医用有机化学课件第1章：绪论：课程的特点和学习方法建议

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（Introduction）六、有机化合物的分类（自学）有机化合物：一般指碳氢化合物及其衍生物。一有机化学的研究对象=有机化学的产生和发展1773年首次由尿内取得纯的尿素.

1805年由鸦片内取得第一个生物碱——吗啡.1828年，德国化学家，维勒（wohler,F）首次人工用氰酸铵合成了尿素----标志着有机化学的产生。从19世纪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。

1931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。

20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,有机化学已正式成为一种艺术形式。2001年以来的诺贝尔化学奖年度成果主题2010有机合成中的钯催化的交叉偶联

2009Studiesonstructureandfunctionofribosome

对核糖体结构和功能的研究2008Discoveryanddevelopmentofthegreenfluorescentprotein

绿色荧光蛋白的发现2006Studiesofthemolecularbasisofeukaryotictranscription

真核转录的结构生物学研究2004Discoveryofubiquitin-mediatedproteindegradation

泛素调节的蛋白质降解2003Discoveriesconcerningchannelsincellmembranes细胞膜通道揭秘2002Identificationandstructureanalysesofbiologicalmacromolecules生物大分子的识别2001Workonchirallycatalysedreactions

手性催化研究二、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。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。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。结构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。性质易燃、易爆；热稳定性差；熔、沸点低；难溶于水；反应速度慢。例：

HOAc:m.p16.1℃b.p118℃;

NaCl:m.p800℃b.p1440℃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Ⅱ周期ⅣA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（covalentbond）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σ键π键σ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π键：由两个原子的p轨道“肩并肩”地重叠。（一）共价键的类型2、σ键和π键的特点σ键π键存在可单独存在只能与σ键共存键的形成成键轨道“头碰头”重叠，键较稳定成键轨道“肩并肩”重叠，键较不稳定。键的性质电子云呈柱状，不易极化；成键两原子可沿键轴“自由”旋转。电子云呈块状，易被极化；成键原子不能沿键轴“自由”旋转（一）共价键的类型3、杂化轨道(HyprizedObitals)

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,2PX2PY2PZ（一）共价键的类型碳的三种杂化状态：（杂化态）SP2Pz2Py（杂化态）2PzSP2（基态）2S2Py2Pz2Px激发（激发态）2Px2Py2Pz2S杂化（杂化态）SP3（一）共价键的类型SP3杂化碳和甲烷的结构SP3杂化碳和乙烷的结构SP2杂化碳和乙烯的结构SP杂化碳和乙炔的结构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

109.5°sp21/3稍胖葫芦平面三角

120°

sp1/2胖葫芦直线

180°

杂化轨道和杂化轨道重叠形成σ键。杂化轨道与s或p轨道重叠也形成σ键。哪种杂化碳原子的电负性最大？（一）共价键的类型讨论：

1、杂化轨道可形成σ键，如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。σ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π键，如C=C、C=O、C≡C、C≡N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σ键的性质不同。

电负性：sp杂化碳>sp2杂化碳>sp3杂化碳!

思考题1-1对于乙腈分子：CH3—C≡N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(10-9m)表示。不同的共价键有不同的键长；例如：C—C0.154nmC—H0.109nmC=C0.133nmC—O0.143nm

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（bondlength）2.键能（bondenergy）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∴C—H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

（bondangle）：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0.5～1.6，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（polarityofbond）

（二）共价键的参数

键的极性用偶极矩(键矩)来度量：

μ＝q×d[μ的单位：C·m(库仑·米)]q—正、负电中心的电荷

d—电荷中心之间的距离例：H—ClCH3—Cl（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）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：C—X键的极化度大小：C—I＞C—Br＞C—Cl＞C—F

π键＞σ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协同反应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（freeradical）。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（

Brφnsted

）酸碱理论（质子理论）

酸：给出质子的物质；

碱：接受质子的物质。

酸碱反应：质子的传递⑴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。⑵酸和碱的概念是相对的。例如：乙醇与硫酸反应时为碱，与NaOH反应时为酸；⑶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

⑴Lewis碱就是Brφnsted碱。如：:NH3

—Brφnsted碱，lewis碱。⑵Lewis酸则与Brφnsted酸略有不同。如：H+—lewis酸，非Brφnsted酸；

HCl—Brφnsted酸，非lewis酸；

BF3和AlCl3—lewis酸，非Brφnsted酸。

Brφnsted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：负离子，或者是具有未共用电子对的原子，或者是富电子的π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)3C＋（5）HC≡C－思考题1-3 （三）有机酸碱概念六、有机化合物的分类(自学)

（1）按碳链分类（二）按官能团分类

官能团(FunctionalGroup)——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=CCH2=CH2-ene

炔烃

CCH-CC-H-yne卤代烃

-XCH3CH2Clchloro-

醇

-OHCH3CH2OH-ol

醚

R-O-RCH3-O-CH3ether

醛

-CHOCH3CHO-al

酮-CO-CH3COCH3-one

羧酸

-COOHCH3COOH-oicacid

胺

-NH2CH3CH2NH2-amine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、1-5章烃类，6-10章含氧衍生物，11-13章含氮、硫磷有机物，14-17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、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。48

Methylamine(fish)FunctionalGroupsinEverydayItemsC63H90N14O14PCo它含有9个C*，具有512个立体异构体。VB12:WhatistheO-C-Obondangleinpotassiumcarbonate,K2CO3?60°90°109.5°120°180°50LearningCheck1:WhatistheO-C-Obondangleinpotassiumcarbonate,K2CO3?60°90°109.5°120°180°51Solution1:Whatistherelativeorientationoftwoπorbitalsinacetylene?60°90°109.5°120°180°52LearningCheck2:Whatistherelativeorientationoftwoπorbitalsinacetylene?60°90°109.5°120°180°53Solution2:Inrelationtoσbonds,whichstatementaboutπbondsiscorrect?πbondsareweakerandπelectronshavehigherenergyπbondsarestrongerandπelectronshavehigherenergyπbondsareweakerandπelectronshavelowerenergyπbondsarestrongerandπelectronshavelowerenergyπbondsandσbondshaveequalstrengths,andtheirelectronshavethesameenergies54LearningCheck3:Inrelationtoσbonds,whichstatementaboutπbondsiscorrect?πbondsareweakerandπelectronshavehigherenergyπbondsarestrongerandπelectronshavehigherenergyπbondsareweake