医用有机化学：第1章 绪论-2013

1、课程名称：课程名称：推荐参考书目推荐参考书目: :1. 1. 医科大学化学医科大学化学（下）（下） 陈启元、粱逸曾主编陈启元、粱逸曾主编 化工出版社化工出版社 200420042. 2. 魏俊杰魏俊杰. . 有机化学有机化学. . 高等教育出版社高等教育出版社, 2003, 2003教材：教材：唐玉海唐玉海. . 医用有机化学医用有机化学( (第二版第二版). ). 高等教育出版社高等教育出版社, 2007, 2007与之配套：医用有机化学与之配套：医用有机化学 综合辅导综合辅导 医用有机化学医用有机化学 关于课程考核：关于课程考核： 期末考试期末考试70%70%，平时成绩，平时成绩30%30

2、% 平时成绩：出勤，作业和课堂小测试平时成绩：出勤，作业和课堂小测试 实验独立设课实验独立设课 实验课时间：实验课时间：第第2 2周开始周开始 实验教材：实验教材：罗一鸣、唐瑞仁主编罗一鸣、唐瑞仁主编 有机化学实验与指导有机化学实验与指导第二版第二版医用有机化学医用有机化学内容提要内容提要: :一、有机化学的研究对象一、有机化学的研究对象三、有机化合物的特性三、有机化合物的特性四、有机化合物结构特征四、有机化合物结构特征共价键共价键五、共价键的断裂与反应类型五、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二、有机化学与生命科学的关系

3、第第1 1章章 六、有机化合物的分类六、有机化合物的分类 （自学）（自学）有机化合物：有机化合物：一般指碳氢化合物及其衍生物。一般指碳氢化合物及其衍生物。一一 有机化学的研究对象有机化学的研究对象=一一 有机化学的研究对象有机化学的研究对象有机化学：有机化学：研究研究有机化合物的组有机化合物的组成、结构、性质成、结构、性质及其变化规律的及其变化规律的科学。科学。=l1773年 首次由尿内取得纯的尿素尿素. l1805年 由鸦片内取得第一个生物碱吗啡吗啡.l1828年，德国化学家，维勒维勒（wohler,F）首次人工用氰酸铵合成了尿素尿素-标志着有机化学的产生标志着有机化学的产生。 l从19世纪

4、初至中期有机化学成为一门学科，建立了经典的有机结构理论有机结构理论。 NH4CNONH2CONH2l 1858年，库帕库帕（Couper,AS）提出：“有机化合物分子中碳原子都是四价碳原子都是四价的，而且互相结合成碳链。 l1865年，凯库勒凯库勒提出了苯的构造式苯的构造式。凯库勒（德）指出有机物中碳为四价，发展了有机化合物结构学说； l1874年，范特霍夫范特霍夫(Vant Hoff.J.H)和勒贝尔勒贝尔(Le Bel,J.A)分别提出碳四面体构型学说，建立了分子的立体概念，开创了从立体观点来研究有机化合物的立体化学。 l20世纪建立了。l1916年，路易斯路易斯（Lewis,G.N)提出

5、了。l1931年，休克尔(E.Huckel)用量子化学的方法来解决不饱和化合物和芳香烃的结构问题。 l20世纪60年代，伍德福德合成了维生素B12，发现了分子轨道守恒原理分子轨道守恒原理,有机化学已正式成为一种艺术形式有机化学已正式成为一种艺术形式。 著名有机化学家 EJ COREY SHARPLESS GRUBBS KCN K.C. Nicolaou 理查德赫克 根岸英一 铃木章 20012001年以来的诺贝尔化学奖年以来的诺贝尔化学奖年度年度成果主题成果主题2010有机合成中的钯催化的交叉偶联有机合成中的钯催化的交叉偶联 2009Studies on structure and funct

