.0(-80)0.5788戊烷戊烷（环戊烷环戊烷）C5H12(C5H10)36.1(49.3)-129.3(-93.9)0.6264(0.7457)己烷己烷（环己烷环己烷）C6H14(C6H12)68.7(80.7)-94.0(6.6)0.6594(0.7786)庚烷庚烷（环庚烷环庚烷）C7H16(C7H14)98.4(118.5)-90.5(-12.0)0.6837(0.8098)辛烷辛烷（环辛烷环辛烷

8、）C8H18(C8H16)125.6(150)-56.8(14.3)0.7028(0.8349)壬烷壬烷C9H20150.7-53.70.7179癸烷癸烷C10H22174.0-29.70.7298十一烷十一烷C11H24195.8-25.60.7404十二烷十二烷C12H26216.3-9.60.7493十三烷十三烷C13H28(230)-60.7568十四烷十四烷C14H302515.50.7636十五烷十五烷C15H32268100.7688十六烷十六烷C16H3428018.10.7749十七烷十七烷C17H3630322.00.7767十八烷十八烷C18H3830828.00.776

9、7烷烃的熔点、沸点、密度都随分子量逐渐升高。烷烃都是非极性分子，不溶于水或强极性溶剂，易溶于苯、CCl4等非极性溶剂2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃烯烃alkene：是指含有C=C双键（烯键）的碳氢化合物，属于不饱和烃。按含双键的多少分别称单烯烃、二烯烃等。双键中的键易断，利于加成反应。 单链烯烃分子通式为CnH2n，不溶或微溶于水。双键基团是烯烃分子中的官能团，具有反应活性，可发生氢化、卤化、水合、卤氢化、次卤酸化、硫酸酯化、环氧化、聚合等加成反应，还可氧化发生双键的断裂，生成醛、羧酸等，是重要的化工原料和中间物。双键不能扭转！分子为平面结构乙烯加成反应双键中的容易断裂，并与其它原子形成一

10、对新的键，称为加成反应。XY可以是HCl，H2等C-C双键变单键，但增加C-X,C-Y两个单键，分子更稳定2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃顺式丁烯反式丁烯C=C双键的平面式结构，造成烯烃一般都有顺式反式两种异构体。虽然本质上是绕双键旋转180产生的不同“构象” ，但由于旋转势垒较高，可认为是两种同分异构体，称作顺反异构。2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃乙烯、丙烯、丁二烯都是重要的基础化工原料，因为以之为原料生产出的高分子聚合物，可以制作塑料、橡胶、涂料、纤维等非常重要的工业、生活用品。例如，人工合成纤维的大量使用，减少了对天然纤维棉花的需求，节省了大量耕地，在我国大大缓解了上千年来粮棉争地

11、的矛盾，保证了粮食安全。聚乙烯聚乙烯颗粒1936年，人类首次用聚乙烯制作的小药瓶2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃丁二烯是生产合成橡胶（丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶）的主要原料。利用苯乙烯与丁二烯共聚，可以生产各种用途广泛的树脂（如ABS树脂、SBS树脂、BS树脂、MBS树脂） 顺丁橡胶70%用于轮胎高尔夫球内芯2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃异戊二烯主要用于生产性能接近天然橡胶的聚异戊二烯橡胶，其产量仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶。还用于制造农药、医药、香料及黏结剂等。天然橡胶主要用于制造轮胎，也广泛用于制作鞋靴、机械、医药、体育器材、胶乳等工业制品。 异戊二烯天然橡胶主要成分：聚异戊

12、二烯2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃炔烃alkyne: 也属于不饱和烃。其官能团为碳-碳三键（CC）。通式CnH2n-2，简单的炔烃化合物有乙炔(C2H2)，丙炔(C3H4)等。炔烃原来被叫做电石气，电石气现在特指乙炔。炔烃的熔点、沸点，密度均比具有应的烷烃或烯烃高一些。不易溶于水，易溶于乙醚、苯、四氯化碳等有机溶剂中。炔烃可以和卤素、氢、卤化氢、水发生加成反应，也可发生聚合反应。因为乙炔在燃烧时放出大量的热，炔又常被用来做焊接时的原料。 乙炔碳原子一个SP杂化轨道同氢原子的1S轨道形成碳氢键，另一个SP杂化轨道与相连的碳原子的SP杂化轨道形成碳碳键，组成直线结构的乙炔分子。未杂化的两个P轨

