在正常情况下,人吸收的有机植物的根与物质吸收(氨基酸、脂肪酸、单糖、核苷酸等,请选2种)最终变成何植物的根与物质吸收排出?

第一节 氨基酸的一般代谢食物蛋白经过消化吸收后,以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各组织。这种来源的氨基酸称为外源性基酸。机体各组织的蛋白质在组织酶的作用下,也不断地分解成为氨基酸;机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸);这两种来源的氨基酸称为内源性氨基酸。外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此之间没有区别,共同构成了机体的氨基酸代谢库(metabolic pool)。氨基酸代谢库通常以游离氨基酸总量计算,机体没有专一的组织器官储存氨基酸,氨基酸代谢库实际上包括细胞内液、细胞间液和血液中的氨基酸。
氨基酸的主要功能是合成蛋白质,也合成多肽及其他含氮的生理活性物质。除了维生素之外(维生素PP是个例外)体内的各种含氮物质几种都可由氨基酸转变而成,包括蛋白质、肽类激素、氨基酸衍生物、黑色素、嘌呤碱、嘧啶碱、肌酸、胺类、辅酶或辅基等。
从氨基酸的结构上看,除了侧链R基团不同外,均有α-氨基和α?羧基。氨基酸在体内的分解代谢实际上就是氨基、羧基和R?基团的代谢。氨基酸分解代谢的主要途径是脱氨基生成氨ammonia)和相应的α?酮酸;氨基酸的另一条分解途径是脱羧基生成CO2和胺。胺在体内可经胺氧化酶作用,进一步分解生成氨和相应的醛和酸。氨对人体来说是有毒的物质,氨在体内主要合成尿素排出体外,还可以合成其它含氮物质(包括非必需氨基酸、谷氨酰胺等),少量的氨可直接经尿排出。R?基团部分生成的酮酸可进一步氧化分解生成CO2和水,并提供能量,也可经一定的代谢反应转变生成糖或脂在体内贮存。由于不同的氨基酸结构不同,因此它们的代谢也有各自的特点。
各组织器官在氨基酸代谢上的作用有所不同,其中以肝脏最为重要。肝脏蛋白质的更新速度比较快,氨基酸代谢活跃,大部分氨基酸在肝脏进行分解代谢,同时氨的解毒过程主要也在肝脏进行。分枝氨基酸的分解代谢则主要在肌肉组织中进行。
食物中蛋白质的含量也影响氨基酸的代谢速率。高蛋白饮食可诱导合成与氨基酸代谢有关的酶系,从而使代谢加快(图7-1)。
图7-1 氨基酸代谢的基本概况
一、氨基酸的脱氨基作用
图7-2 谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氢反应
脱氨基作用是指氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成α?酮酸的过程。这是氨基酸在体内分解的主要方式。参与人体蛋白质合成的氨基酸共有20种,它们的结构不同,脱氨基的方式也不同,主要有氧化脱氨、转氨、联合脱氨和非氧化脱氨等,以联合脱氨基最为重要。
(一)氧化脱氨基作用(Oxidative Deamination)
氧化脱氨基作用是指在酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时脱去氨基的过程。
不需氧脱氢酶催化的氧化脱氨基作用
谷氨酸在线粒体中由谷氨酸脱氢酶(glutamatedehydrogonase)催化氧化脱氨。谷氨酸脱氢酶系不需氧脱氢酶,以NAD+或NADP+作为辅酶。氧化反应通过谷氨酸Cα脱氢转给NAD(P)+形成α?亚氨基戊二酸,再水解生成α?酮戊二酸和氨(图7-2)。
谷氨酸脱氢酶为变构酶。GDP和ADP为变构激活剂,ATP和GTP为变构抑制剂。
在体内,谷氨酸脱氢酶催化可逆反应。一般情况下偏向于谷氨酸的合成(△G°′≈30kJ·mal?1),因为高浓度氨对机体有害,此反应平衡点有助于保持较低的氨浓度。但当谷氨酸浓度高而NH3浓度低时,则有利于脱氨和α酮戊二酸的生成。
(二)转氨基作用
转氨基作用(Transamination)指在转氨酶催化下将α-氨基酸的氨基转给另一个α-是酮酸,生成相应的α?酮酸和一种新的α-氨基酸的过程。
体内绝大多数氨基酸通过转氨基作用脱氨。参与蛋白质合成的20种α-氨基酸中,除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸和脯氨酸不参加转氨基作用,其余均可由特异的转氨酶催化参加转氨基作用。转氨基作用最重要的氨基受体是α?酮戊二酸,产生谷氨酸作为新生成氨基酸:
进一步将谷氨酸中的氨基转给草酰乙酸,生成α?酮戊二酸和天冬氨酸:
或转给丙酮酸。生成α?酮戊二酸和丙氨酸,通过第二次转氨反应,再生出α?酮戊二酸。
因而体内有较强的谷草转氨酸(glutamicpyruvic transaminase,GPT)和谷丙转氨酸(glutamic oxaloacetictrans aminase,GOT)活性。
转氨基作用是可逆的,该反应中△G°′≈0,所以平衡常数约为1。反应的方向取绝于四种反应物的相对浓度。因而,转氨基作用也是体内某些氨基酸(非必需氨基酸)合成的重要途径。
2.转氨基作用机理:
转氨基作用过程可分为两个阶段:
(1)一个氨基酸的氨基转到酶分子上,产生相应的酮酸和氨基化酶:
(2)NH2转给另一种酮酸,(如α?酮戊二酸)生成氨基酸,并释放出酶分子:
为传送NH2基因,转氨酶需其含醛基的辅酶-磷酸吡哆醛(pyridoxal-5′-phosphate,PLP)的参与。在转氨基过程中,辅酶PLP转变为磷酸吡哆胺(pyridoxamine?5′?phosphate,PMP)。PLP通过其醛基与酶分子中赖氨酸ω氨基缩合形成Schiff碱而共价结合子酶分子中。
Esmond Snell,Alexande Branstein和David Metgler等揭示转氨作用是一种兵乓机制,二阶段各分三步进行(图7-3)。
图7-3 PLP?依赖的酶促转氨基反应机理
第一阶段:氨基酸转变为酮酸
(1)氨基酸的亲核性NH2基团作用于酶?PLp Schiff碱C原子,通过转亚氨基反应(transimination ortrans?Schiffigation)形成一种氨基酸?PLp Schiff碱,同时使酶分子中赖氨酸的NH2基团复原。
(2)通过酶活性位点赖氨酸催化去除氨基酸α氢,并通过一共振稳定的中间产物在PLP第4位C原子上加质子,将氨基酸桺Lp Schiff碱分子重排为一个α?酮酸?PMP schiff碱。
(3)水解生成PMP和α-酮酸。
第二阶段:α-酮酸转变为氨基酸
