生物有机化合物课程中心

1、1绪论内容提要本章介绍了有机化合物和有机化学的根本概念及其特点、有机化学的研究对象和方法，并讲述了如何学习有机化学 这门课程，阐述了有机波谱学的局部重点内容。重点讲述了有机化合物的结构、表征方法、命名规那么以及构效关系等。1.1有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学Organic 词的意思是有机的、有生命的。Organic Compound的最初含义是指有生机之物。因为在18世纪以前，化学理论的不完善和合成技术的落后，使当时的许多化合物只能从生物体中别离得 到，并被认为不能用人工方法合成。因而这些化合物被叫做有机化合物，而研究这些化合物的化学称 为有机化学(Organic Chemistry

2、 )。因此，有机化合物的最初定义是指来源于动、植物体的物质，以便与 来自矿石的无机物相区别。到了 19世纪，随着科学的开展和研究的深入，人们发现，从生物体中别离得到的有机化合物也可 以在实验室由无机化合物合成。1828年，魏勒(W?hler F.)在实验室用氰酸铵合成了尿素：NH4OCN氰酸铵H2NC NH2尿素第一次从典型的无机化合物合成了有机化合物。这一工作极大地动摇了在当时占统治地位的“生命力 说促使人们重新考虑有机化合物的定义。在不断的研究中发现，人们发现有机化合物分子中都含有 碳元素。葛梅林(Gmelin L.)和凯库勒(Kekule A.)提出碳是有机化合物的根本元素，并把含碳化合

3、物称为 有机化合物，因而有机化学被定义为研究含碳化合物的化学。有机化学这个名称一直使用至今，已经 失出了它最初的意义。有机化合物除了含碳元素以外一般均含有氢元素。许多有机化合物还含有N、O、S、P、Si、卤素等元素。我们把只含碳、氢两种元素的有机化合物称为烃，其它有机化合物都可以看成是烃的衍生物。如果我们严格地把有机化合物定义为烃及其衍生物，那么有机化学就是研究烃及其衍生物的化学。应该注意的是，单质碳、碳的氧化物、碳酸及其盐、氰化物等都含有碳元素，但它们不是有机化 合物。这主要是由于它们的结构、性质和来源都不同于有机化合物。元素周期表中有100多种元素，我们为什么把含碳化合物同其它100多种元

4、素的化合物分开来讨论呢？主要原因之一是由于含碳化合物数目庞大；另一个原因是种类繁多、数目庞大的含碳化合物的 结构、物理性质及其化学性质与其它化合物有很大区别。1.1.2 有机化合物的特点一般地讲，我们从有机化合物的结构和性质上研究其特点。结构上的特点有机化合物分子中的化学键一般是共价键，而无机化合物一般是离子键；有机化合物分子之间主要是范德华力，无机化合物分子之间主要是静电引力；有机化合物分子结构复杂，例如维生素B12的分子式为C63H88O14N14PCO,分子量为1355.4;青霉素G分子中有3个手性中心，是含有羧基、酰胺、 硫醚等多官能团的双环内酰胺化合物，其结构如下：H COOHPhC

5、H 2CONH青霉素G而无机化合物的结构相对简单一些，但无机化合物也有结构和功能复杂的化合物。1.122性质上的特点有机化合物结构上的特点导致其与无机化合物(特别是无机盐)相比拟，在性质上有较明显的差 异。其性质上的特点有：(1) 易燃性 大多数有机化合物可以燃烧，有些有机化合物如汽油等很容易燃烧。(2) 热稳定性差 一般有机化合物的热稳定性较差，受热易分解，许多有机化合物在200300 C时即逐渐分解。(3) 熔点低许多有机化合物在常温常压下是气体或液体。一些常温下为固体的有机化合物，它们的熔点一般也很低，熔点超过300 C的有机化合物很少，这是由于有机化合物晶体一般是由较弱的分子间引力维持

6、所致。(4) 水溶性差一般有机化合物的极性较弱或是完全没有极性，而水是极性强、介电常数很大的液体，因此一般有机化合物难溶或不溶于水。但一些极性较强的有机化合物，如低级醇、羧酸、磺酸等也易溶于水。不溶于水的有机化合物往往可溶于某些有机溶剂，如苯、乙醚、丙酮、石油醚、 乙酸乙酯等。(5) 化学反响速度慢 有机化合物的化学反响，多数不是离子型反响，而是共价键的断裂和共价键的 形成的反响。除了某些反响(多数为放热的自由基型反响)的反响速度极快外，大多数有机反响速 度较慢，需要一定时间才能完成。为了加速反响，往往需要辅以加热、光照或加催化剂等手段来增加分子能量、降低反响活化能或改变反响历程来实现。(6)

