大学医用有机化学第一章绪论.ppt

《大学医用有机化学第一章绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学医用有机化学第一章绪论.ppt（44页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、供医学类专业用供医学类专业用有机化学有机化学（第（第7版主编吕以仙）版主编吕以仙）主讲李英秀主讲李英秀第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 （IntroductionIntroductionIntroductionIntroduction）目的：目的：为了系统学习有机化学准备必需的基本知识为了系统学习有机化学准备必需的基本知识,具体掌握内容：具体掌握内容：什么是有机化学？什么是有机化合物？什么是有机化学？什么是有机化合物？共价键的价键理论，共价键的参数及其意义共价键的价键理论，共价键的参数及其意义共价键的断裂方式和有机化合物的反应类型共价键的断裂方式和有机化合物的反应类型有机化合物的结构

2、式表示方法有机化合物的结构式表示方法有机化学是医学课程中的一门重要基础课，也是生命科学有机化学是医学课程中的一门重要基础课，也是生命科学不可缺少的化学基础。不可缺少的化学基础。第一节第一节 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学v 18281828年年德德国国化化学学家家F.WhlerF.Whler（魏魏勒勒）在在实实验验室室里里合合成成了了尿尿素素（17731773年年从从尿尿液液中中分分离离出出），这这是是一一个个具具有有划划时时代代意意义义的的发发现现，它它为为近近代代有有机机化化合合物物概概念念的的确确立立奠奠定定了了基础。基础。17世纪中期世纪中期,把从自然界中取得的各种物质把从自

3、然界中取得的各种物质,按照来源分为按照来源分为:动物物质动物物质植物物质植物物质矿物物质矿物物质 随后又将矿物物质称为随后又将矿物物质称为无机物无机物,而将动物物质和植物物而将动物物质和植物物质称为质称为有机物有机物。在化学发展史的长河中曾经有过一段时期在化学发展史的长河中曾经有过一段时期,有机化合物被有机化合物被认为只能来源于有生命的机体认为只能来源于有生命的机体,不可能由无机物合成。不可能由无机物合成。v 直到直到18481848年年L.GmelinL.Gmelin(格梅林格梅林)根据根据F.WhlerF.Whler的实验的实验和越来越多的有机合成事实和越来越多的有机合成事实.1845.1

4、845年德国化学家年德国化学家H.KolberH.Kolber (柯尔柏）柯尔柏）合成了醋酸，合成了醋酸，18541854年法国化学家年法国化学家M.BerthelotM.Berthelot（拜特洛）拜特洛）合成了油脂等。确立了有机化合成了油脂等。确立了有机化合物的新概念。合物的新概念。v 有有机机化化合合物物是是含含碳碳化化合合物物（碳碳氢氢化化合合物物及及其其衍衍生生物物），有有机机化化学学是是研研究究碳碳化化合合物物的的化化学学。(COCO、COCO2 2及碳酸盐除外）及碳酸盐除外）v 有机化合物除含碳原子外，绝大多数含有氢，其有机化合物除含碳原子外，绝大多数含有氢，其次含有次含有O O

5、、N N、S S、X X等。至今已知的含碳化合物的数等。至今已知的含碳化合物的数目已有目已有20002000万左右万左右，而无机化合物只有几十万种。而无机化合物只有几十万种。95%95%的药物都是有机化合物。的药物都是有机化合物。人类的衣、食、住、行人类的衣、食、住、行和生、老、病、死都伴随着有机化学。和生、老、病、死都伴随着有机化学。v 最最近近200200年年来来，有有机机化化学学已已经经发发展展成成一一门门庞庞大大的的学学科科，仅仅19951995年年一一年年化化学学家家就就创创造造了了100100万万个个以以上上新新化化合合物物。以以C C6060和和C C7070为为代代表表的的全全

