《有機(jī)化學(xué)》課件￥01緒 論

1、緒 論 第一章Department of Chemistry China Medical UniversityXiayang第一節(jié)有機(jī)化合物與有機(jī)化學(xué) 有機(jī)化合物概念早期 從來源定義：“有生機(jī)之物”?，F(xiàn)代 從元素組成定義：含碳化合物及其衍生物。具有劃時(shí)代意義的用無機(jī)化合物氰酸鉀和氯化銨制備有機(jī)化合物尿素的首次實(shí)驗(yàn)。(1828年，德國化學(xué)家：魏勒F.Whler)NH4OCNH2NCNH2O氰酸氨尿素有機(jī)化合物(Organic compound)是含碳的化合物有機(jī)化學(xué)(Organic chemistry)就是研究碳化合物的化學(xué)。有機(jī)化合物是碳?xì)浠衔锛捌溲苌?，研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)稱為有

2、機(jī)化學(xué)。有機(jī)化學(xué)在研究醫(yī)藥方面是非常重要的 醫(yī)學(xué)是從宏觀到微觀的研究過程：人體器官組織細(xì)胞生物分子 化學(xué)是從微觀到“宏觀”的研究過程：原子 分子 大分子 當(dāng)代，生命科學(xué)與化學(xué)科學(xué)相互滲透，兩學(xué)科間的交叉研究，使得生命科學(xué)中的化學(xué)問題已成為當(dāng)今化學(xué)科學(xué)的重大前沿研究課題；而在分子水平上對生命現(xiàn)象、疾病的發(fā)生、發(fā)展過程進(jìn)行深入認(rèn)識則推動了分子生物學(xué)的發(fā)展。有機(jī)化學(xué)與醫(yī)藥相關(guān)的學(xué)科 生物化學(xué)、組織化學(xué)藥物化學(xué)、天然藥物化學(xué)藥理學(xué)、分子生物學(xué)分子免疫學(xué)、分子藥理學(xué)分子病理學(xué)、分子遺傳學(xué)等第二節(jié)有機(jī)化合物的特點(diǎn)一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、共價(jià)鍵原子通過化學(xué)鍵構(gòu)成分子：化學(xué)鍵類型離子鍵原子間電子的轉(zhuǎn)移形成共價(jià)鍵原子間

3、共用電子對形成配位鍵兩原子間共用的電子對由一個(gè)原子提供形成有機(jī)分子中碳原子的化學(xué)鍵特點(diǎn)：(1) 碳原子在有機(jī)化合物中是四價(jià)的 (2) 碳與碳之間，碳與其它元素（H、O、N、X、S、P）之間以共價(jià)鍵相結(jié)合。 經(jīng)典共價(jià)鍵理論惰性氣體原子的最外層電子軌道內(nèi)分別具有二個(gè)或八個(gè)電子，這樣的電子構(gòu)型是最穩(wěn)定的。原子最外層具有八電子構(gòu)型時(shí)（或二電子構(gòu)型）稱為八隅體。相同或不同原子之間可通過得失電子或共享電子的方式使各自的外層電子構(gòu)型達(dá)到八隅體，從而使形成的分子處于穩(wěn)定狀態(tài)。 近代運(yùn)用量子力學(xué)理論研究共價(jià)鍵的形成和本質(zhì)而提出了現(xiàn)代共價(jià)鍵理論?，F(xiàn)代共價(jià)鍵理論共價(jià)鍵理論要點(diǎn)可歸納為： 二個(gè)條件：自旋相反、未成對電

4、子。 二個(gè)原則：飽和性、方向性。 二種類型：鍵、鍵。 三種形式：單鍵、雙鍵、叁鍵。H2: s-s overlapSigma () BondingCl2: p-p overlapPi () Bonding重鍵(Multiple Bonds)雜化軌道理論 碳原子核外電子排布：1s2 2s2 2p21s2s2p1s2s2pEnergy雜化和雜化軌道sp3雜化sp2雜化sp雜化不同類型、能級相近的電子軌道，可以“混雜”起來重新形成一組新的軌道，這種新的軌道叫做雜化軌道。這種混雜的過程叫做雜化sp3雜化軌道由1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道雜化，形成能量、形狀完全相等的4個(gè)sp3雜化軌道，4個(gè)sp3雜化軌道對

5、稱地指向正四面體的4個(gè)頂端，互相之間的夾角10928。sp3雜化軌道甲烷的結(jié)構(gòu)sp2雜化軌道sp2雜化軌道由1個(gè)2s軌道和2個(gè)2p軌道發(fā)生雜化，形成能量、形狀完全相同的3個(gè)sp2雜化軌道，3個(gè)sp2雜化軌道間的夾角為120o，成平面正三角形。剩下的未參與雜化的1個(gè)p軌道垂直于sp2雜化軌道所在的平面。乙烯分子中的碳原子就是sp2雜化，所以乙烯分子為平面結(jié)構(gòu)。sp2雜化軌道sp2雜化軌道乙烯的結(jié)構(gòu)sp雜化軌道由1個(gè)2s軌道與1個(gè)2p軌道發(fā)生雜化，形成能量、形狀完全相同的2個(gè)sp雜化軌道，兩個(gè)雜化軌道的對稱軸在同一直線上，所以兩個(gè)軌道間的夾角為180o。剩下的2個(gè)未參加雜化的p軌道與雜化軌道間相互

