解放军文职招聘考试第一章有机化合物性质概述

 第一章有机化合物性质概述

有机化合物均含有碳，大多数还含有氢，有的还含有氧、硫、氮、磷和卤素等元素。因此，有机化合物可定义为碳氢化合物及其衍生物。碳在元素周期表中位于第二周期第ⅣA族，最外层有4个电子，既不易失去电子，也不易得到电子，主要通过共价键与其他原子相结合或自相结合。碳原子的结构特点决定了有机化合物特性：易燃、熔沸点低、难溶于水、难导电、反应速率慢、反应产物复杂和结构复杂、种类繁多等。
研究有机化合物的化学称有机化学，有机化学与医学关系非常密切。人体是一个统一的有机整体，绝大部分是由有机化合物组成，这些物质在人体内进行一系列复杂的有机化学反应，体现人体正常的生理功能。决定物质化学反应性质的原子或原子团称为官能团，常见的官能团有双键、三键（-C≡C-）、羟基（-OH）、醛基（-CHO）、羰基（＞C=O）、羧基（-COOH）、氨基（-NH2）等，这些官能团相对应的化合物分别称为烯烃、炔烃、醇/酚、醛/酮、羧酸和胺类。本章主要介绍与生物化学密切相关的官能团的结构及其化学反应性质。
第一节烃
烃是碳氢化合物的简称，指只含碳氢两种元素的化合物，是有机化合物的“母体”。
一、烷烃
（一）烷烃的结构
烷烃分子中碳原子间都以单键相连接，碳原子的其余价键都与氢原子结合。

甲烷               乙烷
（二）烷烃的化学性质
由于烷烃分子中的σ键比较牢固，因而其化学性质较稳定，通常不与强酸、强碱及强的氧化剂作用。但烷烃在光照等作用下，能与卤素发生反应：
光照
CH4     +   Cl2                    HCl  +  CH3Cl      一氯甲烷
光照
CH3Cl   +   Cl2                    HCl  +  CH2Cl2      二氯甲烷
光照
CH2Cl2  +   Cl2                    HCl  +  CHCl3       三氯甲烷
光照
CHCl3   +   Cl2                    HCl  +  CCl4        四氯甲烷
以上反应中，甲烷分子中的氢原子逐步被氯原子所替代，有机化合物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应称为取代反应。
三氯甲烷又称氯仿，四氯甲烷又称四氯化碳，是常用的有机溶剂。
二、烯烃和炔烃
（一）烯烃和炔烃的结构
烯烃和炔烃分子中的官能团分别是碳碳双键（＞C=C＜）和碳碳三键（-C≡C-）。例如：
                      
乙烯                             乙炔
（二）烯烃和炔烃的化学性质
烯烃分子中的碳碳双键是由一个σ键和一个π键组成。π键活泼易断裂，因此烯烃的化学反应主要是双键上发生加成及氧化反应。炔烃化学性质与烯烃相似，但不如烯烃活泼。
1．加成反应
加成反应是指不饱和的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的物质的反应。烯烃与卤素在室温条件下就能加成。如：
                                       CCl4

               （红棕色）          （无色）
烯烃与溴的四氯化碳溶液（或溴水）作用时，溴的红棕色很快褪去，常用此反应来检验物质分子中是否有碳碳双键存在。
2．氧化反应
因为双键的存在，烯烃容易被氧化。常用的氧化剂有高锰酸钾。即使用稀的高锰酸钾碱性冷溶液，也能使烯烃氧化成邻二醇化合物。
                             室温
3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O           3CH2OH-CH2OH + 2KOH + 2MnO2

反应可使高锰酸钾的紫色很快褪去，并生成棕褐色的二氧化锰沉淀，因此可用于不饱和键的鉴定。
三、芳香烃
芳香烃是指分子中含有苯环结构的一类化合物，是芳香族化合物的母体，有单环芳烃和多环芳烃。如：
                     
苯          甲苯                 萘                      蒽
             
       菲                        环戊烷多氢菲
多环芳烃中比较重要的有奈、蒽、菲等，其中菲的衍生物环戊烷多氢菲是胆固醇、胆酸、性激素等分子中的母体结构，了解其结构在生物化学方面具有重要意义。另外由5-6个苯环稠合而成的多环芳烃，大多为致癌物，如污染大气中的3，4-苯并芘等。