为完成转氨反应循环,辅酶必需由PMP形式转变为E-PLp-Schiff形式,此过程亦包括三步,为上述反应的逆过程。
(1)PMP与一个α-酮酸作用形成α-酮酸-Schiff碱。
(2)分子重排,α-酮酸-PMp-Schiff碱变为氨基酸-PLP-Schiff碱。
(3)酶活性位点赖氨酸ω-NH2基团攻击氨基酸-PLp-Schiff碱,通过转亚氨基生成有活性的酶-PLP Schiff碱,并释放出形成的新氨基酸。
转氨基反应中,辅酶在PLP和PMP间转换,在反应中起着氨基载体的作用,氨基在α-酮酸和α-?氨基酸之间转移。可见在转氨基反应中并无净NH3的生成。
3.转氨基作用的生理意义
转氨基作用起着十分重要的作用。通过转氨作用可以调节体内非必需氨基酸的种类和数量,以满足体内蛋白质合成时对非必需氨基酸的需求。
转氨基作用还是联合脱氨基作用的重要组成部分,从而加速了体内氨的转变和运输,勾通了机体的糖代谢、脂代谢和氨基酸代谢的互相联系。
(三)联合脱氨基作用
联合脱氨基作用是体内主要的脱氨方式。主要有两种反应途径:
1.由L-谷氨酸脱氢酶和转氨酶联合催化的联合脱氨基作用:先在转氨酶催化下,将某种氨基酸的α-氨基转移到α-酮戊二酸上生成谷氨酸,然后,在L-谷氨酸脱氢酶作用下将谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸,而α-酮戊二酸再继续参加转氨基作用。
L-谷氨酸脱氢酶主要分布于肝、肾、脑等组织中,而α-酮戊二酸参加的转氨基作用普遍存在于各组织中,所以此种联合脱氨主要在肝、肾、脑等组织中进行。联合脱氨反应是可逆的,因此也可称为联合加氨。
2.嘌呤核苷酸循环(purine nucleotide cycle):骨骼肌和心肌组织中L?谷氨酸脱氢酶的活性很低,因而不能通过上述形式的联合脱氨反应脱氨。但骨骼肌和心肌中含丰富的腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase),能催化腺苷酸加水、脱氨生成次黄嘌呤核苷酸(IMP)。
一种氨基酸经过两次转氨作用可将α-氨基转移至草酰乙酸生成门冬氨酸。门冬氨酸又可将此氨基转移到次黄嘌呤核苷酸上生成腺嘌呤核苷酸(通过中间化合物腺苷酸代琥珀酸)。其脱氨过程可用图7-4表示。
图7-4 腺嘌呤核苷酸循环
目前认为嘌呤核苷酸循环是骨骼肌和心肌中氨基酸脱氨的主要方式。John lowenstein证明此嘌呤核苷酸循环在肌肉组织代谢中具有重要作用。肌肉活动增加时需要三羧酸循环增强以供能。而此过程需三羧酸循环中间产物增加,肌肉组织中缺乏能催化这种补偿反应的酶。肌肉组织则依赖此嘌呤核苷酸循环补充中间产物-草酰乙酸。研究表明肌肉组织中催化嘌呤核苷酸循环反应的三种酶的活性均比其它组织中高几倍。AMP脱氨酶遗传缺陷患者(肌腺嘌呤脱氨酶缺乏症)易疲劳,而且运运后常出现痛性痉挛。
这种形式的联合脱氨是不可逆的,因而不能通过其逆过程合成非必需氨基酸。这一代谢途径不仅把氨基酸代谢与糖代谢、脂代谢联系起来,而且也把氨基酸代谢与核苷酸代谢联系起来。
(四)非氧化脱氨基作用(non?oxidativedeamination)
某些氨基酸还可以通过非氧化脱氨基作用将氨基脱掉。
1.脱水脱氨基 如丝氨酸可在丝氨酸脱水酶的催化下生成氨和丙酮酸。
苏氨酸在苏氨酸脱水酶的作用下,生成α-酮丁酸,再经丙酰辅酶A,琥珀酰AoC参加代谢,如下图所示。
这是苏氨酸在体内分解的途径之一。
2.脱硫化氢脱氨基 半胱氨酸可在脱硫化氢酶的催化下生成丙酮酸和氨。
3.直接脱氨基 天冬氨酸可在天冬氨酸酶作用下直接脱氨生成延胡索酸和氨。
二、氨的代谢
(一)氨的来源
1.组织中氨基酸分解生成的氨 组织中的氨基酸经过联合脱氨作用脱氨或经其它方式脱氨,这是组织中氨的主要来源。组织中氨基酸经脱羧基反应生成胺,再经单胺氧化酶或二胺氧化酶作用生成游离氨和相应的醛,这是组织中氨的次要来源,组织中氨基酸分解生成的氨是体内氨的主要来源。膳食中蛋白质过多时,这一部分氨的生成量也增多。
2.肾脏来源的氨 血液中的谷氨酰胺流经肾脏时,可被肾小管上皮细胞中的谷氨酰胺酶(glutaminase)分解生成谷氨酸和NH3。
这一部分NH3约占肾脏产氨量的60%。其它各种氨基酸在肾小管上皮细胞中分解也产生氨,约占肾脏产氨量的40%。
肾小管上皮细胞中的氨有两条去路:排入原尿中,随尿液排出体外;或者被重吸收入血成为血氨。氨容易透过生物膜,而NH+4不易透过生物膜。所以肾脏产氨的去路决定于血液与原尿的相对pH值。血液的pH值是恒定的,因此实际上决定于原尿的pH值。原尿pH值偏酸时,排入原尿中的NH3与H+结合成为NH+4,随尿排出体外。若原尿的pH值较高,则NH3易被重吸收入血。临床上血氨增高的病人使用利尿剂时,应注意这一点。
3.肠道来源的氨 这是血氨的主要来源。正常情况下肝脏合成的尿素有15?0%经肠粘膜分泌入肠腔。肠道细菌有尿素酶,可将尿素水解成为CO2和NH3,这一部分氨约占肠道产氨总量的90%(成人每日约为4克)。肠道中的氨可被吸收入血,其中3/4的吸收部位在结肠,其余部分在空肠和回肠。氨入血后可经门脉入肝,重新合成尿素。这个过程称为尿素的肠肝循环(entero?hepatin circulation of urea)。
肠道中的一小部分氨来自腐败作用(putrescence)。这是指未被消化吸收的食物蛋白质或其水解产物氨基酸在肠道细菌作用下分解的过程。腐败作用的产物有胺、氨、酚、吲哚、H2S等对人体有害的物质,也能产生对人体有益的物质,如脂肪酸、维生素K、生物素等。
肠道中NH3重吸收入血的程度决定于肠道内容物的pH值,肠道内pH值低于6时,肠道内氨生成NH+4,随粪便排出体外;肠道内pH值高于6时,肠道内氨吸收入血。临床上给高血氨病人作灌肠治疗时,禁忌使用肥皂水等,以免加重病情。
(二)氨的去路
氨是有毒的物质,人体必须及时将氨转变成无毒或毒性小的物质,然后排出体外。主要去路是在肝脏合成尿素、随尿排出;一部分氨可以合成谷氨酰胺和门冬酰胺,也可合成其它非必需氨基酸;少量的氨可直接经尿排出体外。尿中排氨有利于排酸。
图7-5 氨的来源和去路
(三)氨的转运
1.葡萄糖-丙氨酸循环:肌肉组织中以丙酮酸作为转移的氨基受体,生成丙酸经血液运输到肝脏。在肝脏中,经转氨基作用生成丙酮酸,可经糖异生作用生成葡萄糖,葡萄糖由血液运输到肌肉组织中,分解代谢再产生丙酮酸,后者再接受氨基生成丙氨酸。这一循环途径称为“丙氨酸椘咸烟茄?贰?alanine?glucose cycle)。通过此途径,肌肉氨基酸的NH2基,运输到脏脏以NH3或天冬氨酸合成尿素。(图7-6)?