6、ion of ribosome 对核糖体结构和功能的研究对核糖体结构和功能的研究 2008Discovery and development of the green fluorescent protein 绿色荧光蛋白的发现绿色荧光蛋白的发现2006Studies of the molecular basis of eukaryotic transcription 真核转录的结构生物学研究真核转录的结构生物学研究2004Discovery of ubiquitin-mediated protein degradation 泛素调节的蛋白质降解泛素调节的蛋白质降解2003Discoveries

7、 concerning channels in cell membranes 细胞膜通道揭秘细胞膜通道揭秘2002Identification and structure analyses of biological macromolecules 生物大分子的识别生物大分子的识别2001Work on chirally catalysed reactions 手性催化研究手性催化研究二、有机化学与生命科学的关系二、有机化学与生命科学的关系 医学的医学的研究对象研究对象是是人体人体，而组成人体的物质除，而组成人体的物质除水和一些无机盐以外，绝大部分是水和一些无机盐以外，绝大部分是有机化合物。有机

8、化合物。如：如：蛋白质，酶、维生素和激素，糖原和脂肪等蛋白质，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。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。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。生命科学研究的永恒主题。 有机化学与生物化学相结合，从分子水平来研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。究生物学问题，是有机化学的前沿阵

9、地之一。 除除C、H以外，只含有以外，只含有O、N、S、P、X等等少数元素。有机物数目繁多。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；原子间通常以共价键的方式结合；分子分子组成复杂组成复杂，同分异构现象普遍。，同分异构现象普遍。易燃、易爆；热稳定性差；易燃、易爆；热稳定性差；熔、沸点低熔、沸点低；难溶于水；反应速度慢。例：难溶于水；反应速度慢。例： 三、有机化合物的特性三、有机化合物的特性四、有机化合物的结构特点四、有机化合物的结构特点共价键共价键 碳元素处于碳元素处于第第周期周期A族族，既难得电子，也难，既难得电子，也难失电子，一般以共价键与其他原子结合。失电子，一般以共价键与

10、其他原子结合。 描述共价键的理论：描述共价键的理论：价键理论价键理论和分子轨道理论和分子轨道理论 价键理论认为：价键理论认为：共价键（共价键（covalent bond）是原子间是原子间通过共用电子对相互结合而形成的。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共价键最基本特点是具有饱和性饱和性和和方向性方向性。 在有机化合物中，所有的碳必须是在有机化合物中，所有的碳必须是4价！价！ 成键原子间必须沿着电子云密度最大的方向重成键原子间必须沿着电子云密度最大的方向重叠成键。叠成键。（一）共价键的类型（一）共价键的类型1 1、分类：、分类： 按共用电子对的数目为按共用电子对的数目为 按

11、轨道的重叠方式分按轨道的重叠方式分 单键单键双键双键叁键叁键键键键键 键：键：两个成键原子轨道沿着两个原子核间的两个成键原子轨道沿着两个原子核间的连线（键轴）发生连线（键轴）发生“头碰头头碰头”的重叠。的重叠。（一）共价键的类型（一）共价键的类型键：键：由两个原子的由两个原子的p p轨道轨道“肩并肩肩并肩”地重叠。地重叠。（一）共价键的类型（一）共价键的类型2 2、键和键和键的特点键的特点键键键键存在存在 可单独存在可单独存在只能与只能与键键共存共存键的键的形成形成成键轨道成键轨道“头碰头头碰头”重叠，键较稳定重叠，键较稳定成键轨道成键轨道“肩并肩肩并肩”重叠重叠，键较不稳定。键较不稳定。键的

12、键的性质性质电子云呈柱状，不易电子云呈柱状，不易极化；极化；成键两原子可沿键轴成键两原子可沿键轴“自由自由”旋转旋转。电子云呈块状电子云呈块状，易被易被极化；极化；成键原子成键原子不能不能沿键轴沿键轴“自由自由”旋转旋转（一）共价键的类型（一）共价键的类型3 3、杂、杂 化化 轨轨 道道 (Hyprized Obitals) 杂化轨道：杂化轨道：在共价键形成过程中，由于原子间在共价键形成过程中，由于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能几个能量相近的原子轨道重新组合，重新分配能量和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