3，4-苯并芘
第二节 醇和酚
醇和酚分子中含有共同的官能团—羟基（-OH），烃分子中氢原子被羟基取代而生成的化合物为醇，而芳香环上的氢原子被羟基取代而生成的化合物为酚。醇和酚在医药上具有广泛的应用，如消毒剂、防腐剂、保湿剂、溶剂等。
一、醇
（一）醇的结构
醇的通式为R-OH，分子中的-OH为醇羟基，是醇的官能团。重要的醇有甲醇、乙醇、丙三醇、苯甲醇、甘露醇、山梨醇等。
CH3OH          CH3CH2OH              
甲醇             乙醇                丙三醇           苯甲醇

（二）醇的化学性质
醇的化学性质主要由其官能团（-OH）决定，由于氧的电负性大，醇分子中C-O键和H-O键具有明显的极性，化学反应主要发生在这两个部位。另外，由于-OH的诱导效应，与羟基邻近的碳原子上的氢也参与某些反应。

1．与碱金属反应
醇羟基上的氢原子可被金属钾、钠等取代生成醇盐，并放出氢气。
2 CH3CH2OH   +   2Na   →   2 CH2CH2ONa   +   H2↑
                    乙醇钠
此反应有氢气放出，反应明显，可用于C6以下低级醇的鉴别。
2．酯化反应
醇与酸（含氧无机酸或有机酸）分子间脱去1分子水生成酯的反应称酯化反应。

醇与羧酸的酯化反应是可逆的，而且反应速率很慢，需用酸作催化剂。例如：
 
醇也可与无机含氧酸如硝酸、亚硝酸、硫酸和磷酸等作用，失去一分子水而生成无机酸酯。例如：
体内物质代谢过程中，存在许多酯化反应。如游离胆红素在肝细胞中与葡萄糖醛酸的结合反应（见肝胆生化章节）；糖代谢过程中糖的磷酸酯的生成等。如：

3．脱水反应
醇与脱水剂共热发生脱水反应，脱水方式随温度及醇的结构而异。
分子内脱水：

分子间脱水：

4．氧化反应
醇分子中由于羟基的影响，α-氢原子相对较活泼，容易被氧化。不同结构的醇，氧化产物不同。如伯醇氧化生成醛，醛进一步氧化生成酸；仲醇氧化生成酮；叔醇在同样条件下不易被氧化。

人体内，乙醇（酒精）主要通过肝脏的作用，经过以上的氧化反应生成乙醛，乙醛进一步氧化生成乙酸，最终彻底氧化生成CO2和H2O。
二、酚
（一）酚的结构
羟基直接连在芳环上的化合物称为酚，酚类分子中的羟基为酚羟基，是酚的官能团。酚的通式可用Ar-OH表示。重要的酚有苯酚、甲酚、苯二酚等。

           苯酚              α-萘酚                间甲酚

（二）酚的化学性质
以苯酚为例，苯酚是最常见的酚，俗称石炭酸。苯酚的化学反应性质主要表现在酚羟基及其对苯环的影响上。苯酚结构中，氧原子的P电子云向苯环转移，构成P-π共轭，氧原子周围的电子云密度降低，使O-H键易断裂，并解离出H+而显酸性。同时苯环上电子云密度增大，使其邻对位活泼，有利于发生苯环上的亲电取代反应。

苯酚分子中的共轭体系
1．苯酚的弱酸性
苯酚微溶于水，但能溶于强碱而成盐（酚钠）。在酚钠水溶液中通入二氧化碳，酚即游离析出。醇与氢氧化钠溶液不起反应。

以上反应说明苯酚的酸性比醇类强，但比碳酸弱，所以酚只能溶于氢氧化钠而不溶于碳酸氢钠。羧酸既溶于氢氧化钠又能溶于碳酸氢钠，实验室里常利用这一特性区别酚与酸，也可用这种方法对中草药中酚类成分与羧酸类成分进行分离。
2．与三氯化铁的显色反应
大多数酚与FeCl3水溶液发生颜色反应。不同的酚显色不同。最常见的苯酚与FeCl3溶液反应生成紫色。而醇羟基无此反应，故可用显色反应来区别醇和酚。但分子中含有烯醇（）结构的化合物也能与FeCl3水溶液显色。
3．苯环上氢原子的取代反应
由于酚羟基的影响，使苯环活化，易发生亲电取代反应。取代基一般都进入羟基的邻位及对位。例如溴水加入苯酚中，立即生成2，4，6-三溴苯酚的白色沉淀，此反应较灵敏，少量的苯酚也能检出。