图7-6 葡萄糖?丙氨酸循环
饥饿时通过此循环将肌肉组织中氨基酸分解生成的氨及葡萄糖的不完全分解产物丙酮酸,以无毒性的丙氨酸形式转运到肝脏作为糖异生的原料。肝脏异性生成的葡萄糖可被肌肉或其它外周组织利用。
2.氨与谷氨酸在谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase)的催化下生成谷氨酰胺(glutamine),并由血液运输至肝或肾,再经谷氨酰酶(glutaminaes)水解成谷氨酸和氨。谷氨酰胺主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。
(四)尿素合成
根据动物实验,人们很早就确定了肝脏是尿素合成的主要器官,肾脏是尿素排泄的主要器官。1932年Krebs等人利用大鼠肝切片作体外实验,发现在供能的条件下,可由CO2和氨合成尿素。若在反应体系中加入少量的精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸可加速尿素的合成,而这种氨基酸的含量并不减少。为此,Krebs等人提出了鸟氨酸循环(ornithine cyclc)学说。其后由Ratner和Cohen详细论述了其各步反应。鸟氨酸循环可概括为:
尿素中的两个N原子分别由氨和天冬氨酸提供,而C原子来自HCO-3,五步酶促反应,二步在线粒体中,三步在胞液中进行。其详细过程可分为以下五步:
图7-7 CPS?Ⅰ 作用机理
1.氨基甲酰磷酸的合成
氨基甲酰磷酸(carbamylphosphate)是在Mg++、ATP及N?乙酰谷氨酸(N?acetyl glutamic acid,AGA)存在的情况下,由氨基甲酰磷酸合成酶I(carbamyl phosphate synthetaseI, CPS?I)催化NH3和HCO-3在肝细胞线粒体中合成。
真核细胞中有两种CPS:(1)线粒体CPS?-Ⅰ利用游离NH3为氮源合成氨基甲酰磷酸,参与尿素合成。(2)胞液CPS-Ⅱ,利用谷氨酰胺作N源,参与嘧啶的从头合成。
CPS-Ⅰ催化的反应包括下述三步(图7-7)。
(1)ATP活化HCO-3生成ADP和羰基硫酸(carbonyl phosphate)
(2)NH2与羰基硫酸作用替代硫酸根,生成氨基甲酸(carbamate)和Pi。
(3)第2个ATP对氨甲酸磷酸化,生成氨基甲酰磷酸和ADP。
此反应是不可逆的,消耗2分子ATP。CPS?1是一种变构酶,AGA是此酶变构激活剂。由乙酰CoA和谷氨酸缩合而成。
肝细胞线粒体中谷氨酸脱氢酶和氨基甲酰磷酸合成酶I催化的反应是紧密偶联的。谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸氧化脱氨,生成的产物有NH3和NADH+H+。NADH经NADH氧化呼吸链传递氧化生成H2O,释放出来的能量用于ADP磷酸化生成ATP。因此谷氨酸脱氢酶催化反应不仅为氨基甲酰磷酸的合成提供了底物NH3,同时也提供了该反应所需要的能量ATP。氨基甲酰磷酸合成酶I将有毒的氨转变成氨基甲酰磷酸,反应中生成的ADP又是谷氨酸脱氢酶的变构激活剂,促进谷氨酸进一步氧化脱氨。这种紧密偶联有利于迅速将氨固定在肝细胞线粒体内,防止氨逸出线粒体进入细胞浆,进而透过细胞膜进入血液,引起血氨升高。
2.瓜氨酸(citrulline)的生成:
乌氨酸氨基甲酰转移酶(ornithinetranscarbamoylase)存在于线粒体中,通常与CPS-I形成酶的复合物催化氨基甲酰磷酸转甲酰基给鸟氨酸生成瓜氨酸。(注意:鸟氨酸,瓜氨酸均非标准α-氨基酸,不出现在蛋白质中)。此反应在线粒体内进行,而鸟氨酸在胞液中生成,所以必需通过一特异的穿棱系统进入线粒体内。
3.精氨酸代琥珀酸(Argininosuccinate)的合成。
瓜氨酸穿过线粒体膜进入胞浆中,在胞浆中由精氨酸代琥珀酸合成酶(Argininosuccinate Synthetase)催化瓜氨酸的脲基与天冬氨酸的氨基缩合生成精氨酸代琥珀酸,获得尿素分子中的第二个氮原子。此反应由ATP供能。
4.精氨酸(Arginine)的生成
精氨酸代琥珀酸裂解酶(Argininosuccinase)催化精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸
上述反应中生成的延胡索酸可经三羧酸循环的中间步骤生成草酰乙酸,再经谷草转氨酶催化转氨作用重新生成天冬氨酸。由此,通过延胡索酸和天冬氨酸,使三羧酸循环与尿素循环联系起来。
5.尿素的生成
尿素循环的最后一步反应是由精氨酸酶(arginase)催化精氨酸水解生成尿素并再生鸟氨酸,鸟氨酸再进入线粒体参与另一轮循环。
尿素合成是一个耗能的过程,合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键。(3个ATP水解生成2个ADP,2个Pi,1个AMP和PPi)。从尿素循环底物水平上,能量的消耗大于恢复。由L-谷氨酸脱氢酶催化脱氨和延胡索酸经草酰乙酸再生成天冬氨酸反应中均有NADH的生成。经线粒体再氧化可生成6个ATP(图7-8)。
图7-8 尿素循环的能量代谢
6.尿素循环的调节
CPS-I是线粒体内变构酶,其变构激活剂AGA由N?乙酰谷氨酸合成酶催化生成,并由特异水解酶水解。肝脏生成尿素的速度与AGA浓度相关。当氨基酸分解旺盛时,由转氨作用引起谷氨酸浓度升高,增加AGA的合成,从而激活CPS-I,加速氨基甲酰磷酸合成,推动尿素循环。精氨酸是AGA合成酶的激活剂,因此,临床利用精氨酸治疗高氨血症。
(五)高氨血症和氨中毒
正常生理情况下,血氨处于较低水平。尿素循环是维持血氨低浓度的关键。当肝功能严重损伤时,尿素循环发生障碍,血氨浓度升高,称为高氨血症。氨中毒机制尚不清楚。一般认为,氨进入脑组织,可与α酮戊二酸结合成谷氨酸,谷氨酸又与氨进一步结合生成谷氨酰胺,从而使α?酮戊二酸和谷氨酸减少,导致三羧酸循环减弱,从而使脑组织中ATP生成减少。谷氨酸本身为神经递质,且是另一种神经递质γ-氨基丁酸(γ-aminobutyrate,GABA)的前体,其减少亦会影响大脑的正常生理功能,严重时可出现昏迷。
二、α-酮酸的代谢
氨基酸经联合脱氨或其它方式脱氨所生成的α-酮酸有下述去路。
1.生成非必需氨基酸-α-酮酸经联合加氨反应可生成相应的氨基酸。八种必需氨基酸中,除赖氨酸和苏氨酸外其余六种亦可由相应的α-酮酸加氨生成。但和必需氨基酸相对应的α-酮酸不能在体内合成,所以必需氨基酸依赖于食物供应。
