有機(jī)化學(xué)課件c1緒論

1、有機(jī)化學(xué)Organic chemistry張 小 紅溫州師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 (663801)主要參考書(shū)汪小蘭編有機(jī)化學(xué)第三版，高等教育出版社，1997，北京邢其毅、徐瑞秋、周 政、裴偉偉,基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)第二版，上下冊(cè)，高等教育出版社，1993，北京。胡宏紋 主編，有機(jī)化學(xué)第二版，上下冊(cè)，高等教育出版社，1990，北京。第一章 緒論 有機(jī)化學(xué)1.1 有機(jī)化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展 1.1.1 有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)的含義有機(jī)化學(xué)A 生物體由有機(jī)物構(gòu)成；組成頭發(fā)、皮膚、肌肉的蛋白質(zhì)；控制遺傳基因的DNA；吃的食物；穿的衣服；吃的藥物。B 建筑材料；汽油；輪胎；塑料等腦白金（Melatonine)有機(jī)化學(xué)

2、感冒藥物快克，康泰克，白加黑，康必得，速效感冒膠囊，泰諾主要成份為對(duì)乙酰氨基酚對(duì)乙酰氨基酚能抑制前列腺素的合成而產(chǎn)生解熱作用白加黑成份: 每片含 日用片 夜用片對(duì)乙酰氨基酚 325mg 325mg鹽酸偽麻黃堿 30mg 30mg無(wú)水氫溴酸右美沙芬 15mg 15mg鹽酸苯海拉明 - 25mg解熱鎮(zhèn)痛止咳藥N，N-二甲基-2-（二苯甲氧基）乙胺鹽酸鹽，能竟?fàn)幮宰钄嘧璋稨1受體而產(chǎn)生抗組胺作用，有鎮(zhèn)靜，防暈動(dòng)，止吐作用，可緩解支氣管平滑肌痙攣?？惯^(guò)敏藥物N-甲基-3-甲氧基嗎啡烴，有鎮(zhèn)痛作用，但沒(méi)有嗎啡的成癮性和嗎啡樣的其它副作用。鹽酸偽麻黃堿，具有選擇性收縮上呼吸道毛細(xì)血管，消除鼻咽部粘膜充血、

3、減輕鼻塞癥狀。日用片在治療感冒中既可減輕上呼吸道粘膜充血，有明顯消除鼻塞、流涕、眼鼻搔癢、噴嚏、流淚等感冒的前期癥狀；又可治療由于感冒引起頭痛、發(fā)燒、咳嗽。鹽酸苯海拉明為抗組胺藥，可減輕感冒所致的流涕、打噴嚏等過(guò)敏癥。無(wú)水氫溴酸右美沙芬為很好的鎮(zhèn)咳藥物啟東蓋天力制藥股份有限公司有機(jī)化合物：Organic Compound有機(jī)化學(xué)含碳的化合物（除CO、碳酸鹽等）：碳?xì)浠衔?烴 hydrocarbons)及其衍生物（derivative)有機(jī)化學(xué)： Organic Chemistry研究有機(jī)物制備（preparation)、結(jié)構(gòu)（structure)、性質(zhì)(property)、應(yīng)用(applic

4、ation)的科學(xué)有機(jī)化學(xué)意義：是研究生物體及生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)1.1.2 有機(jī)化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展十九世紀(jì)初產(chǎn)生，至今約200年的時(shí)間。1777年，瑞典化學(xué)家Bergman將化合物分為“無(wú)機(jī)”(inorganic compounds)和“有機(jī)”(organic compounds)兩大類 。1808年瑞典化學(xué)家Berzelius首先使用“有機(jī)化學(xué)”(organic chemistry)這個(gè)名詞 。Organic Chemistry Wenzhou University1. 有機(jī)化合物的提純 十八世紀(jì)末，化學(xué)家們已經(jīng)得到了一系列純的有機(jī)化合物 。代表人物是瑞典化學(xué)家舍勒(Scheele, 174217