6、垂直。乙炔分子中的碳原子就是sp雜化，乙炔分子為直線形結(jié)構(gòu)。sp雜化軌道sp雜化軌道乙炔的結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵的屬性 鍵長(bond length)、鍵角(bond angle)、鍵能(bond energy)、鍵的極性(polarity)和鍵的極化(polarization)是表征共價(jià)鍵性質(zhì)的物理量。鍵長和鍵角可了解到分子的空間構(gòu)型。鍵能可了解鍵的強(qiáng)度大小。鍵的極性可了解成鍵原子間的電荷分布，進(jìn)而了解分子反應(yīng)時(shí)在什么部位發(fā)生反應(yīng)。、鍵的極性非極性鍵成鍵的兩個(gè)原子相同，正負(fù)電荷中心重合的共價(jià)鍵叫做非極性鍵。例如：HH極性鍵成鍵的兩個(gè)原子不相同，正負(fù)電荷的中心不能重合的共價(jià)鍵叫做極性鍵，例如：鍵極性大小不

7、是用電負(fù)性差表示，而用偶極矩表示。HCl分子的極性兩個(gè)原子組成的分子，鍵的極性就是分子的極性。兩個(gè)以上原子組成的分子中，分子的極性是分子中每個(gè)鍵的極性的向量和。分子的極性不僅取決于各個(gè)鍵的極性，也取決于鍵的方向，即取決于分子的形狀。因此，有些分子雖然各化學(xué)鍵有極性，但各化學(xué)鍵的極性正好抵消時(shí)，分子就沒有極性。例如：二氧化碳、四氯化碳分子為非極性分子。、鍵的極化性鍵極化的難易程度一般稱為極化度。極化度的大小主要取決于成鍵原子的電子云流動性的大小，電子流動性大，則極化度就高，而原子半徑愈大，電子云的流動性就愈大。 共價(jià)鍵不論是極性的或非極性的，在外界電場作用下而使共價(jià)鍵的電子云發(fā)生變化，從而也改變

8、了鍵的極性的現(xiàn)象叫鍵的極化。、鍵的極性和極化性之間區(qū)別 鍵的極性是由成鍵原子的電負(fù)性不同而產(chǎn)生的，其大小取決于成鍵原子的電負(fù)性之差。鍵的極性是鍵的內(nèi)在性質(zhì)，是永恒的現(xiàn)象。而鍵的極化則是在外界電場作用下產(chǎn)生的，是一種暫時(shí)現(xiàn)象，當(dāng)外界電場除去后即可以恢復(fù)原來的狀態(tài)。 2、同分異構(gòu)現(xiàn)象同分異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)在有機(jī)化學(xué)中寫結(jié)構(gòu)式而不寫分子式。二、性質(zhì)特點(diǎn)1、可燃性、揮發(fā)性、溶解性 2、反應(yīng)性： 速度慢條件：加溫、加壓、加催化劑 副產(chǎn)物多寫反應(yīng)式，而不寫方程式第三節(jié)有機(jī)化合物的官能團(tuán)和分類 官能團(tuán)(functional group)：有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)中能反映出一類化合物性質(zhì)的原子或原子團(tuán)，有時(shí)又

9、叫功能基，功能團(tuán)。有機(jī)化合物一般有兩種分類方法：一種按照骨架分類，另一種按照官能團(tuán)分類。1、按碳的骨架分類根據(jù)碳原子結(jié)合而成的基本骨架不同，有機(jī)化合物被分為：鏈狀化合物碳環(huán)化合物脂環(huán)族化合物芳香族化合物雜環(huán)化合物環(huán)狀化合物有機(jī)物2、按官能團(tuán)分類決定某一類化合物一般性質(zhì)的主要原子或原子團(tuán)稱為官能團(tuán)或功能基。含有相同官能團(tuán)的化合物，其化學(xué)性質(zhì)基本上是相同的。單官能團(tuán)化合物分子中只含有一個(gè)官能團(tuán)的化合物。多官能團(tuán)化合物分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同官能團(tuán)的化合物。復(fù)合官能團(tuán)化合物分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上不相同官能團(tuán)的化合物。 有機(jī)化合物的主要官能團(tuán)類型官能團(tuán)類型官能團(tuán)烷烴無醚ROR（醚鍵）烯烴 C=C