13、道与另一个碳的两个P轨道相互平行，“肩并肩”地重叠，形成两个相互垂直的键。 乙炔2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃纯的乙炔是带有乙醚气味的气体，具有麻醉作用，燃烧时火焰明亮，可用以照明。液化乙炔经碰撞、加热可发生剧烈爆炸。商业上为安全地处理乙炔，把它装入钢瓶中，瓶内装有多孔材料，如硅藻土、浮石或木炭，再装入丙酮。丙酮在常压下，约可溶解相当于它体积25倍的乙炔，而在1.2MPa下可溶解相当其体积300倍的乙炔。乙炔和氧气混合燃烧，可产生2800的高温，用以焊接或切割钢铁及其他金属。 2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃20世纪初的白炽灯泡的是碳丝做的，太脆弱禁不起颠簸，所以乙炔灯以高出一倍的亮度成

14、为了当时车灯的首选。车灯内并没有存储乙炔，而是利用碳化钙和水进行反应产生的，晃动的车身刚好为乙炔的产生提供便利条件，缺点在于一旦停下车灯也就会逐渐变暗。乙炔依靠燃烧发光，所以很容易被雨水浇灭。其次，乙炔灯会产生大量碱石灰Ca(OH)2，这种对蛋白质有溶解效果的物质落在皮肤上会产生强烈刺激性和腐蚀性，严重的会导致人休克、胃穿孔，1925年以后逐渐被淘汰。 2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃环烃是具有环状结构的碳氢化合物。分饱和的脂环烃和不饱和的芳香烃两类。脂环烃性质与烷烃接近，C-C键都是sp3杂化，分子结构不是平面型，且往往有多种构象。环己烷环戊烷环丁烷2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃芳香烃

15、中环状碳链由sp2杂化键构成，分子成平面状如苯、萘等。“芳香”来源于树脂或香精油中提取的香味物质如苯甲醛、苯甲醇等。苯(C6H6)苯最重要的特征是碳环中由每个C原子贡献1个电子构成的大键，这6个离域电子为环中所有C原子所共有。与开链烯烃相比，大键导致苯具有特殊的稳定性，一般都难以氧化、加成，而易于发生亲电取代反应，这也是芳香烃的共性。 2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃萘蒽乙苯苊 芴茚菲薁：薁：双环5.3.0癸五烯 甲苯二甲苯芳香烃是重要的有机原料、溶剂、药品，一般有毒或具致癌性。焦油中含有大量芳香烃。2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃卤代烃，烃分子中的氢被卤素取代的产物，最常用的是氯代物。一

16、般为液体，不溶于水但能与烃类以任意比例互溶，能溶解许多弱极性有机物，可用于萃取动植物组织中的脂类物质。卤素原子较容易被其它基团取代，因此在有机合成中是很有用的中间物。三氯甲烷CHCl3 ：俗名氯仿，气味香甜的无色液体，有麻醉性，常用溶剂四氯化碳CHCl4：比水重的无色液体，常用溶剂 、灭火剂，致癌物氯乙烯CH2=CHCl：用于制备聚氯乙烯-CH2 -CHCl-n ，常用阻燃塑料六氯环己烷：俗名六六六，广谱杀虫剂，因性质稳定残留严重已限制使用。聚氯乙烯塑料制品聚氯烯六六六2.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃四氟乙烯CF2=CF2：用于制备聚四氟乙烯-CF2-CF2-n ，是耐高低温（-100300

17、C）、耐酸碱、耐光、不燃烧、无毒、几乎不溶于任何溶剂、摩擦系数极低的塑料之王（除熔融碱金属、三氟化氯、五氟化氯和液氟外，耐其它一切化学药品，在王水中煮沸也不起变化 ）。氟利昂：含氟和氯的烷烃，如CFCl3，CF2Cl2（二氟二氯甲烷）等。 CF2Cl2无毒、无腐蚀性、不燃烧、稳定、易压缩，用于制冷剂和气溶胶喷雾剂。紫外线照射下易分解出原子氯，因破坏臭氧层使用受到限制。密封件滚轴聚四氟乙烯特氟龙不粘锅氟利昂R222.1 烃类：脂肪烃、环烃、卤代烃杯芳烃，用作分子胶囊、催化或药用二茂铁及衍生物，催化剂、消烟抗暴剂“我叫狗烯！”总有一些怪分子：2.2 醇、酚、醚醇、酚、醚都可以看做水分子内的氢原子被

