第32讲-生命中的基础有机化学物质

第32讲生命中的基础有机化学物质基础考点梳理最新考纲1.了解油脂和糖类的组成和性质特点，能举例说明油脂和糖类在食品加工和生物能源开发上的应用。2了解氨基酸的组成、结构特点和主要性质，氨基酸与人体健康的关系。3了解蛋白质的组成、结构和性质。4了解化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。自主复习一、油脂1概念油脂是甘油与高级脂肪酸脱水形成的酯。常见的形成油脂的高级脂肪酸有：硬脂酸C17H35COOH、软脂酸C15H31COOH、油酸C17H33COOH。3分类(1)按状态分4物理性质(1)油脂一般不溶于水，密度比水小。(2)天然油脂都是混合物，没有恒定的沸点、熔点。含不饱和脂肪酸成分较多的甘油酯，常温下一般呈液态，含饱和脂肪酸成分较多的甘油酯，常温下一般呈固态。5化学性质(1)油脂的氢化(油脂的硬化)油酸甘油酯与H2发生加成反应的化学方程式为：(2)水解反应酸性条件下如硬脂酸甘油酯的水解反应方程式为：碱性条件下皂化反应如硬脂酸甘油酯的水解反应方程式为：其水解程度比酸性条件下水解程度大。二、糖类1糖类的概念和分类(1)概念：多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。(2)分类单糖：不能发生水解的糖。如葡萄糖、果糖、核糖等。低聚糖：1 mol糖能水解生成210 mol单糖的糖，以二糖最为重要，常见的二糖有麦芽糖、乳糖和蔗糖等。多糖：1 mol糖能水解生成很多摩尔单糖的糖。如淀粉、纤维素(它们属于天然高分子化合物)等。2葡萄糖与果糖(1)组成和分子结构分子式结构简式官能团二者关系葡萄糖C6H12O6CH2OH(CHOH)4CHOOH、CHO同分异构体果糖C6H12O6CH2OH(CHOH)3COCH2OHCO OH(2)葡萄糖的化学性质还原性：能发生银镜反应和与新制Cu(OH)2悬浊液反应。加成反应：与H2发生加成反应生成己六醇。酯化反应：葡萄糖含有醇羟基，能与羧酸发生酯化反应。发酵成醇：由葡萄糖发酵制乙醇的化学方程式为：C6H 2C2H5OH2CO2。生理氧化反应的化学方程式为：C6H6O2(g)6CO2(g)6H2O(l)。3蔗糖和麦芽糖蔗糖麦芽糖分子式C12H22O11C12O22O11分子结构分子中无醛基分子中有醛基都是二糖，都可看作是由两分子单糖脱水形成的相互关系互为同分异构体物理性质无色晶体，易溶于水，有甜味白色晶体，易溶于水，有甜味蔗糖比麦芽糖甜4.淀粉和纤维素淀粉纤维素通式(C6H10O5)n(C6H10O5)n结构几百到几千个单糖单元几千个单糖单元，每个单元有3个醇羟基相对分子质量几万到几十万几十万到几百万物理性质白色、无臭、无味的粉末状物质，不溶于冷水白色、无臭、无味的具有纤维状的结构，不溶于水和有机溶剂注意：糖类可用通式Cm(H2O)n表示，但符合Cm(H2O)n的不一定是糖类。如C2H4O2为乙酸或甲酸甲酯。书写糖类水解的化学方程式时，化学式下面一般要注名称，因为糖类有同分异构体。淀粉和纤维素通式相同，但不属于同分异构体，因为其n值不同。三、蛋白质和核酸1氨基酸的结构和性质(1)概念：羧酸分子中与羧基相连的碳原子上的氢原子被氨基取代后的产物。通式为：(2)官能团氨基(NH2)：与酸反应生成盐。羧基(COOH)：与碱反应生成盐。(3)氨基酸的性质2蛋白质(1)蛋白质的组成和结构蛋白质的成分里含有碳、氢、氧、氮、硫等元素。蛋白质是由不同氨基酸按不同排列顺序相互结合而构成的高分子化合物。蛋白质分子中含有未缩合的羧基(COOH)和氨基(NH2)。蛋白质溶液是一种胶体。(2)蛋白质的性质两性：因为有NH2和COOH。水解：在酸、碱或酶作用下天然蛋白质水解为肽类化合物，天然蛋白质最终水解产物为氨基酸。盐析：少量Na2SO4、(NH4)2SO4可促进蛋白质的溶解，浓的上述无机盐溶液可降低蛋白质的溶解度，而使蛋白质析出。