医用有机化学第1章绪论.ppt

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1、第1章 绪 论（Introduction）授课教师：罗一鸣,内容提要:,一、有机化学的研究对象,三、有机化合物的特性,四、有机化合物结构特征共价键,五、共价键的断裂与反应类型,七、课程的特点和学习方法建议,二、有机化学与生命科学的关系,第1章 绪论,六、有机化合物的分类（自学）,一、有机化学的研究对象,有机化合物(organic compounds)：含碳的化合物或碳氢化合物及其衍生物。有机化学(organic chemistry)：研究有机化合物的组成、结构、性质、制备、应用和变化规律的一门科学。有机化学的产生和发展：“生命力说”的破灭。,1806年，伯齐利乌斯（Berzilius）提出“有

2、机化学”这一名词和“生命力”学说。“有机物是生命过程的产物，所以有机物只能在细胞中受一种奇妙的生命力的作用才能产生。生命力是活细胞所固有的，人工无法创造生命力，也就无法用化学的方法制造有机物。生命力是什麽呢？神秘，不可捉摸。”伯齐利乌斯（Berzilius）,一、有机化学的研究对象,“我应当告诉您，我制出了尿素，而且不求助于肾或动物无论人或犬。”,1828年,F.Wohler由氰酸铵NH4OCN合成尿素NH2CONH2，他怀着兴奋的心情将这件事告诉了他老师 生命力论的代表人物 Berzilius：,在一连串铁的事实面前，“生命力”论就象一艘触礁的破船，被淹没在有机合成的浪滔之中。开辟了有机合成

3、的新纪元。,1845年Kolbe合成醋酸;1854年，柏赛罗合成油脂；18501900年，合成有机化学时代，煤焦油化学时代；19001940年，有机化学工业时代，煤焦油染料、药物、炸药；1940年，石油化工时代，三大合成材料（橡胶、塑料、纤维）；,一、有机化学的研究对象,二、有机化学与生命科学的关系,医学的研究对象是人体，而组成人体的物质除水和一些无机盐以外，绝大部分是有机化合物。如：蛋白质，酶、维生素和激素，糖原和脂肪等。有机分子是生命体化学大厦的砌块。人体进行的新陈代谢包含者许多有机化合物的分解和合成过程；药物大多为有机化合物。生命现象的物质基础和有机分子的生物功能是生命科学研究的永恒主题

4、。有机化学与生物化学相结合，从分子水平来研究生物学问题，是有机化学的前沿阵地之一。,2001年以来的诺贝尔化学奖,组成,除C、H以外，只含有O、N、S、P、X等少数元素。有机物数目繁多。,原子间通常以共价键的方式结合；分子组成复杂，同分异构现象普遍。,易燃、易爆；热稳定性差；熔、沸点低；难溶于水；反应速度慢。例：HOAc:m.p 16.1 b.p 118;NaCl:m.p 800 b.p 1440,三、有机化合物的特性,四、有机化合物的结构特点共价键,碳元素处于第周期A族，既难得电子，也难失电子，一般以共价键与其他原子结合。描述共价键的理论：价键理论和分子轨道理论 价键理论认为：共价键（cov

5、alent bond）是原子间通过共用电子对相互结合而形成的。,共价键最基本特点是具有饱和性和方向性。在有机化合物中，所有的碳必须是4价！成键原子间必须沿着电子云密度最大的方向重叠成键。,（一）共价键的类型,1、分类：按共用电子对的数目为 按轨道的重叠方式分,单键,双键,叁键,键,键,键：两个成键原子轨道沿着两个原子核间的连线（键轴）发生“头碰头”的重叠。,（一）共价键的类型,键：由两个原子的p轨道“肩并肩”地重叠。,（一）共价键的类型,2、键和键的特点,（一）共价键的类型,3、杂 化 轨 道(Hyprized Obitals),杂化轨道：在共价键形成过程中，由于原子间的相互影响，同一个原子中

6、参与成键的几个能量相近的原子轨道重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道。,（一）共价键的类型,碳原子最外层轨道：2S,2PX 2PY 2PZ,（一）共价键的类型,碳的三种杂化状态：,（一）共价键的类型,sp杂化碳,sp3杂化碳,sp2杂化碳,碳的三种杂化轨道的构型,（一）共价键的类型,杂化轨道小结：,类型 S成分 形 状 构 型 键 角 sp3 1/4 葫 芦 正四面体 109.5sp2 1/3 稍胖葫芦 平面三角 120 sp 1/2 胖 葫 芦 直 线 180,杂化轨道和杂化轨道重叠形成键。杂化轨道与s或p轨道重叠也形成键。,哪种杂化碳原子的电负性最大