13、力更强的空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道。新的原子轨道。（一）共价键的类型（一）共价键的类型 碳原子最外层轨道：碳原子最外层轨道：2S, 2PX 2PY 2PZ（一）共价键的类型（一）共价键的类型碳的三种杂化状态：碳的三种杂化状态：（杂化态）（杂化态）SP2Pz2Py（杂化态）（杂化态）2PzSP2（基态）（基态）2S2Py2Pz2Px激发激发（激发态）（激发态）2Px2Py2Pz2S杂化杂化（杂化态）（杂化态）SP3（一）共价键的类型（一）共价键的类型SPSP3 3杂化碳和杂化碳和甲烷甲烷的结构的结构SPSP3 3杂化碳和杂化碳和乙烷乙烷的结构的结构SPSP2 2杂化碳和

14、杂化碳和乙烯乙烯的结构的结构SPSP杂化碳和杂化碳和乙炔乙炔的结构的结构碳的三种杂化轨道的构型碳的三种杂化轨道的构型（一）共价键的类型（一）共价键的类型杂化轨道小结：杂化轨道小结：类型类型 S成分成分 形形 状状 构构 型型 键键 角角 sp3 1/4 葫葫 芦芦 正四面体正四面体 109.5sp2 1/3 稍胖葫芦稍胖葫芦 平面三角平面三角 120 sp 1/2 胖胖 葫葫 芦芦 直直 线线 180 杂化轨道和杂化轨道重叠形成杂化轨道和杂化轨道重叠形成键。杂化轨键。杂化轨道与道与s s或或p p轨道重叠也形成轨道重叠也形成键键 。哪种杂化碳原子的电负性最大？哪种杂化碳原子的电负性最大？（一）

15、共价键的类型（一）共价键的类型 1、杂化轨道可形成、杂化轨道可形成键，键，如如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。等。键是有机分子构成碳链或碳环的基础。键是有机分子构成碳链或碳环的基础。 2、未参与杂化的、未参与杂化的p轨道可形成轨道可形成键键，如，如C=C、C=O、CC、CN等。等。 （一）共价键的类型（一）共价键的类型3 3、不同杂化态碳原子的电负性不同，导致其与氢子、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或其他原子形成的键的性质不同。键的性质不同。 电负性：电负性：sp杂化碳杂化碳 sp2杂化碳杂化碳 sp3杂化碳杂化碳 ! 思考题思考题 1-1对于乙腈分子：对

16、于乙腈分子：CH3CN两个碳原子各处于什么两个碳原子各处于什么杂化状态杂化状态？N N原子上的原子上的未成键电子对未成键电子对处于什么轨道？处于什么轨道？（一）共价键的类型（一）共价键的类型 成键原子的平衡核间距。成键原子的平衡核间距。以以nm(10-9m)表示。表示。 不同的共价键有不同的键长；不同的共价键有不同的键长； 例如：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，键长也稍有相同的共价键，处于不同的化学环境时，键长也稍有差异。差异。 一般地：一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开。键长越短，

17、化学键越牢固，越不容易断开。 （bond length）（bond energy） 多原子分子多原子分子: 键能即键的平均解离能。键能即键的平均解离能。 例如：例如：.CH3CH4+ HCH3.CH2+HCH2.CH.H+.CH.C.+HH=423KJ/molHH=439KJ/mol=347KJ/molH=448KJ/mol 平均值：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。化学键的键能越大，键越牢固。（bond angle）：）： 键与键之间的夹角。键与键之间的夹角。 键角键角主要与中心原子的杂化态有关主要

