第六章 重要的有机化合物

有机化学是研究有机化合物的一门学科。

有机化合物分类：合成有机化合物小分子有机化合物天然有机化合物大分子有机化合物（高聚合物、生物大分子）有机化学研究的目的：认识有机化合物的种类、性质、结构获取利用有机化合物（天然物分离提取，人工合成）第六章重要的有机化合物（与生命相关的有机化学）｛｛10/25/20231有机化学学科领域合成（小分子）有机化学（通常“有机化学”课程的主要内容）天然有机化学（寻找天然动植物中有生理活性的有效成分

）生物有机化学（核酸、蛋白质和多糖及参与生命过程的其他有机化合物）。物理有机化学（有机反应理论，有机物立体化学）金属有机化学（含金属－碳键的化合物）元素有机化学（含硅、氟、磷等非金属元素的有机物）有机波谱学（红外、核磁、紫外、质谱，X光衍射）有机光化学（光引发的有机反应）有机固体化学(有机导体)*高聚物化学（有机高分子化合物）本章主要讨论与生命现象关系较密切的有机化合物。10/25/20232

有机化合物按碳链分类___________________________________直链如CH3-CH2－CH3链状化合物

支链如__________________________________脂环化合物如（环戊烷二甲酸）环状化合物芳香化合物如

（苯甲醇）杂环化合物如

（氨基吡啶）_______________________________6.1有机化合物的分类醚键—O—醚乙醚CH3CH2OCH2CH3卤素—X卤代物溴乙烷CH3CH2Br巯基—SH硫醇乙硫醇CH3CH2SH氨基—NH2胺苯胺酰胺基

酰胺乙酰胺硝基—NO2硝基化合物硝基苯磺酸基—SO3H磺酸苯磺酸肽键肽二甘肽酯基酯乙酸乙酯氰基腈丙烯腈有机化合物按官能团分类————————————————————名称官能团类别化合物举例—————————————————

碳碳双键C=C烯乙烯CH2=CH2碳碳三键C≡C炔乙炔HC≡CH羟基—OH醇、酚乙醇CH3CH2OH苯酚羰基醛、酮丙酮羧基羧酸乙酸10/25/202336.2有机化合物命名

(英文）IUPAC系统命名（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry)（中文）系统命名（中国化学会）命名的基本原则：

基本名称

（烷烯醇酚醚酮…,苯,萘…,吡啶,嘧啶…)

根据链、环命名

（甲乙丙丁戊己庚辛壬癸,十一,十二,……)

根据官能团位置命名例如：

2,4－二羟基苯甲酸甲酯

Methyl2,4-dihydroxybenzoate5,6,7,8-Tetrahydro-1,2,3,13-tetramethoxy-6,7-dimethylbenzo[3,4]cycloocta[1,2-f][1,3]benzodioxole-5,6-diol-5-benzoate10/25/20234

1)单键

单键是

键。由s轨道、p轨道或者杂化轨道等形成。单键两端基团可绕单键旋转而不影响成键轨道重叠。两端基团可绕单键旋转，导致分子的不同构象。交叉式构象能量最低，重叠式构象能量最高。

交叉式构象

重叠式构象6.3有机分子结构规律

1.共价键的类型与物质性质的关系10/25/202352）双键由一个

键和一个

键组成。双键两端基团不能绕双键自由旋转；含双键的分子可能存在顺式、反式异构体。

顺-2-丁烯反-2-丁烯3）叁键（略）丁烯中2、3位C原子采取sp2杂化方式：1个s轨道与2个p轨道组合，得到3个sp2杂化轨道，电子云概率最大值方向的夹角为120o。10/25/20236杂化轨道理论要点1)同一原子中能量相近的不同类型的原子轨道，可以相互叠加组成杂化的原子轨道，简称杂化轨道；2)杂化过程轨道总数不变，即新组成的杂化轨道数目等于原先原子轨道的总数；3)同一类型杂杂化轨道能级相同；杂化前后轨道总能量不变；4)未参与杂化的原子轨道仍保持原有形状。C原子sp2杂化轨道形成过程示意三个sp2杂化轨道10/25/202374)离域键

