药学专升本专题知识讲座

第一章绪论一、有机化合物和有机化学二、有机物结构特点——共价键三、分子极性和分子间作用力四、有机化合物官能团和反应类型五、有机酸碱概念六、确定有机化合物结构步骤与方法药学专升本专题知识讲座第1页第一节、有机化合物和有机化学17世纪中期，把从自然界中取得各种物质按照起源分为:动物物质植物物质矿物物质随即又将矿物物质称为无机物,而将动物物质和植物物质称为有机物。无机物（inorganic）有机物(organic)Organic——有生机、有生命力。把只能得自活有机体中物质叫有机物,而其它一切物质都叫无机物。有机物生成要有生命力作用,这就是所谓生命力学说。药学专升本专题知识讲座第2页1828FriedrichWohler偶然用无机物合成了有机物——尿素:novitalforce NH4Cl+AgOCN O NH4OCN -------> NH2-C-NH2Ammoniumcyanate Urea (无机物) (有机物)之后又有醋酸(1845,KolbeH),油脂(1854,BerthelotM),糖等各种人工合成有机物相继出现,从此生命力学说被彻底否定。“有机物”这个名称也失去了原有“有生机之物”含义。现在是依据有机物组成来定义。药学专升本专题知识讲座第3页有机化合物(Organiccompound)就是碳氢化合物及其衍生物；研究碳氢化合物及其衍生物科学称为有机化学(Organicchemistry)

。（CO32-、CO2.CO、CN-、OCN-、SCN-等因为其性质与无机物相同，习惯上仍列为无机物。）

主要研究各类有机物结构特征、合成方法、理化性质及其应用,以及结构与性质之间相互关系等。药学专升本专题知识讲座第4页有机物与无机物性质差异 有机物 无机物备注可燃性普通可燃 不易燃 灼烧试验熔、沸点 低（<300℃）高 mp,bp常数用于判别溶解性多数难溶于水 易溶于水相同相溶 易溶于有机溶剂不易溶于有机溶剂反应性速度慢产物复杂速度快产物固定分离、提纯 副反应多 有机物同分异构现象存在较普遍药学专升本专题知识讲座第5页医学是从宏观到微观研究过程:人体——组织——细胞——生物分子化学是从微观到“宏观”研究过程:原子——分子——大分子当代,生命科学与化学科学相互渗透,两学科间交叉研究,使得生命科学中化学问题已成为当今化学科学重大前沿研究课题；而在分子水平上对生命现象、疾病发生、发展过程进行深入认识则推进了分子生物学发展。有机化学与医学药学专升本专题知识讲座第6页生物化学 组织化学药品化学 天然药品化学药理学 分子生物学分子免疫学 分子药理学分子病理学 分子遗传学等有机化学与医药相关学科药学专升本专题知识讲座第7页怎样学习有机化学？1.Preparelessonsbeforeclass2.Takelecturenotes3.Keepupwithyourstudying4.Workstudyingquestions药学专升本专题知识讲座第8页一、凯库勒结构理论（1）有机化合物中碳原子为四价（2）碳原子与其它原子结合外，还能够与其它碳原子以单键、双键、叁键相互结合成碳链或碳环。表示了:分子中原子种类、数目和结合次序和方式。第二节、有机化合物结构理论药学专升本专题知识讲座第9页1861,布特列洛夫:化学结构化学结构包含了分子中原子排列次序和相互间复杂化学关系。(结构和性质关系)20世纪，荷兰化学家范霍夫和法国化学家勒贝尔:饱和碳原子四面体结构。药学专升本专题知识讲座第10页

离子键——原子间电子转移形成化学键类型共价键——原子间共用电子对形成

配位键——两原子间共用电子对 由一个原子提供形成

原子经过化学键组成份子:有机物结构特点——共价键二、化学键药学专升本专题知识讲座第11页由原子间外层电子得失或转移产生正负离子相互吸引而形成。Na····Cl···Na+Cl-离子键没有方向性和饱和性+-Na+Na+Na+（一）、离子键和共价键1.离子键药学专升本专题知识讲座第12页2.八隅体与路易斯结构式惰性气体原子最外层电子轨道内分别含有二个或八个电子,这么电子构型是最稳定。原子最外层含有八电子构型时（或二电子构型）称为八隅体。相同或不一样原子之间可经过得失电子或共享电子方式使各自外层电子构型到达八隅体,从而使形成分子处于稳定状态。