7、 反响产物复杂有机反响产物往往不是单一的，在一个反响体系中可能进行假设干不同途径的反响，得到几种产物。一般把在某一特定条件下进行的主要反响叫做主反响，其它的反响叫做副反响。有机化合物与无机化合物的性质差异并不是绝对的。例如，有机化合物中的四氯化碳(CCI4)不但不能燃烧，而且可用作灭火剂。有些有机化合物可耐高温；有些有机化合物可作为超导材料等。随 着金属有机的开展以及各学科间的相互渗透，有机化合物与无机化合物之间的差异逐步缩小。同系列与同分异构现象同系列和同分异构现象是有机化学中的普遍现象，也是造成有机化合物数目庞大的主要原因之一。同系列：在组成上具有一个结构通式，结构类似，化学性质也相似，物

8、理性质随着碳原子数增加有规律地变化的化合物系列，叫同系列。同系列中的化合物互称为同系物。例如甲烷(CH4)、乙烷(CH 3CH3)、丙烷(CH3CH2CH3、己烷(CH3CH2CH2CH2CH2CH3)互为同系物。相邻两个同系物之间的结构 式相差一个结构单元，而不相邻同系物中，结构相差该结构单元的整数倍(例如在烷烃中，结构单元是CH2)，这个结构单元叫系列差。由于在同系列中，结构相似、化学性质也相似，物理性质也是有规律地变化，因此，只要研究同 系列中的一些典型的或具有代表性的化合物，就可以推断出同系列中其它化合物的根本性质，这对有 机化学的学习和研究带来不少方便。但是，在同系列中，性质并不是完

9、全相同。在判断两个化合物是否为同系物时，最重要的因素是要考虑它们的结构而不是分子式。例如： CH3CHO(C2H4O)乙醛，CH3COCH3(C3H6O)丙酮，CH3CH2CH2CHO24H8O) 丁醛，虽然通式均为 CnH2nO, 但并不都是同系物，其中乙醛和丁醛是同系物，乙醛和丙酮不是同系物，丁醛和丙酮也不是同系物。同分异构现象：分子式相同，但是结构不同，因而其性质也各异的不同化合物，称为同分异构体。 这种现象叫同分异构现象。同分异构现象在有机化学中普遍存在。一个分子式可以代表许多不同的有 机化合物，例如分子式 C2H6O可代表CH3CH2OH (乙醇)或CH3OCH3 (二甲醚)。两种结

10、构不同，因 而性质也不同的化合物，它们互为同分异构体。Hy- 0一C_HH H乙醇HH二甲醚又如分子式C4H10包含丁烷和异丁烷两种结构不同的同分异构体。H H H HIlliH-CC -C- C HIlliH H H异丁烷(2-甲基丙烷)H H H H正丁烷显然，一个有机化合物含有的碳原子数和其他原子种类及数目愈多，分子中原子间可能的排列方 式愈多，其他原子取代碳原子上氢原子的方式越多，它的同分异构体也愈多。例如，烷烃的同分异构 体数目随着碳原子数的增加，其异构体数目迅速增加(见表 1.1)。表1.1烷烃构造异构体的数目碳原子数567891020分子式C5H12C6H 14C7H 16C8H

11、18C9H20C10H22C20H42异构体数359183575366319正丁烷和异丁烷的异构现象，只是分子中各原子间相互结合的顺序不同而引起的，这只是构造 (constitution)不同而导致的异构现象。这种由于原子间结合顺序不同而导致的异构现象叫做构造异构 (constitution isomerism)。除此之外，还有构型异构(configuration isomerism)禾口构象异构(conformationisomerism)。在有机化学中，化合物的结构(structure)是指分子中原子间的排列次序、原子间的相对立体位置、化学键的结合状态以及分子中电子的分布状态等各项内容的总

12、称。这些都将在以后章节陆续讨论。因此，对于有机化合物不能只用分子式来表示，要用结构式或者结构简式(必要时，需要用立体 结构表示)来表示才可以明确表示一定结构所示的化合物。1.1.4 有机化学的研究内容和任务有机化学的研究内容有机化学的研究内容非常广泛，至少包括以下几个方面。1、 天然产物的研究从天然产物中别离、提取纯的有机化合物，进行结构测定和性质研究，尤其是 生物活性研究。从有机化合物的发现开始，天然产物的研究一直是一个非常活泼且取得很大成绩的研 究领域。随着实验和别离、分析技术的进步，目前已经能够别离含量极少的天然产物，如维生素、激素、植物生长素、昆虫信息素等。2、 有机化合物的结构测定由

13、天然产物中别离或通过合成得到的有机化合物都需要经过结构测定，了解它们与其他有机化合物之间的关系或研究它们之间的构效关系。以前结构测定全靠化 学方法，测定一个复杂的天然产物的结构需要很多年的艰苦工作。现在，结合化学方法和近代物理方 法(如紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱、质谱、元素分析、热分析法等)对有机化合物进行结构测定，研究有机化合物的结构与性质之间的关系就比拟容易。3、 有机合成从天然产物中别离的有机化合物经过结构测定后，就可以根据结构，按照一定方法从 简单易得的原料合成具有确定结构的有机化合物。例如：靛蓝是一种从植物中提取的染料，测定了它 的结构后，开展了工业生产靛蓝的方法，完全取代了天然