6、碳碳球球状状原原子子簇簇富富勒勒烯烯（fullerenefullerene）的的发发现现是是2020世世纪纪自自然然科科学学史史的的最最重重大大成成果果之之一一。现现在在，从从结结构构复复杂杂多多样样的的生生物物大大分分子子的的合合成成到到模模拟拟生生物物过过程程模模型型的的确确立立，标标志志有有机机合合成成技技术术已已经达到了相当高的境界。经达到了相当高的境界。第二节第二节 共价键共价键一、路易斯共价键理论一、路易斯共价键理论v 化化学学键键是是描描述述组组成成分分子子中中的的原原子子如如何何结结合合在在一一起起的的力。可分为两种基本类型，即力。可分为两种基本类型，即离子键离子键和和共价键共

7、价键。v 共共价价键键概概念念是是由由于于19161916年年首首先先提提出出来来的的，第第一一次次指指出出原原子子间间共共有有电电子子满满足足“八八隅隅体体”（即即原原子子外外层层满满足足8 8电电子子结构，氢原子外层满足结构，氢原子外层满足2 2电子结构）即可以生成共价键。电子结构）即可以生成共价键。v 有有机机化化合合物物分分子子中中原原子子键键合合的的本本质质是是共共价价键键。（碳碳在在周期表中是第周期表中是第主族元素）主族元素）v Lewis Lewis结构式：用共享电子对表示有机化合物的结结构式：用共享电子对表示有机化合物的结构式。构式。v 配位键：共价键的一对电子是由两成键原子中

8、的一个配位键：共价键的一对电子是由两成键原子中的一个提供的，可用提供的，可用表示。表示。二、现代共价键理论基本要点二、现代共价键理论基本要点v 每每个个原原子子所所形形成成共共价价键键的的数数目目取取决决该该原原子子的的单单电电子子的的数数目目，故故共共价价键键具具有有饱饱和和性性；共共价价键键是是由由参参与与成成键键电电子子的的电电子子云云重重叠叠形形成成的的，电电子子云云重重叠叠越越多多，形形成成的的共共价价键越稳定，这就决定了共价键具有键越稳定，这就决定了共价键具有方向性方向性。l共价键理论基本要点：共价键理论基本要点：（1）匹配原理）匹配原理（2）原子轨道最大重叠原理）原子轨道最大重叠

9、原理l共价键的特性：共价键的特性：（1）共价键的饱和性）共价键的饱和性（2）共价键的方向性）共价键的方向性三、碳的杂化轨道理论三、碳的杂化轨道理论三、碳的杂化轨道理论三、碳的杂化轨道理论v 甲烷中的碳原子为四价，空间形状为正四面体，键角甲烷中的碳原子为四价，空间形状为正四面体，键角为为10928 10928，为什么？为什么？v 杂化：杂化：重新组合成的新的原子轨道，叫做重新组合成的新的原子轨道，叫做杂化轨道杂化轨道v 特点：杂化前后轨道的能量、形状、方向改变，但数特点：杂化前后轨道的能量、形状、方向改变，但数目不变。目不变。v 碳碳原原子子在在形形成成共共价价键键时时，有有3 3种种杂杂化化轨

10、轨道道，即即spsp3 3、spsp2 2、和和spsp杂化轨道。杂化轨道。2S2S轨道轨道2P2P轨道轨道碳原子的核外电子排布为碳原子的核外电子排布为 1s22s22p2（一）（一）spsp3 3杂化轨道杂化轨道参与杂化的轨道参与杂化的轨道 轨道形状轨道形状 能量能量 夹角夹角 空间形状空间形状1 1S+3P S+3P 葫芦形葫芦形 1/41/4S+3/4P S+3/4P 10928 10928 正四面体形正四面体形（二）（二）spsp2 2杂化轨道杂化轨道参与杂化的轨道参与杂化的轨道 轨道形状轨道形状 能量能量 夹角夹角 空间形状空间形状1 1S+2P S+2P 葫芦形葫芦形 1/31/3