18、烃基取代的衍生物。一个H被脂肪烃取代的是醇（R-OH）,，被芳香烃取代的是酚（Ar-OH），两个氢都被烃基取代的是醚（R-O-R，或Ar-O-R，或 Ar-O-Ar）醇苯酚乙醚2.2 醇、酚、醚醇（R-OH）：氧电子为sp3杂化，氧电负性比碳强，与羟基相连的碳原子电子密度下降，分子呈现极性，决定了醇的物理和化学性质。羟基导致甜味，所以很多醇都有甜味。十二个碳以下饱和醇是液体，高级醇是蜡状物质。醇能与水互溶，溶解度随分子量增加而降低。醇的沸点比分子量相近的非极性有机物要高，因为分子羟基之间可以形成氢键。化学性质似水，微弱酸性（根据路易斯酸碱理论，容易给出质子者为酸，容易接受质子者为碱）。2.2

19、醇、酚、醚醇（R-OH）：氧为sp3杂化，电负性比碳强，与羟基相连的碳原子电子密度下降，分子呈现极性，决定了醇的物理和化学性质。甲醇：最初由木材干镏得到称木醇，有毒、损害视力，30ml致死。乙二醇：有甜味粘稠液体，熔点-11.5 C，沸点198C，常用防冻液。丙三醇：甘油，甜味粘稠吸湿性强。主要以酯的形式存在于油脂中。环己六醇：肌醇，有甜味，广泛分布于动物心脏、肌肉中，抗脂肪肝药物。甘油三酯甘油肌醇肌醇六磷酸，俗名植酸（防腐剂）2.2 醇、酚、醚酚（Ar-OH）：羟基与芳香环相连的化合物。羟基若与sp2杂化的碳相连，称为烯醇，一般不稳定。但在酚中，氧的两对孤对电子与苯环的大键形成p-共轭的稳定

20、体系。实质是氧电子因为离域化降低了能量。大部分酚是固体，能溶于苯、乙醚等溶剂，部分溶于水，有弱酸性，易氧化、卤代、硝化。有杀菌防腐作用。甲苯酚用作消毒的来苏尔。对苯二酚易氧化用作显影剂等。2.2醇、酚、醚醚（R-O-R，或Ar-O-R，或 Ar-O-Ar）：主要由醇分子间失水反应制备，醚不是直线型分子，其中氧为sp3杂化，没有氢原子与之相连，不能形成氢键沸点较低。但能与水或醇形成氢键互溶。C-O-C键性质稳定不易反应。甲醚乙醚：机溶剂、麻醉剂二苯醚18-冠-6醚与一个钾离子配位 冠醚：可以分离金属离子，作为相转移催化剂（将无机盐溶于非极性溶剂，迫使离子与有机物反应）2.3 醛、酮、醌含有羰基的

21、化合物中，R1与R2都是烃的称为酮，至少有一个氢的称为醛。C和O都是sp2杂化，C=O键由1个键和1个键构成，分子是平面型的。不能形成氢键所以沸点比醇低。羰基2.3 醛、酮、醌C=O双键较活泼，容易加成反应，或氧化和还原为酸和醇。因此醛和酮都是重要的化学原料和试剂。甲醛：有凝固蛋白作用可杀菌防腐，主要用于甲醛树脂、酚醛树脂等。乙醛：重要有机原料，其卤代物三氯乙醛的水合物有快速催眠的作用。丙酮：最简单的酮，常用溶剂。糖类：多羟基的醛或酮。丙酮苯甲酮蚂蚱酮葡萄糖，水溶液中为闭环2.3 醛、酮、醌醌：含有两个C=O双键的不饱和六元环状二酮（醌式结构）的有机化合物，绝大部分有颜色。醌不属于芳香族，具有

22、烯烃和羰基化合物的反应性能。对苯醌邻苯醌萘醌菲醌蒽醌茜醌C=O双键与C=C双键形成较大的p-共轭体系，能量降低使得成键态和反键态*之间的电子跃迁频率落在可见光频段内，选择吸收造成特定的颜色，因此醌是重要的有机染料。萘醌和苯醌的衍生物也是维生素、辅酶的主要组分。2.3 羧酸、取代酸羧酸：含羧基（1个C原子上同时有羰基和羟基）的化合物。羟基O的未共用电子与羰基电子共轭，使得羰基C上电子密度升高，羰基活性降低。同时羟基上电子密度降低，H更易脱离，所以酸性增强。羧基，其化学性质绝不等于羰基+羟基！由于较强的氢键络合作用，一元羧酸是液体，二元羧酸和芳香酸都是结晶固体。2.3 羧酸、取代酸羧酸的分类烷基是