14、靛蓝。通过有机合成不但可以验证所确定的 天然产物结构的正确性，还可以合成一系列天然产物的类似物，从中筛选性能更好的化合物。许多工 业部门，如染料、医药、农药等都是在合成的根底上建立起来的。天然产物的合成，新化合物的合成 以及合成方法的研究都是有机合成的研究内容。近年来，金属有机导向的有机合成越来越受到广阔化 学工作者的重视。4、 反响机理的研究运用化学分析技术和近代物理分析仪器，结合理论化学原理和理论，对反响中间体、反响过程进行研究。通过反响机理的研究可以深入理解有机反响的反响进程，有助于合理地改 变实验条件，提高合成效率，还可以了解结构与反响活性之间的构效关系。化学学科中的各个分支，如无机化

15、学、分析化学、有机化学、物理化学、结构化学、生物化学等都 是互相联系、互相渗透、互相促进的，是一个完整的整体。无论从事化学学科中哪一个领域的工作， 都必须具备良好的有机化学根底知识和根本技能。如无机化合物的别离和分析中用到的有机化合物愈 来愈多；络合物中的络合剂大局部是有机化合物；开展很快的金属有机化学那么是无机化学和有机化学 之间的边缘学科。因此，有机化学是化学各专业一门重要的根底课，有机化学根底知识和根本实验技能对各专业都是必需的。有机化学的任务有机化学与人们生活， 国民经济和国防建设等各方面都紧密相关。100多年来，随着有机化学的发展，我们的物质世界发生了一场大革命。例如，天然的石头、石

16、油、水、空气和盐可以变成布匹和人 造羊毛等，这在100多年前是不可想象的事情。20世纪40年代新兴的高分子技术使人类开始进入了征 服材料的时代。目前，布匹，皮革和各种生活用具，无不可以从高分子原料制备。有机导体材料、有 机超导材料、有机磁性材料、有机光学材料和光电转换材料正在代替传统材料而迅速开展，成为当今 有机化学的前沿领域，并展现美好的前景。随着生物技术的开展，“基因工程取得较大的进展，在此根底上产生的杂交水稻大大缓解了因人口增长带来的粮食短缺问题。然而，有机化学的开展远没有终止，人类已经向有机化学提出了更高层次的挑战。目前，世界人 口仍不断增加，自然资源不断被消耗，人类生存已经受到严重威

17、胁。因此，制造人类食物以代替天然 蛋白质、淀粉类食物等是摆在有机化学工作者面前的一个紧迫任务。当前，人类受到各种疾病的威胁， 人类对于有些疾病，如癌症和艾滋病还是束手无策，也还不能战胜衰老和死亡。建立在有机化学和生 物学根底上的分子生物学可望对治疗顽疾、调控遗传和延年益寿等方面起着巨大的作用。人类赖以生存的环境存在严重污染问题。需加速开发高效温和的仿生催化剂使传统工业向绿色工 业转化。高效无毒的农药及无污染的燃料也急需加快研究、开发、推广应用。社会的开展无疑需要有机化学的深入开展和更多、更广的研究成果。因此，我们必须学好有机化 学这一门根底课，为经济建设作出奉献，为迎接世界范围内的新技术革命浪

18、潮的到来作好准备。1.1.5 研究有机化合物的一般步骤1、化合物研究化合物是通过前人的研究，已经知道它的结构、物理常数、光谱数据和化学性质等的化合物。 化合物的研究主要研究它的性能，开发其新的用途。一般按文献方法合成、别离纯化、测定物理 常数和光谱数据，与文献资料比照，然后研究其性能。有时根据研究目的，需要进行合成工艺改良， 研究新的合成方法。2、未知化合物研究未知化合物的研究包括研究天然产物中未知化合物和人们有目的地设计合成的预测具有某种性能 的新化合物目标化合物两大类。前者的研究过程为：别离提纯纯度检验一-分子式确定一-结构确定一-性能研究别离提纯的方法有：重结晶，升华，蒸馏，精馏，柱层析

19、等。纯度检验的方法有：测定物理常数，薄层层析，色谱分析等。分子式确定需要定性分析含哪些元素，定量分析求结构简式和分子量测定。结构测定主要是测定分子的构造、构型和构象。测定方法有化学法合成法和物理法。假设研究目标化合物，那么在从事上述研究之前，需根据目标化合物的结构及有关反响理论和合成方 法，从易得的原料合成目标化合物。1.2有机化合物结构和分类有机化合物中的共价键121.1碳原子的杂化与成键方式碳原子的电子结构为1s22s22p2，它与其它原子成键时，先经过电子激发，形成四个价电子2s12px12py12pz1，然后进行轨道杂化。碳原子有sp杂化由2s和一个2p轨道杂化而成，sp2杂化由2s和

