這篇論文主要介紹的是農(nóng)學(xué)有機(jī)化學(xué)含氮有機(jī)物教學(xué)的內(nèi)容，本文作者就是通過(guò)對(duì)農(nóng)學(xué)有機(jī)化學(xué)的相關(guān)內(nèi)容做出詳細(xì)的闡述與介紹，特推薦這篇優(yōu)秀的文章供相關(guān)人士參考。

　　關(guān)鍵詞：含氮有機(jī)物;應(yīng)用;農(nóng)學(xué);有機(jī)化學(xué)

　　有機(jī)化學(xué)是高等農(nóng)林院校各專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，在農(nóng)林專業(yè)的基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)中，含氮有機(jī)物的知識(shí)，無(wú)論是在日常生活還是科學(xué)研究中都非常重要，在全國(guó)碩士研究生統(tǒng)一考試中，農(nóng)學(xué)類化學(xué)試題的分值比例逐年升高，也能夠印證這點(diǎn)。[1]但隨著基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)課時(shí)的減少，迫切需要將有機(jī)化學(xué)教材中關(guān)于含氮有機(jī)化合物的知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)，采用專題講座的形式呈現(xiàn)，加以在農(nóng)學(xué)專業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，更能引起學(xué)生的興趣，提高教與學(xué)的效率。含氮有機(jī)物種類繁多，自然界存在廣泛，不只在生命活動(dòng)中起著重要作用，而且在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有重要的用途。許多含氮有機(jī)物的知識(shí)點(diǎn)在高等農(nóng)業(yè)院校的普通化學(xué)中是必須掌握的，如眾所周知的尿素，是農(nóng)業(yè)上含氮量最高的化學(xué)肥料;許多氨基甲酸酯類化合物，在農(nóng)業(yè)上統(tǒng)稱為有機(jī)氮農(nóng)藥;“亞硝酸鹽”這一類聞之色變的物質(zhì)真的致癌嗎?過(guò)渡金屬催化固氮你了解嗎?對(duì)于高等農(nóng)林院校的大學(xué)生而言，除了含氮有機(jī)物的種類、性質(zhì)和相互轉(zhuǎn)化等基礎(chǔ)知識(shí)，其在有機(jī)化學(xué)、生命科學(xué)等交叉學(xué)科和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，更有重要的科普意義。

　　一關(guān)于含氮有機(jī)物的定義、結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的講授

　　含氮有機(jī)物，是烴分子的氫被含氮官能團(tuán)取代的結(jié)果。對(duì)于高等農(nóng)林院校農(nóng)學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言，掌握和理解含氮有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)，足以為有機(jī)化學(xué)和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。胺被視為氨分子中的氫被烴基取代的產(chǎn)物。因此，胺與氨的結(jié)構(gòu)相似，氮原子不等性sp3雜化使得分子呈近似的三棱錐形。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，氮上的未共用電子對(duì)能接受質(zhì)子而顯堿性RNH2+H-OH→RNH3++OH-。胺的堿性強(qiáng)弱可用pKbθ表示，pKbθ越小，堿性越強(qiáng)。胺類多為弱堿，其堿性強(qiáng)弱與結(jié)構(gòu)有關(guān)，從電子效應(yīng)的角度說(shuō)明分子中電子云密度分布對(duì)性質(zhì)所產(chǎn)生的影響，包括誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)，主要規(guī)律如下：(1)以氨為標(biāo)準(zhǔn)，脂肪胺的堿性比氨強(qiáng)，而芳香胺的堿性比氨弱。(2)脂肪胺中，若僅從誘導(dǎo)效應(yīng)考慮，由于烷基斥電子，胺中的烷基越多，堿性似乎應(yīng)該越強(qiáng)，即相對(duì)堿性應(yīng)為：叔胺>仲胺>伯胺，這在氣相和非極性溶劑中是正確的。但在極性溶劑中，叔胺的堿性卻比仲胺弱。這是因?yàn)橹�肪胺在水中，結(jié)合質(zhì)子形成的取代銨離子，顯然胺中氮原子上連的氫越多，與水形成的氫鍵就越多，即溶劑化程度越高，取代銨離子越穩(wěn)定，胺的堿性越強(qiáng)，應(yīng)為：伯胺>仲胺>叔胺。(3)芳香胺中，芳基數(shù)目越多，氮原子上電子云密度降低越多，胺的堿性就越弱。最終我們得到比較全面的結(jié)果：(CH3)2NH(仲)>CH3NH2(伯)>(CH3)3N(叔)>NH3>PhNH2>(Ph)2NH>(Ph)3N，pKbθ依次為3.27、3.38、4.21、4.76、9.38、13.21、中性，可見電子效應(yīng)和立體效應(yīng)這兩種作用有時(shí)一致，有時(shí)矛盾，各種胺堿性的強(qiáng)弱是兩者綜合影響的結(jié)果。[2]