23、给电子基团，所以碳链越长，一般酸性越弱2.3 羧酸、取代酸甲酸、乙酸、丙酸具有强烈酸味和刺激性。含有49个C原子的是具有腐败恶臭的油状液体。10个C以上的为石蜡状固体，挥发性很低，没有气味。这是由于羧酸分子间存在较强氢键，低级的酸甚至在蒸汽中也以二聚体的形式存在。甲酸分子间氢键键能为30KJ/mol,而乙醇分子间氢键为25KJ/mol。 羧酸二聚体2.3 羧酸、取代酸羧酸中除了羟基H的酸性外，羟基整体也可被其它基团（如酸根、卤素、烷氧基、胺基）置换，发生取代反应生成酸酐、酰氯、酯、酰胺等羧酸衍生物。一个分子脱羟基，一个分子脱氢，形成酸酐丙烯酰氯正丁酰氯酸酐和酰氯都是对粘膜有刺激的物质！因为遇水

24、就分解为酸！2.3 羧酸、取代酸聚丙烯酰胺，水溶性高分子。用于污水处理、采油、造纸等（纸尿裤用的是聚丙烯酸钠 ）。烟酰胺，(水溶性)维生素B3，防治糙皮病、口炎及舌炎。也有抗皮肤衰老，深层锁水的功效。还具有防治心脏传导阻滞、提高窦房结功能及抗快速型实验性心律失常作用。另外，青霉素、头孢、四环素，都是酰胺！氨是碱性的，但氨的一个H被酰基取代后碱性消失，酰胺是中性物质。原因是N上未共用电子对与C=O双键共轭，N上电子密度降低，接受质子能力下降。2.3 羧酸、取代酸乙酸乙酯，有水果味清香，陈酒好喝的原因之一。酯类一般有愉快的香气，如乙酸异戊酯为香蕉香味，正戊酸异戊酯为苹果香。酯的水解是酯化反应的逆过

25、程，可以在碱的作用下持续进行，因为酸碱成盐可除去。由于肥皂是高级脂肪酸的钠盐，所以该反应又称皂化反应。2.3 羧酸、取代酸聚对苯二甲酸乙二醇酯，简称PET。1. 可纺成聚酯纤维，即涤纶 2. 可制成薄膜用于录音、录像、电影胶片等的基片、绝缘膜、产品包装等 3. 作为塑料可吹制成各种瓶，如可乐瓶、矿泉水瓶等 4. 可作为电器零部件、轴承、齿轮等 2.3 羧酸、取代酸一些重要的羧酸：1.甲酸：存在于蚁类、蜂类；荨麻、松叶。杀菌、防腐、刺激皮肤起泡。2. 乙酸：最重要的羧酸，分布极广，谷物、牛奶、水果发酵可得。3. 苯甲酸：俗名安息香酸，无色晶体，可做食品防腐剂。4. 乙二酸：俗名草酸，无色晶体，饱

26、和二元酸中最强的，用作漂白剂。5. 丁二酸：俗名琥珀酸，初由蒸馏琥珀得来。有抗痉挛、祛痰、利尿之药用。6. 邻苯二甲酸、对苯二甲酸：合成某些高分子材料不可或缺的原料。7. 丁烯二酸：顺式称马来酸或失水苹果酸，用于合成树脂，或作为油脂防腐剂；反式称富马酸或延胡索酸，广泛存在于自然界。2.3 羧酸、取代酸碳酸：微弱的二元酸（甲二酸）。本身不稳定，但它的二酯、二酰氯、二酰胺都相当稳定。光气：碳酸的二酰氯，剧毒气体。德国率先在一战中使用，人体吸入光气会造成肺气肿。碱性物质可以解毒。两次世界大战中广泛使用，包括日本侵华战争。 尿素：也称脲，碳酸的二酰胺。胍，极强的碱。存在于萝卜、蘑菇、米壳、贝类、蚯蚓二

