结构和物性-4

1、第四章第四章 碳和氮的化学碳和氮的化学4.1 4.1 碳碳4.1.1 碳的三种同素异形体 同素异形体:C：地壳丰度0.027%，超过2000万种化合物中约90为C-H化合物（有机化合物），生物体主要为C-H化合物。相同元素构成的结构不同的物质互称同素异形体碳的三种同素异形体: 金刚石石墨球碳（a）金刚石 金刚石结构化学键：sp3杂化，共价单键应用：高硬度、耐磨刀具（玻璃刀）、锯片（砂轮片） （b）石墨第一节第一节 碳碳-4-4键：sp2杂化；层内键和键；性质：导体，抗磁性应用：润滑、模具（易加工）、电极。 六方石墨的结构： ABAB(六方)，复式格子结构：平面层分子，分六方石墨和三方石墨等。（

2、c）球碳（富勒烯Fullerenes）历史背景90年后发展较快：1、石墨电极放电和苯不完全燃烧的沉积物中分离出C60和C70，可以进行独立的结构研究2、C60-基的超导体的发现3、球碳与其他元素进行反应可制备大量的新的化合物91年C60被Science评为明星分子96年kroto,Smallery,Curl获Nobel化学奖。1985年USA Rice Uni.，kroto, Smallery等人，laser蒸发石墨,质谱法发现C60。球碳-C60的结构分子结构l十二个正五边形+二十个正六边形l每个五边形被六边形包围，每个六边形被三个五边形和三个六边形包围。球碳-C60分子结构：键：sp2.2

3、8杂化，两种C-C键：五元环六元环、六元环六元环，前者键长稍长。第一节第一节 碳碳-8-8无特定形状和特定周期结构。如：木炭、炭黑、碳纤维、纳米碳管等。 主要构造方式： 乱层结构（d）无定形碳：应用：导电性、吸附性和与其他离子结合4.1.2 三族有机物的结构特征脂肪族：RX芳香族：含苯环的化合物，芳香烃, ArX烃：碳氢化合物球碳族：FuXR 脂肪烃基团 X 置换H的各种基团 金刚石脂肪族化合物，RX烷烃：CnH2n+2石墨芳香族化合物，ArX 球碳球碳族化合物 FuXi)每个C可以与各种基团结合ii)球腔内可容纳各种原子4.1.3 碳的同位素：痕量，放射性（半衰期5730年）NMRC 13N

4、MRFTC1312C：原子质量的相对标准13C：核磁共振14C：考古大气层中：21421461114610147COOCHCnN4.2 4.2 氮氮4.2.1 氮的分布和性质地球上单质最丰富的物质，生命体必不可少的元素。NH3H2O (NH4)2SO43434)(HNONHHCONH、28109107HNH农肥和工业原料氨：NH3， 室温下为特殊刺激性无色气体。氨分子结构：极性分子，溶剂，化学性质较活泼4.2.2 氨和铵盐铵盐：氨水呈弱碱性 氨水与酸中和得到铵盐：HClNH 3ClNH4OH2 铵离子：NH4+，性质与碱金属离子M+相似，具有互换性。特别与K+ 相似。半径： NH4+，143p

5、m；K+ :133pm。(K，NH4)Cl, (K，NH4)2SO4铵盐：一般为无色晶体，溶于水。4.2.3 氮的氧化物和含氧酸N的电负性小于O电负性，N为正氧化态：15。已知有8种氮的氧化物均为平面分子ON2NOON452ON22ON32ON2NO42ON8种氮的氧化物中有6个具有正的生成焓：ON2NO52ON32ON2NO42ON第二节第二节 氮氮-5-5(1) N2O：1992年，Seience明星分子。98年Nobel生理学化学奖授予给Furchgott，Ignarro和Murad三位科学家等：心血管系统中传授信息：调节血压、控制血流、抵御感染等，开创了NO的生物化学化学键：溶点182

6、K，沸点184.5K，无色、甜味（“笑气”）N：sp杂化（2）NO杂化spN :溶点：109.5k；沸点：121k化学键：价电子排布：(1)2(1*) 2(1) 4(2) 2(1*) 12222NOONO)6 .15(2eVN 的电离能小于低电离能：9.23 eV顺磁性：顺磁共振谱研究血红素配位环境空气中：22322HNOOHON(3) N2O3：兰色固体存在于低温溶点：172.6K；沸点(分解)：276.5K性质：亚硝酸酐，溶于水生成 HNO2 （亚硝酸）化学键：N为sp2杂化，N原子间有一双电子键HNO2的分子结构亚硝酸与二级胺反应生成亚硝酸胺4.3 4.3 官能团和有机物分类官能团和有机

7、物分类有机(化合)物 烃 烃衍生物 脂肪烃烷烃烯烃炔烃环烃球烃脂环烃芳香烃醇酚醚醛酮醌羧酸卤代烃a) 烷烃：碳原子间只以单键相连。又称饱和烃饱和烃不能再加氢的烃通式：CnH2n+2官能团：决定分子主要化学性质的基团官能团：决定分子主要化学性质的基团同系物同系物同系物：同系物：化学、物理性质渐变化学、物理性质渐变b) 烯烃：含有碳碳双键的烃官能团:属不饱和烃通式：CnH2n(只含一个碳碳双键时)c) 炔烃：含有碳碳叁键的烃通式：CnH2n-2(只含一个碳碳叁键时)n=2, C2H2(乙炔)官能团:碳骨架形成闭合环根据结构和性质分:芳香烃和脂环烃a)芳香烃：含有苯环或并链苯环的烃苯硝基苯NO2萘几