多数酚类化合物具有杀菌、防腐、抗氧化等作用。如维生素E（生育酚）（见维生素章节）具有消除人体内自由基等作用，以抗衰老作用成份添加于化妆品中。
第三节 醛和酮
醛和酮都是含羰基的化合物。
一、醛和酮的结构
羰基与一个氢原子和一个烃基相连的化合物叫做醛（甲醛例外，它的羰基与两个氢原子相连），可用通式表示。“”称为醛基，是醛的官能团，可简写为-CHO，它位于碳链的一端。羰基与两个烃基相连的化合物叫做酮，可用通式表示。酮的官能团“”称为酮基，位于碳链中间。较为重要的醛、酮有甲醛、丙酮等。
               
                        甲醛                      丙酮

二、醛和酮的化学性质
醛和酮分子中都含有羰基，其化学性质主要表现在羰基上，以及受羰基影响的α氢原子上。

由于氧原子的电负性比碳原子大，因此羰基中π电子云偏向于氧原子一边，使羰基碳原子带有部分正电荷，而氧原子则带有部分负电荷。

醛和酮在结构上的共同点与不同点，使其化学性质也表现出相似与相异之处。一般来说，醛比酮活泼，某些醛能进行的反应，酮则不能或难以发生。
（一）羰基的加成反应
醛酮分子中的碳-氧双键与烯烃分子中的碳-碳双键有相似之处，因此也能发生加成反应。但是与碳-碳双键不同之处，碳-氧双键具有极性，羰基碳原子带部分正电荷，易受到带负电荷或孤对电子的亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应。常见的亲核试剂常含C、S、N或O等元素，如氢氰酸、亚硫酸氢钠、醇及氨的衍生物等。
氢氰酸        HCN                  亚硫酸氢钠         NaHSO3   
醇            HO-R                  羟胺              H2N-OH
苯肼                    2,4-二硝基苯肼    
醛、酮的结构不同，亲核加成的难易也不同，通常与羰基碳所带正电荷的多少以及空间位阻的大小有关。由于烷基具有供电子诱导效应，导致羰基碳正电荷减少，通式烷基体积增大，不利于亲核试剂的进攻。因此酮的加成比醛困难。

1．与亚硫酸氢钠的加成
醛与部分酮（脂肪族甲基酮及8个碳原子以下的环酮）能与饱和亚硫酸氢钠发生加成反应。生成α-羟基磺酸钠。

α-羟基磺酸钠易溶于水，但不溶于饱和亚硫酸氢钠溶液，将醛或甲基酮与过量的饱和亚硫酸氢钠溶液混合在一起，很快就会有结晶析出，因此常用此反应来鉴别醛、酮。
2．与醇的加成
醛与醇在干燥氯化氢的催化下，发生加成反应，生成半缩醛。

开链半缩醛通常不稳定，能继续与另一分子醇作用，失去一分子水生成缩醛。缩醛对氧化剂、还原剂、碱性溶液均相当稳定，但在酸性溶液中则可以水解生成原来的醛和醇。
环状半缩醛较稳定，如开链式葡萄糖分子发生分子内亲核加成生成稳定的环状葡萄糖（见糖类化学）。
酮在同样情况下不易生成缩酮。但是环状的缩酮比较容易形成。
3．与氨的衍生物的加成
醛、酮与氨的衍生物生成含碳氮双键的化合物，其反应通式如下：

醛、酮与羟胺、肼、2，4-二硝基苯肼等试剂作用，生成的化合物如下：

上述加成产物一般为固体结晶，常用于鉴别醛、酮。尤其是2，4-二硝基苯肼，几乎能与所有的醛、酮迅速反应，生成有色的2，4-二硝基苯腙，易观察。
临床诊断急性肝炎时，常用2，4-二硝基苯肼与丙氨酸氨基转移酶（ALT/GPT）的产物丙酮酸（含羰基）作用，在碱性条件下生成红棕色苯腙，进而检测ALT/GPT酶活性大小。