2.氧化生成CO2和水这是α-酮酸的重要去路之一。由图7?可以看出α-酮酸通过一定的反应途径先转变成丙酮酸、乙酰CoA、或三羧酸循环的中间产物,再经过三羧酸循环彻底氧化分解。三羧酸循环将氨基酸代谢与糖代谢、脂肪代谢紧密联系起来。
图7-9 氨基酸与糖、脂肪的关系
3.转变生成糖和酮体 使用四氧嘧啶(alloxan)破坏犬的胰岛β-细胞,建立人工糖尿病犬的模型。待其体内糖原和脂肪耗尽后,用某种氨基酸饲养,并检查犬尿中糖与酮体的含量。若饲某种氨基酸后尿中排出葡萄糖增多,称此氨基酸为称生糖氨基酸(glucogenic amino acid);若尿中酮体含量增多,则称为生酮氨基酸(ketogenicamino acid)。尿中二者都增多者称为生糖兼生酮氨基酸(glucogenic and ketogenicamino acid)。从表7-1中可以看出,凡能生成丙酮酸或三羧酸循环的中间产物的氨基酸均为生糖氨基酸;凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均为生酮氨基酸;凡能生成丙酮酸或三羧酸循环中间产物同时能生成乙酰CoA或乙酰乙酸者为生糖兼生酮氨基酸。
表7-1 氨基酸和糖、脂肪的共有中间代谢产物
氨基酸简称共同中间代谢产物生糖或生酮天草酰乙酸生糖丝、甘、丙、羟、脯、半胱、胱、丙酮酸生糖苏丙酮酸、琥珀酰辅酶A生糖色丙酮酸、乙酰乙酸生糖兼生酮谷、组、鸟、精、瓜、脯α-酮戊二酸生糖蛋、 缬琥珀酰辅酶A生糖异亮琥珀酰辅酶A、乙酰辅酶A生糖兼生酮酪、苯丙乙酰乙酸、延胡索酸生糖兼生酮亮乙酰乙酸生酮赖乙酰辅酶A、α-酮戊二酸(?)生糖兼生酮
亮氨酸为生酮氨基酸,赖氨酸、异亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸为生糖兼生酮氨基酸,其余氨基酸均为生糖氨基酸。
三、脱羧基作用
部分氨基酸可在氨基酸脱羧酶(decarboxylose)催化下进行脱羧基作用(decarboxylation),生成相应的胺,脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。
从量上讲,脱羧基作用不是体内氨基酸分解主要方式,但可生成有重要生理功能的胺。下面列举几种氨基酸脱羧产生的重要胺类物质。
1.γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid GABA)
GABA由谷氨酸脱羧基生成,催化此反应的酶是谷氨酸脱羧酶。此酶在脑、肾组织中活性很高,所以脑中GABA含量较高。
GABA是一种仅见于中枢神经系统的抑制性神经递质,对中枢神经元有普遍性抑制作用。在脊髓,作用于突触前神经末梢,减少兴奋性递质的释放,从而引起突触前抑制,在脑则引起突触后抑制。
GABA可在GABA转氨酶(GABA-T)作有下与α-酮戊二酸反应生成琥珀酸r-半醛(succinic acid semialdehyde),进而氧化生成琥珀酸。
神经元胞体和突触的线粒体内含有大量的GABA转氨酶。由此就构成了GABA旁路(图7-10)。它能使α?酮戊二酸经此旁路生成琥珀酸,活跃三羧酸循环,可为脑组织提供约20%的能量。谷氨酸具有兴奋作用,GABA有抑制作用,两者可共同调节神经系统的功能。临床上对于惊厥和妊娠呕吐的病人常常使用维生素B6治疗,其机理就在于提高脑组织内谷氨酸脱羧酶的活性,使GABA生成增多,增强中枢抑制作用。
图7-10 脑中TCA循环和GAB代谢旁路
2.组胺(histamine)
由组氨酸脱羧生成。组胺主要由肥大细胞产生并贮存,在乳腺、肺、肝、肌肉及胃粘膜中含量较高。
组胺是一种强烈的血管舒张剂,并能增加毛细血管的通透性。可引起血压下降和局部水肿。组胺的释放与过敏反应症状密切相关。组胺可刺激胃蛋白酶和胃酸的分泌,所以常用它作胃分泌功能的研究。
3.5羟色胺(5?hydroxytryptamine,5?HT)
色氨酸在脑中首先由色氨酸羟化酶(tryoptophanhydroxylase)催化生成5羟色氨酸(5?hydroxy?tryptophan),再经脱羧酶作用生成5羟色胺。
5-羟色胺在神经组织中有重要的功能,目前已肯定中枢神经系统有5-羟色胺能神经元。5-羟色胺可使大部分交感神经节前神经元兴奋,而使付交感节前神经元抑制。
其它组织如小肠、血小板、乳腺细胞中也有5-羟色胺,具有强烈的血管收缩作用。
4.牛磺酸(taurine)
体内牛磺酸主要由半胱氨酸脱羧生成。半胱氨酸先氧化生成磺酸丙氨酸,再由磺酸丙氨酸脱羧酶催化脱去羧基,生成牛磺酸。牛磺酸是结合胆汁酸的重要组成分。
5.多胺(palyamine)
鸟氨酸在鸟氨酸脱羧酶催化下可生成腐胺(putrescine),S-腺苷蛋氨酸(S-adenosyl methionine SAM)在SAM脱羧酶催化脱羧生成S-腺苷-3-甲硫基丙胺。在精脒合成酶(spormidinesynthetase)催化下将S-腺苷-3-甲硫基丙胺的丙基移到腐胺分子上合成精脒(cpermidine),再在精胺合成酶(spermine symthetase)催化下,再将另一分子S-腺苷-3-甲硫基丙胺的丙胺基转移到精脒分子上,最终合成了精胺(sperrmine)。腐胺、精脒和精胺总称为多胺或聚胺polyamine)(图7-11)。
图7-11 多胺的生成
多胺存在于精液及细胞核糖体中,是调节细胞生长的重要物质,多胺分子带有较多正电荷,能与带负电荷的DNA及RNA结合,稳定其结构,促进核酸及蛋白质合成的某些环节。在生长旺盛的组织如胚胎、再生肝及癌组织中,多胺含量升高。所以可将利用血或尿中多胺含量作为肿瘤诊断的辅助指标。有机化合物_百度百科
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有机化合物
上的有机主要是由元素、元素组成,是一定含碳的,但是不包括碳的(、)、,、、、、金属碳化物、部分简单含碳化合物(如SiC)等物质。有机物是产生的物质基础,所有的生命体都含有机。脂肪、、蛋白质、糖、、、酶、激素等。生物体内的和生物的,都涉及到有机化合物的转变。此外,许多与人类生活有密切相关的物质,如、、、、、、、天然和合成药物等,均与有机化合物有着密切。
有机化合物定义
是含碳化合物(、、、、、金属、、等氧化物除外)或碳氢化合物及其衍生物的总称。有机物是生命产生的物质基础。无机化合物通常指不含碳元素的化合物,但少数含碳元素的化合物,如、、、等不具有有机物的性质,因此这类物质也属于无机物。
