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,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,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,1)键长 2)键角 3)键能 4)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 ,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 : B,A+ + B -,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,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,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,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,（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,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)C3H6O (4)C4H9Cl,2、一化合物分子式C4H8B