天然有机化合物和合成高分子化合物

天然有机化合物合成高分子化合物第一部分有机天然产物分类：糖类化合物多肽与蛋白质脂肪酸与油脂特点：功能团种类、数目多，分子结构复杂；大多具有手性碳原子；大多能形成高级结构一、糖类化合物光合作用：在日光作用下，通过叶绿素的催化作用，将空气中的二氧化碳和水转化为碳水化合物。6CO2+H2OC6H12O6+6O2日光叶绿素植物光合作用动物呼吸作用6CO2+H2OC6H12O6+6O2按能否水解和水解后生成物质进行分类：单糖；低聚糖；多糖结构特点：多羟基醛、酮或多羟基醛、酮的缩合物。结构通式：Cn(H2O)m1、单糖：不能水解的多羟基醛、酮根据羰基结构分类：醛糖；酮糖根据碳原子数目及羰基结构分类：某醛糖；某酮糖戊醛糖：CCHOCHOHCOHHCH2OHOHHCCHOCHOHCOHHCH2OHHHCCHOCHOHCHHOCH2OHOHHCCHOCHOHCOHHCH2OHOHH核糖脱氧核糖阿拉伯糖木糖己醛糖：COHHCHOCHOHCOHHCHOHCH2OHCOHHCHOCHOHCHHOCHOHCH2OHCHHOCHOCHOHCOHHCHOHCH2OH葡萄糖半乳糖甘露糖己酮糖：COCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OHCOCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OH果糖山梨糖•单糖的构型1951年以前人为地规定左、右旋甘油醛用下式表示：CH2OHHOHCHOCH2OHOHHCHOL-(-)-甘油醛D-(+)-甘油醛这叫相对构型，适用于含一个手性碳的分子。碳水化合物也沿用这种构型表示法，用距羰基最远的手性碳的D、L代表整个分子的构型。CH2OHOHHCHO(CHOH)nCH2OHOHHCHO(CHOH)mCH2OHOHHCH2OHOD-甘油醛D-某醛糖D-某酮糖末端羟甲基★单糖的结构葡萄糖的分子式C6H12O6，结构分析表明：含5个羟基，6个碳原子成直链，起银镜反应。据此，它应具有这样的结构：CH2-(CH)4-CHOOHOH若写成投影式，应为右式的光学异构体之一，它有4个手性C，应有24=16个光学异构体。按糖类构型表示法的规定，右式是D-构型。CH2OHOHHOHHOHHOHHCHO****ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧ以上8个均为D-构型,另有8个L-构型从略。通过若干化学家多年的不懈努力，终于确定了这16个单糖的绝对构型，Ⅲ式是天然的葡萄糖结构式，这不能不使我们认为这是人类认识自然微观世界的一项重大成就。但是葡萄糖结构的探索并末了结……OHOHOHCH2OHCHOOHα-D-葡萄糖立体结构的二种表示Haworth式构象式OOHHHHOHOHHOHHCH2OHOOHOHHHHHHOHOHOHD-果糖CH2OHHOHCH2OHOHHOHHOHOHCH2OHHOHHHOCH2OHOHOHCH2OHHOHHOHCH2OHOHOHCH2OHOHHHHOCH2OHOHOHCH2OHOHHHOHCH2OHOCHOCH2OHHHOHHOHHOHOH234561COHOH2CHHOHHOHHOHOH654321CH2OHCHOHOHHHOOHHHOHOHCHOCH2OHHHHOOHHHOHO.CH2OHHHHOOHHHOHHOHO.CH2OHHHHOOHHHOHOHH12345665321末端羟甲基半缩醛羟基氧桥（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅳ）（Ⅲ）（Ⅴ）α—D—（＋）—葡萄糖β—D—（＋）—葡萄糖H123456165432β-D果糖(呋喃式)COCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OHCOHCHOHCOHHCCHHOCCHOHCHOCH2HOCH2HHOCH2OOHOCH2OHHHOHCH2OHHOOHHHHOCH2OHCH2OHOHHOOHHHHOCH2Oα—D—果糖β—D—果糖几种其它单糖OOHHHOHHOHHOCH2HOOHHHHHOHHOCH2HOHOHOHHOHHHOHCH2OHHOOHHHOHOHHOHHCH2OHHβ-D-(-)-核糖β-D-(-)-2-脱氧核糖α-D-(+)甘露糖β-D-(+)-半乳糖(a)单糖的化学性质（1）差向异构化(稀碱)OHCCHOHOCHCOHHOHHHOHOHCH2OHHOHHHOHOHCH2OHHOHCCHOHHOHHHOHOHCH2OHCH2OHCHOHHHOHOHCH2OHO(c)(b)(a)(a)(b)(c)D-甘露糖D-葡萄糖烯醇式中间体D-果糖123456H（2）氧化反应①在碱性溶液中的氧化。