生活中的有机化学

生活中的有机化学辽宁师范大学化学化工学院主讲教师：张治广联系方式：13998478046E-mail:[e-mail]办公地点：数理化楼C区718课程要求：1、按时出席2、上课关掉手机3、三次未到，取消成绩4、期末成绩：出席40%，课程论文60%——一门古老而年轻的学科(FriedrichA·Kekule1829—1896)德国有机化学家。我们在日常生活中遇到过的有机化合物有哪些？有机化合物棉花、淀粉、纤维素和蛋白质、天然橡胶等。各种材料：合成纤维、合成树脂、合成橡胶等高分子分离膜医用高分子材料人造心脏人工肾脏人工膝关节人工心脏瓣膜人造关节复合材料－玻璃钢碳纤维增强聚酯膜复合材料ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)ETFE膜材的基本力学性能厚度和质量ETFE膜材的厚度通常在0.05-0.25mm.随着厚度的增加，膜材将更硬更脆，难以加工.ETFE的密度约为1.75g/cm3.以0.20mm厚的ETFE膜材为例，其单位面积质量约350g/m2.物料性能1、长期使用温度-80—220度，有卓越的耐化学腐蚀性，对所有化学品都耐腐蚀，摩擦系数在塑料中最低，还有很好的电性能，其电绝缘性不受温度影响，有“塑料王”之称。2、其耐化学药品性与聚四氟乙烯相似，比偏氟乙烯好。3、其抗蠕变性和压缩强度均比聚四氟乙烯好，拉伸强度高，伸长率可达100-300％。防火性能ETFE为阻燃材料.即使在火焰中，ETFE膜材热熔后会收缩，但无滴落物由于ETFE膜材很薄很轻，万一发生火灾，其危害性较小.ETFE膜达到B1、DIN4102防火等级标准，且该膜质量很轻，每平方米只有0.15-0.35公斤。这种特点使其即使在由于烟、火引起的膜融化情况下也具有相当的优势。１９６５年９月１７日，中国首次人工合成了结晶牛胰岛素。这是当时人工合成的具有生物活力的最大的天然有机化合物，实验的成功使中国成为第一个合成蛋白质的国家。这是科学工作者将人工合成的产物注入小白鼠体内，测验它的生物活力。小白鼠因体内胰岛素增多而发生了惊厥反应，证明这种人工合成的产物就是具有生物活力的人工合成胰岛素。第一讲课程简介1课程的开设2化学的分支3化学与其它相关科学的密切关系4有机化学在社会发展中的作用和地位5有机化学的前景与展望1课程的开设本课程，以化学知识为主线，以社会广泛关注的有关问题为视点，阐述了化学与社会发展及生常生活的关系。通过本课程的学习，非化学专业的学生也可以透过化学这个窗口，对自然科学的特点及其重要作用有一概括了解，从而达到开拓视野、提高科学素养的目的。1.1普及有机化学知识的必要性生活中的教训:(1)以甲醇代酒精的假酒事件(2)胶水中毒事件(3)装修中的隐患1.2主要内容第一讲课程简介第二讲有机化学与“食”第三讲有机化学与“衣、住、行”第四讲有机化学与生活日用品第五讲有机化学与能源第六讲有机化学与医药第七讲有机化学与高分子材料第八讲有机化学的明天2.化学的分支2.1化学的研究内容物理变化:变化是世界上无所不在的现象。按物质变化的特点，大致可以分为两种类型，其中一类变化不产生新物质，只是改变了物质的状态。例如水的结冰，液态的水变成了固态的冰；再如碘的升华，固态的碘变为碘蒸气，这类变化称为物理变化。化学变化:另一类变化表现为一些物质转化为性质不同的另一些物质，例如煤的燃烧，碳转变为二氧化碳气体；再如金属锈蚀和某些食物腐败等，这类变化称为化学变化。化学是以研究物质的化学变化为主的科学。化学已逐渐形成了分析化学、无机化学、有机化学和物理化学等分支学科。分析化学分支形成最早，自19世纪初，原子量的准确测定，促进了分析化学的发展，这对原子量数据的积累和周期律的发现，都有很重要的作用。主要借助于化学性质、光学性质、电学性质对化合物进行定性定量分析。红外光谱法、紫外光谱法、核磁共振法等近代的仪器分析方法可以快速灵敏地进行检测。