有机化合物除含碳元素外,还可能含有氢、氧、、、磷和硫等元素。
总之,有机化合物都是含碳化合物,但是含碳化合物不一定是有机化合物。
最简单的有机化合物是(CH4),在自然界的分布很广,是天然气,沼气,煤矿坑道气等的主要成分,俗称瓦斯,也是含碳量最小(含氢量最大)的
它可用来作为及制造氢气(H2)、(C)、一氧化碳(CO)、(C2H2)、(HCN)及甲醛(HCHO)等物质的原料。
有机化合物特点
除含碳元素外,绝大多数有机化合物分子中含有,有些还含、氮、、硫和磷等元素。已知的有机化合物近8000万种。早期,有机化合物系指由动植物有机体内取得的物质。自1828年人工合成尿素后,有机物和无机物之间的界线随之消失,但由于历史和习惯的原因,“有机”这个名词仍沿用。有机化合物对人类具有重要意义,地球上所有的生命,主要是由有机物组成的。有机物对人类的生命、生活、生产有极重要的意义。地球上所有的生命体中都含有大量有机物。
和无机物相比,有机物数目众多,可达几千万种。而无机物目却只发现数十万种,因为有机化合物的碳原子的结合能力非常强,可以互相结合成或碳环。碳数量可以是1、2个,也可以是几千、几万个,许多有机()甚至可以有几十万个碳原子。此外,有机化合物中非常普遍,这也是有机化合物数目繁多的原因之一。
有机化合物一般密度小于2,而正好相反。有机化合物通常挥发性强。在部分,有机化合物一般可溶于,难溶于水。无机化合物则易溶于水。
有机化合物命名方法
早先,人们已知的都从等有机体中取得,所以把这类化合物叫做有机物。到19世纪20年代,科学家先后用无机物人工合成许多有机物,如尿素{CO(NH2)2}、()、等等,从而打破有机物只能从有机体中取得的观念。但是,由于历史和习惯的,人们仍然沿用有机物这个名称。
“有机”这历史性名词,可追溯至19世纪,当时者认为有机化合物只能以生物(life-force,vis vitalis )合成。此理论基于有机物与“无机”的基本分别,无机物是不会被生命力合成而来。但后来这理论被推翻,1828年,德国化学家维勒(Friedrich Wohler)首次用无机物合成了有机物 ---- 尿素{CO(NH2)2}。但这个重要发现并没有立即得到其他化学家的承认,因为氰酸铵尚未能用无机物制备出来。直到柯尔柏(H . Kolbe)在1844年合成了醋酸(CH3COOH),柏赛罗(M . Berthelot)在1854年合成了油脂等,有机化学才进入了合成时代,大量的有机物被用人工的方法合成出来。
使用有机物的历史很长,世界上几个很早就掌握了、造醋和制饴糖的技术。据记载中国古代曾制取到一些较纯的,如没食子酸(982--992)、(1522年以前)、()等;16世纪后期西欧制得了、、等。由于这些有机物都是直接或间接来自动植物体,因此,那时人们仅将从动植物体内得到的物质称为有机物。
人工合成有机物的发展,使人们清楚地认识到,在有机物与无机物之间并没有一个明确的界限,但在它们的组成和性质方面确实存在着某些不同之处。从组成上讲,所有的有机物中都含有碳,多数含氢,其次还含有氧、氮、、硫、磷等,因此,化学家们开始将有机物定义为含碳的。
有机化合物俗名及缩写
有些化合物常根据它的来源而用俗名,要掌握一些常用俗名所代表的化合物的,如:木醇是甲醇的俗称,()、()、()、()、()、()、肉桂醛(β-苯基)、(2-丁烯醛)、()、()、(乙二酸)、(2,4,6-三硝基苯酚)、(α-氨基乙酸)、(α-氨基丙酸)、(α-氨基)、D-葡萄糖、D-果糖(用费歇尔投影式表示糖的开链结构)等。还有一些化合物常用它的缩写及商品名称,如:()、()、()、煤酚皂或来苏儿(47%-53%的三种甲酚的肥皂)、(40%的)、扑热息痛(对羟基乙酰苯胺)、()等。
有机化合物普通命名法
普通命名法也称习惯命名法。
要求掌握“正、异、新”、“伯、仲、叔、季”等字头的含义及用法。
正:代表直链
异:指碳链一端具有结构的烷烃
新:一般指碳链一端具有结构的烷烃。
伯:只与一个碳相连的碳原子称伯碳原子。
仲:与两个碳相连的碳原子称仲碳原子。
叔:与三个碳相连的碳原子称叔碳原子。
季:与四个碳相连的碳原子称季碳原子。
如在下式中:
C1和C5都是伯碳原子,C3是仲碳原子,C4是叔碳原子,C2是季碳原子。
要掌握常见烃基的结构,如:烯丙基、丙烯基、正丙基、异丙基、异丁基、叔丁基、苄基等。
有机化合物系统命名法
系统命名法是有机化合物命名的重点,必须熟练掌握各类化合物的命名原则。其中的命名是基础,、光学异构体和多官能团化合物的命名是难点,应引起重视。要牢记命名中所遵循的“”。
1.烷烃的命名
烷烃的命名是所有开链命名的基础。
命名的步骤及原则:
(1)选主链 选择最长的碳链为主链,有几条相同的碳链时,应选择含多的碳链为主链。
(2)编号 给主链编号时,从离取代基最近的一端开始。若有几种可能的情况,应使各取代基都有尽可能小的编号或取代基位次数之和最小。
(3)书写名称 用阿拉伯数字表示取代基的位次,先写出取代基的位次及名称,再写烷烃的名称;有多个取代基时,简单的在前,复杂的在后,相同的取代基合并写出,用汉字数字表示相同取代基的个数;阿拉伯数字与汉字之间用半字线隔开。
记忆口诀为:选主链,称某烷。编碳位,定支链。
取代基:写在前,注位置,短线连。
不同基:简到繁,相同基,合并算。
2.几何异构体的命名
烯烃几何异构体的命名包括顺、反和Z、E两种方法。
简单的化合物可以用顺反表示,也可以用Z、E表示。用顺反表示时,相同的原子或基团在碳原子同侧的为顺式,反之为反式。
如果双键碳原子上所连四个基团都不相同时,不能用顺反表示,只能用Z、E表示。按照“”比较两对基团的优先顺序,两个在双键同侧的为Z型,反之为E型。必须注意,顺、反和Z、E是两种不同的表示方法,不存在必然的内在联系。有的化合物可以用顺反表示,也可以用Z、E表示,顺式的不一定是Z型,反式的不一定是E型。例如:
也存在体,两个取代基在环平面的同侧为顺式,反之为反式。
3.光学异构体的命名
光学异构体的构型有两种表示方法D、L和R、S,D 、L标记法以为标准,有一定的局限性,有些化合物很难确定它与甘油醛结构的对应关系,因此,更多的是应用R、S标记法,它是根据原子所连四个不同原子或基团在空间的排列顺序标记的。光学异构体一般用投影式表示,要掌握的投影原则及构型的判断方法。
根据投影式判断构型,首先要明确,在投影式中,横线所连基团向前,竖线所连基团向后;再根据“次序规则”排列手性碳原子所连四个基团的优先顺序,在上式中:
