醫(yī)用化學

內(nèi)容概要

　　《中國科學院教材建設專家委員會規(guī)劃教材·全國高等醫(yī)藥院校規(guī)劃教材：醫(yī)用化學》根據(jù)非臨床醫(yī)學專業(yè)教學基本要求，專為醫(yī)學生學習醫(yī)用化學基礎知識編寫，將化學知識與醫(yī)學有機結合。每章都有“在醫(yī)藥領域應用”一節(jié)，為學生繼續(xù)學習醫(yī)學基礎課和專業(yè)課奠定良好基礎。

書籍目錄

前言
第一章　溶液與溶膠
第二章　化學反應速率和化學平衡
第三章　電解質(zhì)溶液
第四章　化學熱力學基礎
第五章　氧化還原反應和電極電位
第六章　原子結構和共價鍵
第七章　配位化合物
第九章　鏈烴
第十章　環(huán)烴
第十一章　醇、酚和醚
第十二章　醛和酮
第十三章　羧酸、取代羧酸衍生物
第十四章　對映異構
第十五章　含氧和雜環(huán)化合物
第十六章　油脂和類脂
第十七章　糖類
第十八章　氨基酸和蛋白質(zhì)
第十九章　核酸
附錄
彩插　元素周期表

章節(jié)摘錄

版權頁：第一章溶液與溶膠溶液是指含有一種以上物質(zhì)的液體或固體，其中水溶液與人類的關系最為緊密。如人的組織間液、血液、淋巴液及各種腺體分泌液等都是溶液；人體內(nèi)的新陳代謝必須在溶液中進行；臨床上許多藥物常配成溶液使用等等。溶膠在自然界尤其生物界普遍存在，機體的組織和細胞中的基礎物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸、淀粉、糖原、纖維素等，都形成膠體；血液、體液、細胞、軟骨等都是典型的膠體系統(tǒng)。生物體的許多生理現(xiàn)象和病理變化與其膠體性質(zhì)密切相關。因此，掌握溶液和溶膠的有關知識對醫(yī)學及相關學科的學習是非常重要的。本章主要介紹與醫(yī)學關系極為密切的溶液知識――溶液的組成標度、溶液的滲透壓及膠體溶液。第1節(jié)分散系的分類在進行科學研究時，通常將一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中形成的系統(tǒng)稱為分散系統(tǒng)，簡稱分散系。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相，另一種容納分散相的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)。例如礦物分散在巖石中生成礦石，水滴分散在空氣中形成云霧，聚苯乙烯分散在水中形成乳膠，溶質(zhì)分散在溶劑中形成溶液等。醫(yī)學臨床上使用的生理鹽水和葡萄糖注射液都是分散系統(tǒng)，其中氯化鈉、葡萄糖是分散相，水是分散介質(zhì)。根據(jù)分散相粒子直徑的大小，可以把分散系分為真溶液、膠體分散系和粗分散系（表1-1），它們具有不同的擴散速度、膜的通透性和濾紙的通透性能。真溶液的分散相粒子小于1nm，粗分散系分散相粒子大于100nm，介于兩者之間的是膠體分散系。分子分散系又稱為真溶液，其中分散相與分散介質(zhì)以分子或離子的形式彼此混溶，沒有界面，是均勻的單相，分子半徑大小在10-9m以下，分散相粒子，相當于單個分子或離子的大小，如CuSO4溶液。膠體分散系是分散相粒子半徑在10-9～10-7m之間的體系。分散相中的每一個粒子都是由許許多多分子或離子組成的集合體，比單個分子或離子要大得多。雖目測是均勻的，但實際上是多相不均勻體系。從肉眼或普通顯微鏡來觀察膠體，與溶液一樣透明，二者幾乎沒有區(qū)別，但在高倍顯微鏡下可以發(fā)現(xiàn)，膠體中的分散相和分散介質(zhì)是不同的兩相。粗分散體系中分散相粒子大于10-7nm，目測是混濁不均勻體系，放置后會沉淀或分層。粗分散系統(tǒng)包括懸濁液和乳狀液。懸濁液是指分散相以固體小顆粒分散在液體中形成的多相分散系統(tǒng)，如黃河水、泥漿等都是懸濁液。乳狀液是指分散相以小液滴分散在另一種液體中形成的多相分散系統(tǒng)，如牛奶、某些殺蟲劑的乳化液等。第2節(jié)物質(zhì)的溶解度在一定條件（溫度、壓力）下，一定量的溶劑溶解溶質(zhì)達到飽和時，所含溶質(zhì)的量稱為溶解度。