（二）α-氢原子的反应
醛、酮分子中与羰基直接相连的碳原子称α-碳原子，连在α-碳原子上的氢原子称α-氢。受到羰基极性的影响，α-碳原子的C-H键极性增大，α-氢活泼，容易发生醇醛缩合反应和卤仿反应。
1．卤代与卤仿反应
醛或酮与卤素反应时，α-氢原子被卤素取代，生成卤代醛或酮；反应继续进行时，可生成二卤代物和三卤代物。
乙醛或甲基酮与卤素的氢氧化钠溶液（次卤酸钠碱溶液）反应时，3个α-H都被卤素取代。生成的α-三卤代物在碱性溶液中不稳定，立即分解成三卤甲烷（俗称卤仿）和羧酸盐，此反应称为卤仿反应。如用碘的碱溶液，则生成碘仿。碘仿为难溶于水的黄色晶体，有特殊气味，易识别，所以碘仿反应可用以鉴别乙醛或甲基酮。

乙醛或甲基酮             α-三卤代物             卤仿            羧酸盐
2．醇醛缩合反应
在稀碱催化下，具有α-氢原子的醛分子之间相互作用，一分子醛的α-氢原子加到另一分子醛的羰基氧原子上，其余部分加到α-碳原子上，生成β-羟基醛类化合物，次反应称醇醛缩合反应。例如：

                                                        β-羟基丁醛
β-羟基醛的α-碳原子上若有α-氢原子，由于其同时受β-碳原子上的羟基和邻近羰基的影响，非常活泼，易脱水生成α,β-不饱和醛。

（三）还原反应
醛或酮在催化剂作用下可被还原为伯醇或仲醇。

（四）氧化反应（醛的特殊反应）
醛和酮最明显的区别是对氧化剂的敏感性。醛易被氧化剂氧化成羧酸，酮在同样情况下难被氧化。这是醛、酮化学性质的主要差别之一。常用的弱氧化剂有托伦（Tollens）试剂和班氏试剂等。
托伦试剂是由硝酸银溶液与氨水配制而成的无色银氨络合物溶液。

RCHO + 2Ag(NH3)2OH         RCOONH4  + 2Ag  + 3NH3 + H2O

此反应中醛被氧化成羧酸，而Ag+被还原析出，在试管壁上形成光亮的银镜，因此也称银镜反应。
班氏试剂由硫酸铜、碳酸钠和柠檬酸钠组成的混合溶液，班氏试剂与醛共热时，醛被氧化成羧酸，而二价铜离子则被还原为砖红色氧化亚酮沉淀。

                          蓝绿色                            砖红色
醛与以上氧化剂作用时，有明显的颜色变化或沉淀生成，酮则没有这些现象，因此常用这些试剂区别醛与酮。
临床上常用班氏试剂来检查尿液中是否存在葡萄糖。
第四节 羧酸及其取代酸
分子中含有羧基的化合物称为羧酸；羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或原子团取代后的化合物称为取代羧酸，取代羧酸主要包括卤代酸、羟基酸、酮酸和氨基酸，本章主要讨论羟基酸和酮酸。
一、羧酸
（一）羧酸的结构
羧酸的官能团是羧基（-COOH），结构通式为R-COOH（甲酸为HCOOH）。重要的羧酸有甲酸、乙酸、乙二酸、丁二酸、苯甲酸及高级脂肪酸（见脂类化学一章）等。
                               
甲酸           乙酸            乙二酸         丁二酸            苯甲酸

（二）羧酸的化学性质
羧酸的化学性质主要是由官能团羧基引起。羧基由羟基和羰基组成，但其化学性质不是羰基和羟基的简单加合。由于两者相互影响，使羟基氧原子上的电子云向羰基转移，羰基碳原子上的正电荷减少，不利于亲核试剂的进攻，所以羧酸一般不发生亲核加成反应。同时，由于羟基氧原子上电子云密度降低，使氢氧键的电子云更偏向氧原子，O-H键的极性增加，易电离出氢离子，故羧酸呈明显的酸性。因此羧酸具有两种基团相互影响特有的性质。

1．酸性
羧酸具有酸性，在水溶液中存在下列平衡：

羧酸多数是弱酸，pKa值在4～5之间，但酸性比碳酸（pKa=6.4）强，所以羧酸能分解碳酸盐。由于酚的酸性比碳酸弱，不能使碳酸盐分解，故利用这一性质可区别和分离羧酸与酚。
RCOOH  +  NaHCO3             RCOONa  +  CO2  +  H2O
当羧酸烃基上的氢原子被卤素、羟基、羧基等吸电子基取代后，由于吸电子诱导效应的存在，使羧酸的酸性增强，吸电子基与羧基距离越近，酸性越强。
2．羧基中羟基被取代的反应
羧酸中的羟基可以被其他原子或原子团取代，生成羧酸衍生物。例如：

