15-2 天然聚合物

15-2 天然聚合物

一、橡膠 二、糖及澱粉、纖維素
三、蛋白質與酵素  

一、橡膠 [return]

1.    天然橡膠來源:橡膠樹

2.    採取與處理

3.    天然橡膠的結構與性質

(1)     單體:異戊二烯 (2-甲基-1,3-丁二烯)

(2)     聚合物:聚(順)異戊二烯

(3)     性質:分子量約為300000,軟且彈性不大的物質

 

4.    加硫橡膠

(1)     天然橡膠加硫(約8﹪)後,才有彈性,稱為加硫橡膠
結構


(2)     用途:利用其彈性、延伸性及化學耐性。最常見的製品有汽車內外胎、雨衣、雨鞋、地磚、襯套、絕緣子、橡皮管、手套及鉛筆橡皮

<Note>硬橡膠:若使用大量的硫(30~50﹪)則成為一種不會變形的材料稱為硬橡膠,用於製造鈕扣、鋼筆桿、蓄電池貯和電器絕緣物

(3)     硫化前處理

 

二、糖及澱粉、纖維素 [return]

1.    糖與醣

(1)     醣:醣是多羥基醛或多羥基酮和它們的衍生物或聚合物的總稱

單醣:不能水解之最簡單的醣稱之,如葡萄糖、果糖、半乳糖

雙醣:水解而能得到兩分子單醣的醣稱為雙醣,如麥芽糖、蔗糖、乳糖

ƒ多醣:水解後可產生很多分子單醣的醣稱之,如澱粉、纖維素

(2)     糖:個別的醣稱之某糖,如葡萄糖、蔗糖等

雙醣及單醣皆可以個別結晶,溶於水具有甜味,故稱為糖

多醣無法個別結晶,且不溶於水,無甜味,故不屬於糖(但屬於醣)

2.    單醣:葡萄糖、果糖、半乳糖(每分子含5個羥基)

(1)     葡萄糖C6H12O6

結構

<含有一個醛基(-CHO)及五個羥基(-OH)之醛醣>

<Note>α-葡萄糖:在環狀結構中第一個C與第二個C上的OH在同側
β-葡萄糖:在環狀結構中第一個C與第二個C上的OH在異側

 

製備:澱粉與稀硫酸共熱,水解而得
                        H
+
HO(C6H10O5)nH + (n-1)H2O→nC6H12O6

                       

ƒ存在

Œ甜的水果

血糖:存於血液中之葡萄糖稱為血糖
血糖過多:血糖濃度必須維持定值(約血液每1mg/mL),過多則成糖尿病
血糖過少:葡萄糖為腦的重要元素,過少會發生休克

反應與性質

Œ性質:白色結晶,有五個羥基,可形成氫鍵,易溶於水,有甜味,但不如蔗糖

還原醣之檢驗
斐林試液、多侖試液、本氏檢驗,醫學上常用上述反應,以檢查病患者之尿中是否含有葡萄糖

Ž葡萄糖可於溴水或次溴酸根離子反應生成葡萄糖酸(BrO-只氧化醛基而不能氧化羥基)

(2)     果糖C6H12O6

結構:第二號碳上有一個酮基(C=O)及五個羥基(-OH)之酮醣

<水溶液中以環狀佔優勢>

製備

ƒ反應與性質

Œ性質:甜度約為蔗糖的兩倍
果糖為一酮糖,分子中含一個酮基及五個羥基,可與水形成氫鍵,易溶於水。甜度較葡萄糖、蔗糖為大

還原醣:果糖雖為酮醣,仍有斐林、多侖及本氏液的反應
由於果糖中具有α-氫原子,此α-氫原子酸性較大,易形成酮-烯醇互變。而於還原醣檢驗中,具有的酮醣溶於鹼性溶液,則酮醣、烯醇式、醛醣間達成一平衡,故具有還原性

 

(3)     半乳糖C6H12O6

結構

<Note>與葡萄糖的差別僅在第四號碳上-OH基所接之方向不同

製備

ƒ反應與性質

Œ反應:半乳糖為還原醣,故具有和斐林、多侖、本氏液反應之特性

半乳糖為腦組織的一種成份,故為重要的營養素
母乳的乳糖含量高於牛乳,故宜以母乳哺乳

3.    雙醣(C12H22O11):蔗糖、麥芽糖及乳糖(每分子含8個羥基)

(1)     蔗糖

結構

 

 

 

 

 

性質

Œ葡萄糖與果糖各具有5個羥基,結合成蔗糖時破壞2個,故一分子蔗糖中具有8個羥基。由於這些羥基可以與水生成氫鍵,故單醣與雙醣皆易溶於水

蔗糖不具還原性,不與奜林、多侖試液作用,非還原糖
因所連接之C原子為葡萄糖之C1與果糖之C2原子,正好為醛基與酮基之位置,故蔗糖失去還原性

Ž蔗糖水解之後產生葡萄糖與果糖
蔗糖在稀酸中水解產生葡萄糖與果糖,稱為蔗糖之水解或轉化
<葡萄糖與果糖合稱轉化糖>

蔗糖約比乳糖甜六倍比麥芽糖甜三倍,較葡萄糖略甜,但只有果糖之半倍甜味

 

(2)     麥芽糖:2葡萄糖→麥芽糖+水

結構

 

 

 

 

 

 

性質

Œ麥芽糖為澱粉水解之部份產物,用於糖果或作為食品添加劑,為蔗糖之異構物

純者為白色針狀結晶,易溶於水,甜味不及蔗糖

Ž與稀酸共熱可水解產生二分子葡萄糖

為還原醣。因兩分子之葡萄糖分別以C1與C4脫水相連而成麥芽糖,仍保有一個醛基

 