　　二關(guān)于含氮有機(jī)物在農(nóng)學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)中應(yīng)用的講授

　　(一)碳酸酰胺在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用—尿素

　　碳酸分子中的兩個(gè)羥基被氨基取代，形成碳酸的兩種酰胺：尿素和氨基甲酸。尿素即碳酸二酰胺，由C、N、O、H四種元素組成，常溫下呈白色晶體，生物學(xué)上尿素主要是是哺乳動(dòng)物體內(nèi)代謝蛋白質(zhì)分解的終產(chǎn)物，工業(yè)上是含氮量最高的氮肥之一。作為一種中性肥料，尿素容易保存，方便使用，對(duì)土壤的破壞程度小，它適用于不同PH的土壤環(huán)境，可以滿足需要氮肥的各種莖葉類植物。[3]在土壤中，尿素在脲酶的作用下，水解為可溶性的鹽類，如碳酸銨(NH4)2CO3或碳酸氫銨NH4HCO3，離子態(tài)的氮元素很容易被作物吸收利用。農(nóng)業(yè)上尿素常被用作基肥或追肥，對(duì)于旱地水田也沒有挑剔，均能施用，并且無(wú)任何有害物質(zhì)殘留，適合長(zhǎng)期施用，僅僅是由于土壤中積累的大量銨離子NH4+，水解生成堿性氫氧化銨，PH升高2-3，[4]對(duì)作物幼根和幼芽起抑制作用，因此尿素不宜用作種肥。[5]

　　(二)有機(jī)氮農(nóng)藥

　　氨基甲酸酯類化合物(圖1)在有機(jī)合成中可以作為醫(yī)藥、農(nóng)藥和合成樹脂的中間體。[6]在農(nóng)業(yè)上用作殺蟲劑、殺菌劑和除草劑的氨基甲酸酯類化合物，總稱為有機(jī)氮農(nóng)藥。相對(duì)于有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥，該類農(nóng)藥藥效高、毒性低、降解快，安全性非常高，在我國(guó)的農(nóng)藥生產(chǎn)和應(yīng)用中占相當(dāng)?shù)谋壤�。[7]例如：氨基甲酸乙酯，是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的白色晶體，俗稱烏拉坦，可用于鎮(zhèn)靜和催眠;人們熟知的西維因是一種廣效殺蟲劑;還有滅草靈是一種常用的除草劑，它們的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。可見氨基甲酸酯這種結(jié)構(gòu)骨架具有極大的可修飾性，在基礎(chǔ)科研和市場(chǎng)應(yīng)用上都有廣闊的前景。圖1氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)、西維因、滅草靈

　　(三)“亞硝酸鹽致癌”的解釋

　　嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，亞硝酸鹽屬于一種有毒物質(zhì)，而非直接致癌物質(zhì)，它的半致死量為22mg/kg，對(duì)于正常體重的人來(lái)說(shuō)只需要1g左右，亞硝酸鹽是各國(guó)許可的食品添加劑，廣泛存在于各種食材中，其中綠葉蔬菜就是一個(gè)藏亞硝酸鹽的大戶，我國(guó)居民膳食中80%左右的亞硝酸鹽來(lái)自蔬菜。亞硝基化作用的產(chǎn)物是亞硝胺，胃中恰恰有適合反應(yīng)的條件，如酸性、鹵素離子和硫氰酸根離子等，可以加快體內(nèi)N–亞硝基化合物的形成。亞硝酸不穩(wěn)定，只能在反應(yīng)中由亞硝酸鈉與鹽酸或硫酸作用產(chǎn)生。近年來(lái)談之色變的亞硝酸鹽致癌作用，是由于亞硝酸鹽在胃酸作用下轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛幔�再與機(jī)體內(nèi)具有仲胺結(jié)構(gòu)的化合物產(chǎn)生N–亞硝基胺，亞硝胺極易致癌和對(duì)胎兒致畸。另一方面，亞硝酸鹽為強(qiáng)氧化劑，進(jìn)人人體后，將血中與血紅蛋白結(jié)合的低價(jià)態(tài)鐵氧化成高鐵，高鐵不能夠運(yùn)輸氧，細(xì)胞組織缺氧的情況下，會(huì)出現(xiàn)青紫、中毒等現(xiàn)象，但不是致癌。