11、S+2/3P S+2/3P 120120平面正三角形平面正三角形（三）（三）spsp杂化轨道杂化轨道参与杂化的轨道参与杂化的轨道 轨道形状轨道形状 能量能量 夹角夹角 空间形状空间形状1 1S+1P S+1P 葫芦形葫芦形 1/21/2S+1/2P S+1/2P 180180直线形直线形甲烷的分子结构和甲烷的分子结构和 键键v 甲烷甲烷(CHCH4 4)分子，是由分子，是由1 1个碳原子和个碳原子和4 4个氢原子组成，其个氢原子组成，其中碳原子是中碳原子是spsp3 3杂化，杂化，4 4个氢原子与同一个碳原子以共价键个氢原子与同一个碳原子以共价键相连结，形成相连结，形成4 4个个CspCsp3

12、 3-H1s-H1s键（键（轨道沿着键轴方向以轨道沿着键轴方向以“头碰头头碰头”方式进行重叠形成的共价键称为方式进行重叠形成的共价键称为 键）键）。v 甲烷分子为正四面体型，甲烷分子为正四面体型，碳原子居于正四面体中心，碳原子居于正四面体中心，4 4个氢原子居于正四面体的个氢原子居于正四面体的4 4个顶点，个顶点，HCHHCH均为均为1092810928，此为甲烷分子，此为甲烷分子的构型。的构型。v 杂杂化化的的动动力力：重重叠叠程程度度增增大大；轨轨道道之之间间的的距距离离增增加加，排斥降低。排斥降低。v 共价键可分为两种基本类型，即共价键可分为两种基本类型，即键键 和和键键 。乙烯的分子结

13、构和乙烯的分子结构和 键键 v 乙烯是一个平面结构，分子中所有原子核都在一个乙烯是一个平面结构，分子中所有原子核都在一个平面中，键角接近平面中，键角接近120120，证明乙烯中两个双键碳为，证明乙烯中两个双键碳为spsp2 2杂化。杂化。v两两个个互互相相平平行行的的轨轨道道以以“肩肩并并肩肩”方方式式进进行行重重叠叠形形成的共价键称为成的共价键称为 键键 。乙炔的分子结构乙炔的分子结构v 衍射和光谱实验数据已证明乙炔分子具有线型结构，衍射和光谱实验数据已证明乙炔分子具有线型结构，即四个原子排列在一条直线上。两碳原子均为即四个原子排列在一条直线上。两碳原子均为spsp杂化杂化 小小 结结 杂化

14、类型杂化类型hybridization 杂化轨道数杂化轨道数number of hybrids 形形 状状shape of shape of hybridshybrids 键的类型键的类型 bondingbonding sp3 4四 面 体4 sp2 3平面三角形 3+13+1sp 2直 线2+22+2电负性：电负性：S SP S SP sp2 sp3sp2 sp3 P P键和键和键的主要特点键的主要特点 键键 键键可可单单独独存存在在，存存在在于于任任何何共共价键中价键中不不能能单单独独存存在在，只只能能在在双双键键或或叁叁键中与键中与键共存键共存成成键键轨轨道道沿沿键键轴轴“头头碰碰头头”

15、重重叠叠，重重叠叠程程度度较较大大，键键能能较大，较大，键较稳定键较稳定成成键键轨轨道道“肩肩并并肩肩”平平行行重重叠叠，重重叠叠程程度度较较小小，键键能能较较小小，键键不不稳定稳定电电子子云云密密集集于于两两原原子子之之间间，受受核核的的约约束束较较大大，键键的的极极化化性小性小电电子子云云分分布布在在平平面面的的上上下下方方，受受核的约束小，键的核的约束小，键的极化性大极化性大成成键键的的两两个个碳碳原原子子可可以以沿沿键键轴轴“自由自由”旋转旋转成成键键的的碳碳原原子子不不能能沿沿着着键键轴轴自自由由旋转旋转四、共价键的属性四、共价键的属性（1 1）键长键长：成键两原子核心的平均距离，其

16、单位常用：成键两原子核心的平均距离，其单位常用nmnm或或pmpm表示。表示。154154pm 134pm 120pmpm 134pm 120pm110110pm 107pm 1O6pmpm 107pm 1O6pm（2 2）键角键角：分子中同一原子形成的两个共价键之间：分子中同一原子形成的两个共价键之间的夹角。键角所给的信息对讨论有机物分子的的夹角。键角所给的信息对讨论有机物分子的空间构空间构型型具有十分重要意义。具有十分重要意义。（3 3 3 3）键能：键能：键能：键能：从共价键生成或断裂的能量因素来衡量共价从共价键生成或断裂的能量因素来衡量共价从共价键生成或断裂的能量因素来衡量共价从共价键

