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Chapter 5 生活中的物質

Chapter 5 生活中的物質. 5-1 食品與化學 5 -2 衣料與化學 5 -3 材料與化學 5 -4 藥物與化學. 5-1 食品與化學. 5-1-1 　醣. 醣是甚麼呢？ 係由 C 、 H 、 O 三種元素所組成的有機化合物，通式為 Cx(H 2 O)y 其中 x 、 y 皆為整數，且 x  3 ；因此又稱為 碳水化合物 ，但並非真的含水化合物。 醣類分子中含有醛基的稱為 醛糖 (aldose) ，具有還原性；而含有酮基者稱為 酮醣 (ketose) ，不具還原性。 人體主要的能量來源是醣類。一克的醣類氧化可提供約 四仟卡 的熱量。.

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Chapter 5 生活中的物質

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  1. Chapter 5 生活中的物質 5-1食品與化學 5-2衣料與化學 5-3材料與化學 5-4藥物與化學

  2. 5-1 食品與化學 5-1-1　醣 • 醣是甚麼呢？ • 係由C、H、O三種元素所組成的有機化合物，通式為 Cx(H2O)y 其中x、y皆為整數，且x  3；因此又稱為碳水化合物，但並非真的含水化合物。 • 醣類分子中含有醛基的稱為醛糖(aldose)，具有還原性；而含有酮基者稱為酮醣 (ketose)，不具還原性。 • 人體主要的能量來源是醣類。一克的醣類氧化可提供約四仟卡的熱量。

  3. 醣類一般可分成三類： • 單醣類(monosaccharides)： • 葡萄糖 (glucose, )、果糖 (fructose, ) • (2)雙醣類(disaccha­rides)： • 蔗糖 (sucrose, )、麥芽糖 (maltose, )、 • 乳糖 (lactose, )； • (3)多醣類(polysaccharides)： • 澱粉 [starch, ]、纖維素 [cellulose, ]、 • 肝醣 [glycogen, ]。

  4. (1)單醣(Monosaccharides)： • 為一個基本單位 (單體) 的醣類 • 最多的單醣是六碳醣(hexose，己醣 ) • 最重要的單醣是葡萄糖及果糖

  5. 葡萄糖 (glucose) • 分子式為 C6 H12 O6 • 分子中具有醛基 (－CHO)是種醛醣 (aldose) • 具有還原性 • 多倫或斐林試劑來檢驗病患之尿中是否含葡萄糖 • 其結構有鏈狀和環狀二種(如圖5-1) • 澱粉、蔗糖、乳糖等水解後，均可得到葡萄糖 • 存在於人體血液中的葡萄糖稱為血糖 • 葡萄糖水溶液可以點滴注入病患的靜脈中 • 葡萄糖在體內燃燒後，會生成二氧化碳和水， • 並放出熱量，作為生物體活動所需之能量 • 葡萄糖發酵後，會轉變成酒精

  6. 圖5-1　葡萄糖的結構

  7. 果糖 (fructose) • 分子中具有羰基 • 是種酮醣 (ketose) • 果糖會和斐林試劑反應 • 果糖比葡萄糖甜 • 果糖可當作糖尿病患的甘味料

  8. (2)雙醣類 (disaccharides) • 是由二分子單醣失去一分子水所形成的醣類 • 雙醣類在稀酸的催化下，容易水解成二分子的單醣 • 主要的雙醣有蔗糖 (sucrose)、乳糖 (lactose) • 分子式C12 H22 O11

  9. 蔗糖 (sucrose) • 由一分子葡萄糖和一分子果糖脫去一分子縮合而成的雙醣 • 又稱為食糖 (table sugar) • 外觀為無色或白色結晶 • 高濃度的蔗糖可當作食品的防腐劑 • 可因發酵而產生酒精

  10. 蔗糖的結構及水解反應

  11. 麥芽糖 (maltose) • 由澱粉或糊精經麥芽糖酵素(maltase) 作用，加水分解所生成的 • 由兩分子的葡萄糖縮去一分子的水而成 • 外觀呈白色針狀結晶 • 加熱即成飴狀物，俗稱飴糖 • 具有止咳功能，常用於止咳糖漿的成份中