20、两个2p轨道杂化而成和sp3杂化由2s和三个2p轨道杂化而成方式。 见图1.1, 1.2, 1.3。O2s2px2个sp杂化轨道图1.1sp杂化轨道表1.2碳原子三种杂化态特性杂化轨道类型s成分电负性体积大小构型sp1/2大小直线2sp1/3中中平面三角形3sp1/4小大正四面体+2s2px+2pysp3个sp2杂化轨道2s2px图1.22Pysp2杂化轨道sp3杂化轨道sp4个sp3杂化轨道图1.3这三种杂化轨道的特性见表1.2。碳原子有4个价电子，经过杂化后有 4个可成键的轨道，它可以形成4个共价键。两个碳原子之间可以形成 C C单键、C= C双键、C三C叁键三种化学键。单键为 b键，双键

21、含有一个 b键和一个 n键，叁键含有一个b键和两个n键。121.2共价键性质1、键长成键原子之间的核间距离称为键长，单位为n m109m。键长与原子半径大小及化学键类型有关，常见共价键的平均键长见表1.3。表1.3常见共价键的键长键长nm共价键键长nmC H0.107C=C烯烃0.135C C烷烃0.154C=O酮0.122C 0醇0.143C=N肟0.129C N胺0.147C=C苯0.139C Cl氯代烷0.176C三C炔烃0.120C Br溴代烷0.194C- N腈0.116C I 碘代烷0.214H N0.109H O0.096应该注意的是，相同化学键在不同化合物中的键长可能不同。对于

22、碳-碳键和碳-氢键，键长与碳原子的杂化状态有关。例如：碳-碳键键长大小关系为：C C>C= C > C三C ；碳-氢键键长大小关系为：C CH > C=CH > C三CH。2、键角分子中某一原子与另外两个原子形成的两个共价键在空间所夹的角度称为键角。键角反响了分子的空间构型。在有机化合物中，键角不仅与碳原子的杂化方式有关，还与碳原子上所连接的原子或原 子团的性质有关。例如：再如:H3Co/ HCH = 118/ HCO = 121O/ CCC = 120.8/ CCO = 119.6H3CHH1 C弋HH/ HCH =116.7/ HCC =121.63、键能键能指处于

23、基态的气态原子A与B结合成基态的气态 AB分子所放出的能量，或者是基态的气态A B分子离解成基态的气态A和B原子所吸收的能量单位为kJ mol-1。对双原子分子，键能与离解能在数值上是等同的；但对多原子分子，键能与离解能在数值上不一定相同。键能是指分子中同一 类共价键离解能的平均值。例如甲烷分子中，离解第一个C-H键的离解能CH3 H为435.1kJ mol-1,而第二、三、四个 C H键的离解能分别为 443.5、443.5和338.9kJ mol-1。CH 4 “1*-CH3+H H = 435.1 kJ molCH3 -CH2+H H =443.5 kJ molCHcCH+H H =44

24、3.5 kJ mol2CHC+H H =338.9 kJ molCH故甲烷分子中CH键键能为435.1+443.5+443.5+338.9kJ mol-1 = 415.2kJ mol-1 4一些常见共价键的键能列于表1.4。表1.4常见共价键的键能 kJ mol-1共价键键能共价键键能共价键键能共价键键能O H464.4C C347.3C F485.3C = C611N H389.1C O359.8C Cl338.9C = C837S H347.4C N305.4C Br284.5C = N615C H414.2C S272C I217.6C = N891737 醛H H 435.2C = O

25、749酮化学反响的反响热与键能存在如下关系：反响热：rH = 刀破裂键键能刀生成键键能4、键矩及偶极矩偶极矩包括键的偶极矩简称键矩和分子的偶极矩。它是衡量化学键和分子极性的物理量。键矩：两个电负性不同的原子所组成的极性键的正电荷与负电荷两中心之间的距离d与电荷e的乘积。=e x d单位为德拜，用 D表示，1D = 3.38 x 10 30 cm。分子的偶极矩：分子中各个化学键偶极矩键矩的矢量和。偶极矩是一个矢量向量，有大小和方向。其方向性用符号 表示。键矩的方向从电负性较小的原子指向电负性较大的原子；分子偶极矩的方向从正电荷局部指向负电荷局部。例如：键矩C-CII >尸 1.56D分子偶

26、极矩尸 1.84DH尸 1.46DH C= CH尸05、诱导效应由成键原子的电负性不同所引起的极性效应，通过化学键传递到分子中的其它局部，这种作用称 为诱导效应inductive effect。常用“ I表示。例如：在 1-氯丙烷中，氯原子C CCClYBa的电负性大于碳，因此碳与氯成键电子对偏向氯原子，使氯原子带局部负电荷，用"3表示；碳原子带局部正电荷，用"3表示。与氯原子相连的碳叫做a -碳，依次远离a -碳原子的碳叫做 B碳、Y碳等。由于a-碳原子带局部正电荷，所以a碳原子与B碳原子间的成键电子对略偏向a碳原子，致使B-碳原子带较少的局部正电荷，用“3 3表示。同理