X射线晶体衍射实验证实：酸酸中C－O与C＝O键长不同，事实上在羧酸根（阴离子）中两个C-O键长基本相等（键长介于双键与单键之间）。这样的键称为离域键。

羧酸根的离域键

用杂化轨道解释离域键：C原子的2p轨道有1电子，O原子的2p轨道有1电子，O－原子的2p轨道有2电子；3个2p轨道重叠，共用4个电子，形成离域键。10/25/202385）苯的离域大

键X射线晶体衍射证实，苯分子中C-C键长都约为0.14nm，介于单链与双键键长之间。

用杂化轨道解释：苯分子中的离域大

键苯分子中6个C原子以sp2杂化轨道两两重叠形成6个

键，组成6元环；6个C原子的垂直于环平面的6个p轨道互相平行重叠，共用6个p电子，形成一个离域大

键。苯环的范德华半厚

10/25/20239“芳香化合物”苯具有特殊的芳香。苯分子中没有典型双键，不易发生加成反应，却易发生取代反应。苯这样的化学性质称为芳香性。具有芳香性的环状化合物称为芳香性化合物（或称“芳环化合物”）。单环芳香化合物的分子结构特征：具有4n+2个p电子，可以形成离域大

键。环上所有原子共平面。例如，苯吡啶嘧啶

benzenepyridinepyrimidine苯10/25/202310环戊二烯与强碱作用，亚甲基上失去一个质子，成为环戊二烯阴离子，p电子数为6，符合4n+2，所以环戊二烯阴离子具有芳香性。人们已合成了许多含环戊二烯阴离子的化合物，用做催化剂。环戊二烯（略）10/25/202311

环状化合物的环上有非碳原子的，称为杂环化合物，其中的非碳原子叫杂原子，常见杂原子有氧、氮、硫等。生物体中含有很多种类的杂环化合物，他们对于生命过程起着重要的作用。

1.杂环化合物的分类

可以按杂原子的种类分类，或按杂原子的数目分类，也可按环的大小分类。五元杂环化合物和六元杂环化合物，是最常见的两类杂环化合物。6.4杂环化合物10/25/202312

1)

呋喃

呋喃是五元杂环化合物，环上有一个氧原子。

呋喃具有芳香性。5个成环原子都采取sp2方式进行杂化，彼此以σ键连接，形成平面结构的分子。4个C原子各有一个电子在pz轨道上，O原子则有两对电子分别在pz轨道和sp2杂化轨道上。5个pz轨道平行重叠，O原子一对电子参与大

键的形成。呋喃(Furan)2.典型杂环化合物举例合成药物中有不少呋喃类化合物，如抗菌药物呋喃唑酮(痢特灵)。10/25/2023132）吡咯

吡咯是五元杂环化合物，环上有一个氮杂原子（其pz轨道上有一对电子）。

吡咯是芳香性化合物。叶绿素和血红素都是吡咯的衍生物。胆红素，维生素B12分子中都含有吡咯或四氢吡咯环。

四个吡咯环通过四个次甲基(一CH＝)连接而成的平面共轭体系，称为卟吩。

卟吩的取代物称为卟啉。吡咯(Pyrrole)卟吩10/25/202314卟啉易与金属原子形成配合物（吡咯N原子与金属离子形成配位键）。血红素：卟啉和铁的配合物，叶绿素：卟啉和镁的配合物，维生素B12：卟啉和钴的配合物。

氯化血红素

叶绿素a10/25/2023153)

咪唑

咪唑是5元杂环化合物，环上有2个氮杂原子。咪唑是芳香化合物。环上的5个原子以sp2杂化轨道形成5个

键。

5个pz轨道相互重叠形成离域大

键。

一个氮原子提供一对p电子，另一氮原子提供一个p电子。

咪唑是组氨酸的侧链，蛋白质中大量存在。超氧化物歧化酶的活性中心就含有咪唑。咪唑(Imidazole)组氨酸10/25/2023164）吡啶(Pyridine)

六元杂环化合物，环上有一个氮原子。吡啶是芳香性化合物。氮原子的sp2杂化轨道上有一对孤对电子，能与质子结合，具有弱碱性和较强的配位能力。3-吡啶甲酸(烟酸)，是B族维生素之一,其衍生物是很好的药物。5）嘧啶（Pyrimidine)