17、生成或断裂的能量因素来衡量共价键强度的物理量。相同类型的键其键能越大，键越稳定。键强度的物理量。相同类型的键其键能越大，键越稳定。键强度的物理量。相同类型的键其键能越大，键越稳定。键强度的物理量。相同类型的键其键能越大，键越稳定。（4 4）键的极性和极化性：键的极性和极化性：v 键的极性是由于成键原子的键的极性是由于成键原子的电负性电负性不同引起的。不同引起的。极性极性共价键共价键非极性非极性共价键共价键v 衡量化学键极性的物理量是键的偶极矩（简称键矩）。衡量化学键极性的物理量是键的偶极矩（简称键矩）。单位为单位为CmCm（库仑库仑米和米和D D）=qd=qd=qd=qdv 极化性极化性：由于

18、外界电场（静电场）作用而引起共价：由于外界电场（静电场）作用而引起共价键的极性键的极性改变改变的现象。的现象。第三节第三节 分子的极性和分子间的作用力分子的极性和分子间的作用力一、分子的极性一、分子的极性v 分分子子的的偶偶极极矩矩是是分分子子中中各各个个键键矩矩的的矢矢量量和和。偶偶极极矩矩是是一一个个矢矢量量，有有大大小小和和方方向向。其其方方向向性性用用 表表示示。大小用偶极矩表示。大小用偶极矩表示。正常情况下正常情况下BrBrBrBr键没有极性，键没有极性，0 0，但当外电，但当外电场场E E+接近时，由于接近时，由于E E+的诱导，引起正负电荷中心分离，的诱导，引起正负电荷中心分离，

19、出现了键矩出现了键矩 =0=0非极性分子非极性分子=1.87D=1.87D极性分子极性分子v 分子的极性越大，分子间作用力就越大。分子的极性越大，分子间作用力就越大。二、分子间的作用力二、分子间的作用力1 1、偶极偶极-偶极作用力：产生于极性分子之间。偶极作用力：产生于极性分子之间。偶极偶极作用力偶极偶极作用力2 2、氢键：实际上也是偶极氢键：实际上也是偶极-偶极作用力，它是分子间最偶极作用力，它是分子间最强的作用力，但最高不超过强的作用力，但最高不超过2525KJ/molKJ/mol。3 3、色散力（色散力（van der Waalsvan der Waals引力）引力）非极性分子内由于电子

20、的运动在某一瞬间使分子内电非极性分子内由于电子的运动在某一瞬间使分子内电荷分布不均匀，而产生很小的暂时（瞬间）偶极，其荷分布不均匀，而产生很小的暂时（瞬间）偶极，其产生的瞬间偶极作用力称产生的瞬间偶极作用力称色散力色散力。氢键氢键(特强的偶极偶极特强的偶极偶极作用力作用力)较小原子半径、较小原子半径、电负性强、有未共用电负性强、有未共用电子对的原子可与氢电子对的原子可与氢原子形成氢键。常见原子形成氢键。常见的原子的原子O,N,F第四节第四节 有机化合物的功能基和反应类型有机化合物的功能基和反应类型1 1、功能基、功能基 决定有机化合物的种类和特性的原子或原子团决定有机化合物的种类和特性的原子或

21、原子团 ，叫做叫做官能团官能团 或或功能基功能基(functional groupfunctional group)。1 1.按按基本骨架基本骨架特征分类特征分类2 2.按按官能团官能团不同分类不同分类CHCH3 3CHCH2 2OCHOCH2 2CHCH3 3 链状化合物链状化合物碳环化合物碳环化合物杂环化合物杂环化合物(二二)按官能团分类按官能团分类 30邓健 制作 吕以仙 审校2 2、反应类型、反应类型离子型反离子型反应应 亲电反应亲电反应亲核反应亲核反应协同反应协同反应自由基反应自由基反应本教材只讨论本教材只讨论自由基反应自由基反应和和离子型反应离子型反应。l1、自由基型反应、自由基型

