【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第四章含氮的有机化合物

§4-1硝基化合物

【01】前面我们已经学习过烃、烃的衍生物和碳水化合物。它们的成分里，主要含的是碳和氢或碳、氢和氧（卤代烃还含有卤素）。现在我们要来学习一类，成分里除碳、氢、氧外，还含有氮的有机化合物。它们就叫做含氨的有机化合物，简称含氨有机物。

【02】检验有机物里是否含有氮元素的方法，一般是破坏它的分子，把分解后游离出来的氮，变成易于检定的化合物。如在试管里以少量尿素和等量的碱石灰混和加热，尿素中的氮元素就会跟氢元素结合成氨气放出来，可以嗅到氨气的臭味；也可以在试管口放上润湿的红色石蕊试纸检试，它会变成蓝色。这都证明尿素中有氮存在。

【03】含氮有机物很多，象用做氮肥的尿素、大部分的染料和炸药，以及蛋白质等等都是。它们对人类的生命和日常生活，工农业生产和国防都有非常密切的关系。我们现在学习其中重要的几类。它们是硝基化合物、胺、酰胺和蛋白质。此外还要学习一些有机肥料的知识。

【04】在前几章的学习中，我们也曾学到过含有氮的个别化合物，如硝化甘油C₃H₅(ONO₂)₃(§2-5)【山注，化4-2-05第08段，传送门CV22261579】和硝化纤维[C₆H₇O₂(ONO₂)₃]n(§3-3)【山注，化4-3-03第20段，传送门CV22317724】等。我们还曾指出过，硝化纤维的学名应当是“三硝酸纤维酯”，因为它是纤维素分子里的羟基跟硝酸发生酯化反应的生成物。同样理由，硝化甘油是甘油跟硝酸酯化后的产物，应当叫做“硝酸甘油酯”或“硝酸丙三酯”。它们都是“酯”，不是我们这里所要研究的“硝基化合物”。

【05】那末硝基化合物究竟指的是什么呢？

【06】我们可以把苯跟硝酸反应的生成物——硝基苯C₆H₅NO₂——的结构式，跟硝化甘油和硝化纤维的结构式比较一下：

【07】它们的分子结构里，特别是各种原子的排列方面，有哪些相同和不同？这里相同的是它们都含有“—NO₂”基团。这种基团是硝酸分子结构HO—NO₂里除去“HO—”后所留下的部分，是个一价基团，称为硝基（—NO₂）。换句话说，硝基苯、硝化甘油和硝化纤维的相同点是：分子结构里都具有硝基。除了相同点外，更重要的要注意它们的不同点：硝基苯的硝基是直接连在碳原子上的，也就是苯环上的氢原子被硝基所取代：而硝化甘油或硝化纤维的硝基是通过氧原子连接在碳原子上的，也就是羟基上的氢原子被硝基所取代。由于硝基苯和硝酸酯在结构上有着这样的差别，所以它们是属于不同的类别。我们把象硝基苯这样一类的有机物，即凡属分子里含有跟烃基直接相连结的硝基的有机物，叫做硝基化合物。引入硝基，使生成硝基化合物的反应，叫做硝化反应。

【08】表4·1列出硝基化合物和硝酸酯的主要异同点。

【09】苯跟硝酸生成硝基苯的反应，就是硝化反应；硝基苯就是一种硝基化合物。下面我们就来讨论几种重要的硝基化合物。

硝基苯

【10】硝基苯是重要的硝基化合物之一。它是制造苯胺染料的主要原料。硝基苯可用苯跟硝酸反应制造。下述实验，可以说明它们的反应过程：

【11】取试管一支，把它放在盛有冷水的烧杯里。然后注入浓硝酸1毫升，在不断地振荡下，小心地逐渐加入浓硫酸2毫升。充分混和后，再随滴随摇的逐滴滴入苯1毫升。（这样做都是为了防止温度升高。因为二种浓酸混和以及苯跟硝酸反应都是放热的。温度升高，既能使苯挥发逸去，又能生成大量的副产品)加完后把试管移入热水浴中加热，保持水温在60℃以下（60℃以上，硝酸将发生分解），并继续振荡，使反应完全，直到苯和酸不再分层为止。把生成物倒入另一烧杯的冷水里，静置片刻，可以看到有淡黄色的油状物凝集在杯底，并闻到有苦杏仁的气味。

【12】在这里浓硫酸是脱水剂，当苯环上的一个氢原子和硝酸分子里的“—OH”结合成水时，有浓硫酸存在，就能加速反应的速度。反应的化学方程式如下：

【13】硝基苯在工业上就是根据上述过程制取的，不过反应是在一种专门设备——硝化器中进行的。

【14】硝基苯是一种浅黄色具有苦杏仁味的油状液体。比水重，不溶于水，易溶于乙醇或乙醚等有机溶剂中。硝基苯有毒，吸入它的蒸气或液体沾染在皮肤上被吸收后，都可能造成慢性中毒，在制取或使用时必须注意安全。

三硝基甲苯

【15】三硝基甲苯，是另一种重要的硝基化合物，俗称“T.N.T.”【T.N.T.是三硝基甲苯英文名称Tri-nitro-toluene的缩写】。把甲苯跟浓硝酸进行硝化反应（用浓硫酸作为脱水剂），就可以得到黄色针状的三硝基甲苯晶体。反应的化学方程式如下：

【16】三硝基甲苯的化学性质极不稳定，用起爆剂引发时，能发生猛烈的爆炸。它是一种烈性炸药。在制造军火、筑路、开矿和挖掘隧道等方面，有着广泛的用途。

习题4-1

1、说明二氧化氮NO₂跟硝基—NO₂有什么不同？[提示：从氮的化合价，以及能否单独存在来说明]

2、硝基化合物和硝酸酯在结构上有什么区别？举例说明。

3、能不能说：“硝化甘油是甘油硝化反应的产物”？为什么？

4、苯跟硝酸进行硝化反应时，为什么要用浓硫酸？

5、T.N.T.是什么？写出它的结构式和简式。它有什么用途？

6、某有机物含碳19.67%、氢4.92%、氧52.46%、氮22.95%，它的分子量等于61。求它的分子式。假定它是一种硝基化合物，写出它的结构式。【CH₃—NO₂】