与Tollen试剂或Fehling试剂作用。②在酸性溶液中的氧化。COHHCHOCHOHCOHHCHOHCH2OHCOHHCOOHCHOHCOHHCHOHCH2OHBr2-H2OD-葡萄糖D-葡萄糖酸用硝酸氧化：CH2OHOHHOHOHOHHHHCHOOHHOHOHOHHHHCOOHCOOHHNO3CH2OHOHOHHHCHOOHOHHHCOOHCOOHHNO3D-赤藓糖D-酒石酸COHHCHOCHOHCOHHCHOHCH2OHCHHOCHOCHOHCOHHCHOHCH2OHCOHHCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OHCHHOCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OHCOCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OH[H][H][H][H]葡萄糖山梨醇甘露糖甘露醇果糖（3）还原反应（4）成脎反应CHOH(CHOH)nCHOCH2OHH2N-NH-C6H5CHOH(CHOH)nCH=N-NH-C6H5CH2OH醛糖+-H2O(接下页)H2N-NH-C6H5C=O(CHOH)nCH=N-NH-C6H5CH2OHH2N-NH-C6H5C=N-NH-C6H5(CHOH)nCH=N-NH-C6H5CH2OHC6H5C6H5NNHHCHC(HCOH)n-HNHNOCH2OH1糖脎（5）成苷反应OCH2OHHHHOOHHHOHHOH＋CH3OHHClOCH2OHHHHOOHHHOHHOCH3＋H2Oα-D-葡萄糖甲苷（6）成酯反应OOHHHHOHOHHOHHH2COPOOHOHOCH2OHHHHOOHHHOHHOH＋5(CH3CO2)OOCH2OHHOOHHOHOCCH3OCOCH3COCH3COCH3COCH3ZnCl2CH2OHOHHOHOHOHOCH2OHOHHOHOOO-2H+2H*维生素C抗坏血酸脱氢抗坏血酸重要的单糖和糖的衍生物不饱和的糖酸内酯二糖1分子二糖水解可得2分子单糖，二糖可看成为2个单糖分子形成的糖苷。它们的结合可有以下二种方式：(1)由一个单糖分子提供半缩醛羟基与另一个单糖分子的普通羟基结合成苷。这种二糖还保留了1个半缩醛羟基，所以它有变旋现象、能够成脎、有还原性，叫还原性二糖。(2)由一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的半缩醛羟基结合。这种二糖没有了半缩醛羟基，所以它没有变旋现象、不能够成脎、没有还原性，叫非还原性二糖。麦芽糖有变旋现象、有还原性、能够成脎，水解1mol麦芽糖得2molD-葡萄糖，确定结构式如下•••α-D-1.4结合OCH2OHHHHOOHHHOHH654321OCH2OHHHOHHHOHHOH654321O苷键苷羟基或OHHOHOHHOHHCH2OHHOHHOHHOHOHHCH2OHHOα-麦芽糖蔗糖没有变旋现象、无还原性、不能够成脎，水解1mol蔗糖得1molD-葡萄糖和1molD-果糖,证明有如下结构式•••αβ-1.2结合OCH2OHHHOOHHHOH或HHHHOOHHOCH2OHHOCH2OHOHHOHOHHOHCH2OHHHHHOOHHOHOHOH2CCH2OH蔗糖是由一分子α—D—葡萄糖C1上的苷羟基与β—D—果糖C2上的苷羟基失去一分子水，通过1，2—苷键连接而成的二糖。