共价键是原子间经过共享电子对相互结合而形成。药学专升本专题知识讲座第13页路易斯（Lewis）结构式:甲烷乙烷

乙炔CCHHHHHHCHHHHHCCH用电子对表示共价键结构化学式称路易斯结构式。为书写方便,可用一短线代表一对共用电子对,也可只标未共用电子对,其余部分写成简化结构式。甲醚HCHHOCHHH或

CH3OCH3药学专升本专题知识讲座第14页3.配位共价键：形成共价键一对电子是由成键两个原子中一个原子提供。配位键通惯用箭头表示，指示从提供电子原子指向接收电子原子。药学专升本专题知识讲座第15页路易斯结构式仅给出了分子共价结合模型,并没有给出电子共用明确概念和共价键本质。近代利用量子力学理论研究共价键形成和本质而提出了共价键理论和分子轨道理论。药学专升本专题知识讲座第16页其一:价键理论 认为共价键是由自旋相反电子配对形成（原子间共用电子对）。形成共价键电子仅处于成键两原子间区域之中运动。故又称为电子配对法。其二:分子轨道理论 认为分子轨道是由能量相近且对称性匹配原子轨道按照最大重合原理线性组合而成，分子中电子在整个分子轨道中运动。关于共价键形成,有两种理论。共价键理论药学专升本专题知识讲座第17页（二）、原子轨道和电子云当代价键理论认为:共价键是由成键电子所在原子轨道重合形成。药学专升本专题知识讲座第18页依据原子光谱试验，能够证实核外电子是分层排布。电子层是依据电子在核外空间出现几率最大区域离核远最近划分，它可取1、2.3…n等正整数。n越大，电子离核平均距离越远，电子能量越高。在同一电子层上电子，其能级高低仍有差异（除单电子原子外）。这是因为同一电子层上可有一个或一个以上亚层，电子亚层用s、p、d、f等小写字母表示。在同一层中，亚层能级高低为s<p<d<f。同一层上各亚层能量差异是由电子云形状不一样引发，如s亚层电子云是球对称形，p亚层电子云为哑铃形等。每一电子层对应亚层以下表。药学专升本专题知识讲座第19页S电子云对原子核是球对称,就是在各个方向上分布均匀,只有一个取向。P电子云在空间有三种不一样伸展方向,也就是有三种取向,分别沿X轴、Y轴和Z轴方向伸展。电子层n1234亚层1s2s3s4s2p3p4p3d4d4f亚层数1个2个3个4个药学专升本专题知识讲座第20页电子处于各自原子轨道中运动。如C原子:1s2;2s22p2药学专升本专题知识讲座第21页（三）.价键理论:自旋相反单电子配对形成共价键。共价键本质就是两查对于电子密集区吸引。H··Cl:::+H

··Cl:::or H—ClH··

H+H

··

Hor H—H4H·+·

C

····

C

···H··H·H·H

HorH—C—HH重合区药学专升本专题知识讲座第22页共价键形成过程H··

H+H

··

Hor H—HH··Cl:::+H

··Cl:::or H—Cl电子云重合区,吸引着两个原子核,形成稳定体系H(1s)Cl(2p)xyxyH—Clxy药学专升本专题知识讲座第23页H—ClxyH(1s)Cl(2p)xyxyxyxy1.重合最大稳定结合2.重合较小不稳定结合3.不结合图s和p原子轨道三种重合情况

电子配对要求原子轨道重合。原子轨道最大重合才能形成稳固共价键.药学专升本专题知识讲座第24页

σ键π键1、可单独存在，存在于任何共价键中2、成键轨道沿键轴重合，重合程度较大3(1)电子云呈柱状，对键轴呈圆形对称，电子云密集于两原子之间。不能单独存在，只能在双键或叁键中与σ键同时存在成键轨道平行重合，重合程度较小电子云呈块状，经过键轴有一对称平面，电子云分布在平面上下。表1-1

σ键和π键主要特点(1)药学专升本专题知识讲座第25页σ键π键3.2成键两个碳原子能够沿着键轴“自由”旋转。3.3键能较大，键较稳定。3.4电子云受核约束大，键极化度小。3.2成键两个碳原子不能沿键轴“自由”旋转。3.3键能较小，键不稳定3.4电子云受约束小，键极化度较大表1-1