某些药物浓度即使低到10-13g/mL时，也难躲避分析化学家们的锐利眼睛。2.2化学的分支色谱、质谱联用仪核磁共振仪X射线衍射仪红外光谱仪无机化学的形成常以1870年前后MendeleevDI和MeyerJL发现周期律和公布周期表为标志。他们把当时已知的63种元素及其化合物的零散知识，归纳成一个统一整体。一个多世纪以来，化学研究的成果还在不断丰富和发展周期律，周期律的发现是科学史上的一个勋业。物理化学是从化学变化与物理变化的联系入手，研究化学反应的方向和限度(化学热力学)、化学反应的速率和机理(化学动力学)以及物质的微观结构与宏观性质间的关系(结构化学)等问题，它是化学学科的理论核心。随着电子技术、计算机、微波技术等的发展，化学研究如虎添翼，空间分辨率现已达10-10m，这是原子半径的数量级，时间分辨率已达飞秒级(1fs=10-10s)，这和原子世界里电子运动速度差不多。肉眼看不见的原子，借助于仪器的延伸已经变得可以摸得着，看得见的实物，微观世界的原子和分子不再那么神秘莫测了。有机化学“有机化学”这一名词于1806年首次由贝采利乌斯提出。1828年维勒无意中用加热的方法又使氰酸铵转化为尿素。氰和氰酸铵都是无机化合物，而草酸和尿素都是有机化合物。此后，乙酸等有机化合物相继由碳、氢等元素合成，“生命力”学说才逐渐被人们抛弃。有机化学是：最大的化学分支学科，它以碳氢化合物及其衍生物为研究对象，也可以说有机化学就是“碳的化学”。医药、农药、染料、化妆品等等无不与有机化学有关。化学学科在其发展过程中还与其他学科交叉结合形成多种边缘学科，如生物化学、环境化学、农业化学、医药化学、材料化学、地球化学、放射化学、激光化学、计算化学、星际化学等等。在21世纪，社会需要化学科学做什么?化学工作者能为社会做哪些贡献?这是世人关心的话题之一。3为什么要普及有机化学知识3.1化学是六大基础科学之一数学物理学化学天文学地球科学生命科学中国科学院共有五个学部:数学与物理学部化学部生物学部地学部技术科学部国家自然科学基金委员会共分七个部:数理科学部化学科学部生命科学部地球科学部工程学与材料科学部信息科学部管理科学部3.2化学与人类生活及社会发展息息相关化学与衣、食、住、行衣：合成纤维，衣料的化学处理与印染食：化肥、农药、植物生长激素和除草剂住、行：金属、非金属材料、高分子材料化学与社会发展环境、能源、材料、生命过程奥秘探索与化学密切相关。化学是一门中心科学，它与社会发展各方面的需要都有密切关系化学不仅是化学工作者的专业知识，也是广大人民科学知识的组成部分，化学教育的普及是社会发展的需要，是提高公民文化素质的需要。4.1化学与环境科学.环境问题主要有大气环境，水环境，土壤环境.大气环境。(1)酸雨(2)臭氧层的破坏(3)温室效应4化学与其它相关科学的密切关系水环境与水体污染水是宝贵的自然资源淡水量总和仅占总水量的0.63％水体污染会严重危害人体健康4.2化学与能源科学常见的能源：不可再生能源:(1)化石能源：煤炭、石油、天然气(2)核能可再生能源(1)水能(2)风能(3)太阳能(4)生物质能(5)地热(6)潮汐能(7)海洋能理想的能源---氢能氢能的优点:①发热值高②没有污染③输送方便④资源丰富⑤可以反复使用氢能的缺点:①不易储存②危险性大③成本高宝马7系760Li氢能汽车大众公司帕萨特领驭前燃料电池汽车赞助北京奥运会北京奥运会期间将投入运行的奔驰氢燃料电池公交车,造价180万美元，预计在奥运会期间将有100辆投入使用4.3化学与材料科学（1）新型无机材料①耐磨耐高温材料②新型陶瓷材料③磁性材料④超导材料⑤光导纤维与激光材料⑥纳米材料（2）有机高分子材料工程塑料合成橡胶合成纤维合成胶粘剂及导电聚合物（聚乙炔、聚吡咯、聚萘、聚噻吩、聚苯胺）医用高分子5有机化学的前景与展望未来有机化学的发展首先是研究能源和资源的开发利用问题。今后一些学科的重要课题是更直接、更有效地利用太阳能。对光合作用做更深入的研究和有效的利用，是植物生理学、生物化学和有机化学的共同课题。