5、86 )，他一生發(fā)現(xiàn)、提純了不少有機(jī)化合物 。Organic Chemistry Wenzhou UniversityScheele的主要提純工作從尿中提取尿酸(1780)尿酸正常男性尿酸根水平約為1000-2000mg，而女性約為一半。痛風(fēng)病人的尿酸根水平為正常水平的2-3倍Scheele的主要提純工作從檸檬中提取檸檬酸(1784)從蘋果中提取蘋果酸(1785)檸檬酸 蘋果酸其他化學(xué)家的分離提純工作 1773年，由尿中發(fā)現(xiàn)尿素 1805年，由鴉片中得到第一個(gè)生物堿嗎啡。1818年，由植物葉中分離出葉綠素。1820年，由植物中分離出馬錢子堿、番木鱉堿、辛可寧等生物堿。Organic Chemi

6、stry Wenzhou University嗎啡是鴉片中最主要的生物堿（含量約10-15%），1806年法國(guó)化學(xué)家F澤爾蒂納首次從鴉片中分離出來(lái)。他用分離得到的白色粉末在狗和自己身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果狗吃下去后很快昏昏睡去，用強(qiáng)刺激法也無(wú)法使其興奮蘇醒；他本人吞下這些粉末后也長(zhǎng)眠不醒。據(jù)此他用希臘神話中的睡眠之神嗎啡斯（Morphus）的名字將這些物質(zhì)命名為“嗎啡”。葉綠素1818年，由植物葉中分離出葉綠素。辛可寧堿金雞納樹(shù)皮與奎寧金雞納樹(shù)皮是治療瘧疾的特效藥，原產(chǎn)于南美洲的厄瓜多爾。它的發(fā)現(xiàn)還有一段傳說(shuō)：相傳有一個(gè)患嚴(yán)重瘧疾的印第安人來(lái)到了厄瓜多爾南部洛哈省的馬拉卡拉斯地區(qū)，由于口渴難耐，他爬

7、到了當(dāng)?shù)匾粋€(gè)小池塘邊喝水。小池塘里浸泡了許多樹(shù)，水很苦，但喝完水后，他的病情卻好了許多。這件事很快在印第安人中傳開(kāi)，從此印第安人便最先開(kāi)始用這種樹(shù)皮治療瘧疾。后來(lái)傳教士胡安絡(luò)佩斯知道了這個(gè)古老的秘密，并把一塊金雞納樹(shù)皮帶到了西班牙，用它治好了西班牙駐秘魯總督夫人安娜辛可伯爵夫人的瘧疾。于是這個(gè)消息在西班牙廣為傳播。人們便以總督夫人的名字命名這樹(shù)皮為辛可那（Cincnona）。法國(guó)藥師佩雷蒂爾和卡文頓猜想金雞納樹(shù)皮中肯定含有治療瘧疾的成分，便嘗試著進(jìn)行分離。他于1826年從金雞納樹(shù)皮中提取到有效成分奎寧和辛可寧。由于辛可寧的生理活性僅為奎寧的1/5，所以只將奎寧用于治療瘧疾。目前，奎寧仍是治療瘧

8、疾的首選藥。 2. 有機(jī)合成的功勞 Wohler由氰酸銨加熱合成了尿素：1845年 Kolbe(柯?tīng)柌?合成了醋酸 1854年 Berthelot(貝特羅)合成了油脂 1861年 布特列洛夫合成了糖 一百多年來(lái)人工合成的有機(jī)化合物超過(guò)700萬(wàn)種 有機(jī)化學(xué)是一門迅速發(fā)展的學(xué)科 19011998年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)共90項(xiàng)，其中有機(jī)化學(xué)方面的 化學(xué)獎(jiǎng)55項(xiàng)，占化學(xué)獎(jiǎng)61% 當(dāng)代有機(jī)化學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)：與生命科學(xué)的結(jié)合。 1980年(DNA) 1997年(ATP)與生命科學(xué)有關(guān)的化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng) 八項(xiàng)； 有機(jī)化學(xué)以其價(jià)鍵理論、構(gòu)象理論、各種反應(yīng)及其反應(yīng)機(jī)理成 為現(xiàn)代生物化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)的理論基礎(chǔ)； 在蛋