-NH2 &-COOH &-CH2-CH3&-H ;将最小基团氢原子作为以碳原子为中心的正四面体顶端,其余三个基团为正四面体底部三角形的角顶,从四面体底部向顶端方向看三个基团,从大到小,顺时针为R,逆时针为S 。
4.双官能团和多官能团化合物的命名
双官能团和多官能团化合物的命名关键是确定母体。常见的有以下几种情况:
① 当卤素和硝基与其它官能团并存时,把卤素和硝基作为取代基,其它官能团为母体。
② 当双键与羟基、、羧基并存时,不以烯烃为母体,而是以醇、醛、酮、羧酸为母体。
③ 当羟基与醛基、羰基并存时,以醛、酮为母体。
④ 当羰基与羧基并存时,以羧酸为母体。
⑤ 当双键与三键并存时,应选择既含有双键又含有三键的最长碳链为主链,编号时给双键或三键以尽可能低的数字,如果双键与三键的位次数相同,则应给双键以最低编号。
有机化合物分类方法
有机物种类繁多,可分为烃和烃的两大类。根据有机物分子的碳架结构,还可分成开链化合物、碳环化合物和三类。根据有机物分子中所含的不同,又分为烷、烯、炔、和、醇、酚、醚、醛、酮、、酯等等。
有机化合物按碳的骨架
1.链状化合物
这类化合物分子中的碳原子相互连接成链状,因其最初是在脂肪中发现的,所以又叫。其结构特点是碳与碳间连接成不闭口的链。
环状化合物指分子中原子以环状排列的化合物。环状化合物又分为脂环化合物和。
(1)脂环化合物:不含(如苯环、稠环或某些具有苯环或稠环性质的杂环)的带有环状的化合物。如、、等。
(2)芳香化合物:含芳香环(如苯环、稠环或某些具有苯环或稠环性质的杂环)的带有环状的化合物。如苯、苯的同系物及衍生物,稠环芳烃及衍生物,吡咯、吡啶等。
有机化合物按组成元素
仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物,简称烃。如甲烷、乙烯、乙炔、苯等。甲烷是最简单的烃。
2.烃的衍生物
烃分子中的氢原子被其他原子或者原子团所取代而生成的一系列化合物称为烃的衍生物。如、醇、氨基酸、核酸等。
有机化合物按官能团
官能团:决定化合物特殊性质的原子或原子团称为官能团或功能基。含有相同官能团
的化合物,其化学性质基本上是相同的。常见官能团碳碳双键、碳碳三键、羟基、羧
基、醚键、醛基、羰基等。
同系物:结构相似,分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物称为同系物。且必须是同一类物质(含有相同且数量相等的官能团,羟基例外,酚和醇不能成为同系物,如苯酚和苯甲醇)。由于结构相似,同系物的化学性质相似;它们的物理性质,常随分子量的增大而有规律性的变化。
有机化合物按结构和性质
:分子中碳原子彼此结合成链状,而无环状结构的烃,称为开链烃。根据分子中碳和氢的含量,链烃又可分为(烷烃)和不饱和链烃(烯烃、炔烃)。
:亦称“链烃”。因为脂肪是链,故链烃又称为脂肪烃。
:饱和烃可分为链状饱和烃即烷烃(亦称石蜡烃)和另一类含有碳碳单键而呈环状的饱和烃即环烷烃(参见闭链烃)。
:即饱和链烃,亦称石蜡烃。通式为CnH2n+2(n≥1),烷烃中的含氢量已达到饱和。烷烃中最简单的是甲烷,是天然气和沼气的主要成分,烷烃主要来源是石油、天然气和沼气。可以发生取代反应,甲烷在光照的条件下可以与发生取代反应,生成物为CH3Cl-----CH2Cl2-----CHCl3-----CCl4。
:系分子中含有“C=C”或“C≡C”的烃。这类烃也可分为不饱和链烃和不饱和环烃。不饱和链烃所含氢原子数比对应的烷烃少,化学性质活动,易发生加成反应和聚合反应。不饱和链烃又可分为烯烃和炔烃。不饱和环烃可分为(如)和(如)。
:系分子中含“C=C”的烃。根据分子中含“C=C”的数目,可分为单烯烃和二烯烃。单烯烃分子中含一个“C=C”,通式为CnH2n,其中n≥2。最重要的单烯烃是乙烯H2C=CH2,次要的有丙烯CH3CH=CH2和1-丁烯CH3CH2CH=CH2。单烯烃简称为烯烃,烯烃的主要来源是石油及其产物。
:系含有两个“C=C”的链烃或环烃。如1,3-丁二烯。2-甲基-1,3-丁二烯、环戊二烯等。二烯烃中含体系的最为重要,如1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯等是合成橡胶的单体。
:系分子中含有“C≡C”的不饱和链烃。根据分子中碳碳叁键的数目,可分为单炔烃和多炔烃,单炔烃的为CnH2n-2,其中n≥2。炔烃和二烯烃是同分异构体。最简单、最重要的炔烃是HC≡CH,乙炔可由电石和水反应制得。
:亦称“环烃”。是具有环状结构的烃。可分为两大类,一类是(或称环烃)具有脂肪族类的性质,脂环烃又分为饱和其中n≥3。环烷烃和烯烃是同分异构体。环烷烃存在于某些石油中,环烯烃常存在于植物精油中。环烃的另一类是芳香烃,大多数芳香烃是有结构和的性质。
:在环烃分子中,碳原子间以单键相互结合的叫环烷烃,是饱和脂环烃。具有三环和四环的环烷烃,稳定性较差,在一定条件下容易。五环以上的环烷烃较稳定,其性质与烷烃相似。常见的环烷烃有环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷等。
:一般是指分子中含有苯环结构的烃。根据分子中所含苯环的数目以及苯环间的联结方式,可分为单环芳香烃、、等。单环芳香烃的通式为CnH2n-6,其中n≥6,单环芳香烃中重要的有苯
:分子中含有两个或多个苯环,苯环间通过共用两个相。
:分子中含有碳原子和氧、氮、硫等其它原子形成环状结构的化合物叫杂环化合物。其中以五原子和六原子的较稳定。具有芳香性的称作芳杂环,烃分子中一个或多个被卤素原子取代而形成的化合物称为卤代烃。根据取代上去的不同卤素原子可分为氟代烃、氯代烃、溴代烃、碘代烃等。根据分子中卤素原子的数目,可分为一和多卤代烃。根据烃基种类的不同,可分为饱和卤代烃即卤代烷烃、不饱和卤代烃即卤代烯烃和卤代炔烃、卤代芳香烃等,例如氯CH3-CHBr-CH2Br等。
:烃分子中的一个或几个氢原子被羟基取代后的产物称为醇(若苯环上的氢原子被羟基取代后的生成物属于酚类)。根据醇分子中的数目,可分为、、三元醇等,根据醇分子中烃基的不同,可分为饱和醇不饱和醇和芳香醇。由于跟羟基所连接的碳原子的位置,又可分为如(CH3)3COH。一般呈中性,低级醇易溶于水,多元醇带甜味。醇类的化学性质主要有、、、与氢卤酸反应、与活动金属反应等。
:系芳香烃分子中苯环的侧键上的氢原子被羟基取代而成的物质。如苯甲醇(亦称)。