7、？,（一）共价键的类型,讨 论：,1、杂化轨道可形成键，如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。键是有机分子构成碳链或碳环的基础。2、未参与杂化的p轨道可形成键，如C=C、C=O、CC、CN等。,（一）共价键的类型,3、不同杂化态碳原子的电负性不同，导致其与氢子或其他原子形成的键的性质不同。电负性：sp杂化碳 sp2杂化碳 sp3杂化碳!,实例：甲烷和乙烯的结构,分别以哪种类型的键结合？,（一）共价键的类型,思考题 1-1,对于乙腈分子：CH3CN两个碳原子各处于什么杂化状态？N原子上的未成键电子对处于什么轨道？,（一）共价键的类型,（二）共价键的参数,成键原子的平衡核间距。以nm(10-

8、9m)表示。不同的共价键有不同的键长；例如：CC 0.154nm CH 0.109nm C=C 0.133nm CO 0.143nm 相同的共价键，处于不同的化学环境时，键长也稍有差异。一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开。,1.键长（bond length）,2.键能（bond energy）,多原子分子:键能即键的平均解离能。例如：,平均值：(423+439+448+347)4=414KJ/mol CH的键能为414KJ/mol。,化学键的键能越大，键越牢固。,（二）共价键的参数,3.键角（bond angle）：,键与键之间的夹角。键角主要与中心原子的杂化态有关，也受分子中其他原

9、子的影响。,（二）共价键的参数,4.键的极性和极化,键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的。如：,一般地：成键原子电负性差大于1.7，形成离子键；成键原子电负性差为0.51.6，形成极性共价键。成键原子的电负性差越大，键的极性越强。,（1）键的极性（polarity of bond）,（二）共价键的参数,键的极性用偶极矩(键矩)来度量：,qd 的单位：Cm(库仑米)q正、负电中心的电荷 d 电荷中心之间的距离 例：HCl CH3Cl,（二）共价键的参数,（2）分子的极性,键的极性可引起分子的极性，分子的偶极矩等于键的偶极矩的矢量和。例如：,分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解度等。,（二

10、）共价键的参数,（3）键的极化（polarization）在外界电场作用下，共价键的极性发生改变的现象。,极化度：键被极化的难易程度；主要决定于成键电子云的流动性大小。,如：CX键的极化度大小：CICBrCClCF,键键,（二）共价键的参数,小 结 共价键的键能和键长反映了键的强度，即分子的热稳定性；键角反映了分子的空间形象；键的极性反映分子物理性质；键的极化性反映分子的化学反应活性；键的极性是固有的,键的极化是暂时的。,（二）共价键的参数,下列各化合物哪些有极性？并指出其偶极矩方向。（1）CO2（2）HBr（3）CH3Cl（4）CH3OCH3,思考题1-2,（二）共价键的参数,取代反应 加成

11、反应 消除反应 重排反应 聚合反应,按产物和反应物关系,按共价键的断裂方式,自由基反应,离子型反应,五、共价键的断裂与反应类型,发生均裂的反应条件是光照、辐射、加热或有过氧化物存在。均裂的结果是产生了具有不成对电子的原子或原子团自由基（free radical）。有自由基参与的反应叫做自由基反应。,（一）共价键的均裂,（二）共价键的异裂,发生共价键异裂的反应，叫做离子型反应。反应条件通常有催化剂、极性试剂、极性溶剂存在。异裂的结果产生了带正电荷或负电荷的离子。碳正离子（carbonium）;碳负离子（carbanion）,（三）有机酸碱概念,1、勃朗斯德（Brnsted）酸碱理论（质子理论）酸

12、：给出质子的物质；碱：接受质子的物质。酸碱反应：质子的传递,共轭碱和共轭酸：强酸的共轭碱是弱碱，弱酸的共轭碱是强碱；强碱的共轭酸是弱酸，弱碱的共轭酸是强酸。酸和碱的概念是相对的。例如：乙醇与硫酸反应时为碱，与水反应时为酸；乙胺与水反应时为碱，与OH-反应时为酸。化合物的酸性可用Ka或pKa表示；化合物的碱性可用Kb或pKb表示。,关于质子酸碱理论的讨论,（三）有机酸碱概念,2、路易斯（Lewis）酸碱理论（电子对理论）Lewis酸：电子对的接受体；Lewis碱：电子对的给予体。酸碱反应：实际上是形成配位键的过程。,（三）有机酸碱概念,lewis碱就是Brnsted碱。如：:NH3 Brnste