8、个重要的官能团羟基：羰基：羧基：二甲醚：CH3-O-CH3二乙醚：CH3CH2-O-CH2-CH3 醛、酮分子中含有羰基，又称羰基化合物酮：羰基所连接的两个基团都是烃基 醛：羰基所连接的两个基团中至少有一个是氢原子 CORRCORH羧酸：带有羧基的化合物乙酸：CH3COOH（醋）例：脂肪酸:十四烷酸:C13H27COOH (CH3CH2-CH2-CH2COOH,共十四个碳原子)羧基为极性基团4.4 4.4 手性药物手性药物旋光性：手性分子使偏振光的偏振面发生偏转旋光性：手性分子使偏振光的偏振面发生偏转4.4.1 手性与旋光性手性与旋光性非手性分子一般没有旋光性非手性分子一般没有旋光性(有些非有

9、些非手性分子液晶状态下有旋光性手性分子液晶状态下有旋光性)手性分子一定有旋光性手性分子一定有旋光性R-乳酸S-乳酸分子手性的表示分子手性的表示：R、S表记法表记法 C原子的四个取代基中最小的取代基放在最原子的四个取代基中最小的取代基放在最远处，其余三个取代基正对着观察者，观察三远处，其余三个取代基正对着观察者，观察三个基团优先级从大到小的次序，顺时针方向旋个基团优先级从大到小的次序，顺时针方向旋转为转为R，否则为，否则为S次序规则次序规则排列较优基因的方法：排列较优基因的方法： 将各取代基中与母体相连的原子按原子序数将各取代基中与母体相连的原子按原子序数排列，原子序数较大的为优先基团排列，原子

10、序数较大的为优先基团 若与母体相连的第一个原子的原子序数若与母体相连的第一个原子的原子序数Z相同，相同，则比较第二个原子的原子序数则比较第二个原子的原子序数对映异构体的性质对映异构体的性质物理性质：如溶沸点、密度、在非手性溶剂物理性质：如溶沸点、密度、在非手性溶剂中的溶解度等相同中的溶解度等相同化学性质：与非手性试剂的化学反应完全相化学性质：与非手性试剂的化学反应完全相同，但与手性试剂反应速率不同，甚至其中同，但与手性试剂反应速率不同，甚至其中一个不发生反应一个不发生反应手性分子判断手性分子判断1) 无镜面无镜面 、对称中心、对称中心i、I4n。2) 含不对称碳原子含不对称碳原子3) 螺旋型分

11、子螺旋型分子4) 受空间阻碍而变形的分子受空间阻碍而变形的分子5) 风扇形分子风扇形分子4.4.2 4.4.2 手性药物分子手性药物分子药物分子的构型药物分子的构型不同构型疗效不同！四咪唑：L型是肠道驱虫剂维生素C：L型有效沙利度胺：R型具镇定作用，S型是强致畸剂4.5 4.5 生物化学生物化学(1)(1)生物体中基本有机物：糖类、油脂、蛋白质和核酸四大类糖类自然界中最多的一类有机物。包括：葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素等4.5.1 人体中的元素人体中的元素l主要元素：C、H、O、Nl必需元素：29种l微量元素4.5.2 4.5.2 糖类糖类（1）单糖单糖葡萄糖： (C6H12O6)，存在于葡萄等

12、水果中；淀粉纤维水解；多糖形式存在于种子、根、叶、花中人体的血液中：血糖人体的血液中：血糖果糖： (C6H12O6)，单糖存在于果汁、蜂蜜中果糖和葡萄糖一起缩合构成蔗糖C12H22O11：核糖： C5H10O5，五碳糖存在于核蛋白中，是RNA、DNA的重要组成部分核糖C5H10O5脱氧核糖C5H10O4（2）寡糖（3）多糖存在于:谷物、小麦和薯类等种子和块根中纤维素： 存在于:植物的茎中4.5.3 油脂油脂两大类：动物脂肪和植物油主要成份：甘油酯甘油脂结构 甘油其中R、R、R为脂肪酸（基团）如：十八烷酸C17H35COOH动物油与植物油的最大区别动物油与植物油的最大区别：动物油中饱和脂肪酸的含

13、量较高，而植物油中不饱和脂肪酸的含量较高油和脂肪油和脂肪油：植物的，液态脂肪：动物的，固态脂肪酸的饱和度决定油的形态油脂的性质皂化油脂的性质皂化油脂用氢氧化钠水解，得脂肪酸的钠盐和甘油。肥皂：高级脂肪酸钠盐4.6 4.6 生物化学（生物化学（2 2）4.6.1氨基酸和蛋白质氨基酸氨基酸：含有氨基(NH2)的羧酸，分脂肪氨基酸和芳香氨基酸。大部分氨基酸为脂肪氨基酸例：脂肪氨基酸的命名 氨基丙酸 氨基丙酸蛋白质：蛋白质：氨基酸缩聚失水成由肽键相连的链型多肽大分子例：氨基丙酸氨基乙酸 二肽（三个氨基酸缩聚为三肽）43C, N为sp2杂化，另一个轨道形成肽键：肽键：核酸分类:由于每一种核酸中所含核糖相同,可将核酸分为两大类:核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)实际存在的DNA和RNA分子结构:DNA分子:(1)由脱氧核糖和胸腺嘧啶(T)