(3)     乳糖(Lactose):葡萄糖半乳糖→乳糖+水

結構

 

 

 

 

 

 

性質

Œ存在於動物乳中之主要醣類

屬於還原醣。因仍保有葡萄糖的醛基之性質

Ž它是腦組織中的一種成份,故為重要營養素此為母乳優於牛奶的理由之一

4.    多醣類:澱粉、纖維素(含有3n+1個羥基,為聚酯類)

(1)     澱粉

化學式:HO(C6H10O5)nH,通常寫為(C6H10O5)n

結構:澱粉為α-葡萄糖組成,故為同元多醣

Œ直鏈澱粉

 

 

分支鏈澱粉

 

 

 

ƒ性質

Œ澱粉為植物藉陽光進行光合作用,利用二氧化碳於水合成的一種白色顆粒,儲存於植物細胞中

澱粉碳鏈較短者(分子量約4000)的部份可溶於水,碳鏈較長或有支鏈者難溶,但在水中烹煮時,會脹裂成漿糊

Ž在稀酸中水解可得α-葡萄糖

在體內之消化過程
+脂質+蛋白質

(2)     纖維素

化學式:HO(C6H10O5)nH,通常寫為(C6H10O5)n

存在:纖維素為多種植物細胞壁的主要成份,用以增加根、莖、枝桿、葉脈的堅硬度。纖維素至少佔植物乾體重30﹪,棉花幾乎是純的纖維素

ƒ結構

Œβ-葡萄糖縮合而成的同元多醣



 

 

 

 

性質

Œ由於結構與澱粉不同,故不為人體消化酉每所分解,但能幫助腸胃蠕動,增進腸胃健康

在反芻動物(如牛、羊)的瘤胃中有些細菌具有能分解纖維素的酉每,能將纖維素分解,以供反芻動物利用

Ž澱粉與纖維素均無還原性

纖維素具有很強的分子間氫鍵,不溶於水,又只能與極少數的化學品反應(所以濾紙在實驗室中可用來過濾各種沈澱物)

纖維素和某些強酸或強鹼作用,性質會變硬
如紙張浸於硫酸後再用水清洗而製得質硬而防水、防油的硫酸紙,俗稱羊皮紙

用途

Œ纖維素是一種很有用的化學物質。廣用於纖維素工業(如:建材、製紙、賽璐珞、人造絲、塗料等)

製造炸藥:硝酸纖維素,纖維素以硝酸及硫酸處理而得

Ž製造塑膠:賽璐珞是一種最早製得的塑膠材料

 

三、蛋白質與酵素 [return]

1.    存在與組成

(1)     蛋白質是生物體中(動、植物細胞)的重要組成物質

(2)     存在於我們的身體(包括肌肉、毛髮、指甲和皮膚)的大部分物質是蛋白質

(3)     組成蛋白質的小分子是α-胺基酸,常見約二十種

(4)     蛋白質是由許多的α-胺基酸藉月太鍵(又稱醯胺結合)連結而成之聚醯胺類

 

2.    單體:α-胺基酸

(1)     通式:因同時具有有機鹼的-NH2及有機酸的-COOH等官能基,故為兩性物質

(2)     最簡單的α-胺基酸為甘胺酸(或胺基乙酸):

<Note>家庭最常用的調味品味精是麩胺酸(一種胺基酸)的鈉鹽,俗稱麩胺酸鈉
結構:

(3)     鍵結:月太鍵(或稱:醯胺鍵),胺基酸分子的-COOH與-NH2官能基進行脫水聚合處

二月太的形成:由二個胺基酸分子縮合可得二月太

<Note>三個胺基酸分子縮合得三月太

多月太的形成:由多個胺基酸縮合而成多月太

 

3.    蛋白質

(1)     以分子量區分

多月太:分子量約小於5000(50個胺基酸殘基)

蛋白質:分子量大於5000以上,高可達百萬,胰島素為最小的蛋白質(分子量5733)

(2)     胺基酸順序

意義:蛋白質分子中胺基酸殘基排列的順序稱為胺基酸順序

胺基酸順序用以表示蛋白質的特性,含不同胺基酸殘基或含相同胺基酸殘基而順序不同,皆成為不同的蛋白質

(3)     蛋白質的結構
蛋白質月太鏈中羰基的氧和醯胺基的氮會有很多氫鍵存在,故蛋白質的月太鏈不會是單純的直鏈

α-螺旋結構

Œ蛋白質鏈會由於產生很多氫鍵而纏繞成α-螺旋結構

蛋白質受熱後,由於氫鍵裂斷,其α-螺旋結構被破壞,而喪失其緊密結構

Žα-螺旋結構是毛皮、蹄角和羽毛的蛋白質主要結構

 

 

β-摺板結構
β-摺板結構是蠶絲中纖維蛋白的主要結構,由於氫鍵產生多月太鏈間,使得一些多月太鏈聯在一起成纖維狀

 

4.    酉每(又稱酵素)

(1)     意義:酉每是生物的催化劑

(2)     組成:酉每的本質是蛋白質,有些為簡單的蛋白質,大部分為拼合蛋白質
拼合蛋白質(具有活性)= 酉每蛋白(簡單蛋白質) + 輔酉每(非蛋白質) (或輔基)

<Note>酉每蛋白和輔基拼合在一起才有酉每的活性

(3)     性質

酉每具有特異性

酉每的催化效力非常大,只要非常微量,便能催化大量受質起反應

ƒ酉每催化作用易受溫度之影響(大致在35~55℃最適宜)

酉每催化作用易受pH值之影響<因蛋白質為兩性物質>

無論酉每分子如何龐大,但其表面上只有某少數「基點」可與受質發生作用,這些基點特稱為「活化中心」