18、与中心原子的杂化态有关，也受分子，也受分子中其他原子的影响。中其他原子的影响。 键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的。如：键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的。如： H Cl CH3 Cl CH3 OH， 一般地：一般地： 成键原子成键原子电负性差大于电负性差大于1.7，形成，形成离子键离子键； 成键原子成键原子电负性差为电负性差为0.51.6，形成，形成极性共价键极性共价键。 成键原子的电负性差越大，键的极性越强。成键原子的电负性差越大，键的极性越强。 （polarity of bond） 有极性有极性CHHHH无极性H HO OH HO OC CO O无极性ClCHHH（3 3

19、）键的极化（）键的极化（polarization） 在外界电场作用下，共价键的极性发生改变在外界电场作用下，共价键的极性发生改变的现象。的现象。极化度：极化度：键被极化的难易程度；键被极化的难易程度； 主要决定于主要决定于成键电子云的流动性大小。成键电子云的流动性大小。如：如：CX键的极化度大小：键的极化度大小：CICBrCClCF 键键键键小小 结结 共价键的键能和键长反映了键的强度，即共价键的键能和键长反映了键的强度，即分子的热稳定性；分子的热稳定性； 键角反映了分子的空间形象；键角反映了分子的空间形象； 键的键的极性极性反映分子物理性质；反映分子物理性质； 键的键的极化性极化性反映分子的

20、化学反应活性；反映分子的化学反应活性； 键的极性是键的极性是固有的固有的, , 键的极化是键的极化是暂时的。暂时的。 下列各化合物哪些有极性？并指出其偶极矩方向。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思考题思考题1-2取代反应取代反应 加成反应加成反应 消除反应消除反应 重排反应重排反应 聚合反应聚合反应 按产物和反应物关系按产物和反应物关系 按共价键的断裂方式按共价键的断裂方式 自由基反应自由基反应离子型反应离子型反应五、共价键的断裂与反应类型五、共价键的断裂与反应类型协同反应协同反应 发生均裂的反应条件是光照、辐射、

21、加热或有过发生均裂的反应条件是光照、辐射、加热或有过氧化物存在。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均裂的结果是产生了具有不成对电子的原子或原子团子团自由基自由基（free radical）。 有自由基参与的反应叫做自由基反应。有自由基参与的反应叫做自由基反应。 A BA + BCH3 + H ClH CH3 + Cl （一）（一）共价键的均裂共价键的均裂共价键的共价键的A BA+ + B-(CH3)3C Cl(CH3)3C+ + Cl- 碳正离子碳正离子（carbonium ）; 碳负离子碳负离子（carbanion ）（三）有机酸碱概念（三）有机酸碱概念HCl + H2

22、OCl+ H3O+酸碱共轭碱共轭酸1 1、勃朗斯德（、勃朗斯德（ ）酸碱理论（）酸碱理论（质子理论）质子理论） 酸：酸：给出质子的物质；给出质子的物质； 碱：碱：接受质子的物质。接受质子的物质。 酸碱反应：酸碱反应：质子的传递质子的传递H2SO4 + CH3OHHSO4-+ CH3OH2+酸碱共轭碱共轭酸（三）有机酸碱概念（三）有机酸碱概念 2、路易斯（、路易斯（ Lewis ）酸碱理论）酸碱理论（电子对理论）（电子对理论） Lewis酸：酸：电子对的电子对的接受体；接受体； Lewis碱碱：电子对的：电子对的给予体。给予体。 酸碱反应：酸碱反应：实际上是形成配位键的过程。实际上是形成配位键的

23、过程。 H+HClCl-H+OH2H3O+BF3BF3-NH3+NH3AlCl3+Cl-AlCl4-lweis酸lweis碱BFFF（三）有机酸碱概念（三）有机酸碱概念有机酸碱有机酸碱Lewis酸：酸： 是缺少电子不满足八隅体（氢是二隅体）的电子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构型的正离子，或者含具有空轨道可接受电子对的原子，原子，如：如： H+、R+、Cl+、Br+、BF3、AlCl3等，等， 在反应中总是进攻电子云密度较大的部位，所以在反应中总是进攻电子云密度较大的部位，所以是一种是一种亲电试剂亲电试剂。 碳正离子碳正离子属于属于Lew