羧酸分子中除去羟基后剩下的基团RCO-称为酰基。
（1）酯化反应
酸与醇脱水生成酯的反应叫做酯化。

（2）酰胺的生成
在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵，可以得到羧酸的铵盐。将固体的羧酸铵加热，分子内失去一分子水生成酰胺。

谷氨酰胺是血液中NH3的主要运输形式。

 谷氨酸                            谷氨酰胺
3．脱羧反应
羧酸脱去羧基的反应叫做脱羧。这个反应的结果是从羧基脱去CO2。

除甲酸外，一元羧酸较稳定，直接加热时难以脱羧，只有在特殊条件下才可发生，生成少一个碳的烃。例如：

生物体内发生的许多重要脱羧反应是在脱羧酶的作用下进行的。如：

乙酰乙酸             丙酮

草酰乙酸           丙酮酸
二、取代羧酸
取代羧酸分子中除了羧基还有其他的官能团，在性质上即保留各官能团的特征反应，又有不同官能团之间相互影响而产生的特殊反应。在此仅介绍羟基酸和酮酸。
（一）羟基酸
1．羟基酸的结构
羟基酸是分子中同时含有羟基和羧基两种官能团的化合物，可分为醇酸和酚酸两大类。例如：
羟基酸：                 
        乳酸         β-羟基丁酸          苹果酸             柠檬酸
酚酸：               
水杨酸                 没食子酸

2．羟基酸的化学性质
羟基酸兼有羟基和羧基的各种性质，还具有这两种官能团相互影响而引起的一些特殊性质。
（1）酸性
由于羟基的吸电子诱导效应，醇酸的酸性比相应的羧酸强，这种影响随着羟基与羧基的距离增加而逐渐减弱。例如：
CH3CH2COOH        HOCH2CH2COOH       CH3CH（OH）COOH
pKa     4.88                   4.51                    3.86
（2）氧化反应
羟基酸与氧化剂反应时，根据羟基所连的碳是伯碳还是仲碳原子，而有不同的反应产物。

（3）醇酸的特殊反应
醇酸受热易发生脱水反应，脱水产物因羟基与羧基的相对位置不同而异。
α-羟基酸受热时，发生分子间交叉脱水而成环状交酯化合物，例如：

β-羟基酸受热时，发生分子内脱水而生成α，β-不饱和羧酸。

例如体内葡萄糖代谢过程中2-磷酸甘油酸在酶催化下发生分子内脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸；柠檬酸在酶催化下发生分子内脱水反应生成顺乌头酸（详见糖代谢一章）。

γ-或δ-羟基酸受热时，发生分子内的酯化反应，生成五元或六元的环状内酯。

（二）酮酸
1．酮酸的结构
酮酸是一类分子中含有酮基和羧基两种官能团的化合物。例如：

丙酮酸           乙酰乙酸           草酰乙酸          α-酮戊二酸
以上酮酸是体内糖、脂肪和蛋白质代谢的中间产物。
2．酮酸的化学性质
酮酸既有羧酸的性质，又有酮基的典型反应，由于两个官能团的相对位置和相互影响不同，酮酸还有一些特殊性质。
（1）还原反应
酮酸中的酮基能被还原成相应的羟基酸，例如体内糖酵解过程中的丙酮酸还原为乳酸的反应。

丙酮酸                乳酸
（2）脱羧反应
α-酮酸与稀硫酸共热时，脱羧后的主产物是醛。

β-酮酸不稳定，受热时很容易脱羧成酮。

三、酮式-烯醇式互变异构现象
乙酰乙酸乙酯（CH3COCH2COOC2H5）的化学性质比较特殊，它一方面能与苯肼、亚硫酸氢钠起发应，表现出甲基酮的典型性质；另一方面，又可使溴的四氯化碳溶液褪色，与金属钠作用放出氢气，与FeCl3呈紫红色，表现出烯醇的性质。事实证明，乙酰乙酸乙酯是酮式和烯醇式两种异构体的混合物，并且在两种异构体之间不断地相互转变，处于动态平衡。把这种异构现象叫做互变异构。乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式异构称为酮式-烯醇式互变异构。