22、反应游离基游离基(自由基自由基)均裂均裂l2 2、离子型反应、离子型反应正碳离子（碳正碳离子（碳正离子）正离子）carbonium ioncarbonium ion负碳离子（碳负碳离子（碳负离子）负离子）carbanium carbanium ionion由由亲核试剂进攻正碳离子亲核试剂进攻正碳离子的反应称的反应称亲核反应。亲核反应。由由亲电试剂进攻负碳离子亲电试剂进攻负碳离子的反应称的反应称亲电反应。亲电反应。第五节第五节 有机酸碱概念有机酸碱概念一、布朗斯特（质子）酸碱理论一、布朗斯特（质子）酸碱理论v 凡凡能能给给出出质质子子的的物物质质是是酸酸（质质子子的的给给予予体体）；凡凡能能接接

23、 受质子受质子的物质是的物质是碱碱（质子的接受体）。（质子的接受体）。化合物的酸碱性强度的表示：化合物的酸碱性强度的表示：酸酸Ka Ka 或或pKapKa来表示。来表示。碱碱KKb b 或或pKpKb b 来表示。来表示。v 共轭酸碱：酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共共轭酸碱：酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。轭酸越弱。HF HCI HBr HF HCI HBr HIHI v 酸性强度可用酸性强度可用pKapKa表示，表示，pKapKa越小，酸性越强。越小，酸性越强。如：如：pKa pKa 水：水：15.7 15.7 乙炔：乙炔：25 25 酸性：水酸性：水 乙炔乙炔v 酸碱反应中

24、平衡总是有利于生成较弱的酸和较弱的酸碱反应中平衡总是有利于生成较弱的酸和较弱的碱。即强酸置换弱酸。碱。即强酸置换弱酸。二、二、LewisLewis酸碱概念酸碱概念1、酸碱的定义：、酸碱的定义：凡能获得电子对的物质，叫做酸凡能获得电子对的物质，叫做酸。凡能提供电子对的物质，叫做碱凡能提供电子对的物质，叫做碱v LewisLewis酸酸通通常常是是正正离离子子或或缺缺电电子子的的分分子子(如如H H+、ClCl+、BrBr+、NONO2 2+、BFBF3 3、AlClAlCl3 3等等)。LewisLewis碱碱通通常常是是负负离离子子或或带带有有未未共共用用电电子子对对的的分分子子(如如H H2

25、 2O O、ROHROH、NHNH3 3、RNHRNH2 2、OHOH-、CNCN-等等)2 2、酸碱反应：、酸碱反应：实质：是配位键的形成并生成酸碱配合物。实质：是配位键的形成并生成酸碱配合物。即：酸即：酸 +碱碱 酸碱配合物。酸碱配合物。有机化合物的结构表示方法有机化合物的结构表示方法有机化合物的结构表示方法有机化合物的结构表示方法缩写式缩写式价键式价键式骨架式骨架式球棒式球棒式投影式投影式有机物分子的特性有机物分子的特性 有机物分子在结构上的最大特性，就是原子之间多以有机物分子在结构上的最大特性，就是原子之间多以共价键结合；由于碳原子彼此间或碳原子与其他原子间的共价键结合；由于碳原子彼此

26、间或碳原子与其他原子间的多种连接方式，故有机物普遍存在多种连接方式，故有机物普遍存在同分异构现象同分异构现象。（如：。（如：C C2 2H H6 6O O）由于分子间力与离子间的结合力（离子键）相比，一由于分子间力与离子间的结合力（离子键）相比，一般是很弱的，所以有机物的般是很弱的，所以有机物的熔点通常较低熔点通常较低，超过，超过300300的的有机化合物很少。有机化合物很少。有机物的有机物的易燃易燃，热稳定性差，热稳定性差，难溶或不溶于水难溶或不溶于水等，等，也都是人们公认的有机物特性。也都是人们公认的有机物特性。大多数有机反应速率较慢，需要一定时间才能完成大多数有机反应速率较慢，需要一定时