变性：使蛋白质变性的物理因素有加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波等。使蛋白质变性的化学因素有强酸、强碱、重金属盐、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。颜色反应：具有苯环结构的蛋白质遇浓HNO3显黄色。灼烧：灼烧蛋白质有烧焦羽毛的气味。3酶(1)酶是一类蛋白质，性质与蛋白质相似。(2)酶是一种高效生物催化剂，其催化作用有以下特点：高度的专一性。高效的催化作用。条件温和、不需加热。4核酸(1)分类核酸是一类含磷的生物高分子化合物；核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。(2)作用核酸在生物体的生长、繁殖、遗传、变异等生命现象中起着决定性作用。注意：轻金属盐如Na2SO4、(NH4)2SO4使蛋白质盐析，而重金属如Cu2、Ag、Hg2等可使蛋白质变性，前者是可逆的物理过程，后者则是不可逆的化学变化。网络构建生命中的基础有机化学物质热点典例突破热点考向1.油脂、糖类、蛋白质的结构及主要性质。2根据油脂的性质推测油脂的分子结构。3淀粉、纤维素水解产物及蛋白质的检验。4油脂、糖类、氨基酸同分异构体的判断。5油脂、糖类、蛋白质与人体健康的关系。热点探究热点1油脂1.概念由多种高级脂肪酸跟甘油生成的酯。常见的形成油脂的高级脂肪酸有硬脂酸：C17H35COOH、软脂酸：C15H31COOH、油酸：C17H33COOH。2结构3物理性质(1)油脂一般不溶于水，密度比水小。(2)天然油脂都是混合物，没有固定的熔点、沸点。不饱和脂肪酸甘油酯，常温下一般呈液态，饱和脂肪酸甘油酯，常温下一般呈固态。4化学性质(1)油脂的氢化油酸甘油酸(油)氢化的化学方程式为：油脂的氢化也叫油脂的硬化，属于还原反应，也属于加成反应；所得油脂又称为人造脂肪或硬化油。(2)水解反应酸性条件下如硬脂酸甘油酯的水解：碱性条件下如硬脂酸甘油酯的水解：油脂碱性条件下的水解反应，也叫皂化反应，其水解程度比酸性条件下水解程度大。【例1】.某天然油脂A的分子式为C57H106O6。1摩尔该油脂水解可得到1摩尔甘油、1摩尔不饱和脂肪酸B和2摩尔直链饱和脂肪酸C。经测定B的相对分子质量为280，原子个数比为C：H：O9：16：1。(1)写出B的分子式：_。(2)写出C的结构简式：_；C的名称是_。(3)写出含5个碳原子的C同系物的同分异构体的结构简式：_。.RCH=CHR与碱性KMnO4溶液共热后酸化，发生双键断裂生成羧酸：RCH=CHRRCOOHRCOOH，常利用该反应的产物反推含碳碳双键化合物的结构。在催化剂存在下，1摩尔不饱和脂肪酸B和1摩尔氢气反应后经处理得到D和E的混合物，D和E互为同分异构体。当D和E的混合物与碱性KMnO4溶液共热后酸化，得到如下四种产物：HOOC(CH2)10COOHCH3(CH2)7COOHHOOC(CH2)7COOHCH3(CH2)4COOH(4)写出D和E的结构简式：_。(5)写出B的结构简式：_。(6)写出天然油脂A的一种可能结构简式：_。解析.“根据B的相对分子质量为280、原子个数比为C：H：O9：16：1”知B的分子式为C18H32O2；已知甘油的碳原子数为3，则由题意可知C的碳原子数为18(C原子数守恒)。由于C为饱和脂肪酸，所以C的分子式为C18H36O2，结构简式为CH3(CH2)16COOH；5个碳原子的C的同系物分子式为C5H10O2，其同分异构体分别为：CH3(CH2)3COOH，(CH3)3CCOOH；.