27、，丫 -碳原子带更少的局部正电荷，用“3衣'3表示。因此诱导效应能通过化学键传递，随着传递的化学键增多，诱导效应迅速减弱。诱导效应是一种永久效应，它对化合物的化学性质影响很大。诱导效应的比拟标准是氢原子。原子或基团的电负性小于氢的，叫给电子基，表现给电子诱导效 应，用“+ I表示；反之叫吸电子基，表现拉电子效应，用“一 I表示。常见的吸电子基有：一 X 卤素，一NO2, CN , COOH , CF3, SO3H等。烷基可能是吸电子基，也可能是供电子基，当与不饱和碳原子或电负性比碳原子大的原子相连时，烷基表现为供电子效应；当与饱和碳原子相连时，烷基表现为较弱的吸电子效应。121.3共价

28、键的断裂+XX-X+有机化合物发生化学反响总是伴随着一局部共价健的断裂和新的共价键的形成。共价键断裂有两 种方式：均裂和异裂。共价健的均裂是成键两原子之间的共用电子对均匀分裂，产生具有未成对电子 的原子或原子团，即自由基或游离基。自由基性质很活泼，可以继续发生一系列反响，即自由基反响， 也叫链反响。共价健的异裂就是成键两原子之间的共用电子对完全转移到一个原子上，产生带正电荷 和带负电荷的离子。带电荷的离子也很活泼，可进一步发生一系列反响，即离子型反响。均裂自由基反响异裂离子型反响异裂离子型反响在有机反响中还有一类叫做周环反响，也叫协同反响。这类反响的特点是旧化学键断裂和新的化 学键形成同时或几

29、乎同时进行。有机化合物分子结构与性质有机化合物分子结构与其性质有着密切关系，即有机化合物分子结构决定其性质。结构与性质之 间的关系称构效关系。分子结构与物理性质有机化合物的物理性质如沸点、熔点、相对密度、溶解度、偶极矩与它的结构有关。表1.5描述了它们之间的关系。表1.5分子结构与一些物理性质的关系物理性质分子量分子极性分子对称性范德华引力氢键沸点(1 =g)正比正比与支链多少成反比正比正比熔点s正比正比正比正比正比相对密度正比正比正比正比正比溶解度 /g (100gH2O)-1相似相溶极性物质易溶入极性溶剂，非极性物质易溶于非极性溶剂偶极距-正比反比-分子结构与化学性质化学性质是指化合物进行

30、化学反响的能力。化学反响过程是分子中的原子重新组合的过程，这个 过程包括旧化学键的断裂与新化学键的形成。有机化合物分子中与上述过程密切相关的部位，称为反 应中心。有机化合物分子结构决定其化学反响性质。化合物分子中电荷密度高，化学键极性较大以及局部 空间过度拥挤等，都将使该化合物的稳定性降低，有利于外来原子或原子团的进攻。也就是说，化合 物稳定性愈小，化学反响愈容易发生；如果新的化学键形成以后，上述不稳定因素得以消除或缓解， 也就是说生成物相对稳定，那么容易发生化学反响。这是有机化学反响发生的内在因素。影响化学反响活性的因素影响有机化学反响活性的因素主要有三个：底物反响物的结构和特性，进攻试剂的

31、性质和反响条件温度、压强、溶剂、反响时间、催化剂及其用量、反响物物料比等。有机化合物中的官能团和有机化合物的分类123.1有机化合物中的官能团官能团指有机化合物分子中容易起化学反响的一些原子或原子团。官能团的结构决定化合物的主要性质，含相同官能团的化合物具有相似的物理和化学性质。在有机化合物分子中，双官能团或多官能 团的结合，将影响化合物的性质。有机化合物的分类为了研究方便起见，对数目庞大的有机化合物需要一个完善的科学分类体系。由于官能团决定有 机化合物的化学性质，因此，常常根据官能团将有机化合物分类见表1.6 o表1.6重要官能团及化合物分类芳烃芳环，萘环芳环CH3甲苯醇OH特苴基酚OH ,

32、 Ar 羟基，芳基醚C O C醚键醛CHO甲酰基醛基酮CO 羰基酮基羧酸COOH羧基酯COOR酯基腈C= N氰基硝基化合物NO?硝基胺nh2氨基NHR胺基C2H5OHC6H5OHC2H5OC2 H5CH3CHOCH3COCH3CH3COOHCH3COOCH2CH3CH3CNCH3NO2C6H5NH2(CH3)2NH乙醇 苯酚 乙醚 乙醛 丙酮 乙酸乙酸乙酯乙腈硝基甲烷苯胺二甲胺化合物类别官能团官能团名称实例烷烃CC碳-碳单键CH 3CH 3乙烷烯烃C = C碳-碳双键CH2= CH2乙烯炔烃C = C碳-碳叁键CH 三 CH乙炔卤代烃F, Cl, Br, I卤素CH3CH2CI一氯乙烷偶氮化合

33、物N= N偶氮基C6H5N = NC6H5偶氮苯重氮化合物N三 N+X-重氮基+ -C6H5N 三 N Cl氯化重氮苯硫醇SH巯基C2H5SH乙硫醇磺酸SO3H磺酸基C6H5SO3H苯磺酸氨基酸NH2 COOH氨基，羧基H2NCH 2COOH甘氨酸糖OH,CO羟基，羰基CH2OHCHOHCHO 甘油醛1开链族化合物脂肪族化合物 分子中碳原子间相互结合成碳链2碳环族化合物CH3-CH - CH2COOHICH3分子中具有由碳原子连结而成的环状结构，包括脂环族化合物3-甲基丁酸。如一环丙烷和芳香族化合物如CH33杂环族化合物分子中具有由碳及其它原子如氮，氧，硫等组成的环状结构，如 喃等。4碳簇状化