σ键和π键主要特点(2)药学专升本专题知识讲座第26页叁种形式:单键、双键、叁键。CCCCCC药学专升本专题知识讲座第27页（四）.杂化轨道理论——价键理论扩展和补充杂化轨道药学专升本专题知识讲座第28页(1)SP3杂化（如甲烷）Neutralgroundstateofcarbon,C:1s22s22px12py1

orbasicstate1s2s2pEnergy1s2s2pHybridizeEnergy1s4sp3hybridatomicorbital1s22(sp3)12(sp3)12(sp3)12(sp3)1

or1s22s12px12py1

2pz1

or

excitedstatehybridizedvalencestate药学专升本专题知识讲座第29页HybridizeTetrahedral,allorbitalbondanglesare109.5o.药学专升本专题知识讲座第30页

s键:头碰头重合,重合程度较大,键牢靠,可自由旋转。当一个碳原子与其它四个原子直接键合,该碳原子为SP3杂化药学专升本专题知识讲座第31页(2)SP2杂化（如乙烯）杂化后3个SP2杂化轨道处于同一平面,夹角120o余下一个未杂化2pz轨道垂直于三个SP2杂化轨道所在平面(SP2杂化轨道呈平面三角形).1111药学专升本专题知识讲座第32页乙烯分子形成pBond:肩并肩重合,重合程度较小, 键较不牢靠不能自由旋转双键、平面型分子药学专升本专题知识讲座第33页(3)SP杂化（如乙炔）药学专升本专题知识讲座第34页CH≡CH形成叁键药学专升本专题知识讲座第35页

轨道成份空间伸展SP31/4S+3/4P正四面体SP21/3S+2/3P平面三角形SP1/2S+1/2P直线型药学专升本专题知识讲座第36页（五）、分子轨道和共振结构认为分子中电子不属于某个原子，而是分布于整个分子中。分子轨道由所属原子轨道线性组合而成(满足3标准:能量相近；最大重合；对称性匹配)，形成份子轨道数目与所结合原子轨道数目相等。有s(成键轨道)和s*(反键轨道)、p和p*、n(非键轨道)三类。分子中电子在分子轨道中运动，电子在分子轨道中填充也遵照能量最低原理、鲍里不相容原理和洪特规则。药学专升本专题知识讲座第37页H2分子轨道药学专升本专题知识讲座第38页BondingandantibondingMO’sforσandπbonds.药学专升本专题知识讲座第39页共振结构 当1个分子、离子或自由基按价键规则能够写成1个以上Lewis结构式时,则真实结构就是这些共振结构式(或极限式)杂化体。CH3－NOO+-122pm122pm单一结构式不能表示出硝基甲烷结构，可用以下2个共振式杂化体表示:CH3－NOO+-≡CH3－NOO+1/2-1/2-“<—>”是共振符号,它表示真正硝基甲烷分子是这2个极限式杂化体,而其中任何一个极限式都不能代表它分子结构。共振结构式(极限式)共振杂化体书写共振式规则:1.只允许电子移动，而原子核位置不变；2.符合八隅规则；3.成正确和未成正确电子数目不变。药学专升本专题知识讲座第40页1、键长(bondlength)：成键原子核间距 2、键角(bondangle)：两共价键之间夹角3.键能(bondenergy)：离解能或平均离解能几个共价键键长、键角、键能 C—HC—CC=CC≡C键长 nm 0.1090.1540.1340.120键角°

109.5120180键能kJ/mol415.3345.6610835 第三节、共价键属性利用键能数据可计算出反应热。DH=SE反应物-SE产物决定分子空间构型－化学键强度药学专升本专题知识讲座第41页4.键极性与极化性——可了解成键原子间电荷分布，进而了解分子反应时在什么部位发生反应对于同种原子形成共价键，公用电子由两个原子核均等“享用”:H3C

