神奇的過氧鍵

孟凡盛

一、 抗瘧疾神藥：青蒿素和雙氫青蒿素

2015年10月，屠呦呦因創(chuàng)制新型抗瘧藥的偉大貢獻，榮獲2015年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。屠呦呦創(chuàng)制的青蒿素和雙氫青蒿素擁有對瘧原蟲100%的抑制率，被譽為“拯救2億人口”的發(fā)現(xiàn)，這一偉大發(fā)現(xiàn)與分子結(jié)構(gòu)中的過氧鍵有關(guān)。

1.罕見的過氧鍵結(jié)構(gòu)

青蒿素具有過氧鍵和內(nèi)酯環(huán)，這在自然界是十分罕見的。結(jié)構(gòu)中過氧鍵具有氧化性，是抗瘧的必需基團。作用機理是青蒿素在體內(nèi)產(chǎn)生的自由基團與瘧原蟲蛋白結(jié)合，改變瘧原蟲的細胞膜結(jié)構(gòu)，使瘧原蟲死亡。雙氫青蒿素對紅細胞內(nèi)期瘧原蟲有強大且快速的殺滅作用，能迅速控制臨床發(fā)作及癥狀。

2.青蒿素的性質(zhì)

（1）物理性質(zhì)

青蒿素為無色針狀結(jié)晶，熔點為156 ℃—157 ℃ ，易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯，可溶于乙醇、乙醚，幾乎不溶于水。

（2）化學性質(zhì)

因其具有特殊的過氧鍵，青蒿素對熱不穩(wěn)定，易受濕、熱和還原性物質(zhì)的影響而分解。 由于青蒿素是分子內(nèi)酯，理論上酯基可以發(fā)生水解反應(yīng)。

3.用途

（1）青蒿素是治療瘧疾耐藥性效果最好的藥物，世衛(wèi)組織大力推廣的以青蒿素類藥物為主的聯(lián)合療法，也是當下治療瘧疾的最有效最重要手段。自屠呦呦發(fā)現(xiàn)青蒿素以來，青蒿素衍生物一直作為最有效、無并發(fā)癥的治療瘧疾聯(lián)合用藥。

（2）近年來隨著研究的深入，青蒿素的其他作用也越來越多地被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用研究，如抗腫瘤、治療肺動脈高壓、抗糖尿病、抗真菌、免疫調(diào)節(jié)等。

【例1】我國科學家屠呦呦因創(chuàng)制新型抗瘧藥——青蒿素和雙氫青蒿素（結(jié)構(gòu)圖略）的貢獻，榮獲2015年諾貝爾獎。下列有關(guān)敘述錯誤的是（）

A.雙氫青蒿素分子式為C15H22O5

B.青蒿素可溶于C2H5OC2H5，難溶于水

C.分子中都含有醚鍵和過氧鍵

D.青蒿素與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成雙氫青蒿素

【命題意圖】精選我國科學家對世界抗瘧疾的巨大貢獻設(shè)計試題，弘揚立德樹人的同時，考查考生“宏觀辨識與微觀探析”的化學核心素養(yǎng)。

【解析】由鍵線式可知，青蒿素和雙氫青蒿素的分子式分別為C15H20O5和C15H22O5，A項正確。用乙醚萃取青蒿中的青蒿素不破壞其藥理活性是屠呦呦的重要貢獻之一，同學們應(yīng)該知道，青蒿素分子中有15個碳原子（憎水的烴基比較大），據(jù)結(jié)構(gòu)推知青蒿素難溶于水，B項正確。由鍵線式知，青蒿素和雙氫青蒿素分子中都含有醚鍵和過氧鍵，C項正確。從結(jié)構(gòu)上看，雙氫青蒿素是青蒿素中酯基里的碳氧雙鍵與氫氣加成的結(jié)果，但酯基（還有羧基）不能與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，酯基一般在“萬能還原劑”硼氫化鈉（NaBH4）作用下還原為醇羥基，D項錯誤。