:芳香烃分子中上的氢原子被羟基取代而成的化合物称作酚类。根据酚分子中所含的数目,可分为一元酚,二元酚和多元酚等,如溶液呈变色反应。酚具有较弱的酸性,能与碱反应生成酚盐。酚分子中的苯环受羟基的影响容易发生卤化、、磺化等。
:两个烃基通过一个氧原子连结而成的化合物称作醚。可用通式R-O-R'表示。若R与R'相同,叫简单醚,如甲醚CH3-O-CH3、乙醚C2H5-O-C2H5等;若R与R'不同,叫混和醚,如甲乙醚CH3-O-C2H5。若二元醇分子子中醛基的数目,可分为一元醛、二元醛等;根据分子中烃基的不同,可分相应的氧化制得。醛类中可发生加成反应,易被较弱的氧化剂如斐林试剂、氧化成相应的羧酸。重要的醛有甲醛、乙醛等。
:分子中醛基与苯环直接相连而形成的醛,称作芳香醛。如苯甲醛。
:烃基或氢原子与羧基连结而形成的化合物称为羧酸,根据羧酸分子中羧基的数目,可分为一元酸、二元酸、多元酸等。如乙酸饱和酸如丙酸CH3CH2COOH、不饱和酸如丙烯酸CH2=CH-COOH等。羧酸还可以分为脂肪酸、脂环酸和芳香酸等。脂肪酸中,饱和的如硬脂酸C17H35COOH、等。
:羧酸分子中羧基里的羟基被其它原子或原子团取代而形成的化合物叫羧酸衍生物。如酰卤、、等。
a.:系羧酸分子中羧基上的羟基被卤素原子取代而形成的化合物等。
b.酰胺:是羧酸分子中羧基上的羟基被氨基-NH2或者是烃氨基(-NHR或-NR2)取代而成的化合物;也可看作是氨或胺分子中氮原子上的氢被酰基取代而成的化合物。
c. 酸酐:两个分子的一元羧酸分子间失水或者二元羧酸分子内失水而形成的化合物,称作酸酐。如两个乙酸分子失去一个水分子形成(CH3COOOCCH3)
:羧酸分子中羧基上的羟基被烷氧基-O-R'取代而形成的化合物
:是高级脂肪酸甘油酯的总称。在室温下呈液态的叫油,呈固态的叫作脂肪。可用通式表示:若R、R'、R″相同,称为单甘油酯;若R、R'、R″不同,称为混甘油酯。天然油脂大都是混甘油酯。
:是烃分子中的氢原子被硝基-NO2取代而形成的化合物,可用通式R-NO2表示,R可以是烷基,也可以是苯环。如硝基乙烷CH3CH2NO2
:是氨分子中的氢原子被烃基取代后而形成的有机化合物。根据取根据烃基结构的不同,可分为如CH3NH2、CH3-NH-CH3和芳香胺如苯胺C6H5-NH2、(C6H5)2NH等。也可以根据的数目分为一元胺、二元胺、。一元胺如CH3CH2NH2,二元胺如乙二胺H2N—CH2—CH2—NH2,多元胺如(C6H2)6N4。胺类大都具有弱碱性,能与酸反应生成盐。苯胺是胺类中重要的物质,是合成染料,的原料。
:是烃基与氰基(-CN)相连而成的化合物。通式为R-CN,如乙腈CH3CN。
:大多是通式为R—N2—X的有机化合物,分子中含有是一种重氮化合物,其中以芳香族重氮盐最为重要。可用化学性质活动,是制取偶氮染料的中间体。
:分子中含有偶氮基(-N=N-)的有机化合物。用R-N=N-R表示,其中R是,都有颜色,有的可作染料。也可作色素。
:是烃分子中的氢原子被磺酸基-SO3H取代而形成的化合物,可用RSO3H表示。磺酸的制备常用间接法,而芳香族磺酸可通过直接制得。磺酸是强酸,易溶于水,芳香族磺酸是合成染料、的重要中间体。
:是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代而形成的化合物。根据取代的位置可分为、、γ-氨基酸等。α-氨基酸中的氨基在相邻的上。α-氨基酸是组成蛋白质的基本单位。蛋白质经水解可得到二十多种α-氨基酸,如、、等,大多是L-型a-氨基酸。在人体所需要的氨基酸中,由食物中的蛋白质供给的,如赖氨酸、、、苏氨酸等称为“”,象甘氨酸、、丙氨酸、谷氨酸等可以从其它有机物在人体中转化而得到,故称为“”。
:是一分子氨基酸中的氨基与另一分子氨基酸中的羧基缩合失去水分子后而形成的化合物。两个分子形成的肽叫二肽,如两个分子氨基
:由多个a-氨基酸分子缩合消去水分子而形成含有多个肽键,天然产物中得到一种有机物
:亦称朊。一般分子量大于10000。蛋白质是生物体的一种主要组成物质,是生命活动的基础。各种蛋白质中氨基酸的组成、排列顺序、的都不相同。已有多种蛋白质的和立体结构搞清楚了。蛋白质按分子形状可分为纤维状蛋白和球状蛋白。纤维蛋白如丝、毛、发、皮、角、蹄等,球蛋白如酶、蛋白激素等。按溶解度的大小可分为白蛋白、球蛋白、和不溶性的硬蛋白等。按组成可分为简单蛋白和复合蛋白,简单蛋白是由组成,复合蛋白是由简单蛋白和其它物质结合而成的,如蛋白质和核酸结合生成核酸蛋白,蛋白质与糖结合生成,蛋白质与血红素结合生成血红蛋白等。
:亦称碳水化合物。多醛或多羟基酮以及经过水解可生成多羟基醛或多羟基酮的化合物的总称。糖可分为单糖、低聚糖、多糖等。一般糖类的氢原子数与数比为2:1,但如甲醛CH2O等不是糖类;而鼠李糖:C6H12O5属于糖类。
:是不能水解的最简单的糖,如葡萄糖(醛糖)
:在水解时能生成2~10个分子单糖的糖叫低聚糖。其中以最重要,如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。
:亦称多糖。一个分子多聚糖水解时能生成10个分子以上单糖的糖叫多聚糖,如淀粉和纤维素,可用通式(C6H10O5)n表示。n可以是几百到几千。
:亦称“大分子化合物”或“高聚物”。分子量可高达数千乃至数百万以上。可分为和两大类。天然高分子化合物如蛋白质、核酸、淀粉、纤维素、天然橡胶等。合成高分子化合物如合成橡胶、合成树脂、合成纤维、塑料等。按结构可分为链状的线型高分子化合物(如橡胶、纤维、)及网状的体型高分子化合物(如酚醛塑料、硫化橡胶)。合成高分子化合物根据其合成时所经反应的不同,又可分为和。加聚物是经生成的高分子化合物。如聚乙烯、聚氯乙烯聚丙烯等。缩聚物是经生成的高分子化合物。如酚醛塑料、尼龙66等。
有机化合物类别异构
有机物之间具有以下的类别异构关系:
1. 分子组成符合CnH2n(n≥3)的类别异构体: 烯烃和环;
2. 分子组成符合CnH2n-2(n≥4)的类别异构体: 炔烃和;
3. 分子组成符合CnH2n+2O(n≥3)的类别异构体: 饱和和饱和;
4. 分子组成符合CnH2nO(n≥3)的类别异构体: 饱和一元醛和饱和一元;
5. 分子组成符合CnH2nO2(n≥2)的类别异构体: 饱和一元和饱和一元;
6. 分子组成符合CnH2n-6O(n≥7)的类别异构体: 的同系物,芳香醇及芳香醚;
如n=7,有以下五种: 邻甲苯酚,间甲苯酚,对甲苯酚;苯甲醇;苯甲醚.