34、合物每个碳原子与另外三个碳原子以碳-碳键相连而形成的多面体结构。例如C4H4一四面体、C6H 6三棱柱、C8H8立方体、C20H20 十一面体、C60H60 三十一面体等。杂环化合物含杂原子环状物ON厂O吡咯呋喃噻吩另外，按碳链结合方式不同，将有机化合物分为四类:这种分类方式不能准确反映有机化合物结构特点，故有很大的局限性。123.3有机化合物构造式的表示方法表示有机化合物分子中原子的排列次序和成键方式的结构表达式称为有机化合物的构造式。除特 别说明或需表示立体结构外，一般用构造式表示化合物的结构。有机化合物构造式有三种表示方式。1、电子式将化合物中原子间共用的价电子用圆点表示的式子。如正丁烷

35、和环己烷可用电子式表示为HdH： : C : H H： C C： HHHC：C：7H hH正丁烷的电子式环己烷的电子式电子式的优点是能比拟直观地反映分子中各成键原子的价电子情况，缺点是书写复杂、困难。2、蛛网式将化合物中原子间共用的一对价电子用一条短线表示的式子，这是有机化学中最常用的表达有机化合物构造式的方法，这一条短线有时可省略。例如正丁 烷可用蛛网式表示为HI CIH-HI CIH-HI C H-H C H-H环己烷可表示为:_H或 CH3-CH2 - CH2 - CH3 或 CH3CH2CH2CH3zCH2CH2CH 2IICH 2CH2CH 23、键线式将化合物中碳原子和氢原子及碳

36、-氢键省略不写，仅用短线表示碳 -碳键的式子。例如：正 丁烷和环己烷用键线式表示为环己烷的键线式正丁烷的键线式从上述例子可以看出，通常用键线式或较简单得蛛网式表示有机化合物构造式比拟直观、方便。1.3有机化合物命名原那么有机化合物的系统命名法系统命名法是由中国化学会有机化学名词小组根据国际纯粹与应用化学联合会In ternatio nal Unionof Pure and Applied Chemistry,简写为IUPAC1979年公布的"有机化学命名法，结合汉字的结构特点 于1982年公布实施的命名方法。这是目前最科学，应用最广的命名方法。命名步骤1、根据化合物中所含官能团的情况

37、，先确定母体，即确定该化合物属于哪一类。如果一个化合物中 含有多个官能团，那么按照以下官能团顺序确定一个母体，其余官能团作为取代基对待。母体选择顺序排在前面的优先为：+NR3铵COOH羧酸一SO3H磺酸一COOR酯一COX酰卤CONH2酰胺CN腈CHO醛一COR酮一OH醇，酚NH2 胺一R烷基一OR烷氧基按上述顺序排在前面的官能团为母体，排在后面的为取代基。一NO2和卤素没有列入母体顺序，因为它们通常只作为取代基而不作为母体。2、选取含母体官能团的最长碳链作为主链，从离母体官能团最近的一端开始对主链碳原子进行编号 并用阿拉伯数字标示。当具有相同长度的碳链可作为主链时，应选择具有支链最多的碳链作

38、为主链。 当主链长度和支链数目相同时，应遵循最低系列原那么。所谓最低系列原那么是：逐个比拟两种编号法中表示取代基位置的数字，最先遇到取代基位置较小 者，定为最低系列。3、主链碳原子上其它支链全部作为取代基。取代基有官能团基、烃基、芳基等。烃基和芳基分别是相应的烷烯，炔烃和芳烃去掉一个氢原子后所剩余的局部，分别称为某基。一些常见有机基团列于表1.7：表1.7常见有机基团中文名称化学式英文中文名称化学式英文甲基CH 3methyl乙基CH3CH2ethyl丙基CH3CH2CH2n-propyl异丙基(CH3)2CH i -p ropyl丁基CH3CH2CH2CH2n-b utyl异基(CH3)2C

39、HCH 2i-butyl叔基(CH3)3Ct-butyl仲丁基CH3CH2(CH 3)CH s-butyl戊基CH3CH2CH2CH2CH2pe ntyl乙烯基CH 2=CH vinyl烯丙基H2C=CHCH 2allyl丙烯基CH3CH=CH prope nyl苯基C6H5 phe nyl芳基Ar aryl羟基HO hydroxy 甲酰基0formylH甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、芳基等可分别用英文缩写式Me, Et, Pr, Bu, Ph, Ar表示。“正的英文名为normal，故用“ n-表示；“仲的英文名为 secondary,用“ s-表示；“异的英文名为 isomeric，用 “