10、 （碳碳雙鍵）醛CHO （醛基）炔烴CC（碳碳三鍵）酮C=O （酮基）鹵代烴X （鹵素）羧酸COOH （羧基）醇OH （羥基）胺NH2 （氨基）第四節(jié)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類型有機(jī)反應(yīng)歷程有機(jī)化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程，稱為反應(yīng)機(jī)理，又稱反應(yīng)歷程。有機(jī)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成過程。共價(jià)鍵的斷裂方式有兩種：均裂和異裂。共價(jià)鍵的斷裂方式有兩種：均裂(homolysis)：ABA + B共價(jià)鍵斷裂時(shí)，成鍵電子對平均分給成鍵的原子或原子團(tuán)。這種帶有未成對電子的原子或原子團(tuán)稱為游離基或自由基(free redical)。有游離基參加的反應(yīng)稱為游離基反應(yīng)。異裂(heterlysis)：ABA+ B-+另一

11、種斷裂方式是成鍵的一對電子保留在一個(gè)原子或原子團(tuán)上，由此而產(chǎn)生正負(fù)離子。按異裂而產(chǎn)生正負(fù)離子的反應(yīng)稱為離子型反應(yīng)。A- B+或有機(jī)物異裂后能產(chǎn)生正碳離子或負(fù)碳離子： RCHHA能量能量RCHHRCHH+A+A負(fù)碳離子正碳離子正碳離子和負(fù)碳離子都是非常不穩(wěn)定的中間體，都只能在瞬間存在，但它對反應(yīng)的發(fā)生起著不可替代的作用。有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的類型烷烴的鹵代反應(yīng)屬于游離基反應(yīng)歷程；離子型反應(yīng)可分為親電反應(yīng)和親核反應(yīng)兩種：親電反應(yīng)又可分為親電取代和親電加成兩種。親核反應(yīng)親核反應(yīng)可分為親核取代和親核加成兩種。第五節(jié)有機(jī)酸堿概念目前在有機(jī)化學(xué)中廣泛應(yīng)用的兩個(gè)酸堿理論是勃朗斯德酸堿理論和路易斯酸堿理論。定義： 酸

12、是質(zhì)子的給予體； 堿是質(zhì)子的接受體。AH+H+一、勃朗斯德酸堿理論質(zhì)子理論A-酸與堿的關(guān)系：酸放出質(zhì)子后產(chǎn)生的酸根即為該酸的共軛堿。堿與質(zhì)子結(jié)合后形成的質(zhì)子化合物即為該堿的共軛酸。酸越強(qiáng)，它的共軛堿越弱堿越強(qiáng)，它的共軛酸越弱。 酸 堿 堿的共軛酸 酸的共軛堿酸堿強(qiáng)度： pKa越小，酸性越強(qiáng); pKb越小，堿性越強(qiáng)。 CH3COOH H2OH3O+ CH3COO-H2SO4CH3OHCH3O+H2HSO4-二、路易斯(lewis)酸堿理論電子理論 定義：酸是電子對接受體；堿是電子對的給予體。酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是形成配位鍵的過程，得到一個(gè)酸堿加合物。堿 酸 酸堿加合物H3NBF3H3NBF3lewis

13、酸堿物質(zhì)的類型： lewis酸(缺電子的物質(zhì))分子：金屬離子：正離子：BF3 AlCl3 SnCl2 FeCl3Li+ Ag+ Cu2+R+ Br+ NO2 H+ lewis堿(具有孤對電子的物質(zhì))分子：負(fù)離子：雙鍵： 烯烴、芳烴NH3 RNH2 ROHX- OH- RO- R-三、親電試劑 親核試劑親電反應(yīng) 親核反應(yīng)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)可簡單表述如下:AB+C在反應(yīng)中與試劑發(fā)生反應(yīng)的化合物稱為底物。 反應(yīng)底物 試劑 產(chǎn)物親電試劑：缺電子的物質(zhì)具有親電子的性質(zhì)，在反應(yīng)中能與反應(yīng)底物中帶部分負(fù)電荷的碳發(fā)生反應(yīng)，這種物質(zhì)稱為親電試劑。親電試劑在反應(yīng)中它們是電子對的接受體，所以親電試劑也就是Lewis酸。

14、親核試劑：具有孤對電子的物質(zhì)，能與反應(yīng)底物中帶部分正電荷的碳發(fā)生反應(yīng)，這種物質(zhì)稱為親核試劑。親核試劑在反應(yīng)中是電子對的提供體，所以親核試劑也就是Lewis堿。親電反應(yīng)(electrophilic reaction)：由親電試劑進(jìn)攻負(fù)碳離子而引起的反應(yīng)。親核反應(yīng)(nucleophilic reaction)：由親核試劑進(jìn)攻正碳離子而引起的反應(yīng)。第六節(jié)有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的表示方法分子結(jié)構(gòu)是指分子中各原子之間的結(jié)合方式、排列順序、以及在空間的位置。結(jié)構(gòu)式(structural formula)表示化合物分子結(jié)構(gòu)的一種化學(xué)式稱為結(jié)構(gòu)式。表示有機(jī)分子結(jié)構(gòu)的方法有五種：1、電子式 2、實(shí)線式 3、示性式 4、簡化示性式 5、骨架式 6、立體結(jié)構(gòu)式電子式也稱路易斯(Lewis)結(jié)構(gòu)式：