根據(jù)工作需要，溶解度有各種不同的表示法，通常用一定溫度下，100g溶劑形成飽和溶液時所溶解溶質(zhì)的質(zhì)量（單位為g）表示。如果沒有指明溶劑，通常所說的溶解度就是物質(zhì)在水里的溶解度。物質(zhì)溶解度的大小與很多因素有關，主要取決于溶質(zhì)和溶劑的本性以及外界的溫度和壓力。一、固體在液體中的溶解度溫度對固體物質(zhì)溶解度的影響，可以用實驗繪成的溶解度曲線來表示。用縱坐標表示溶解度，橫坐標表示溫度，根據(jù)物質(zhì)在不同溫度時溶解度數(shù)據(jù)，可以繪出溶解度隨溫度變化的曲線，叫做溶解度曲線。常見的幾種固體鹽類在水中的溶解度曲線見圖1-1。從圖1-1中可見，大多數(shù)固體物質(zhì)的溶解度隨溫度升高而增大。極少數(shù)物質(zhì)如醋酸鈣的溶解度，隨溫度的升高反而減小。少數(shù)固體物質(zhì)溶解度受溫度的影響很小，如NaCl，比較特殊的是硫酸鈉的溶解度曲線，有一個轉折點（約32.4℃）。在32.4℃以下，與飽和溶液呈平衡的固體是含結晶水的硫酸鈉Na2SO4?10H2O，其溶解度隨溫度升高增大。而在32.4℃以上，與飽和溶液呈平衡的固體是無水硫酸鈉Na2SO4，其溶解度隨溫度上升而減小。利用在不同溫度下物質(zhì)的溶解度不同這一性質(zhì)，可以對物質(zhì)進行提純以除去其中雜質(zhì)。在實際工作中，常將待提純物質(zhì)先加熱溶解于適當?shù)娜軇┲校蛊涑蔀轱柡突蚪咏柡偷娜芤?，趁熱濾去不溶性雜質(zhì)，然后將其冷卻，這時隨溫度降低，物質(zhì)的溶解度減小，將從溶液中析出結晶，而可溶性雜質(zhì)由于含量少，遠未達到飽和而留在母液中。最后過濾，使析出的結晶與母液分離而得到較純物質(zhì)。此操作稱為重結晶。二、氣體在液體中的溶解度氣體溶解度定義跟固體溶解度不同。由于稱量氣體的質(zhì)量比較困難，所以氣體物質(zhì)的溶解度通常用體積來表示，所以氣體的溶解度是指某氣體在壓強為101kPa和一定溫度時溶解在1體積的溶劑中達到飽和狀態(tài)時的體積。表1-2是一些常見氣體在水中的溶解度。從表1-2可以看出，溫度升高，氣體的溶解度減小。相同溫度下，不同的氣體在水中的溶解度相差很大，這與氣體及溶劑的本性有關。H2，O2，N2等氣體在水中的溶解度較小，因為這些氣體在溶解過程中不與水發(fā)生化學反應，稱為物理溶解。而CO2，HCl，NH3等氣體在水中的溶解度較大，因為這些氣體在溶解過程中與水發(fā)生了化學反應，稱為化學溶解。氣體在液體中的溶解，除與氣體的本性、溫度有關外，壓力對氣體的溶解度的影響也比較大。壓力和分壓的單位是帕（或帕斯卡，符號Pa），通常用千帕（符號kPa）表示。1、分壓定律混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和。這一定律稱為分壓定律。這種關系可用數(shù)學式表示。p＝p1+p2+p3+…（1-1）式中，p是混合氣體的總壓力，p1，p2，p3等是各組分氣體的分壓力?；旌蠚怏w中每一種氣體的分壓力，可由總壓力和該氣體在混合氣體中所占的體積百分數(shù)或摩爾分數(shù)的乘積來計算：p1＝p×（%V1）或p1＝p×x1（1-2）式中，p為氣體總壓力，%V1為氣體1的體積百分數(shù)，x1為氣體1的摩爾分數(shù)。例1-1人的肺泡氣總壓力為101.325kPa，37℃時，它的組成用體積百分數(shù)表示分別為：O2為13.4%，CO2為5.3%，N2為75%，H2O（蒸汽）為6.3%，試求各氣體在肺泡中的分壓。解：pO2＝101.325kPa×13.4%＝13.6kPapCO2＝101.325kPa×5.3%＝5.4kPapN2＝101.325kPa×75%＝76.0kPapH2O＝101.325kPa×6.3%＝6.4kPa2、亨利定律1803年亨利（Henry）從實驗中總結出一條規(guī)律，其內(nèi)容是：“在一定溫度下，氣體溶解達到平衡時，氣體在液體中的溶解度和氣相中該氣體的分壓成正比?！边@一規(guī)律稱為亨利定律。