  12. 麥芽糖結構及水解表示

  13. 乳糖 (lactose) • 在哺乳類動物的乳汁中發現的雙醣 • 水解可生成一分子葡萄糖和一分子半乳糖(galactose) • 易受乳酸菌作用，發酵為乳酸 • 最甜的是果糖，其次蔗糖，接著是葡萄糖、麥芽糖，乳糖的甜度最低

  14. 乳糖結構及水解表示

  15. (3)多醣類 • 分子較大，由許多個單醣分子縮合聚合而成 • 分子式可表示為 (C6H10O5)n • 多醣的種類多，較重要的有澱粉 (starch)、纖維素 (cellulose)、肝醣 (glycogen)

  16. 澱粉 (starch) • 植物藉葉綠素 (chloropyll) 行光合作用 (photosynthesis)的產物 • 由- 葡萄糖縮合聚合而成 • 為生物體所必須吸收的養分 • 可經酸分解製取葡萄糖或酒精

  17. 澱粉不溶於水 • 胃中的澱粉酶(amylase)會將澱粉水解成 葡萄糖

  18. 纖維素 (cellulose) • 葡萄糖分子縮合而成的高分子量天然聚合物 • 分子量比澱粉大 • 纖維素不能為人體的消化酶消化 • 草食性動物的胃能把纖維素水解成葡萄糖 • 不溶於水 • 植物細胞壁的主要成分 • 水果和蔬菜中皆富有纖維素

  19. 肝醣 (glycogen) • 存在於動物體內 • 分子量較澱粉小 • 又稱為動物澱粉 • 肝醣儲存在人體的肝臟或肌肉中 • 人體的葡萄糖儲備倉庫

  20. 5-1-2　蛋白質 • 什麼是蛋白質 (protein)? • 多種不同 胺基酸 (amino acid) 為單體的長鏈 狀高分子量的天然縮合聚合物 • 胺基酸的結構中含有一個胺基和一個羧基 • R的結構不同而成為不同的胺基酸 • 自然界中的胺基酸有二十多種

  21. 1.R為烴基： Glycine (Gly) 甘胺酸 Alanine (Ala) 丙胺酸 Valine (Val) 纈胺酸 表5-1　天然胺基酸 Leucine (Leu) 白胺酸 Isoleucine (Ile) 異白胺酸

  22. 2.R含羥基： Serine (Ser) 絲胺酸 Threonine (Thr) 蘇胺酸 3.R中含硫： Methionine (Met)甲硫丁胺酸 Cysteine (Cys)半胱胺酸

  23. 4.R具酸性： Aspartic acid (Asp)天門冬酸 Asparagine (Asn)醯胺天門冬酸 Glutamine (Gln)麩醯胺 Glutamic acid (Glu)麩胺酸

  24. 5.R具鹼性： Arginine (Arg)魚精胺酸 Hydroxylysine (Hly)羥離胺基酸 Histidine (His)組織胺酸 Lysine (Lys)離胺酸

  25. 6.R中含苯環： Phenylalanine ( Phe )苯丙胺酸 Tyrosine ( Tyr )酪胺酸 Tryptophan ( Trp )色胺酸

  26. 7.二級胺基酸類： Proline ( Pro )咯啶甲酸 Hydroxyproline ( Hyp )羥咯啶甲酸

  27. 蛋白質的結構 • 胺基酸是構成蛋白質的單體 • 胺基酸中的胺基與另一胺基酸中的羧基脫水而形成 醯胺鍵 (amide bond)或稱胜肽鍵(peptide bond) • 多個胺基酸以醯胺鍵聚合成長鏈，叫做多肽(polypeptide)， • 每個蛋白質則由一至二個多肽鏈所構成 • 分子量小於5000者稱多肽 • 分子量大於5000者才稱蛋白質 • 人體組織的成長、代謝過程均需要攝取蛋白質 • 一克的蛋白質可產生四仟卡的熱量