27、缩脲胍离子，共振杂化结构2.3 羧酸、取代酸羧酸烃基上的H原子被其它基团取代的衍生物叫取代酸，如卤代酸、羟基酸（包括醇酸和酚酸）、羰基酸、氨基酸。醇酸中羟基的不同取代位-羟基乙酸-羟基丙酸-羟基丁酸-羟基丙酸，乳酸丙酮酸钠，羰基酸盐卤代酸，酸性更强2.3 羧酸、取代酸醇酸多为结晶或糖状液体，亲水性和水溶性都很强。由于羟基的吸电子效应，酸性也比相应的羧酸强。醇酸上的取代羟基容易氧化，脱去氢而生成酮酸。也可能与羧基失水成酯（分子间失水形成交酯，分子内失水形成内酯，都是环状化合物）2分子乳酸生成的丙交酯交酯是稳定的化合物，但与水在酸或碱存在下共热时，会水解为相应的羟基酸 。乙交酯是白色片状晶体，丙交

28、酯是淡黄色固体，微溶于水，难溶于四氯化碳。乙交酯和丙交酯可用来生成聚乙交酯（可吸收缝合线 ）和聚丙交酯（即聚乳酸，生物可降解塑料）。 2.3 羧酸、取代酸自然界有很多内酯类化合物，如茉莉内酯、黄葵内酯，是天然香精。葡萄糖酸-内酯可以用来做蛋白质凝固剂（中和胶体颗粒电荷发生凝聚），代替卤水点豆腐，称为“内酯豆腐”。小白菊内酯油菜素内酯2.3 羧酸、取代酸常见醇酸：1.乳酸：乳糖发酵而得。乳酸钙不溶于水，补钙药物。2. 苹果酸：无色晶体，用于制药和食品。羟基失水得丁烯二酸。3. 酒石酸：以钾、钙、镁盐的形式存在于水果，用作酸味剂。4. 柠檬酸：无色晶体，很酸，用于调味、制药。羟基与邻近碳原子上的氢

29、失水生成顺乌头酸（烯酸），水合后可生成异柠檬酸（羟基转移到邻近碳上）。生物体能量代谢中，这一过程很重要，称为三羧酸循环。苹果酸，2-羟基丁二酸酒石酸，2,3-二羟基丁二酸 柠檬酸，3-羟基-1,3,5-戊三酸 2.3 羧酸、取代酸酚酸：芳香羧酸苯环上氢被羟基取代的产物，多为固体。水杨酸：邻羟基苯甲酸。用作化妆品防腐剂，有一定有刺激性乙酰水杨酸，即阿司匹林。解热镇痛，防止血栓。水杨酸甲酯，又名冬青油。外用可产生皮肤血管扩张、肤色发红等刺激反应，消肿镇痛止痒。红花油的主要成分之一。2.3 羧酸、取代酸五倍子酸：3,4,5-三羟基苯甲酸，也称没食子酸。能与铁盐生产黑色沉淀。以单宁形式存在于五倍子、茶

30、叶。五倍子是五倍子蚜虫寄生于漆树科植物“盐肤木”形成的囊状虫瘿单宁：葡萄糖与多个五倍子酸形成的酯。又称鞣酸，用于制革。富含于石榴、咖啡、茶叶、柿子，杀菌防腐止血收敛解毒。2.3 羧酸、取代酸常见羰基酸：1.乙醛酸：最简单的醛酸，见于未成熟水果和嫩叶。2. 丙酮酸：最简单的-酮酸，生物体糖代谢的中间产物。3. 乙酰乙酸：最简单的-酮酸，脂肪代谢的中间产物。丙酮酸乙酰乙酸乙酰乙酸乙酯，重要的有机原料。用于合成氨基吡啉、维生素B等，亦用于偶氮黄色染料的制备、合成有机磷杀虫剂、杀菌剂。也广泛用于塑料、染料、香料、清漆及添加剂等行业。对皮肤、粘膜有刺激作用2.4 含氮化合物硝基(-NO2)化合物、亚硝基