9、白質(zhì)、核酸的組成和結(jié)構(gòu)的研究、順序測(cè)定方法的建立、 合成方法的創(chuàng)建等方面，有機(jī)化學(xué)為分子生物學(xué)的建立和發(fā)展 開(kāi)辟了道路； 確定DNA為生物體遺傳物質(zhì), 是由生物學(xué)家和化學(xué)家共同完成； 人類基因組“工作框架圖”組裝后基因組計(jì)劃序列基因 (Sequence Genomics)結(jié)構(gòu)基因(Structural Genomics)1.2有機(jī)化合物的特點(diǎn)1.2.1有機(jī)化合物的種類繁多1.2.2分子組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜 同分異構(gòu)體： 兩種或多種有相同的分子式，但結(jié)構(gòu)不同的化合物（如C2H2O6 ,有乙醇、甲醚兩種分子）。同分異構(gòu)現(xiàn)象： 具有同分異構(gòu)體的現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。 1.2.3 有機(jī)化合物性質(zhì)上的特點(diǎn) (

10、1) 容易燃燒 (2) 熱穩(wěn)定性差 (3) 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低(4) 難溶于水 (5)反應(yīng)速率比較慢 (6) 反應(yīng)復(fù)雜、副反應(yīng)多Organic Chemistry Wenzhou University1.3 化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)1.3.1 價(jià)鍵理論（共用電子對(duì)理論） 化學(xué)鍵：將原子結(jié)合在一起的電子作用離子鍵：穩(wěn)定的正、負(fù)離子通過(guò)靜電引力而形成的化學(xué)鍵。 共價(jià)鍵：兩個(gè)帶正電的原子核對(duì)共用電子對(duì)的吸引,使兩原子結(jié)合在一起而形成的化學(xué)鍵。共價(jià)鍵的特點(diǎn)：飽和性： 一般說(shuō)來(lái)，原子核外未成對(duì)電子數(shù)，也就是該原子可能形成的共價(jià)鍵的數(shù)目。方向性： 共價(jià)鍵是由參與成鍵原子的電子云重疊形成的，電子云重疊越多，則形成的共價(jià)鍵

11、越穩(wěn)定，因此電子云必須在各自密度最大的方向上重疊。Organic Chemistry Wenzhou University1.3.2 分子結(jié)構(gòu) 有機(jī)分子有特定的大小和立體形狀：共價(jià)鍵的飽和性和方向性決定了有機(jī)分子是幾種元素原子按特定方式結(jié)合。分子的物理、化學(xué)以至生理活性與分子結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系1.3.3 極性鍵與非極性鍵 相同元素的原子間形成的共價(jià)鍵沒(méi)有極性（非極性）。不同元素的原子間形成的共價(jià)鍵，由于共用電子對(duì)偏向于電負(fù)性較強(qiáng)的元素的原子而具有極性O(shè)rganic Chemistry Wenzhou University1.4 共價(jià)鍵的鍵參數(shù)(1) 鍵長(zhǎng)：原子核之間的距離。C-H鍵的鍵長(zhǎng)0.109

12、 nm, C-C鍵的鍵長(zhǎng)0.154 nm(丙烷中),(2) 鍵能：當(dāng)A和B兩個(gè)原子(氣態(tài))結(jié)合生成A-B分子(氣態(tài))時(shí)，放出的能量，單位：KJ/mol 鍵能愈大,鍵愈牢固。 (3) 鍵角：兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角。共鍵價(jià)的方向性決定鍵角的形成。CH4中HCH為10928,(4)共價(jià)鍵的極性 極性鍵 ：鍵距 =e.d極性分子：偶極距Organic Chemistry Wenzhou University偶極矩越大，鍵的極性越強(qiáng)。鍵的極性是決定分子的物理及化學(xué)性質(zhì)的重要因素之一。雙原子分子：鍵的偶極矩就是分子的偶極矩例如： U=1.03 D多原子分子：分子的偶極矩是各鍵的偶極矩的向量和，決定于分子的形