酮式-烯醇式异构体的互变平衡，是由于在羰基的影响下α-碳原子上的氢原子特别活泼，能质子化，并能在α-碳原子和羰基氧原子之间进行可逆转移而造成。
除乙酰乙酸乙酯外，某些糖、生物碱、嘧啶、嘌呤等化合物也能产生互变异构现象。
第五节 含氮有机化合物
含氮有机化合物通常是指分子中氮与碳直接相连所形成的化合物，如胺、酰胺、含氮杂环及生物碱等。许多含氮有机化合物存在于生物体内具有较强的生物活性。许多药物属含氮有机化合物。本节主要讨论胺、酰胺和含氮杂环。
一、胺
（一）胺的结构
胺可以看做是氨分子中的氢原子被烃基取代后的生成物，例如：
 
但要注意，这里的伯、仲、叔的含义与醇中的不同，它们分别是指氮原子上连有一个、两个或是三个烃基，而与连接氨基的碳是伯、仲还是叔碳原子没有关系。
此外，铵盐（NH4+X-）或氢氧化铵（NH4OH）分子中氮原子上的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物分别称为季铵盐和季铵碱。

季铵盐            季铵碱
仲、叔胺或季铵化合物分子中的烃基可以是相同的，也可以是不同的。
比较重要的胺及其衍生物有：
      [（CH3）3N＋CH2CH2OH  ] OH-
苯胺                     胆碱

肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺因分子结构中都有苯二酚（儿茶酚）结构，侧链上均有氨基，统称儿茶酚胺类。其中去甲肾上腺素和多巴胺是重要的神经递质，肾上腺素是具有调节作用的激素。
（二）胺的化学性质
在水溶液中呈碱性是胺的主要化学性质。这是由于胺和氮相似，其氮原子上有未共用电子对，易与水中的质子相结合，使OH-浓度增加，因而显碱性。

不同结构的胺，其碱性大小不同。胺的碱性一般为：脂肪胺＞氨＞芳香胺。
胺的碱性强弱主要受电子效应、空间效应及溶剂效应综合作用的影响。电子效应指烷基具有斥电子性，能增加氮原子上电子云密度而易接受质子；空间效应指氮原子上连接的烷基所占据的空间体积对氮原子上未共用电子对的屏蔽作用；溶剂效应指氮原子上烷基愈多，氮原子上所连接的氢原子就愈少，与水溶剂化作用也愈少，碱性就愈弱。以上因素共同影响的结果使脂肪胺的碱性大小为：仲胺＞伯胺＞叔胺＞氨。
芳香胺由于氮原子上未共用电子对与苯环π电子云形成P-π共轭体系，氮原子上电子云偏向苯环而降低与质子的结合能力。

仲胺       伯胺       叔胺    氨       苯胺
胺具有碱性，可与酸成盐。如局部麻醉药普鲁卡因制成盐后水溶性、稳定性增加。
普鲁卡因                                    盐酸普鲁卡因
二、酰胺
（一）酰胺的结构
酰胺是羧酸的衍生物。在结构上，酰胺可看作是羧酸分子中羧基中的羟基被氨基或烃氨基（-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。

（二）酰胺的化学性质
1．酸碱性
酰胺一般是近中性的化合物。酰胺分子中虽有氨基或烃氨基，但其碱性比氨或胺要弱得多。这是由于分子中氨基氮上的未共用电子对与羰基的π电子形成共轭体系，使氮上的电子云密度降低，因而接受质子的能力减弱。这时C-N键出现一定程度的双键性。

2．水解
酰胺在强酸、强碱或酶的作用下发生水解反应。

体内谷氨酰胺在酶催化下水解生成谷氨酸和NH3。

谷氨酰胺                      谷氨酸
（三）重要的酰胺——尿素
1．尿素的结构
尿素简称脲，可以看做碳酸分子中的两个羧基被两个氨基取代后的产物。

碳酸           尿素
尿素是哺乳动物体内蛋白质代谢的最终产物。许多含氮化合物在分解代谢过程中所释放的氨是有毒的，通过转变为无毒的尿素随尿排出而使血氨浓度降低。
2．尿素的化学性质
尿素具有酰胺的结构，有酰胺的一般化学性质。但因两个氨基连在一个羰基上，所以它又表现出某些特殊的性质。
（1）弱碱性
尿素分子中有两个氨基，其中一个氨基可与强酸成盐，故呈弱碱性。