  28. 肽 肽 圖5-3　多肽 (polypeptide) 的形成

  29. 圖5-4 蛋白質中肽鍵 ( 醯胺鍵 ) 的立體結構，其中 綠色表示R基，黑色表碳原子、藍色表示氮原子， 紅色表示氧原子，灰色表示氫原子。

  30. 圖5-5 多肽鍵的立體結構， 其中各原子顏色表示 如圖5-4的說明。

  31. 蛋白質的分類 • 動物性蛋白質： (1)有不溶性的纖維蛋白(如：皮膚、羽毛、爪甲、 肌肉、蹄等蛋白質) (2)可溶性的球蛋白，大多溶於細胞質中(如：組 成多種酶及激素的蛋白質 • 植物性蛋白質： (1)植物種子的主要成分 (2)酵母和綠藻中含有大量植物性蛋白質

  32. 蛋白質的性質 • 當蛋白質受熱，遇到強鹼或強酸，則發生不可 逆的反應，稱為蛋白質的變性 • 蛋白質碰到硝酸則產生黃色沉澱，此為黃蛋白 試驗 • 蛋白質遇到銀、汞、鉛……等重金屬的鹽類， 則產生沉澱 • 重金屬中毒時，可服用生蛋白、鮮乳當作解毒 劑

  33. 酶的性質 • 酶 (enzyme，又稱酵素 ) 是分子量約為100,000 的蛋白質屬於生物的催化劑 • 人體中大部分的化學反應，均必須靠酶催化 • 酶具有特異性(specificity)，一種酶通常催化 一種特定反應，且其催化作用受反應的環境因素 (濃度) • 酶的催化能力很強，只要極微量便能起催化作用

  34. 5-1-3 油　脂 • 油脂(oil and fat) • 動植物內重要的成分 • 結構為三分子的長鏈脂肪酸 和一分子的丙三醇 ( 甘油 ) 化合而成的脂肪酸甘油酯 • 在常溫下為固體的油脂，稱為脂肪 (fat)，如豬脂，主要存在 於動物體內，大都為飽和脂肪酸甘油酯。 • 常溫下為液體者，稱為油 (oil)，如葵花油，主要存在於植物 組織中，大都是不飽和脂肪酸甘油酯

  35. 油脂的性質 • 動物的脂肪含飽和脂肪酸，安定性較高且較具香味 • 植物油含大量不飽和脂肪酸，易被氧化而發惡臭並呈酸性， 此稱為油脂的酸敗 • 以鎳粉為催化劑，加氫於油類使成為飽和脂肪酸甘油酯而 硬化，此過程稱為油脂的氫化 (hydrogenation of oil) • 油脂廣用於製肥皂、蠟燭、油墨及化妝品 • 食物中以脂肪所提供的熱量為最高，每克脂肪氧化可產生 9.4仟卡的熱量 • 冬天應多攝取油脂類食物，可增加體溫

  36. 5-1-4　礦物質 • 人體對礦物質的需求量不多，但卻不可缺乏 • 鈣、磷為人體牙齒、骨骼的構成元素 • 血紅素的分子中含有鐵元素，缺乏鐵分會引起貧血 • 鎂為植物葉綠素中的成分 • 碘是甲狀腺激素的成分 • 缺乏礦物質，會引起人體的不適

  37. 5-1-4　維生素 (vitamins) • 少數的維生素能在體內合成外，大部分皆須由食物 中攝取 • 功能是參與人體的新陳代謝，作為酶的輔助劑 • 人體對維生素的需求量甚微，屬微量營養素 • 缺乏某種維生素，會引起某種生化機能的障礙 最後產生細胞疾變甚至死亡 • 維生素A、D、K吃多了反而對人體之機能有害；特別 是維生素D攝取過量時，甚至有致死之虞