24、is酸，酸，也是也是亲电试剂。亲电试剂。（三）有机酸碱概念（三）有机酸碱概念Lewis碱：碱： 负离子，或者是具有未共用电子对的原子，负离子，或者是具有未共用电子对的原子，或者是富电子的或者是富电子的键，键，如如: I、OH、CN、R、H2O、NH3、ROH 烯烃和芳烃等，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，在反应中往往寻求质子或进攻一个正电中心，是是亲核试剂亲核试剂。 碳负离子碳负离子属于属于Lewis碱，碱，也是也是亲核试剂亲核试剂。（三）有机酸碱概念（三）有机酸碱概念 由由亲电试剂亲电试剂进攻而发生的反应叫进攻而发生的反应叫亲电反应亲电反应； 由由亲核试剂亲核试剂进攻

25、而发生的反应叫进攻而发生的反应叫亲核反应亲核反应。 根据反应物和产物之间的关系，又可分为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。亲电取代和亲电加成；亲核取代和亲核加成。离子型反应离子型反应亲电反应（加成、取代）亲电反应（加成、取代）亲核反应（加成、取代）亲核反应（加成、取代）（三）有机酸碱概念（三）有机酸碱概念指出下列化合物中，哪些是指出下列化合物中，哪些是Lewis酸，哪酸，哪些是些是Lewis碱？并扼要说明理由。碱？并扼要说明理由。（1）CH3NH2 （2）CH3OH （3）ZnCl2 （4）(CH3)3C （5）HCC思考题思考题1-31-3（三）有机

26、酸碱概念（三）有机酸碱概念 有机化合物开链化合物：碳环化合物杂环化合物：脂环族化合物：芳香族化合物CH3CH2CH2CH3CH2=CH-CH=CH2CH3(CH2)16COOH 等 OHOCH3OHCOOHONSNN等 等 等 （1 1）按碳链分类）按碳链分类 有机化合物的常见官能团有机化合物的常见官能团类类 型型 官能团官能团 实实 例例 英文名称后缀英文名称后缀 烷烃烷烃 无无 CH4 -ane 烯烃烯烃 C=C CH2=CH2 -ene 炔烃炔烃 C C H-C C-H -yne卤代烃卤代烃 -X CH3CH2Cl chloro- 醇醇 -OH CH3CH2OH -ol 醚醚 R-O-R

27、 CH3-O-CH3 ether 醛醛 -CHO CH3CHO -al 酮酮 -CO- CH3COCH3 -one 羧酸羧酸 -COOH CH3COOH -oic acid 胺胺 -NH2 CH3CH2NH2 -amine本课程特点和学习方法建议本课程特点和学习方法建议（一）本课程的特点（一）本课程的特点 1 1、结构和反应是基础（重点）、结构和反应是基础（重点） 2 2、有机反应的规律性（重点，难点）、有机反应的规律性（重点，难点） 3 3、1-51-5章烃类，章烃类，6-106-10章含氧衍生物，章含氧衍生物，11-1311-13章含氮、硫磷有章含氮、硫磷有机物，机物，14-1714-17

28、章生命有关物质。章生命有关物质。（二）学习方法建议（二）学习方法建议55 Methyl amine (fish)C63H90N14O14PCo它含有它含有9个个C*，具有，具有512个立体异构体。个立体异构体。VB12:1. 602. 903. 109.54. 1205. 180571. 602. 903. 109.54. 1205. 180581. 602. 903. 109.54. 1205. 180591. 602. 903. 109.54. 1205. 180601. bonds are weaker and electrons have higher energy2. bonds are stronger and electrons have higher energy3.