40、 i- 表示；“叔的英文名为 tertiary，用“ t- 表示。当芳基或环烷基与某些官能团直接相连时，那么将芳基或环烷基与该官能团一起作为母体。例如：COOHOH苯酚2苯甲酸SO 3HCOOH苯磺酸环己甲酸化合物名称书写1、书写时根据主链碳原子数目的多少和母体官能团的类型进行命名。当主链碳原子数在 10以内时,分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，而当主链碳原子数超过10时，那么直接用中文数字表示。如CH3CH2CH2CH2C°°H戊酸。2、 母体官能团所在位置用阿拉伯数字标明，放在母体名前面。数字与母体名称用连字符“-连结。OHI如果母体官能团编号为 1，那

41、么“1字省略不写。如H3C-CH2-CH-CH3 2-丁醇，CH3cH2CH2cH2OH 丁醇。3、取代基名称放在母体名称的前面。取代基名称与说明母体官能团位置的阿拉伯数字之间用连字 符连结；取代基在主链上的位置用阿拉伯数字标明，阿拉伯数字与取代基名称用连字符连结。如OHCH3IICH3-CH -CH2- CH -CH34-甲基-2-戊醇4、如果在一个主链上同时连有多个取代基，应分别按取代基次序逐个标明。书写时，按取代基优 先顺序书写。如果在主链上有多个相同取代基，可合并书写，其表示位置的数字应分别用阿拉伯数字 说明，合并的取代基个数用中文数字标明。中文数字放在取代基名称前面。如OHCH3II

42、CH3-CH -CH2C-CH3ICH34,4-二甲基-2-戊醇取代基优先顺序确定的原那么 ：与主链相连的相对原子质量 原子序数越小，排的顺序越优先；如 果与主链相连的第一个相对原子质量相同，那么采用外推法逐个进行比拟；如果取代基为不饱和基团， 应把双键或叁键原子看作是它以单键和对应的多个原子相连接。例如：HH11C1(C,C,H)CH CH 2当作厂-C21-H1 2(C)(C)C2(C,H,H)(C)(C)|C1(C,C,C)CCH当作C1-1C2-H1 211C2(C,C,H)(C)(C)取代基优先顺序如下：H , D , CH3 , CH2CH3 , CH2CH2CH3 , CH2(C

43、H2)2CH3， CH2(CH2)3CH3 ,CH2(CH2)4CH3, CH2CH2CH(CH3)2, CH2C(CH3)3, CH2C6H5, CH(CH 3)2,CH = CH2, C(CH3)3, C三CH， C6H5, CH2OH， CHROH， CR2OH， CHO , COR ,COOR , COCl , CCl3， NH2， NHR , NHCOR , NR2， NO2,OH , OR, OOCR , F, SH , SR, SO2R, Cl, Br, I。例如：命名以下化合物。COOHNO22-甲基一4硝基苯甲酸CH2CH3123456789CH3CH2-CH - CH-CH

44、 -CH2CH2CH2CH3IICH3CH2CH2CH33-甲基-4-乙基-5-丙基壬烷3-甲基环己甲酸2,3,6-三甲基庚烷2,7,8-三甲基癸烷同时含双键和叁键的分子称为烯炔。它的命名应将双键和叁键的位置表示出来。命名时首先选取 同时含双键和叁键的最长碳链为主链，编号从任何一个不饱和键为最低编号开始。例如：CH2CH = CHC 三 CH3-戊烯-1-炔但如果以双键或叁键开始编号都是最小时，那么先从双键一端开始编号。例如：CH2= CHCH 28 CH1-戊烯-4-炔有机化合物的其它命名法习惯命名法习惯命名法是较早采用的命名方法。虽然不如系统命名法应用广泛，但它有时仍被使用。例如有 些化学

45、试剂的商品名称是由习惯命名法所得。习惯命名法在烷烃中应用较多。对于直链烷烃，根据其所含碳原子的总数，叫“正某烷，如CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷；对于支CHCH 一cH3；ch CH2CH3链烷烃，含“ CH3结构的根据分子中碳原子总数命名为“异某烷，如CH3异戊烷；含有与三个碳原子相连的碳原子叔碳原子，见第二个碳原子为叔碳原子的除外叫“叔某CH3CH2-gH 一CH2CH3烷，如CH3叔己烷；含有与四个碳原子相连的碳原子季碳原子，见叫“新CH3CH 3C CH 3某烷，如CH3新戊烷。习惯命名法不能很好地反映分子的结构，特别是对于含碳原子较多的烷烃，习惯命名法显得无能 为力。有些有机化

46、合物存在俗名，这些俗名来自这些化合物的来源或性质等。如最初由水解水杨树的叶 和根得到的2-羟基苯甲酸又称为水杨酸；具有甜味的1,2,3-丙三醇又称为甘油；酒中的主要成分乙醇又 称为酒精等等。1.322衍生物命名法CH3 -CH CH 3ICH3三甲基甲烷CH3ICH3C CH2CH3 ICH3三甲基乙基甲烷衍生物命名法是以某类化合物系列中的最简单化合物为母体，而将其同系列化合物作为该类化合 物的衍生物来命名的方法。例如，对于烷烃，选择甲烷为母体，并以含支链最多的碳原子作为甲烷碳 原子，其它烷基作为取代基来命名。CH2CH3ICH3-C- CH2CH2CH3ICH3二甲基乙基丙基甲烷又例如一些简