  38. 名稱 生理功能 食物來源 缺乏症 維生素A(Retinal)( 硫胺 ) 促進牙齒、骨骼、表皮和視力的發育及生長 魚肝油、動物肝臟及胡蘿蔔 夜盲症、視力減退、乾皮症、牙齒發育不全 維生素B1(Thiamine) 輔酶、促進發育 糙米、胚芽、豆類、乳類、蛋黃 腳氣病、神經疾病、食欲不振 維生素B2(Riboflavin) ( 核黃素 ) 氧化還原之輔 動物臟器 ( 心、肝、腎 )、牛奶、蔬菜 口角炎、舌炎掉髮、畏光、皮膚損害 維生素C(Ascorbic acid)( 抗壞血酸 ) 參與體內氧化還原反應、和腎上腺類固醇激素的合成有關 蕃茄、草莓、檸檬、橙、橘、菠菜 壞血病、牙齒或骨骼之成長不良 維生素D 參與磷酸鹽及鈣之代謝 魚肝油、牛乳、蛋黃 軟骨病、齲齒 維生素E(Tocopherol) 維持肌肉之機能、具抗氧化作用、維持生殖功能 胚芽油、黃豆油、蛋黃、肉類 不孕症、肌肉萎縮、溶血性貧血 維 生 素 K 凝血作用 菠菜、乳酪、蛋黃、牛乳 皮下出血、不易凝血 表5-2　重要的維生素 名稱 生理功能 食物來源 缺乏症

  39. 5-2 衣料與化學 • 5-2-1 天然纖維 • 天然纖維可分為植物纖維及動物纖維 (1)植物纖維 • 常見的植物纖維有棉、大麻、亞麻 • 主要成分為纖維素 • 屬天然聚合物其分子結構重複單元為 C6H10O5 • 棉是人類最早用來製作衣物的布料 • 棉製衣物的質感柔軟可保暖，且穿起來舒服透氣 • 燃燒植物纖維時的氣味與燃燒紙張的氣味相同

  40. (2)動物纖維 • 常見的動物纖維有蠶絲和羊毛 • 主要成分為蛋白質 • 質感柔軟不易皺，具美麗光澤，且保暖佳易染色的特色 • 應避免使用含氯的漂白劑做漂白 • 可使用稀釋的雙氧水來漂白 • 羊毛纖維分子結構上是利用硫原子作為分子間結合的橋 樑，以致於羊毛的韌性比棉和蠶絲都來的大 • 燃燒動物纖維時的氣味如同燃燒毛髮產生的臭味

  41. 5-2-2 人造纖維 • 人造纖維可分為再生纖維及合成纖維 (1)再生纖維 • 將植物纖維溶解後再抽成絲狀而成， • 又稱「人造絲」有如同蠶絲般的光澤，例如嫘縈 • 有吸水性佳易染色的特色 • 有不易傳熱及不耐拉扯的缺點

  42. (2)合成纖維 • 用石油為原料 • 利用聚合反應而製成的纖維狀聚合物 • 常見三種重要的合成纖維聚合物： (a) 尼龍 -66 (Nylon-66) • 最早合成的纖維 • 美國杜邦公司在1938年推出的產品 • 屬聚醯胺纖維 (polyamide fiber) • 因其性質似絲，質輕且耐酸鹼，可塑性大又耐磨擦 吸濕性小且不易發霉等優點，故其用途相當廣泛

  43. (b) 達克龍 (Dacron) • 屬聚酯纖維 (polyester fiber) • 是由美國杜邦公司在1953年所發表的產品 • 有抗蛀蟲性，不易吸水，不伸縮且快乾等優點 • 製造夏天衣料、馬達轉動帶、魚網及塑膠帆布 • 混紡衣料是利用合成纖維 (達克綸) 與棉纖維混合 紡織，其特色就是同時具備吸汗且不易皺的優點

  44. (c) 奧龍 (Orlon) • 奧龍是以丙烯氰為原料的聚合物 • 由美國杜邦公司在1950年開始生產 • 有保暖佳的優點 : 可用於冬天的布料、毛毯、呢絨 • 奧綸質地輕軟耐磨，外觀色澤及觸感頗似羊毛，常 作為羊毛的替代品