可用數(shù)學式表示：C＝Kp（1-3）式中，c為氣體在液體中溶解度，一般是指1kg水中溶解的氣體質(zhì)量（克）；p為液面上氣體的平衡分壓；K為常數(shù)，是該氣-液體系的特征常數(shù)。必須注意，亨利定律只適用于壓力不大（一般為202.3～303.9kPa）和溶解度很小的氣體。另外，亨利定律只適用于不與溶劑發(fā)生化學反應的氣體，即溶質(zhì)在氣相和液相中的分子狀態(tài)必須相同。例1-2在0℃，平衡壓力為303.9kPa，氧氣的溶解度為0.2085g/1000水，求在同溫度、平衡壓力為202.6kPa下氧氣的溶解度。解：由式（1-1）先求K值：K＝c/p＝0.2085/303.9＝0.000686（g/1000g水?kPa）對于一定氣體和溶劑，在一定溫度下，K是一個常數(shù)，與氣體的壓力無關。在平衡壓力為202.6kPa時，將K值代入式（1-1），則得在水中溶解度為：C＝Kp＝0.000686×202.6＝0.139（g/1000g水）亨利定律在醫(yī)學上有許多應用實例。例如，使用麻醉氣體時，氣體的分壓越大，則它在血液中的溶解度就越大。高壓氧氣艙的壓力為202.6～253.25kPa，比常壓為大，因此溶于病人血液的氧氣就越多。利用亨利定律還可以解釋潛水病，潛水員在深水時，水壓壓力大，氣體在人體血液中溶解度也大，上浮時，壓力減小，氣體的溶解度也隨之減小，這時溶解在人體的氮氣會形成小氣泡，影響人體血液循環(huán)甚至威脅生命。所以潛水員一般用氦空氣，因為氦氣的溶解度最小，同等壓力變化下溶解度變化也小。三、液體在液體中的溶解度一種液體在另一種液體中的溶解有三種情況：一是兩種液體完全互溶，如乙醇與水、甘油與水等。二是兩種液體部分互溶，如乙醚與水等。還有一種是兩種液體完全不溶，如苯與水、四氯化碳與水等。將兩種互不混溶的液體放在同一容器中，就會分成兩相，密度大的一相位于下層，密度小的一相位于上層。在一定溫度下，一種溶質(zhì)在相互接觸的兩種互不混溶的溶劑中，溶解達平衡時，溶質(zhì)在兩相中的濃度比是一個常數(shù)，這一定律稱為分配定律。表示如下式：cA/cB＝K（1-4）式中，cA、cB分別表示溶質(zhì)在溶劑A、B中的濃度；常數(shù)K稱為分配系數(shù)，它與溶質(zhì)和溶劑的本性、溫度及壓力有關。例如，將水和四氯化碳放在一起，加入少量碘，碘微溶于水、溶于四氯化碳。在這兩種液體中的溶解度差別很大。當溫度一定時，水中碘的濃度與四氯化碳中碘的濃度比是一個常數(shù)。利用化合物在兩種互不相溶或（微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉移到另外一種溶劑中，這個過程稱為萃取。萃取是一種常用的有效的提純、分離技術。第3節(jié)溶液的組成量度及計算溶液是由溶質(zhì)和溶劑組成的，溶液的性質(zhì)常常與溶液中溶質(zhì)和溶劑的相對含量有關。給病人輸液或用藥時，必須規(guī)定藥液的量度和用量。因為如果藥液過稀，就不會產(chǎn)生明顯的療效，但藥液過濃反而對人體有害，甚至會危及病員的生命安全。溶液的組成標度是用來表示一定量的溶劑或溶液中所含溶質(zhì)的量。其表示方法有許多種，醫(yī)學中常用的有以下幾種。一、物質(zhì)的量濃度溶液中某溶質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度，簡稱B的濃度，用符號cB或［B］表示。它的定義是cB＝nB/V（1-5）nB可通過B的質(zhì)量（mB）和摩爾質(zhì)量（MB）求算，即：nB＝mBMB（1-6）式（1-5）中：cB的SI單位為mol?m-3，醫(yī)學中常用mol?L-1、mmol?L-1、μmol?L-1等。式中，nB是溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，其單位是摩爾（mol）；V是溶液的體積，單位用升（L）表示。例1-3100ml正常人血清中含10.0mgCa2+，計算血清中Ca2+的濃度。解：根據(jù)式（1-5）及式（1-6）得：cCa2+＝nCa2+V＝mCa2+MCa2+V＝10．