31、(-NO)化合物硝酸分子（NO2-OH）中N，O原子都是sp2杂化，分子在两种结构之间振荡（量子效应）。硝酸根NO3离子则形成6个电子的大键亚硝酸亚硝酸根也在两种结构间振荡R-NO2 硝基化合物 R-O-NO 亚硝酸酯 R-O-NO2 硝酸酯 R-NO 亚硝基化合物 2.4 含氮化合物芳香硝基化合物多为难溶于水的黄色结晶体，能使血红蛋白变形性而具有毒性。多硝基化合物常为易爆品。 硝基苯，最重要的硝基化合物三硝酸甘油酯，扩张血管，冠心病用药硝酸甘油爆炸反应苦味酸 ，三硝基苯酚，黄色炸药（TNP） 三硝基甲苯，TNT，也是黄色炸药的一种，需雷管引爆胺，氨中的氢被烃基取代产生的衍生物，分为伯氨RNH

32、2，仲R2NH，叔胺R3NH。(R4N)）+OH-称为季铵碱， (R4N)+Cl-季铵盐胺中孤对电子能形成氢键，水中溶解度较大。低级脂肪胺一般具有很难闻的恶臭，如臭鱼味。肉腐烂时产生极臭有毒的腐胺和尸胺。1，5-戊二胺，尸胺1，4-丁二胺，腐胺 芳香胺气味不大，但极毒，且已通过皮肤吸收。如联苯胺，强烈致癌物。联苯联苯胺2.4 含氮化合物多巴胺，为神经神递质的一种，与兴奋、开心的感觉密切相关。据说爱情就是大脑里产生大量多巴胺的结果。也用来治疗抑郁症。 自然界的胺分布很广，很多是由氨基酸脱羧生成的。胆碱，羟乙基三甲基铵正离子，X为保持中性的抗衡离子。广泛分布于动植物体内的生物碱。乙酰胆碱也是神经递

33、质，缺乏可导致肌无力。2.4 含氮化合物偶氮化合物，含偶氮基-N=N-的化合物，具有大共轭体系，选择吸收光谱落在可见光范围。偶氮染料(偶氮基两端连接芳基)是纺织品服装中应用最广泛的一类合成染料，用于天然和合成纤维的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡胶着色。特殊条件下，能分解产生多种致癌芳香胺。 2.4 含氮化合物偶氮化合物甲基橙, 用作酸碱指示剂刚果红（朱红）可直接对棉纤维着色，颜色较深，但容易褪色。2.4 含氮化合物龙胆紫（紫药水），可染纸、皮革、复写纸，制作墨水、铅笔红汞（红药水），可染丝、毛，制作唇膏、指甲油2.5 含硫、磷化合物硫3S23P4和氧2S22P4结构相似，但硫还有能量相近的空

34、3d轨道，因此能形成4、6价的高价化合物。另外硫的共价半径大，与碳核距离远，所以难以形成稳定键（硫代羧酸中的共轭键除外）。羟基OH中的O被S取代的基团叫做巯基（SH）。含硫化合物主要包括两类：1. 巯基化合物 和 2. 磺酸衍生物（高价硫化合物）。二硫代羧酸硫代羧酸硫醇R-SH，琉酚Ar-SH，硫醚R-S-R仲丁硫醇烯丙硫醇萘琉酚苯硫醚2.5 含硫、磷化合物硫的电负性比氧弱，所以巯基的氢键也弱得多，硫醇因此难溶于水。低级硫醇有毒，并有极其难闻的臭味（臭鼬味），空气中含量极微即可察觉，因此常在煤气中混入少量低级硫醇以便发现泄露。洋葱中有正丙硫醇，大蒜素为二烯丙基硫代亚磺酸酯 ，都有杀菌作用。硫醇

35、、琉酚的重金属盐如砷、汞、铅、铜等盐类，皆不溶于水。重金属中毒的机理是该金属离子与体内某些酶的巯基结合，使其丧失生理功能。某些硫醇可以竞争性地夺取重金属离子，从而使酶恢复活性，达到解毒目的。如二巯基丙醇与Lewisite毒气，形成稳定的络合盐，从而排出体外。正丁硫醇，10亿分之1可闻。黄鼠狼的致命武器！大蒜素2.5 含硫、磷化合物硫酸H2SO4是强氧化性的酸，纯硫酸是固体，暴露在空气中则极易吸水，分子极性很大。硫酸中一个羟基被烃基取代的衍生物称为磺酸，也是吸湿性的强酸。合成染料分子中常加入磺酸以增加水溶性。亚硫酸（水合）对甲苯磺酸对甲苯磺酰胺，用于有机合成、荧光染料、合成树脂、涂料、消毒剂，以

