药学有机化学第一章(本).ppt

有 机 化 学 Organic chemistry 人 民 卫 生 出 版 社 主 编 倪 沛 洲 讲 授 刘 利 民 一、内容 授课学时 理论 72学时 实验 34学时 二、考试 作业 10% 实验 20% 理论 70% 烃、卤代烃、醇、酚、醚、羧酸及其衍 生物、胺、杂环化合物、糖类、核酸、类脂 、立体化学基础等。 三、要求 抓紧课堂每一个45分钟 做好每一次实验 认真预习 预习本（原始记录本 ） 细致观察 遵守纪律 写好报告 第一章 绪 论 有机化学的研究对象：碳氢化合物及其衍生物。它研 究有机物的结构、性质、合成、应用以及结构与性质间的 相互关系。 无机物，inorganic compound。来自矿物 有机物，organic compound。来自动、植物生物体内 1828年， 氰酸铵尿素 有机化合物：碳氢化合物及其衍生物。 自然界的物质分为两大类： 一、有机化合物和有机化学 二、有机化学的发展趋势 1、积极介入生命科学的研究 2、材料科学的研究 聚乙炔有机导体研究成果获得2000年诺贝尔奖 C60有机衍生物的合成,已合成了水溶性且具有生物活 性的二氨基二酸二苯基C60衍生物，这种衍生物具有 抑制人体免疫缺乏病毒酶的生物活性 3、“绿色化学” 一是提供给社会的化学品应是有益无害，而且对环境友好的 ；二是生产这些化学品的原料应可以再生，它们的利用不应 引起生态环境的破坏；第三是绿色化学最重要也是最主要的 方面，即化学品的生产过程应该是环境友好的。 4、有机合成研究领域的发展 建立分子库、发展分子多样性 手性纯化合物的合成 2001年不对称合成获诺贝尔化学奖 催化剂 威廉.诺尔斯的成果 三、有机化合物的特性 1、结构复杂、种类繁多 2、大多易燃烧 3、一般熔点较低 4、难溶于水而易溶于有机溶剂 5、非电解质 6、反应速度慢、反应复杂，常伴有副反应。 四、有机化合物的分类 链状化合物 1按碳骨架结构不同分为 碳环化合物 杂环化合物 2按所含官能团不同分类 官能团：分子中比较活泼、容易发生反应的原子或原子团。 五、有机物的结构 （一）凯库勒结构式:表示分子中原子的种类、数目和彼 此结合的顺序和方式。 碳原子的四面体结构 （二）离子键和共价键 路易斯结构式 ： 化学键 离子键 共价键 金属键 凯库勒结构式 ： （三）现代共价键理论 1、原子轨道和电子云 原子轨道 电子云 2、价键法的基本要点： 自旋相反的成单电子相互接近时，可形成稳定 的共价键。 两原子的原子轨道重叠程度，共价键强度， 称为最大重叠原理。 每个原子所能形成共价键的数目取决于该原子中 的单电子数目。 （4）能量相近的原子轨道可以杂化 碳原子的杂化类型 ： 正四面体 激发 杂化 2p （基态 ） （激发态） （sp3杂化态） sp3 等性杂化 激发 2s 2p （基态） 2s 2p （激发态） 杂化 （sp2杂化态） 2p 平面正三角形 sp2 等性杂化 碳原子的sp2杂化 2s 2p （基态） 激发 杂化 （sp杂化态） 2p 直线型 sp 等性杂化 2s 2p （激发态） 碳的sp杂化轨道 3、分子轨道法 （1）分子中的电子在遍及整个分子范围内运动 （2） 分子轨道由分子中原子轨道的波函数线性 组合而成 = a b = a b 波函数同相叠加，能量下降 称为成键分子轨道 波函数反相叠加，能量升高 称为反键分子轨道 （3） 成键三原则 对称性匹配原则 能量近似原则 原子轨道之间能量相差越小， 组 成的分子轨道的成键能力越强。 最大重叠原则 原子轨道重叠程度越大，成键能力越强 。 4.键参数 n1)键长 n2)键角 n3)键能 n4)键的极性和可极化性 不同的共价键，对外界电场的影响有不同的感受能力， 这种感受能力通常叫做可极化性。 成键原子的电负性愈大，原子半径愈小，则对外层电子 束缚力愈大，电子流动性愈小，共价键的可极化性就小 ；反之，可极化性就大。 键的可极化性对分子的反应性能起重要作用 5.共价键的断裂方式 1）均裂 Homolytic Cleavage 在共价键断裂时，如果共用电子对均等地分配给两个成键原 子，这种断裂方式称为均裂 A : B A + B 断裂 游离基或自由基 2)异裂 Heterolytic Cleavage 在共价键断裂时，如果共用电子对完全转移给成键原子一方， 这种断裂方式称为异裂。 A : BA+ + B - 断裂 六、有机酸碱的概念 （一）勃朗斯德酸碱理论 酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。 