六元杂环化合物，环上有2个氮原子。嘧啶的衍生物广泛分布于生物体内。嘧啶衍生物可以与核糖组成核苷酸，核苷酸是核酸的重要成份。嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶嘧啶核苷酸10/25/202317

嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤6）嘌呤(Purine)

嘌呤由一个嘧啶环和一个咪唑环稠合而成。

嘌呤衍生物与核糖组成核苷酸。嘌呤核苷酸核苷酸组成核酸10/25/2023181.手性化合物

1)对映异构体

若四面体碳原子上连接的4个基团全不相同，这4个基团在四面体顶点上可以有两种不同的排列方式，构成物体与镜像的关系，这两种分子构成一对对映异构体。

对映异构体性质相近。

对映异构体的分子结构相似但不能重叠，类似于左右手的关系，所以，对映异构体的分子称为手性分子。6.5有机化合物的手性10/25/202319连接着4个不同基团的碳原子，称为不对称碳原子，也称为手性碳原子。结构式中用*表示手性碳原子。含有手性碳原子的化合物，称为手性化合物。氨基酸是手性化合物，由氨基酸构成的多肽和蛋白质也是手性化合物。

（R-丙氨酸）（S－丙氨酸）

2)手性化合物氯霉素分子中含有两个手性碳原子10/25/202320

R-S标记法,根据手性碳原子上连接的4个不同基团的空间位置关系来确定手性异构体的构型。

1）手性碳上相连接基团的“大小”。

按与手性碳相连的原子的原子序数规定基团的大小。例如，Br>Cl>CH3>

H基团从大到小分别用a、b、c、d表示。如果有多个与手性碳相连的原子的原子序数相同，则根据该原子相邻原子确定基团的大小。例如，丙氨酸中手性碳上4个基团的大小顺序为

NH2>COOH>CH3>Habcd

2.手性化合物的构型10/25/2023212）根据4个基团的空间排列情况确定手性分子的构型。

把手性碳原子置于纸面上，让最小的基团d处于纸面后方（图中用虚楔形线表示），其余3个基团a、b、c处于纸面前方（图中用实楔形线表示）。如果观测者看到a、b、c基团按顺时针方向轮转，则该化合物构型为R；如果a、b、c基团按逆时针方向轮转，则该化合物构型为S。10/25/202322

对映体对偏振光作用显著不同，可利用偏振光来区分对映异构体。如果一束光的电场强度矢量的方向是单一的，则称为偏振光。偏振光的电场强度矢量与光波行进方向构成的平面，称为偏振光的偏振面。

3.手性化合物的旋光性

偏振光经过手性化合物或它的溶液时，偏振面会发生旋转；偏振面改变的角度

，称为溶液的旋光度。溶液的旋光度的正负及大小，与溶质的种类、浓度以及溶液厚度等因素有关。对映的R－异构体和S－异构体都能使偏振光的偏振面偏转，但是偏转的方向相反。由等量的R和S对映异构体组成的混合物，被称为外消旋混合物，他们使偏振面不发生旋转。10/25/2023234.手性拆分（外消旋体的拆分）

许多药物是手性的有机化合物。药物分子在人体中常与蛋白质发生作用。构成人体蛋白质的氨基酸，除了甘氨酸无手性、半胱氨酸是R构型以外、其余氨基酸都是S构型。

不同构型药物的药效很不同。合成的手性化合物，往往是等量的对映异构体的混合物（外消旋混合物），把它们拆分成两种对映异构体，是十分有意义的。1）手性拆分的意义维生素C的分子结构

10/25/202324

为了拆分手性化合物R-(A)和S-(A)，需要选择合适的手性拆分剂S-(B)。在合适的条件下使两种A分子与拆分剂B的分子“结合”成新的物质A…B,得到两种新物质

R-(A)…S-(B)和S-(A)…S-(B)这两种新物质不构成对映异构体，它们的某些性质（例如溶解度）可能差别较大。利用这种性质的差别，可以把R-(A)…S-(B)和S-(A)…S-(B)分离开；然后再设法使A…B间的“结合”断开，即达到手性拆分目的。2）手性拆分的基本原理10/25/202325例.用S-丙氨酸拆分S-扁桃酸与R-扁桃酸的外消旋混合物。