7. 分子组成符合CnH2n+1O2N(n≥2)的类别异构体: 氨基酸和硝基化合物
有机化合物结构特点
有机化合物:种类繁多、数目庞大(已知有3000多万种、且还在以每年数百万种的速度增加)。
但组成元素少 有C、H、O、N 、P、 S、 X(卤素:F、Cl、Br、I )等。
1、有机化合物中碳原子的成键特点
碳原子最外层有4个电子,不易失去或获得电子而形成阳离子或阴离子。碳原子通过共价键与氢、氧、氮、硫、磷等多种非金属形成共价化合物。
由于碳原子成键的特点,每个碳原子不仅能与氢原子或其他原子形成4个共价键,而且碳原子之间也能以共价键相结合。碳原子间不仅可以形成稳定的单键,还可以形成稳定的双键或三键。多个碳原子可以相互结合成长短不一的碳链,碳链也可以带有支链,还可以结合成碳环,碳链和碳环也可以相互结合。因此,含有原子种类相同,每种原子数目也相同的分子,其原子可能有多种不同的结合方式,形成具有不同结构的分子。
2、有机化合物的同分异构现象
化合物具有相同的分子式,但结构不同,因此产生了性质上的差异,这种现象叫同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。在有机化合物中,当碳原子数目增加时,同分异构体的数目也就越多。同分异构体现象在有机物中十分普遍,这也是有机化合物在自然界中数目非常庞大的一个原因。
有机化合物化学性质
(1)可燃性
(2)稳定性差(有机化合物常会因为温度、细菌、空气或光照的影响分解)
(3)比较慢
(4)反应产物复杂
总体来说,有机化合物除少数以外,一般都能燃烧。和无机物相比,它们的热稳定性比较差,受热容易分解。有机物的熔点较低,一般不超过400℃。有机物的很弱,因此大多不溶于水。有机物之间的反应,大多是分子间的反应,往往需要一定的,因此反应缓慢,往往需要加入催化剂等方法。而且有机物的反应比较复杂,在同样条件下,一个化合物往往可以同时进行几个不同的反应,生成不同的产物。
有机化合物物理性质
有机化合物状态
固态:饱和高级脂肪酸、脂肪、TNT、萘、苯酚、葡萄糖、、、淀粉、纤维素、醋酸(16.6℃以下)
气态:4个碳原子以下的、、、甲醛、一氯甲烷
液态:油状:、溴、、油酸
粘稠状:乙二醇、
有机化合物气味
无味:甲烷、(常因混有PH3、H2S和AsH3而带有臭味)
稍有气味:特殊气味;苯及同系物、萘、石油、苯酚
刺激性:甲醛、、乙酸、
甜味:乙二醇、丙三醇、蔗糖、葡萄糖
香味:乙醇、低级酯
苦杏仁味:硝基苯
有机化合物颜色
白色:葡萄糖、多糖
淡黄色:TNT
黑色或深棕色:石油
有机化合物密度
比水轻的:苯及苯的同系物、一氯代烃、乙醇、低级酯、汽油
比水重的:硝基苯、、乙二醇、丙三醇、CCl4、、溴代烃、碘代烃
有机化合物挥发性
乙醇、乙醛、乙酸等具有挥发性。大。
有机化合物熔沸点
熔点、沸点低(熔点一般不超过400℃)。
有机化合物升华性
有机化合物水溶性
水溶性差。大多不溶或难溶于水,易溶于有机溶剂,如:酒精、汽油、四氯化碳、乙醚、苯。不溶:、、、、、、炔烃、及同系物、萘、蒽、石油、、TNT、氯仿、CCl4
能溶:苯酚(0℃时是微溶)
易溶:甲醛、乙酸、、
与水混溶:乙醇、(70℃以上) 、、、
有机化合物基本反应
有机化合物能发生取代反应
1. 烷烃与卤素单质: 卤素单质蒸汽(如不能为溴水)。条件:光照。
2. 苯及苯的同系物与(1)卤素单质(不能为水溶液):条件-- Fe或三溴化铁作催化剂
(2)浓: 50℃-- 60℃水浴 (3)浓硫酸: 70℃--80℃水浴
3. 卤代烃的水解: NaOH的水溶液
4. 醇与氢卤酸的反应: 新制氢卤酸
5. 乙醇与在140℃时的脱水反应。
6.酸与醇的:浓硫酸、加热
7.酯类的水解: 无机酸或碱催化
8. 酚与(1)浓溴水(2)浓硝酸
有机化合物能发生加成反应
1. 烯烃、炔烃、二烯烃、的加成: H2.卤化氢、水、单质
2. 苯及苯的同系物的加成: H2.Cl2
3. 不的衍生物的加成: (包括卤代烯烃、卤代炔烃、烯醇、烯醛、烯酸、烯酸酯、烯酸盐等)
4. 含醛基的化合物(包括葡萄糖)的加成: HCN、H2等
5. 酮类、油酸、油酸盐、油酸某酯、油(不饱和高级脂肪酸甘油酯)的加成物质的加成: H2
注意:凡是有机物与H2的加成反应条件均为:催化剂(Ni)、加热
有机化合物能发生银镜反应
1. 所有的醛(RCHO)
2. 甲酸、甲酸盐、甲酸某酯
3. 葡萄糖、麦芽糖、葡萄糖酯、 (果糖)
能和新制Cu(OH)2反应的除以上物质外,还有酸性较强的酸(如甲酸、乙酸、、盐酸、硫酸等),发生中和反应。
有机化合物羟基的有机反应
1. 取代(水解)反应: 卤代烃、酯、酚钠、醇钠、羧酸钠
2. 加成反应: 烯烃水化、醛+ H2
3. 氧化: 醛氧化
4. 还原: 醛+ H2
有机化合物鉴别方法
在药品的生产、研究及检验等过程中,常常会遇到有机化合物的分离、提纯和鉴别等问题。有机化合物的鉴别、分离和提纯是三个既有关联而又不相同的概念。
分离和提纯的目的都是由混合物得到,但要求不同,处理方法也不同。分离是将混合物中的各个组分一一分开。在分离过程中常常将混合物中的某一组分通过化学反应转变成新的化合物,分离后还要将其还原为原来的化合物。提纯有两种情况,一是设法将杂质转化为所需的化合物,另一种情况是把杂质通过适当的化学反应转变为另外一种化合物将其分离(分离后的化合物不必再还原)。
鉴别是根据化合物的不同性质来确定其含有什么官能团,是哪种化合物。如鉴别一组化合物,就是分别确定各是哪种化合物即可。
有机化合物具备条件
在做鉴别题时要注意,并不是化合物的所有化学性质都可以用于鉴别,必须具备一定的条件:
(1)化学反应中有颜色变化;
(2)化学反应过程中伴随着明显的温度变化(放热或吸热);
(3)反应产物有气体产生;
(4)反应产物有沉淀生成或反应过程中沉淀溶解、产物分层等。
有机化合物具体方法
1.烯烃、二烯、炔烃:
(1)溴的溶液,红色褪去
(2)高锰酸钾溶液,紫色褪去。
2.含有炔氢的炔烃:
(1),生成炔化银白色沉淀
(2)氯化亚铜的氨溶液,生成炔化亚铜红色沉淀。
三、四元脂环烃可使溴的四氯化碳溶液腿色
4.卤代烃:
硝酸银的醇溶液,生成卤化银沉淀;不同结构的卤代烃生成沉淀的速度不同,叔卤代烃和烯丙式卤代烃最快,仲卤代烃次之,伯卤代烃需加热才出现沉淀。
(1)与金属钠反应放出氢气(鉴别6个碳原子以下的醇)
(2)用鉴别伯、仲、叔醇,叔醇立刻变浑浊,仲醇放置后变浑浊,伯醇放置后也无变化。
6.酚或烯醇类化合物:
(1)用三溶液产生颜色(苯酚产生蓝紫色)。
(2)苯酚与溴水生成三溴苯酚白色沉淀。
7.羰基化合物:
(1)鉴别所有的醛酮:2,4-二硝基,产生黄色或橙红色沉淀
(2)区别醛与酮用,醛能生成银镜,而酮不能
(3)区别芳香醛与脂肪醛或酮与脂肪醛,用斐林试剂,脂肪醛生成砖红色沉淀,而酮和芳香醛不能
(4)鉴别甲基酮和具有结构的醇,用碘的氢氧化钠溶液,生成黄色的碘仿沉淀。
用托伦试剂,甲酸能生成银镜,而其他酸不能。
区别伯、仲、有两种方法
(1)用苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯,在NaOH溶液中反应,生成的产物溶于NaOH;仲胺生成的产物不溶于NaOH溶液;叔胺不发生反应。
(2)用NaNO2+HCl:
脂肪胺:伯胺放出,仲胺生成黄色油状物,叔胺不反应。
芳香胺:伯胺生成重氮盐,仲胺生成黄色油状物,叔胺生成橘黄色(酸性条件)或绿色固体(碱性条件)。
(1)单糖都能与托伦试剂和斐林试剂作用,产生银镜或砖红色沉淀。
(2)葡萄糖与果糖:用溴水可区别葡萄糖与果糖,葡萄糖能使溴水褪色,而果糖不能。
(3)麦芽糖与蔗糖:用托伦试剂或斐林试剂,麦芽糖可生成银镜或砖红色沉淀,而蔗糖不能。
道尔顿,李家玉,盛根玉.化学哲学新体系:,2006
.必应.[引用日期]
.有道词典
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