酸：含O-H、S-H、C-H 的有机物等 碱：负离子、等 在水溶液中 ： 酸碱反应的方向： （二）路易斯酸碱理论 酸是电子的接受体，碱是电子的给予体 。 较强的酸和较强的碱生成较弱的酸和较弱的碱。 路易斯酸 分子：BF3、AlCl3、SnCl4、FeCl3 正离子：R+、Br+、NO2+、H+ 金属离子：Li+、Ag+、Cu2+ 路易斯碱 具有未共用电子对的 ： 负离子：R - 、OH-、RO-、SH- 烯或芳香化合物等 （亲电试剂 ） （亲核试剂 ） 七、有机物的结构测定 （一）分离、纯化 固态有机物：重结晶法 液态有机物：蒸馏法、分馏法、离子交换法或色谱法 。 （二）元素定性分析：一般用钠熔法测定 。 （三）元素定量分析：确定最简式。 （四）测定分子量：利用测密度法、凝固点降低法或用 质谱仪测定。 （五）确定分子式 （六）结构式的测定：有化学方法和物理方法。 纯度的检查方法：测熔点、沸点、色谱等。 最常用的光谱有： 紫外吸收光谱（Ultraviolet Spectrum,UV） 红外吸收光谱（Infrared Spectrum,IR） 核磁共振谱（Nuclear Magnetic Resonance Spectrum.NMR） 质谱（Mass Spectrum,MS） 1、电磁波谱和吸收光谱 光谱中所用的电磁波区域 电磁波区域分子变化能量 (kJ/mol) 频率（Hz） 波长（cm） 紫外 可见 红外 微波 无线电波 电子跃迁 电子跃迁 分子振动 分子转动 在外磁场中 核自旋取向 420 210 21 1210-3 4.2 10-7 1015 5 1014 10131014 3 1010 106 210-5 4 10-5 410-5 8 10-5 10410-2 1 5105 当用连续波长的红外光照射某一物质时，该物质就 吸收一定波长的红外光的光能，并将被吸收的光能 转化为分子的振动和转动能。以波长为横坐标，百 分吸光率或百分透过率为纵坐标把谱图记录下来， 就可以得到该物质的红外光谱。 2、红外吸收光谱（IR） 表：红外光谱的分类 名 称 （ um ）（cm-1）能量跃跃迁类类型 近红红外取（泛频频区 ） 0.752.5131584000OH、NH、CH等键键的倍 频频 中红红外区（基频频区 ） 2.5254000400分子的振动动和转动转动 远红远红 外区（转动转动 区 ） 25100040010晶体的晶格振动动和纯转纯转 动动 丁醛的IR谱 波数/cm-1 透光率（%） 双原子分子的振动 （1）分子振动和红外吸收频率 多原子分子的振动 对称和不对称伸缩振动：改变键长 弯曲振动：改变键角 伸缩振动 弯曲振动面内弯曲面外弯曲 （2）特征吸收峰 分子中各种化学键或基团在红外光谱的特定频区 的吸收峰，称为特征吸收峰。 一些化学键的特征红外吸收频率 键型 化合物类型 吸收峰位置 吸收强度 烷烃 29602850 强 烯烃及芳烃 31003010 中等 炔烃 3300 强 烯烃 16801620 不定 炔烃 22002100 不定 醛酮和酯 18501600 强 （3）红外光谱图 红外光谱图 特征吸收峰区：40001500cm-1 指纹区：1500650cm-1 2、核磁共振氢谱（PMR） （1）基本原理 乙酸甲酯的NMR谱 （2）屏蔽效应和化学位移 核 环电子流 磁力线 H0 核外电子流动产生感应磁场 氢核外围电子对抗外加磁场所起的作用，称为屏 蔽效应（shielding effect）。 低场 H0 高场 屏蔽效应小 屏蔽效应大 TMS：四甲基硅烷 值越大，表示屏蔽效应越小；值越小，表示屏 蔽效应越大。 （3）自旋偶合和自旋裂分 由于临近氢核对外磁场的干扰，造成峰的裂分称 为自旋偶合（spin-spin coupling），自旋偶合 产生的裂分称自旋裂分。 一般规律：当氢核相邻碳上有n个同类氢时，吸收 峰的裂分为n+1个。 Ha Hb Hc 相邻氢核数 2 3 0 吸收峰的裂分数 3 4 1 值 逐渐增大 图 ClCH2CH2CN 注意：下列情况一般不发生自旋偶合 ： 有同种化学环境的相邻氢核，如：Br2CHCHBr2 两个氢核不是在相邻的碳原子上。 吸收峰的组数等于氢核的类型 从各组峰的值大小可知各类型氢核所处的屏蔽效应的 大小 各组峰的面积比提示各组氢的比例 每组峰的裂分数提示相邻氢核的数目 每组共振吸收峰的裂分数之间的距离称偶合常数（J） (4)峰面积与氢核的数目 各组峰的面积比为各组氢核数之比 （5）1H-NMR提示的信息 练习： 1、对于下列分子式，写出一种在1HNMR光谱中 只显示单峰的结构式。 （1）C5H12 (2) C5H10 (3)C3H