  45. 5-3材料與化學 5-3-1　塑　膠(plastic) • 塑膠材料是現今應用最廣的材料 • 廣泛地應用於各種的領域，如日用品、電氣零件、 建築材料、醫用材料 • 優點有質量輕、具可塑性、絕緣性和腐蝕抵抗性佳 • 缺點是不耐高溫 • 製程是以合成樹脂 (synthetic resin) 為原料， 加入填充料、安定劑、色素和可塑劑，經成型加工 而成的固態成品

  46. 依塑性之不同，可分成熱塑性和熱固性塑膠兩大類：依塑性之不同，可分成熱塑性和熱固性塑膠兩大類： • (1)熱塑性塑膠 (thermoplastics) • 在成型加工過程中，可因加熱軟化而具有可塑性 • 藉加壓成各種型狀，冷卻後凝固成型的塑膠 • 聚氯乙烯 (PVC)、聚乙烯 (PE)、聚苯乙烯 (PS)、聚丙烯 (PP) 等皆屬熱塑性塑膠 • 可製成保鮮膜、化學纖維、塑膠瓶、接著劑和塗料 • (2)熱固性塑膠 (thermosetting plastics) • 在成型加工過程中，加熱塑造一旦成型後，即形成硬固狀， 不會因重新加熱而軟化變形的塑膠，如蛋白一樣。 • 酚甲醛樹脂 (phenolic resin俗稱電木 )、尿甲醛樹脂 (urea resin)等皆屬熱固性塑膠 • 強度高、安定性好、絕緣性佳 • 用於電氣零件、器具結構、外殼

  47. 熱塑性塑膠 熱固性塑膠 PET ( 聚對苯二甲酸乙脂 )保特瓶、容器 PU塑 膠 ( 聚胺基甲酸酯塑膠 )泡綿、人工跑道材料、床墊、塗料 PE ( 聚乙烯塑膠 )塑膠袋、塑膠瓶、軟水管 聚 酯 塑 膠鈕扣、塗料、光板表層 PVC ( 聚氯乙烯塑膠 )塑膠布、電線外皮、水電管 三 聚 氰 胺 塑 膠 ( 美 耐 皿 )美耐板、裝潢家具桌面、餐具材料 PP ( 聚丙烯塑膠 )玩具、容器、漁網、繩索 電 木 ( 酚 甲 醛 塑 膠 )炊具把手、電器零件 PS ( 聚苯乙烯塑膠 )電器外殼、保利龍 ( 發泡聚苯乙烯 ) 環 氧 塑 膠接著劑、直升機螺旋槳 ABS 塑 膠電器外殼、工具箱、安全帽 尿 素 塑 膠 ( 尿甲醛塑膠 )電話機外殼、接著劑 表5-3 熱塑性塑膠及熱固性塑膠的生活應用 熱塑性塑膠 熱固性塑膠

  48. 尼龍 ( 聚醯胺塑膠 )塑膠齒輪、漁網、降落傘 矽膠脫模劑、美容材料、塗料 鐵氟龍 ( 聚氟碳塑膠 )軸承、不沾鍋內塗層 聚酯塑膠 + 玻璃纖維 (FRP)汽車車體材料、浴缸、遊艇材料 纖維素塑膠方向盤、眼鏡框、牙刷柄 壓克力塑膠廣告招牌、採光罩建物招牌

  49. 分解性塑膠--解決塑膠廢棄物所產生的環境污染分解性塑膠--解決塑膠廢棄物所產生的環境污染 • 與原塑膠材料相似的特性 • 使用後廢棄時，可在自然環境條件下，易被環境分解成碎渣 分解性塑膠有光分解性塑膠、生物分解性塑膠及化學 分解性塑膠等三種 • (1)光分解性塑膠 • 第一型為添加型－添加具有感光作用的添加劑於塑膠中，賦 予塑膠具光分解性 • 第二型為聚合型－聚合過程中即引入感光基( 羰基)，致塑 膠分子結構上，具有易受光分解的特性 • 一直未能普及化的主要原因是目前以掩埋法處理垃圾又無進 行嚴格分類時，使得光分解性塑膠接觸不到陽光而無法進行 分解作用 • 有二次污染之虞 : 分解後的小碎片會到處飄散　　

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