根据题给信息双键断裂后在其断键后的碳上产生羧基，1molB与1molH2反应后产生的D、E只含一个双键，因此根据题目给出“四种产物”不难推出D和E的结构简式分别为：CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH，CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH。由D、E的结构简式不难推出B的结构简式和A的可能结构简式。答案(1)C18H32O2(2)CH3(CH2)16COOH硬脂酸(或十八烷酸，十八酸)(3)CH3CH2CH2CH2COOH、(4)CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOHCH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH(5)CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH点评此题是通过计算和分析推导有机物分子结构的题目，主要考查计算、分析推理能力和考查分子式、结构简式、同分异构体等概念的掌握情况；此题属于信息给予题，主要考查学生的阅读能力，自学能力、综合分析能力及思维迁移和发散能力。变式1油脂是油与脂肪的总称，它是多种高级脂肪酸的甘油酯。油脂既是重要的食物，又是重要的化工原料。油脂的以下性质和用途与其含有的不饱和双键(CC)有关的是()A适量摄入油脂，有助于人体吸收多种脂溶性维生素和胡萝卜素B利用油脂在碱性条件下的水解，可以生产甘油和肥皂C植物油通过氢化可以制造植物奶油(人造奶油)D脂肪是有机体组织里储存能量的重要物质解析：解答本题的关键是注意审题，与含有不饱和双键(CC)有关的油脂的性质是油脂的氢化，C选项符合题意。答案：C热点2糖类1.糖的概念与分类(1)概念：从分子结构上看，糖类可定义为多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。(2)分类(从能否水解及水解产物分)单糖：不能水解成更简单的糖，如葡萄糖、果糖。低聚糖：1 mol糖水解生成210 mol单糖，最重要的为二糖，如蔗糖、麦芽糖。多糖：1 mol多糖水解生成多摩尔单糖，如淀粉、纤维素。2葡萄糖和果糖(1)组成和分子结构葡萄糖和果糖分子式均为C6H12O6，最简式为：CH2O，葡萄糖结构简式为：CH2OH(CHOH)4CHO，官能团为：CHO、OH，果糖结构简式为：CH2OH(CHOH)3COCH2OH，官能团的CO 、OH，二者互为同分异构体。(2)葡萄糖的化学性质还原性：能发生银镜反应和与新制Cu(OH)2反应，生成红色沉淀，反应的化学方程式分别为CH2OH(CHOH)4CHO2Ag(NH3)2OHCH2OH(CHOH)4COONH42Ag3NH3H2O，CH2OH(CHOH)4CHO2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COOHCu2O2H2O。加成反应：与H2发生加成反应生成己六醇。酯化反应：葡萄糖含有醇羟基，能与羧酸发生酯化反应。发酵成醇：由葡萄糖发酵制乙醇的化学方程式为：C6H 2C2H5OH2CO2生理氧化反应：C6H (s)6O2(g)=6CO2(g)6H2O(1)H2 804 kJ/mol3蔗糖和麦芽糖(1)相似点组成相同，化学式均为C12H22O11，二者互为同分异构体。都属于二糖，能发生水解反应。(2)不同点官能团不同麦芽糖分子中含有醛基，能发生银镜反应，能还原新制Cu(OH)2。水解产物不同蔗糖和麦芽糖发生水解反应的化学方程式分别为：4淀粉和纤维素(1)相似点都属于高分子化合物，属于多糖，分子式都可表示为(C6H10O5)n，但二者不属于同分异构体。都能发生水解反应，反应的化学方程式分别为都不能发生银镜反应。(2)不同点通式中n值不同。淀粉遇碘呈现特殊的蓝色。特别提醒：淀粉和纤维素的通式相同，但二者不互为同分异构体，因为n值不同。用碘水检验淀粉时，不能在碱性条件下进行，否则因发生I22OH=IIOH2O而使实验不能成功。