13、狀。 U=0 D有機(jī)化學(xué)分子的極性1.5 分子間的力1.5.1 定向力：極性分子間的作用力，偶極偶極作用力，1.5.2 色散力：極性分子和非極性分子內(nèi)之間的作用力。 分子內(nèi)部電荷分布不均勻，運(yùn)動(dòng)瞬間產(chǎn)生暫時(shí)偶極。 極化率：RI RBr RCl RF1.5.3 氫鍵：氫原子與原子半徑小、電負(fù)性強(qiáng)且有未共用電子對(duì)的原子（F、O、N）結(jié)合時(shí)產(chǎn)生的力。 三種力大小比較：氫鍵 定向力 色散力Organic Chemistry Wenzhou University1.6 有機(jī)反應(yīng)的基本類型(1) 均裂: 共價(jià)鍵斷裂時(shí)，成鍵的一對(duì)電子平均地分給兩個(gè)原子或基團(tuán)，生成的帶電子的原子或原子團(tuán)叫自由基，按這種方式發(fā)

14、生的反應(yīng)為游離基反應(yīng). A:B A. + B.Cl:Cl Cl. + Cl. CH4 + Cl. CH3. + Cl2(2) 異裂: 共價(jià)鍵斷裂時(shí)，成鍵的一對(duì)電子為其中的一個(gè)原子或原子團(tuán)所有,生成了正離子與負(fù)離子，按這種方式發(fā)生的反應(yīng)為離子型反應(yīng)。C:X C+ + X- 形成碳正離子C:X C- + X+ 形成碳負(fù)離子 (3) 協(xié)同反應(yīng)：舊鍵的生成和新鍵的產(chǎn)生是同時(shí)進(jìn)行的Organic Chemistry Wenzhou University1.7 有機(jī)化學(xué)中的電子效應(yīng)、立體效應(yīng)和溶劑化效應(yīng)1.7.1 誘導(dǎo)效應(yīng)（inductive effect) (用I表示）以氫為標(biāo)準(zhǔn)，斥（給、供）電子的原子

15、（團(tuán)）的誘導(dǎo)效應(yīng)表現(xiàn)在其本身將帶有微量正電荷，用“+I”表示；反之，吸電子的原子（團(tuán)）產(chǎn)生的誘導(dǎo)效應(yīng)可用“-I”表示。“-I”效應(yīng)主要原子（團(tuán)）的有：-X、-NO2、-CN、=O、-NH2“+I”效應(yīng)主要是烷基和一些帶負(fù)電的原子（團(tuán)） 如：-O-、-CO2-、-R各種烷基給電子的能力：R3C- R2CH- RCH2-Organic Chemistry wenzhou University1.7.2 共軛效應(yīng)(Conjugation Effect)- 共軛：在不飽鍵和單鍵交替出現(xiàn)的分子中，P電子的運(yùn)動(dòng)范圍不再局限于孤立的各個(gè)鍵原子之間，而是擴(kuò)展到所有的帶不飽鍵的原子之間，即產(chǎn)生了離域現(xiàn)象。這種單

16、重鍵交替出現(xiàn)的分子稱為共軛分子，又稱- 共軛。 給電子：“+C”；吸電子：“-C”-+Nu- - + + 有機(jī)化學(xué)b. P- 共軛存在于氧、硫、氮、鹵素等孤對(duì)電子以及正負(fù)離子、自由基與雙鍵之間 為+C效應(yīng).c. , -共軛以及, P- 共軛（超共軛）牽涉-鍵的共軛，比上述共軛弱得多有機(jī)化學(xué) 1.8 研究有機(jī)化學(xué)的方法（提取、合成） (1) 分離提純 重結(jié)晶、升華、蒸餾、分餾、色譜分離 (2) 純度的檢定 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、相對(duì)密度、折光率 (3) 實(shí)驗(yàn)式和分子式的確定 定性分析：確定化合物的元素組成。 定量分析：確定各元素的相對(duì)含量。 (4) 結(jié)構(gòu)式的確定 ：化學(xué)方法和物理方法.現(xiàn)代物理方法:X衍射、紅外光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜1.9有機(jī)化合物的分類1.9.1 按分子中碳原子的骨架分類(1)開(kāi)鏈化合物：碳原子相互連接成鏈狀骨架的化合物。 丙烷、丙烯、丙有支鍵的化合物也屬于開(kāi)鍵化合物。 (2) 碳環(huán)化合物：完全由碳原子組成的碳環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物 A：脂環(huán)族化合物：性質(zhì)與脂肪族化合物相似。B：芳香族化合物：同平面環(huán)閉共軛體系。(3)雜環(huán)化合物：碳原子和其它原子(O、