13、d碱，lewis碱。lewis酸则与Brnsted酸略有不同。如：H+lewis酸，非Brnsted酸；HClBrnsted酸，非lewis酸；BF3和AlCl3 lewis酸，非Brnsted酸。Brnsted酸碱理论用在酸碱度强弱的描述中；lewis酸碱理论主要用在反应机理研究中。,有机酸碱讨论,Lewis酸：是缺少电子不满足八隅体（氢是二隅体）的电子构型的正离子，或者含具有空轨道可接受电子对的原子，如：H+、R+、Cl+、Br+、BF3、AlCl3等，在反应中总是进攻电子云密度较大的部位，所以是一种亲电试剂。碳正离子属于Lewis酸，也是亲电试剂。,（三）有机酸碱概念,Lewis碱：负离

14、子，或者是具有未共用电子对的原子，或者是富电子的键，如:I、OH、CN、R、H2O、NH3、ROH 烯烃和芳烃等，在反应中往往寻求质子或进攻一个正电中心，是亲核试剂。碳负离子属于Lewis碱，也是亲核试剂。,（三）有机酸碱概念,由亲电试剂进攻而发生的反应叫亲电反应；由亲核试剂进攻而发生的反应叫亲核反应。根据反应物和产物之间的关系，又可分为亲电取代和亲电加成；亲核取代和亲核加成。,离子型反应,亲电反应（加成、取代）,亲核反应（加成、取代）,（三）有机酸碱概念,指出下列化合物中，哪些是Lewis酸，哪些是Lewis碱？并扼要说明理由。（1）CH3NH2（2）CH3OH（3）ZnCl2（4）(CH3

15、)3C（5）HCC,思考题1-3,（三）有机酸碱概念,六、有机化合物的分类,（1）按碳链分类,（二）按官能团分类,官能团(Functional Group)决定化合物典型性质的原子或原子团。含有相同官能团的化合物具有相似的化学性质。按官能团分类可将有机物分为：烷、烯、炔；卤代烃，芳香烃，醇、酚、醚；醛、酮、醌；羧酸、羧酸衍生物；硝基化合物、胺、重氮和偶氮化合物、杂环化合物 等。通常将以上两种分类方法结合使用。如：“开链烯烃”、“脂肪酸”、“芳香胺”,六、有机化合物的分类,有机化合物的常见官能团,类 型 官能团 实 例 英文名称后缀 烷烃 无 CH4-ane 烯烃 C=C CH2=CH2-ene

16、 炔烃 CC H-CC-H-yne卤代烃-X CH3CH2Cl chloro-醇-OH CH3CH2OH-ol 醚 R-O-R CH3-O-CH3 ether 醛-CHO CH3CHO-al 酮-CO-CH3COCH3-one 羧酸-COOH CH3COOH-oic acid 胺-NH2 CH3CH2NH2-amine,七、本课程特点和学习方法建议,（一）本课程的特点 1、结构和反应是基础（重点）2、有机反应的规律性（重点，难点）3、1-9章基本有机化合物，10-13章生命有关物质。,（二）学习方法建议 1、课前预习，课后复习。2、学会听课，及时发问，提高学习效率。3、必要的记忆：如命名原则、

17、某些重要的反应等。通过必要的记忆，可以熟悉反应，发现规律，活跃思维，提高兴趣。4、提纲挈领，把握主线结构与性能的关系。5、学会鸟瞰，及时总结。,（三）关于课程考核 期末考试70%，平时成绩30%平时成绩：出勤，作业和课堂小测试 实验独立设课 实验课时间：第3周开始 实验教材：罗一鸣、唐瑞仁主编 有机化学实验与指导,七、本课程特点和学习方法建议,推荐参考书目:1.医科大学化学（下）陈启元、粱逸曾主编 化工出版社 20042.魏俊杰.有机化学.高等教育出版社,2003,课程网址：,七、本课程特点和学习方法建议,教材：唐玉海.医用有机化学(第二版).高等教育出版社,2007与之配套：医用有机化学 综合辅导,本章课后练习题：P7：3，5，7,8,C63H90N14O14PCo它含有9个C*，具有512个立体异构体。,VB12:,