36、及木材加工和镀镍工艺中的光亮剂。2.5 含硫、磷化合物对氨基苯磺酰胺，磺胺类广谱抗菌药中的骨架。复方新诺明（SMZ）是磺胺甲噁唑和甲氧苄啶的混合物。药理是干扰细菌体内叶酸的合成，因为叶酸内的对氨基苯甲酸与对氨基苯磺酰胺相似，药物竞争使得合成叶酸受阻，细菌因缺乏叶酸停止生长。人体所需叶酸靠摄入而非合成，因此不受影响。但磺胺类药物有一定毒副作用，相对于青霉素类抗生素使用减少。磺胺甲噁唑甲氧苄啶叶酸2.5 含硫、磷化合物苯乙烯与二乙烯苯共聚形成不溶于水、高硬度的交联聚合物。大量悬挂苯环上若引入极性基团就可以与水中的离子交换，叫做离子交换树脂。若引入磺酸基，则H离子容易脱离，交换吸附水中的阳离子称为阳

37、离子交换树脂；若引入季铵基CH2N+ (CH3)3(OH)-则可以与水溶液交换吸附阴离子，称为阴离子交换树脂。离子交换树脂饱和后可用酸或碱做再生处理。离子交换树脂广泛用于水质软化、海水淡化、废水处理、提取稀有元素、催化有机反应、分离氨基酸等有机产物。2.5 含硫、磷化合物磷与氮电子结构类似，因此PH3与氨结构相同，其中H被烃基取代产生四种衍生物：一级膦RPH，二级膦R2PH，三级膦R3PH，四级膦化合物R4P+I-。膦念lin4。膦的碱性弱于同结构的胺。磷酸中氢被烃基取代的衍生物叫磷酸酯，羟基被取代的叫膦酸。生物体内磷总是以磷酸单酯、二磷酸单酯、三磷酸单酯的形式出现。膦酸（正磷酸）二磷酸（焦磷

38、酸）三磷酸二磷酸、三磷酸都是磷酸分子间脱水生成的酸酐。2.5 含硫、磷化合物ATP和ADP，细胞内能量传递的“分子通货”，储存和传递化学能。1分子ATP和1分子H2O，水解生成1分子ADP和1分子H3PO4，同时释放出能量（约3354kJ/mol）。ADP与膦酸结合并吸收能量，即可重新生成ATP。加H2O，水解ATP，三磷酸腺苷ADP，二磷酸腺苷2.5 含硫、磷化合物磷脂酰乙醇胺（脑磷脂），结构类似的还有磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂类分子，是磷酸与甘油二酯形成的酯。是同时具备亲水和亲油性能的两亲分子，细胞双层膜的基本构成单元。磷脂分子的自组装2.5 含硫、磷化合物农药按功能分为杀虫剂、杀菌剂、除草

39、剂等，从化学结构来看，涉及化合物种类很多，其中一大类就是有机磷农药。如沙林（神经毒气）能抑制胆碱酯酶，导致神经递质乙酰胆碱在冲动传递后不能正常降解，造成神经痉挛。目前有机磷农药常见的有膦酸酯类、磷酸酯类、硫代磷酸酯类。敌百虫，膦酯类光谱杀虫剂。残留期短，对人、畜毒性低。敌敌畏，磷酯类光谱杀虫，易挥发。草甘膦，N-（膦酰甲基）甘氨酸。除草剂，干扰植物体内氨基酸的合成而整株死亡。常见转基因作物含有该物质。2.6 油脂、肥皂、蜡油脂是猪油、牛油、花生油、豆油、桐油等动植物油，其主要成分是三分子高级脂肪酸和甘油形成的酯（甘油三酯），此外还含有少量游离的脂肪酸、高级醇、高级烃、维生素和色素等。饱和脂肪酸不饱和脂肪酸（烯酸）2.6 油脂、肥皂、蜡饱和脂肪酸一般是锯齿形的直链，不饱和脂肪酸则弯成一定的角度。因为天然油脂中的不饱和酸大多是顺式的，而不是反式的。2.6 油脂、肥皂、蜡组成甘油酯的脂肪酸绝大部分都是直链羧酸，目前能分离出C4-C26的饱和脂肪酸和C10-C26的不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸中软脂酸（十六酸）最多，其次是月桂酸（十二酸）、肉豆蔻酸（十四酸）、和硬脂酸（十八酸），碳链高于18和低于12的脂肪酸含量较少。不饱和脂肪酸中主要是C16-C18的烯酸，如棕榈