　　三關(guān)于過(guò)渡金屬催化固氮的拓展講授

　　大氣中氮?dú)赓Y源豐富，如果能夠作為工業(yè)生產(chǎn)的直接原料，前景將是無(wú)比誘人的，實(shí)現(xiàn)溫和條件下，氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氮肥的工業(yè)化生產(chǎn)，是科學(xué)界的一個(gè)重要研究方向。無(wú)論是工業(yè)固氮還是生物固氮，都是以過(guò)渡金屬為活性中心來(lái)活化N2，所以常溫、常壓下用過(guò)渡金屬配合物活化N2成為目前化學(xué)合成領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。與自由N2相比，過(guò)渡金屬-N2配合物中N≡N鍵的伸長(zhǎng)和伸縮振動(dòng)頻率v的降低常用來(lái)指示配位雙氮的活化程度。經(jīng)過(guò)配位、活化之后，過(guò)渡金屬-N2配合物的反應(yīng)性也是被關(guān)注的問(wèn)題，包括強(qiáng)活化的N2完全裂解、雙氮官能化和小分子協(xié)助雙氮活化，形成N-H及N-E鍵(E是可調(diào)變?cè)��?進(jìn)而得到一系列含氮有機(jī)化合物。四結(jié)語(yǔ)含氮有機(jī)物作為農(nóng)學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)中的一個(gè)重要章節(jié)，對(duì)于學(xué)生而言，首先要掌握含氮有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定的化學(xué)性質(zhì)，利用這些化學(xué)性質(zhì)了解重要的特征反應(yīng)，最終應(yīng)用于農(nóng)學(xué)專業(yè)中的各領(lǐng)域，或者轉(zhuǎn)化為基本的化學(xué)素養(yǎng)滲透到日常生活中的各個(gè)角落。有潛力和創(chuàng)新精神的大學(xué)生，更要探索含氮有機(jī)物的知識(shí)在許多交叉領(lǐng)域的應(yīng)用，如制藥、材料、生命科學(xué)等，期望本文對(duì)于含氮有機(jī)物內(nèi)容的專題性精解和拓展，能夠幫助農(nóng)林院校的教師對(duì)于相關(guān)知識(shí)的講授和學(xué)生的學(xué)習(xí)，針對(duì)不同專業(yè)經(jīng)常拓展更新，并且把它作為一個(gè)完整、系統(tǒng)的體系加以把握。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]趙士鐸,周樂(lè),董元彥,等.化學(xué)歷年真題與全真模擬題解析[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2013.

　　[2]許鵬奎.有機(jī)含氮化合物堿性強(qiáng)弱變化規(guī)律[J].化學(xué)教育,2004,25(2):3-9.

　　[3]陳曦,王軍麗.尿素水解制氨工藝廢液處理方法討論[J].環(huán)境與發(fā)展,2018,1:88-90.

　　[4]萬(wàn)大娟,張楊珠,唐國(guó)勇,等.湖南旱地土壤對(duì)銨離子的礦物固定與固定態(tài)銨釋放的動(dòng)力學(xué)研究[J].土壤通報(bào)2005,36(4):513-517.

　　[5]張明森.精細(xì)有機(jī)化工中間體全書[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

　　[6]劉毅鋒,張娟,李華.氨基甲酸酯類化合物的應(yīng)用[J].化學(xué)通報(bào),2002,65(3):167-173.

　　[7]何麗蓮,李元.農(nóng)田土壤農(nóng)藥污染的綜合治理[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,18(4):430-434.

　　作者：盧楠 梁慧 單位：山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院