第四章作业题
1.由碳、硅元素的化学性质，试讨论用硅取代碳的可行性及硅取代物的优点？答：
碳和硅都是4A族元素，因此，在化学性质上有相似性。与同族的其他元素一样，硅和碳都是4价元素，能形成四面体结构，能与碳形成稳定的化学键。硅取代碳后形成的衍生物是无毒的，尤其是与同族的锗、锡、铅的衍生物相比。因此，硅是唯一一个能用作对碳作等电排置换的元素。另外，硅是自然界存量丰富，价格低廉，且可以各种形式出现的元素。
2.用辛醇-水分配系数表征有毒化学品毒性的一般准则是什么？ 答：
辛醇-水分配系数是用来描述物质油溶性的，也是常用于股价有机化学品对水生生物独行的物理化学性质，logP通常能与生物活性很好地关联起来。一般来说，对于仅表现出麻痹型毒性的非离子有机物，在logP≤5时，其致死性和慢性毒性随油溶性成指数增大（不包括染料、聚合物、表面活性剂）；当logP＞5时，毒性随油溶性成指数减少，因此对生物活性降低；logP在5~8之间时，长期接触这类非离子型有机化合物呈现慢性毒性；logP≥8时，长期接触也不表现出毒性，因为此时水溶性很差，化学品变得没有生物活性。（也有一些麻醉型毒物如脂肪醇、氯代苯、丙酮、二硫化物和一些“反应性”化学品如丙烯酸盐、酯等，在logP=6时仍时剧毒的。还有一些“反应性”化学品如脂肪胺、表面活性剂等，则到logP＞8时仍表现出剧毒性）。另一方面，logP很小的化学品由于没有足够的油溶性，因而不能进入水生生物的细胞膜，故没有生物活性。
3.除了辛醇-水分配系数，还有那些性质可以表征有毒化学品毒性？ 答题要点：
水溶性、分子大小和相对分子质量等
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4.从分子量、分子体积角度看，应该怎样设计更加安全的化学品？ 答：
如果分子的所有其他性质均保持不变而仅是相对分子质量增大，其对水生生物的毒性就会减小。一般来说，相对分子质量增大，毒性就会减少。相对分子质量达到1000后，其对水生生物的毒性就可忽略，因为这么大的分子不能扩散通过水生生物的呼吸膜。化学物质对水生生物的毒性也会随其分子提及的增大而减小，这也是因为体积大的分子不易穿过水生生物的呼吸膜。一般说来，相对分子质量大于1000的聚合物的体积也较大，另外一些横街直径较大的物质单体的体积也很大。一般，最小横截直径大于1纳米的分子不易于在水生生物呼吸器官中扩散和穿越。
5.可降解的化合物在化学结构和物理性质上有何特点？ 答： 化学结构：
（1）具有水解酶潜在作用为的物质会增大其生物降解能力（比如酯，酶）； （2）在分子中引入以羟基、醛基、羧基形式存在的氧会增大其生物降解性。
（3）存在为取代的直链烷基（尤其是大于4个碳的直链）和苯环时，由于恪守氧化酶进攻，因而可增大其生物降解能力
（4）水中溶解度大的物质更容易生物降解 （5）相对低取代的化合物。 物理性质： 溶解度和分子尺寸等
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6.常见可降解和不可降解的基团有哪些？ 答： 可降解基团：
（1）具有水解酶潜在作用为的物质会增大其生物降解能力（比如酯，酶）； （2）在分子中引入以羟基、醛基、羧基形式存在的氧会增大其生物降解性。
（3）存在为取代的直链烷基（尤其是大于4个碳的直链）和苯环时，由于恪守氧化酶进攻，因而可增大其生物降解能力
（4）水中溶解度大的物质更容易生物降解 （5）相对低取代的化合物。 不可降解的基团：
（1）卤代物，尤其是氯化物和氟化物
（2）支链物质，尤其是季碳和季氮或是极度分支的物质，如三聚或四聚丙烯 （3）硝基、xx、偶氮基、xx氨基
（4）多环残基（比如多环芳香烃或稠环芳烃），尤其是超过三元的多环稠环或芳烃 （5）杂环残基，比如吡啶环
（6）高取代的化合物比低取代的化合物更不易降解
7.根据染料的基团特性，有机染料可分为几类？设计对水生生物更加安全的染料化学品要遵循怎样的原则？
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答：
根据其基团特性，有机染料可分为四类：
中性染料（非离子型染料），阴离子染料（带负电染料或酸染料），两性染料（分子中同时含有正电荷基团和负电荷基团）和阳离子染料（带正电荷）。
要设计对水生生物更加安全的染料化学品要遵循以下原则： （1）负离子数大于正离子数（电荷数） （2）磺酸基优先于羧酸基
（3）尽可能使相对分子质量大于1000 （4）尽可能增大分子的最小横截面积
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