用银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液检验水解产物葡萄糖时，必须在碱性条件下进行，因此预先必须用NaOH溶液将水解液中的H2SO4中和，并将溶液转化为碱性溶液。【例2】2006年诺贝尔化学、医学或生理学奖分别授予在研究DNA、RNA方面有突出成就的美国科学家。核酸有两种：含核糖的是核糖核酸(RNA)，含脱氧核糖的是脱氧核糖核酸(DNA)，人们的基因组通过从细胞核里的DNA向蛋白质的合成机制发出生产蛋白质的指令运作，这些指令通过RNA传送。核糖是合成核酸的重要原料，常见的两种核糖结构简式为：D核糖；戊醛糖CH2OHCHOHCHOHCHOHCHO，下列关于核糖的叙述不正确的是()A戊醛糖和D核糖互为同分异构体B它们都能发生酯化反应C戊醛糖属于单糖D由戊醛糖脱氧核糖(CH2OHCHOHCHOHCH2CHO)可看作一个氧化过程解析选项A，它们分子式相同，均为C5H10O5，但结构不同，互为同分异构体；选项B，分子结构中都有羟基，能发生酯化反应；选项C，戊醛糖不能再水解，属单糖；选项D，戊醛糖(C5H10O5)脱氧核糖(C5H10O4)少一个氧，应为还原过程。答案D变式2核糖是合成核酸的重要原料，结构简式为：CH2OHCHOHCHOHCHOHCHO下列关于核糖的叙述正确的是()A与葡萄糖互为同分异构体B可以与银氨溶液作用形成银镜C可以跟氯化铁溶液作用显色D可以使紫色石蕊试液变红解析：A项错，葡萄糖的结构简式为：CH2OHCHOHCHOHCHOHCHOHCHO，此核糖的结构简式多一个CHOH；B项正确，因有醛基可发生银镜反应；C项错，酚羟基与FeCl3溶液作用才能发生显色反应；D项错，核糖没有酸性，不能使紫色石蕊试液变红。答案：B热点3氨基酸与蛋白质1.氨基酸的成肽反应一个氨基酸分子的羧基与另一个氨基酸分子的氨基脱去水分子，经缩合而成的产物叫肽。称为肽键。两分子氨基酸脱去一分子水生成二肽；三分子氨基酸脱去两分子水生成三肽多分子氨基酸脱水生成多肽或蛋白质。2氨基酸缩聚可生成高分子化合物3氨基酸分子间缩水也可生成环状化合物4已知多肽确定氨基酸单体首先断裂肽键中的CN键，然后CO 上加OH变COOH，加H变NH2。例如：的单体为【例3】某种甜味剂A的甜度是蔗糖的200倍，由于它热量值低、口感好、副作用小，已在90多个国家广泛使用，A的结构简式如下：已知：在一定条件下，羧酸酯或羧酸与含NH2的化合物反应可以生成酰胺。例如：酯比酰胺容易水解。请填写下列空白：(1)在稀酸存在条件下加热，化合物A首先生成的水解产物是_和_。(2)在浓酸和长时间加热条件下，化合物A可以水解生成_、_和_。(3)化合物A分子内的官能团之间也可以发生反应，再生成一个酰胺键，产物是甲醇和_(填结构简式，该分子中除苯环以外，还含有一个6原子组成的环)。解析(1)酰胺和酯类分别含有和虚线处既是生成该类物质时形成的键又是水解断裂的键。(2)注意题给信息，酯比酰胺易水解。利用信息酯比酰胺容易水解，在条件(1)下，只能是A中的酯基水解，产物中必有甲醇；在条件(2)下，酯和酰胺都水解，产物有三种，由第三问中的题意可知，分子内官能团氨基与酯基之间则按信息中的第一步反应方式进行。变式3(1)氨基酸能与HNO2反应得到羟基酸。如：试写出下列变化中A、B、C、D四种有机物的结构简式：A_、B_、C_、D_。(2)下列物质中，既能与NaOH反应，又能与硝酸反应，还能水解的是_。Al2O3Al(OH)3氨基酸二肽(NH4)2CO3NaHCO3纤维素蛋白质NH4I()A BC D全部解析：(1)生成A的反应显然是中和反应，生成B的反应是题给信息的应用，只要把NH2改写成OH即可。生成C的反应从题目容易知道是氨基酸的缩合反应。生成D的反应从B的结构容易推得是普通的酯化反应。