蔗糖＋H2O稀酸D-葡萄糖＋D-果糖[αα]=－92°[α]=－19.8°[α]=＋66.5°*其它二糖OHHHHOHOHHOHCH2OHOOHHHHOHHOHOHCH2OH纤维二糖OHHHOHHOHHOHCH2OHOOOHHHHOHHOHHCH2OH乳糖多糖多糖由数百个甚至数千个单糖分子以苷键结合而成的天然高分子化合物。它没有甜味，无变旋现象、无还原性、不能成脎。1、淀粉淀粉可用酸水解，也可在淀粉酶作用下水解，其最终产物为D-葡萄糖，但倒数第二个产物是麦芽糖，可见淀粉由α–D-葡萄糖以1、4苷键结合而成的高分子化合物，其葡萄糖单位约250－300个。也有以1、6苷键结合成支链，构成支链淀粉的片断。OOHOOOOOOOOOOOOOOHOH直链淀粉的螺旋结构示意图淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖淀粉酶催化麦芽糖酶催化OHHHOHHOHHCH2OOHHHOHHOHHCH2OHOHHHOHOHHOHHCH2OHOOOOOHHHHOHHOHHCH2OHOHHHOHOHHOHHCH2OHOOHHHOHHOHHCH2OH支链淀粉片断←1,6-结合↑1、4结合（2）纤维素纤维素的结构由β-D-葡萄糖以1-4苷键结合，一般含8000个葡萄糖单位。OHOHHHHHOOOHOHOHOHHHHHOOOHOHOHHHHHOOOHOHOHHHHHOHOOHHHHHn二、多肽与蛋白质1、氨基酸结构特点：分子中含有氨基的羧酸分类：α-氨基酸，β－氨基酸等H3CCHCOHONH2H2CH2CCOHONH2αβα-氨基酸结构通式α-氨基酸按基团分类：中性氨基酸碱性氨基酸酸性氨基酸H2NCHCCH3OHOH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2H2NCHCCH2OHOCH2COHO丙氨酸谷氨酸赖氨酸α－氨基酸的结构除甘氨酸外的手性氨基酸L－氨基酸氨基酸的酸碱两性与偶极离子正离子、负离子与偶极离子CH2CNH2OOCH2CNH3OOCH2CNH3OHO++__OH+_H+HOH_等电点在一定的pH溶液中，正离子和负离子数量相等，且浓度都很低，而偶极离子浓度最高，此时电解，以偶极离子形式存在的氨基酸不移动，这溶液的pH值就叫做氨基酸的等电点（*等电点不是中性点）。在强酸性溶液中主要以正离子存在；在强碱性溶液中主要以负离子存在。氨基酸在等电点时溶解度最小。甘氨酸丙氨酸颉氨酸亮氨酸酸性氨基酸与碱性氨基酸天门冬氨酸谷氨酸酸性碱性组氨酸赖氨酸其它两性离子的例子两性离子依赖于溶液pH值OCCH2HNCH2POHOHOOOCCH2HNCH2POHOHOHO+_2水合茚三酮反应：生成蓝紫色物质。α－氨基酸的特有反应OOOHOHOOHOONH2NCHCROHO+RCHO+CO2+H2O+与亚硝酸反应定量放出氮气，定量测定氨基酸或蛋白质的水解程度H2NCHCCH3OHO+HNO2HOCHCCH3OHO+N2+H2Oα－氨基酸受热反应NH2CHCCH3OHONH2CHCH3COHOCHHNCCHNHCOOH3CCH3+H2O+3，6-二甲基-2，5-哌嗪二酮半胱氨酸与胱氨酸HSH2CCHCNH2OHOSH2CCHCOOHH2CCHNH2NH2COOHS2-2H2H半胱氨酸胱氨酸α－氨基酸的制备1、蛋白质水解2、卤代酸氨解BrCHCCH3OHO2NH3H2OH2NCHCCH3OHONH4BrH2O室温3、由丙二酸酯制备NCHCOOC2H5COOC2H5OOC2H5ONaRClH2OCO2NCCOOC2H5COOC2H5OORH2NCCOOHCOOHR_H2NCHCOOHR2、多肽H2NCHCROHOH2NCHCROHO+H2NCHCRNHOCHCROHO某氨酰某氨酸丙氨酰甘氨酰丝氨酸　　　丙甘丝..NCOOHHNCOOHOH2NNHCOOHOHHNCOOHOH2N3、蛋白质蛋白质是由氨基酸以酰胺键形成的高分子化合物。由C、H、O、N、S等元素组成，有些含有P、Fe、I。单纯蛋白和结合蛋白：非蛋白部分叫辅基（糖、脂肪、色素等）。蛋白质的结构蛋白质分子中氨基酸的连结顺序，叫做一级结构。蛋白质二级结构－氢键二级结构－α螺旋蛋白质二级结构－β折叠片状A－T碱基对中的氢键NNCH3OOHHHNNNNNHHHH碱基中的烯醇互变NNCH3OOHHNNCH3OHOH蛋白质四级结构四种不同蛋白质蛋白质的性质两性电解质电泳法：等电