47、单的炔烃及烯炔以乙炔为母体来命名，如:CH 3 C 三 C CH3二甲基乙炔ch2= ch c三 ch乙烯基乙炔衍生命名法虽然比习惯命名法较能反映分子的结构，但对较为复杂的有机化合物，命名困难。有些化合物特别是杂环化合物音译法的中文名称来自其相应的英文名的读音，即音译法。例如:O咲喃furanN H吡咯pyrroleS噻吩thiophe ne吡啶pyridine1.4现代物理分析方法确定一个化合物的结构，可用化学方法或物理方法。但用化学方法来测定有机化合物的结构是一项 非常繁复、费时，有时甚至是很难完成的工作。例如，胆固醇结构确实定花了三、四十年，这项工作在当时被认为是一项非常杰出的工作。但后

48、来发现，所确定的结构是错的，这是因为在用化学方法测定结构的过程中，往往发生结构重排或某些出乎意料的反响，容易得到错误的结果。现代物理分析方法中的波谱分析作为确定有机化合物结构的重要手段，与常规的化学分析相比具 有微量、快速、准确等特点。波谱分析的开展，使其成为化学工作者必须掌握的重要工具和近代技术。 应用于有机化合物结构测定的常规物理分析手段主要有紫外光谱UV 、红外光谱IR、核磁共振谱NMR 和质谱MS 。紫外光谱紫外光谱的形成原理电子跃迁与紫外光谱的形成紫外光谱是用来测定有机化合物中重键双键，叁键结构的一种重要方法。分子中某些价电子吸收一定波长的紫外光， 由低能级基态跃迁到高能级激发态而产

49、生的光谱。从不同成键轨道b , n , n跃迁到反键轨道时，分子吸收的能量不同，n兀*及共轭烯的兀一兀*吸收的能量在 200nm以 上，落在近紫外区200-400nm，其它形式的跃迁都在 200nm以下。紫外光谱测定中的定量关系：Lambert Beer定律化合物吸收能量过程中遵循以下关系朗伯-比耳定律。A= lg-= icA为吸光度，I0入射光强度，I为透射光强度，£为摩尔消光系数，b为光线通过的溶液厚度dm, c为浓度mol/L。溶剂对紫外吸收有影响，因此，在文献资料中都要标明紫外光谱测定时所用的溶剂。一个特定化 合物在指定溶剂中，吸收的波长和消光系数是相同的。紫外光谱图紫外光谱

50、图采用波长 入为横坐标，单位多用nm表示，摩尔消光系数&为纵坐标，化合物的吸光度随波长变化而变化的紫外吸收曲线。例如：某一基团或者结构系统在近紫外光谱及可见光谱200-800nm范围内出现吸收带。这一基团叫发色团。一般为： _ / _ CC_C=C_c 三 NC=o_N=N_有些官能团在200 400nm没有吸收带，但当与发色团相连时，使发色团的最大吸收峰向长波方向移动能量降低，并使吸收程度增加，这种官能团叫助色团。通常有一OH ,OR, NH 2, SH, SR, X 等。随着共轭重键的增加，吸收峰波长向长波方向移动，这种现象叫红移向红外光移动。使吸收峰波 长向短波方向移动称蓝移。饱

51、和醛酮和单烯烃在 200-270nm之间只出现很弱的吸收摩尔吸收系数很小，一般认为无吸收， 但共轭醛酮在200-250nm有强吸收。如C=OC=C C=O/ .ma-x270-300nm300-350nm,215-250nm44max10-2010-201 X 10 2 X 10化合物共轭结构对紫外光谱吸收的影响有机化合物分子中的共轭效应，无论是吸电子共轭效应还是供电子共轭效应，都使max和；max增加。增加化合物分子中的共轭重键，或是对重键共轭作用有利的结构因素，都将使'max和max增加。随着共轭链长度的增加，max和max都增加。如果分子中处于共轭体系的原子或原子团由于空间障碍而

52、不能处 于同一平面时，共轭作用减弱或消失，在紫外吸收光谱上表现为吸收波长蓝移和吸收强度减弱。超共轭效应也使'max和max增加。例1:将以下紫外光谱数据与化合物结构配对化合物CH3/.max nm281281:max2080013000分析：这是一个C=C C=C C=O共轭结构的紫外吸收问题。 化合物b,共轭作用最差的是化合物c。因此，配对结果为：22811600从立体障碍分析，共轭作用最好的是C c例2:分析以下环烯烃的紫外吸收光谱数据与分子结构的关系。max (nm)238259248230；max34001000074006000分析：在上述环二烯烃分子中都存在一定程度的环张力。张力的存在使两个共轭双键的共平面性 降低。六员环和七员环张力较小，'max和max都较大，五员环和八员环张力较大