另一个开发资源的目标是在有机金属化合物的作用下固定二氧化碳，以产生无穷尽的有机化合物。这几方面的研究均已取得一些初步结果。5.1能源（2）计算机有机化学预测反应的进程。演示化合物的结构。化合物的命名。指示合成的方向。化合物图谱的模拟与解析。化学资料的检索。（3）绿色化学原子利用率原子利用率＝目标产物的物质的量产物的物质的量之和制环氧乙烷有两种工艺CH2=CH2+Cl2H2O+ClCH2CH2OH+HClHCl+ClCH2CH2OH+Ca(OH)2CH2CH2O+CaCl2+2H2O总反应式：C2H4+Cl2+Ca(OH)2+CaCl2+CH2CH2OH2O原子利用率＝44/（44+111+18）=25%制环氧乙烷的工艺CH2=CH2+1/2O2催化剂CH2CH2O原子利用率为１００％环境因子目前的生产水平和工艺水平，炼油工业的环境因子最小，大约为0.5,制药工业的环境因子高达25-100以上。环境因子＝废物质量产品质量第一章生活食物有机化学第一节机体必需的营养素一、碳水化合物二、蛋白质三、脂类四、维生素五、矿物质六、水一、糖类——人体能量最主要来源根据分子结构分为：（一）、单糖：葡萄糖、果糖、半乳糖等（二）、双糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖等（三）、多糖：淀粉、糊精、糖原、纤维素、半纤维素、木质素和果胶CHOOHHHHOOHHOHHCH2OHOHOHHOHHOHHOHCH2OHHCHOCH2OHD(+)-葡萄糖OHOHOHHHOHHOHCH2OHHαD(+)-葡萄糖βD(+)-葡萄糖1）葡萄糖的分子结构1、葡萄糖（一）单糖2）葡萄糖是人体中重要的能量来源a、能直接进入新陈代谢，最易吸收，直接利用。b、其他糖类都转化为葡萄糖后被消耗。c、人和动物50%能量来自葡萄糖。a.供给能量;b.是机体的重要组成物质(神经组织和细胞膜);c.辅助脂肪氧化(抗生酮);d.保护肝脏(糖原抗化学毒物);e.维持心脏和神经的功能(磷酸葡萄糖、糖原);f.促进肠蠕动和消化液的分泌;g.降低血浆胆固醇水平。3）生理功能:4）应用:a.食品工业糕点糖果饮料b.医药输液维生素c葡萄糖酸锌、酸钙2、果糖CH2OHCHHOOHHOHHCH2OHOOHOHCH2OHOHHOHHOHHHD(+)-果糖OHCH2OHHCH2OHOHHHOHO环状结构吡喃果糖环状结构呋喃果糖3、核糖它是核糖核酸的重要组成部分，是生命现象中重要的单糖。CHOOHHOHHOHHCH2OHD(-)-核糖HOHHCH2OHOHOHHHOD(-)-呋喃核糖（二）双糖1、蔗糖HCH2OHOHCH2OHHOHOHHOOHOHHOHHOHHOHCH2OHH+OHOHHHOHHOHCH2OHHOCH2OHCH2OHHHOHOHHO甜菜甘蔗榨糖2、麦芽糖OHOHHOHHOHHOHCH2OHH+OHOHOHHHOHHOHCH2OHHOHOHHHOHHOHCH2OHHOHOHHHOHHOHCH2OHHO淀粉水解的主要产物，还原产物麦芽糖醇，可作为糖尿病人糖份补充剂。3、乳糖1，4-O-β-D-吡喃半乳糖基-D-葡萄糖主要存在于哺乳动物乳汁中，人乳5%~7%，牛乳4%。OOHHHHOHHOHCH2OHHOHHOHHOHCH2OHHOH,OH（三）多糖1、淀粉植物界储存丰富，一般分为直链淀粉（10%~20%）和支链淀粉（80%~90%）直链淀粉AmyloseOOHHOOHOOOHHOOHnAmylose-1,4-糖苷键nAmylopectin-1,4-糖苷键-1,4-糖苷键OOHHOOHOOOHHOOHOOHHOOHOOOHOOH-1,6-糖苷键支链淀粉Amylopectin为什么粮食煮熟后可做浆糊？为什么糯米特别粘？2、纤维素OHHHOHHOHCH2OHHOHHHOHHOHCH2OHHOOOβ-1,4n与淀粉结构相似，但不能提供能