27、间才能完成反应。为了加速反应，常常要辅以外界条件，尤其需要反应。为了加速反应，常常要辅以外界条件，尤其需要催化剂的参与。另外，在同一个反应体系中也往往由于催化剂的参与。另外，在同一个反应体系中也往往由于反应途径不同而有主反应产物和副反应产物，使得有机反应途径不同而有主反应产物和副反应产物，使得有机反应产率较低，也给分离、纯化工作带来许多麻烦。反应产率较低，也给分离、纯化工作带来许多麻烦。化学合成化学合成 第六节第六节 确定有机化合物结构的步骤和方法确定有机化合物结构的步骤和方法生物体中提取生物体中提取混合物混合物分离提纯分离提纯色谱色谱蒸馏蒸馏 重结晶重结晶 升华升华元素分析元素分析确定分子式

28、确定分子式质质谱谱测定结构式测定结构式四谱联四谱联用用四谱：四谱：红外光谱（红外光谱（IRIR）、）、紫外光谱（紫外光谱（UVUV）、）、核磁共振核磁共振（NMRNMR）、）、质谱（质谱（MSMS）第七节第七节 分子轨道和共振结构分子轨道和共振结构一、分子轨道一、分子轨道 分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子的运动状态每个电子的运动状态,认为形成化学键的电子是在认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的整个分子中运动的,该理论认为化学键是原子轨道重该理论认为化学键是原子轨道重叠产生的叠产生的,任何数目的原子轨道重叠可以形成同样任何数目的原子

29、轨道重叠可以形成同样数目的分子轨道，如数目的分子轨道，如H H2 2的形成：的形成：在一般情况下在一般情况下在一般情况下在一般情况下,分子的反键轨道内分子的反键轨道内分子的反键轨道内分子的反键轨道内没有电子，只有当没有电子，只有当没有电子，只有当没有电子，只有当分子呈激发状态时分子呈激发状态时分子呈激发状态时分子呈激发状态时才有电子。才有电子。才有电子。才有电子。共振论的基本内容共振论的基本内容共振论的基本内容共振论的基本内容：一个分子或离子可以用一个分子或离子可以用2个只个只是电子位置不同的是电子位置不同的Lewis结构式表示。结构式表示。在共振理论中在共振理论中,每一每一个个Lewis结构

30、式称为结构式称为共振式共振式,任何一个单一的共振式并不能任何一个单一的共振式并不能代表分子或离子的真实结构代表分子或离子的真实结构,只有只有共振式的群体共振式的群体或或共振杂化共振杂化体体(resonance hybrid)能代表分子或离子的真实结构。能代表分子或离子的真实结构。硝基甲烷是一个具有两个结构特征的单一化合物。硝基甲烷是一个具有两个结构特征的单一化合物。也就是说硝基甲烷是上述两个共振式的共振杂化体。也就是说硝基甲烷是上述两个共振式的共振杂化体。在共振杂化体中在共振杂化体中,两个氮氧键既不是单键两个氮氧键既不是单键,也不是双也不是双键键,而是介于单键与双键之间的两个完全相同的键。而是

31、介于单键与双键之间的两个完全相同的键。42人民卫生电子音像出版社问题问题问题问题：醋酸根的醋酸根的醋酸根的醋酸根的LewisLewisLewisLewis结构式如下结构式如下结构式如下结构式如下,请分别用请分别用请分别用请分别用共振式和共振杂化体两种形式写出醋酸根的真共振式和共振杂化体两种形式写出醋酸根的真共振式和共振杂化体两种形式写出醋酸根的真共振式和共振杂化体两种形式写出醋酸根的真实结构。实结构。实结构。实结构。书写同一个化合物分子或离子的不同共振式时应书写同一个化合物分子或离子的不同共振式时应注意：第一，所有原子的相对位置不变，只有电子注意：第一，所有原子的相对位置不变，只有电子的位置改变；第二的位置改变；第二,用双箭头用双箭头“”(共振符共振符号号)连接共振式。连接共振式。43邓健 制作 吕以仙 审校