【答案】D

二、 高效消毒：免洗洗手液和過氧乙酸消毒液

新冠肺炎疫情是一場感染范圍極廣、防控難度極大的突發(fā)公共衛(wèi)生事件，嚴重威脅人民群眾的生命健康。全國人民團結(jié)一心抗擊新冠病毒，我國率先取得階段成果，高三、初三的學生先行返校，校園內(nèi)隨處可見的免洗洗手液，既方便進行手部消毒又節(jié)約自來水。為加強公共場所和家庭消毒，切斷病毒傳播途徑，國家市場監(jiān)督管理總局制定了《過氧乙酸消毒液安全使用指南》。免洗洗手液和過氧乙酸消毒液的消毒原理都與過氧鍵有關(guān)。

1. 免洗洗手液

（1）成分

過氧化氫、活性膠質(zhì)銀離子、乙醇、水。

（2）過氧化氫的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

化學式：H2O2，電子式：，結(jié)構(gòu)式：H-O-O-H（既有極性的氫氧鍵，又有非極性的過氧鍵）。

物理性質(zhì)：過氧化氫可與水任意比例混溶，水溶液俗稱“雙氧水”，為無色透明液體。

化學性質(zhì)：H2O2是一種強氧化劑，其水溶液適用于醫(yī)用傷口消毒及環(huán)境消毒和食品消毒。由于H2O2的還原產(chǎn)物為水，無污染，加上乙醇易揮發(fā)，因此洗手后不需要水洗，故稱之為“免洗”。

（3）功能

免水洗手液使用、攜帶方便，隨時隨地都可以清潔雙手，適用于醫(yī)院、銀行、超市、大中小學、幼兒園、家庭、機場、碼頭、火車站等無水源的環(huán)境中進行手部免洗消毒。

2.過氧乙酸

（1）結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

結(jié)構(gòu)簡式為CH3COOOH，結(jié)構(gòu)式為，

含有過氧鍵，屬于有機過氧化物，具有強氧化性、酸性、腐蝕性、不穩(wěn)定性。

（2）使用方法

過氧乙酸是一種消殺能力較強的高效消毒劑，它可以迅速殺滅各種微生物，包括病毒、細菌、真菌及芽孢。由于它有腐蝕性，必須按比例稀釋后使用，否則會造成灼傷。它也不能用于人體皮膚消毒。

【例2】下列化學品中，不能將細菌徹底殺死的是（）

A. 95%的醫(yī)用酒精

B.過氧乙酸消毒液

C. 84消毒液

D.免洗洗手液

【命題意圖】結(jié)合新冠肺炎的當前抗疫形勢，考查化學知識在日常生活中的應(yīng)用，體現(xiàn)科學精神與社會責任的化學核心素養(yǎng)。

【解析】75%的醫(yī)用酒精可以使蛋白質(zhì)變性而起到殺菌消毒的作用;過高濃度的酒精會在細菌表面形成一層保護膜，阻止其進入細菌體內(nèi)，難以將細菌徹底殺死;若酒精濃度過低，雖可進入細菌，但不能將其體內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固，同樣也不能將細菌徹底殺死，A項符合題意。過氧乙酸是殺菌能力較強的高效消毒劑，它可以迅速殺滅各種病毒、細菌、真菌及芽孢， B項不符合題意。84消毒液是一種以次氯酸鈉（NaClO）為主要成分的高效消毒劑，廣泛用于賓館、醫(yī)院、家庭等的衛(wèi)生消毒，C項不符合題意。免洗洗手液的成分為過氧化氫、活性膠質(zhì)銀離子、乙醇、水，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、銅綠假單胞菌等200多種細菌的殺菌率較高，D項不符合題意。

【答案】A

上述物質(zhì)的重要用途，都與過氧鍵的強氧化性有關(guān)。事實上，過氧鍵也有還原性，當過氧鍵遇到更強的氧化劑時表現(xiàn)出還原性，失去電子被氧化為氧氣，也沒有污染。例如，我們既形象地把含有過氧鍵的過氧化氫稱為“綠色氧化劑”，又稱為“綠色還原劑”。