尿素的硝酸盐、草酸盐均难溶于水而易结晶。利用这种性质，可从尿液中提取尿素。
（2）水解反应
尿素是酰胺类化合物，在酸、碱或尿素酶的作用下很易水解。

（3）缩二脲的生成及缩二脲反应
尿素是一种特殊的酰胺，它的两个氨基连在同一个羰基上，所以它又有与一般酰胺不同的性质。若将尿素加热到稍高于它的熔点时，则发生分子间缩合，两分子尿素脱去一分子氨而生成缩二脲。

缩二脲是无色针状晶体，难溶于水，能溶于碱液中。它在碱性溶液中与少量的硫酸铜（CuSO4）溶液作用，呈现紫红色，这个颜色反应叫做缩二脲反应。凡分子中含有两个或两上以上酰胺键（，肽键）的化合物如多肽、蛋白质等都能发生这种颜色反应。
三、含氮杂环
在环状有机化合物中，组成环的原子除碳原子外，还有其它非碳原子时，这类化合物称为杂环化合物。这些非碳原子叫做杂原子，常见的杂原子有氮、氧、硫。在此主要介绍与生物化学密切相关的含氮杂环化合物。
（一）吡咯及其衍生物
吡咯（pyrrole）为含一个氮原子的五元杂环，比较重要的衍生物有血红素、维生素B12等。
血红素的基本骨架是卟吩。卟吩是由4个吡咯环的α碳原子通过四个次甲基（-CH=）交替连接构成的大环。在4个吡咯环中间的空隙里，以共价键及配位键与二价铁离子结合，同时，4个吡咯环的β-位置还各有不同的取代基。其结构如下：
          
吡咯                卟吩                      血红素
血红素与蛋白质结合成血红蛋白，存在于红细胞中，在人体内输送氧气和二氧化碳。
（二）咪唑及其衍生物
咪唑为含两个氮原子的五元杂环，其结构是。
    组氨酸是蛋白质的基本氨基酸之一，其结构中含有咪唑环。组氨酸在体内脱羧酶作用下脱羧生成组胺。组胺具有扩张血管、降低血压和促进胃液分泌等作用。人体内组胺含量过多时会发生过敏反应。

组氨酸                               组胺
（三）吡啶及其衍生物
吡啶为含一个氮原子的六元杂环。比较重要的吡啶衍生物有烟酸、烟酰胺、异烟肼等。

烟酸和烟酰胺两者组成维生素PP。它们是B族维生素之一，体内缺乏时易引起癞皮病，主要症状是在皮肤裸露部位出现对称性皮炎。此外，烟酸还具有扩张血管及降低血胆固醇的作用。
异烟肼又叫雷米封(Rimifon)，为无色晶体或粉末。异烟肼具有较强的抗结核作用，是常用治疗结核病的口服药。
（四）嘧啶及其衍生物
嘧啶为含两个氮原子的六元杂环。比较重要的嘧啶衍生物有胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶，它们是核苷酸的组成成分。

上述嘧啶衍生物有酮式和烯醇式的互变异构现象。如尿嘧啶的互变异构：

（五）嘌呤及其衍生物
嘌呤是咪唑环和嘧啶环稠合而成的稠杂环。比较重要的衍生物有组成核苷酸的腺嘌呤和鸟嘌呤，以及它们在体内的代谢产物次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸。
       

次黄嘌呤               黄嘌呤                尿酸
尿酸为无色晶体，难溶于水，有弱酸性。代谢紊乱而致尿酸含量过高时，容易沉积形成尿结石。当血中的尿酸含量过高时，容易沉积在关节等处，导致痛风症。
上述嘌呤衍生物均有酮式和烯醇式的互变异构现象。如尿酸和黄嘌呤。
尿酸：

酮式                      烯醇式
黄嘌呤：
 
酮式                      烯醇式

 