(2)Al2O3、Al(OH)3、氨基酸与NaOH、HNO3均能发生反应，但三者均不能发生水解反应；二肽和蛋白质分子结构中均含有NH2、COOH及，因此与NaOH、HNO3均能发生反应，且均能发生水解反应；中含有OH和COONa，OH与NaOH反应，COONa与HNO3反应，且COONa能发生水解；纤维素与NaOH不反应；NH4I与NaOH发生反应NHOH=NH3H2O，与HNO3发生氧化还原反应，且NH能发生水解。故选B。方法规律技巧淀粉水解程度的判断及水解产物的检验1原理(1)淀粉在20% H2SO4的作用下，加热发生水解反应，其水解过程是分步进行的，最终水解产物为葡萄糖。(2)反应物淀粉遇碘变蓝色，不能发生银镜反应，产物葡萄糖遇碘不能变蓝色，能发生银镜反应，依据这一性质可以判断淀粉的水解程度。其水解过程为：2检验淀粉水解及水解程度的实验步骤及结论(1)步骤：(2)实验现象及结论：现象A现象B结论未出现银镜溶液变蓝色淀粉尚未水解出现银镜溶液变蓝色淀粉部分水解出现银镜溶液不变蓝色淀粉完全水解温馨提示：(1)用碘水检验淀粉时，应在加NaOH之前，否则I2与NaOH反应而看不到蓝色。(2)检验葡萄糖时，必须先用NaOH中和水解液中的H2SO4，转化成碱性溶液，再加银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液。【考例】某学生设计了四个实验方案，用以检验淀粉的水解情况。(1)方案甲：淀粉液水解液溶液变蓝结论：淀粉没有水解。(2)方案乙：淀粉液水解液无红色沉淀结论：淀粉完全没有水解。(3)方案丙：淀粉液水解液中和液有红色沉淀结论：淀粉已发生水解。(4)方案丁：结论：淀粉部分水解。以上四种方案的设计及结论是否正确？如不正确，请简述理由。解析解答该题要先抓住实验目的和实验设计可行性之间的关系，然后对比各方案的设计与实验结论是否一致。淀粉水解时需要用稀H2SO4作催化剂，而葡萄糖与新制Cu(OH)2或银氨溶液反应是在碱性条件下才能进行的，故实验时要先用NaOH溶液中和催化剂H2SO4，至溶液显碱性。这是实验成功的关键。答案(1)方案甲设计正确，但结论不正确。因为淀粉可能部分水解(2)方案乙设计不正确，结论也不正确。因为在酸性条件下，Cu(OH)2与H2SO4反应，而不能与葡萄糖反应(3)方案丙设计和结论都正确(4)方案丁设计和结论都正确变式(2010北京西城)与淀粉相关的物质间转化关系如图所示。其中B的分子中含有一个甲基，B与羧酸和醇均能发生酯化反应；C的催化氧化产物既是合成酚醛树脂的原料之一，又是常见的居室污染物；E能使Br2的CCl4溶液褪色。(1)B的结构简式是_。(2)EF的化学方程式是_。(3)某同学欲验证淀粉完全水解的产物A，进行如下实验操作：在试管中加入少量淀粉加热34 min加入少量新制的Cu(OH)2悬浊液加入少量稀硫酸加热待冷却后，滴加NaOH溶液至溶液呈碱性。则以上操作步骤正确的顺序是(填选项序号)_。abc d解析：淀粉水解产物为葡萄糖，则A为葡萄糖。(1)B与羧酸和醇均能发生酯化反应，则B含有羧基和羟基，又B中含有1个甲基，则其结构简式为。(2)C的催化氧化产物既是合成酚醛树脂的原料之一，又是常见的居室污染物，则C为CH3OH，因此D为B和C发生酯化反应的产物，其结构简式为，E为D发生消去反应的产物，其结构简式为CH2CHCOOCH3。EF为E的加聚反应，其化学方程式为(3)检验淀粉水解产物葡萄糖时，加入新制氢氧化铜前应先加入NaOH中和用作催化剂的稀硫酸，因此操作步骤为c。备选习题1.(2010宁波模拟)现有下列物质：纤维素、甲酸甲酯(HCOOCH3)、淀粉、乙酸，其中符合Cn(H2O)m的组成且不属于糖类的是()A BC D答案：B2糖类、脂肪、蛋白质是维持人体生命活动所必需的三大营养物质。下列说法正确的是()A植物油不能使溴的四氯化碳溶液褪色B淀粉水解的最终产物是葡萄糖C葡萄糖能发生氧化反应和水解反应