0×10-340．0×100×10-3＝2．50×10-3（mol?L-1）在計算cB時，應指明基本單元。同一溶液，若溶質(zhì)選取的基本單元不同，其物質(zhì)的量濃度也不同。例如，H2SO4的物質(zhì)的量濃度c（H2SO4）＝0.1mol?L-1，若選取1/2H2SO4為基本單元，則c（1/2H2SO4）＝0.2mol?L-1等。括號中的符號表示物質(zhì)的基本單元。二、質(zhì)量濃度物質(zhì)B的質(zhì)量濃度表示符號為ρB，定義為溶質(zhì)B的質(zhì)量（mB）除以溶液的體積（V），即：ρB＝mBV（1-7）式中，ρB的SI單位為kg?m-3，醫(yī)學中常用g?L-1、mg?L-1、μg?L-1等。在臨床生化檢驗中，凡是已知MB的物質(zhì)在體液內(nèi)的組成標度，原則上均應用cB表示；對于MB未知或尚未準確測得的物質(zhì)，則可用ρB表示。例如：人體血液葡萄糖含量正常值，過去習慣表示為70～100mg%，意為每100ml血液含葡萄糖70～100mg，按法定計量單位應表示為c（C6H12O6）＝3.9～5.6mmol?L-1。世界衛(wèi)生組織提議：在注射液的標簽上應同時寫明ρB和cB。如靜脈注射用氯化鈉溶液，ρNaCl＝9g?L-1，cNaCl＝0.15mol?L-1。ρB與cB之間的換算關系為：ρB＝cB?MB（1-8）例1-4100ml生理鹽水中含NaCl0.9g，計算生理鹽水的質(zhì)量濃度和物質(zhì)的量濃度。解：根據(jù)式（1-7）得：ρNaCl＝mNaClV＝0.9100×10-3＝9.0g?L-1根據(jù)式（1-8）得：cNaCl＝ρNaClMNaCl＝9.058.5＝0.15mol?L-1三、質(zhì)量分數(shù)物質(zhì)B的質(zhì)量分數(shù)表示符號為ωB，定義為物質(zhì)B的質(zhì)量（mB）與溶液的總質(zhì)量（m）之比，即：ωB＝mBm（1-9）式中，ωB的量綱為一，即單位為1，其值可用小數(shù)或百分數(shù)表示。使用時物質(zhì)B和溶液的質(zhì)量單位必須相同。如市售濃鹽酸中HCl的質(zhì)量分數(shù)為0.37或37%。例1-5將500g蔗糖（C12H22O11）和300g水，加熱配制成糖漿，計算該糖漿中蔗糖的質(zhì)量分數(shù)。解：根據(jù)式（1-9）得：ωC12H22O11＝mC12H22O11m＝500500+300＝0.625ωB是以質(zhì)量表征溶液的物理量，若與CB（以體積表征溶液的物理量）進行換算時，需借助可以給出溶液質(zhì)量和體積關系的物理量――密度（ρ），密度值可直接測定，也可查閱有關手冊。但一定要注意密度（ρ）和質(zhì)量濃度ρB的區(qū)別。例1-6市售濃硫酸的密度為1.84kg?L-1，H2SO4的質(zhì)量分數(shù)為98%。計算cH2SO4為多少mol?L-1？解：設溶液體積為V升，根據(jù)式（1-5）及式（1-6）得：cB＝nBV＝mBMBV而mB＝VρωB所以cB＝mBMBV＝VρωBMBV＝ρωBMB將ρ＝1.84×103g?L-1，ωB＝98%，MH2SO4＝98g?mol-1代入上式得：cH2SO4＝1.84×103×98%9818.4mol?L-1四、體積分數(shù)物質(zhì)B的體積分數(shù)表示符號為φB，定義為相同溫度和壓力時，B的體積（VB）與溶液總體積（V）之比，即：φB＝VBV（1-10）式中，φB的量綱為一，即單位為1，其值也可用小數(shù)或百分數(shù)表示。如臨床用消毒乙醇溶液中C2H5OH的體積分數(shù)為0.75或75%。φB常用于溶質(zhì)為液體的溶液，近似計算時忽略混合過程產(chǎn)生的體積變化。例1-7配制500ml消毒用乙醇溶液（φB＝0.75），需無水乙醇多少毫升？解：根據(jù)式（1-10）得：VB＝φB?V＝0.75×500＝375（ml）量取無水乙醇375ml，用水稀釋至500ml即可制得消毒用乙醇溶液。

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