本章提要
本章主要介绍了有机化合物的官能团及其化学性质。决定化学反应性质的原子或原子团称为官能团或功能基。常见的官能团有双键、三键（-C≡C-）、羟基（-OH）、醛基（-CHO）、羰基（＞C=O）、羧基（-COOH）、氨基（-NH2）等，这些官能团相对应的化合物分别称为烯烃、炔烃、醇/酚、醛/酮、羧酸和胺类。
烷烃可以发生卤代反应。烯烃和炔烃可以发生加成反应（加氢、加卤素等）。烯烃和炔烃可以被KMnO4氧化。苯的分子结构中环状闭合大π键的形成，使苯环具有特殊的稳定性，难加成、难氧化、容易发生亲电取代反应（卤代等）。萘、蒽、菲是稠环芳烃，结构与性质同苯相似。
醇的化学性质主要由它的官能团羟基决定，主要性质有：与金属钠反应生成醇钠；与无机含氧酸生成无机酸酯；醇分子内脱水生成烯烃，分子间脱水生成醚；伯醇氧化生成醛，仲醇氧化生成酮，叔醇一般不被氧化。酚是羟基直接与芳环相连的一类化合物，酚的主要化学性质有：弱酸性；与三氯化铁反应，含酚羟基的化合物一般均能与三氯化铁发生颜色反应，这也是具有烯醇式结构（-C=C-OH）化合物的通性；酚易发生亲电取代反应，易被氧化。
醛、酮都是含有羰基（C=O）的化合物。醛分子中的羰基碳至少与一个氢相连；而酮分子中的羰基碳则与两个烃基相连。通常把连有一个氢的羰基称为醛基（-CHO），醛基为醛的官能团；而把酮中羰基称为酮基，是酮的官能团。醛和铜结构的异同，表现在化学性质上有相同和不同之处。醛、铜都可以发生羰基的亲核加成，但酮比醛难反应；一般醛和部分酮（脂肪族甲基酮及8碳以下环酮）能与HCN、NaHSO3等发生加成反应；醛可与醇加成；醛和酮都能与氨的衍生物反应。醛和酮都可发生α-H卤代，其中碘仿反应常用来鉴别乙醛和甲基酮。具有α-H的醛可以发生醇醛缩合。醛、酮均可以被还原为相应的醇；醛可以被弱氧化剂（Tollens试剂和班氏试剂等）氧化，用于醛的鉴别。
羧酸的结构通式为RCOOH，官能团是羧基（-COOH）。羧酸具有酸性，能与碱作用生成盐和水；羧酸与醇反应生成酯（RCOOR/）。羟基酸可分为醇酸和酚酸。由于-OH和-COOH的相互影响而具有特殊的性质：醇酸受热易脱水。酮式-烯醇式互变异构：乙酰乙酸乙酯中存在酮式和烯醇式两种异构体的互变平衡，烯醇式异构体可以使三氯化铁显色。
胺可以分为：脂肪胺、芳香胺；伯胺、仲胺、叔胺；季铵盐、季铵碱。胺的化学性质包括碱性、酰化反应等。胺的碱性顺序为：季铵碱＞脂肪胺＞氨＞芳香胺，脂肪胺中以仲胺碱性最强。酰胺是氨或胺分子中的氢原子被酰基取代后的产物。酰胺一般近中性，在酸、碱、酶作用下可水解。尿素具有弱碱性，能发生水解反应，加热生成缩二脲，缩二脲在碱性溶液中于CuSO4作用显紫色。含氮杂环重要的衍生物有血红素、维生素PP、嘧啶和嘌呤碱等。

复习思考题
1.简述下列名词：官能团、酯化反应、醇醛缩合反应、缩二脲反应
2.有哪些化学方法可用于不饱和键的鉴别？
3.鉴别醇与酚可采用何种化学方法？
4.班式试剂有哪些物质组成？
5.用化学反应式表示乙酰乙酸乙酯的酮式-烯醇式互变异构
6.为什么羧酸分子中C=O不能进行亲和加成反应？
7.比较下列化合物的碱性大小：甲胺、乙酰胺、苯胺、氨、二甲胺、三甲胺、氢氧化四甲胺
8.写出下列化学反应的主要产物

浓H2SO4，170 0C
(3) CH3CH2OH      

(4)

(5)

(6)

 

 

 

 

 

                
(18) 2NH2-CO-NH2

9.用简单化学方法鉴别下列化学物质：
（1）乙醇、苯酚、乙烯
（2）丙酮、丙醛、丙醇、丙烯
（3）苯甲醇、苯甲醛、环己酮、2-己酮
（4）3-甲基苯酚、苯酚、丙酮
（5）苯甲酸、苯甲醛、苯乙酮、苯甲醇、
（6）乙酰乙酸乙酯、水杨酸、α-羟基丙酸