———

CH3两个成键原子既不带正电荷,也不带负电荷,这种键没有极性,叫非极性共价键。0 0（1）键极性药学专升本专题知识讲座第42页当两个不一样原子成键时，因为两个原子拉电子能力不一样，(定义:分子中键合原子拉电子能力叫电负性)——共用电子对发生偏移，使一方原子带部分负电荷(以d—表示)，另一方带微量正电荷(d+),如:H3C———Cl这种电子云分布不对称共价键称为极性(共价)键。两成键原子电负性差越大,键极性也越强。d+

d—药学专升本专题知识讲座第43页一些键偶极矩

(注意其大小和方向)：H——ClC——HC——OC——ClC===O

m1.03D0.40D0.74D1.46D2.30D

键极性大小取决于成键原子电负性差,电负性差越大键极性越大。键极性大小用键矩（也称偶极矩m）表示。H:2.2;C.S:2.5;N、Cl:3.0;O:3.5;F:4.0m=q(正or负电荷中心荷电量)×d(正负电荷中心间距离)(Debye)偶极矩是矢量,要求其方向由正极—>负极。常见元素电负性:药学专升本专题知识讲座第44页注:键极性与分子极性关系:分子极性大小用偶极矩表示，它是分子中各个键键矩向量和。（2）分子极性对于两个原子组成分子,键极性就是分子极性。H—Cl键矩=分子偶极矩1.03D药学专升本专题知识讲座第45页键极化:由外界电场作用而引发键极性改变现象。H———H电负性差=0，共用电子对居中，键无极性H———H外电场在外电场作用下共用电子对偏移,非极性键变成极性键H———Cl电负性差≠0,共用电子对偏移,非极性键H———Cl在外电场中，共用电子对愈加偏移，原来极性键极性增大（3）键极化性药学专升本专题知识讲座第46页共价键电子云在外电场中变形难易程度，也即共价键极化难易程度用极化度表示。显然，极化度:C—I>C—F。外电场H———FH———FH————IH————IH—I键电子云比H—F电子云在外电场中更轻易变形(极化)。药学专升本专题知识讲座第47页(1)p电子比s电子易流动,故p键比s键极化度大；(2)原子半径越大,电子云越易变形(流动),极化度就越大.极化结果是使原来非极性键(或非极性分子)变为极性键(或极性分子),原来极性键(或极性分子)极性更大。外界电场撤去时,又恢复原样。极性分子如H2O等可起到外界电场作用,使别分子发生极化。电子云流动性越大,键极化度也越大。H————IH————I药学专升本专题知识讲座第48页键极性和极化之间区分键极性大小取决于成键原子电负性差。键极性是键内在性质,是永恒现象。

而键极化则是在外界电场作用下产生,是暂时现象,当外界电场除去后即可恢复到原来状态。药学专升本专题知识讲座第49页 C—FC—ClC—BrC—I极性:极化性:反应性:减弱增强增强分析C—X键极性、极化性与反应活性极性和极化对物质性质影响:极性影响物质物理性质和化学性质，极化则主要影响物质化学性质。极化度越大越易反应。药学专升本专题知识讲座第50页

二、共价键断裂方式

H R—CA

H :+EHHR—C

·

+A

·

指有机反应中键均等地分裂成两个中性碎片过程。均裂后两个原子各带一个未配正确电子。均裂(homolysis)——自由基（游离基）反应(freeredicalreaction)自由基（瞬间存在）药学专升本专题知识讲座第51页异裂(heterlysis)——离子型反应

HR—C：A

H+EHR—C+(正碳离子)+A：HHR—C：(负碳离子)+AH正碳离子和负碳离子都是非常不稳定中间体,都只能在瞬间存在,一旦生成,马上参加下一步反应。是指在有机反应中键非均等地分裂成两个带相反电荷碎片过程。异裂之后,两个原子一个带正电荷,一个带负电荷。药学专升本专题知识讲座第52页第四节、有机物分类和结构式表示1.按碳骨架分类链状化合物（开链化合物、脂肪族化合物）CH3CH2COOH碳环化合物:脂环化合物、芳香化合物杂环化合物药学专升本专题知识讲座第53页烷,烯,炔,卤代烃,醇、酚、醚,醛、酮,羧酸,硝基化合物,胺,重氮和偶氮化合物硫醇、硫醚,磺酸等氨基酸、糖类、蛋白质、核酸单官能团化合物——分子中只含有1个官能团。多官能团化合物——分子中含有≥2个相同官能团。复合官能团化合物——分子中含有≥2个不一样官能团。2.按官能团(functionalgroup)分类：有机分子中能反应出化学性质原子或原子团称为官能团，又叫功效基。药学专升本专题知识讲座第54页3.有机化合物结构式表示分子中原子相互连接次序和方式称结构,表示分子结构化学式称结构式。蛛网式、缩写式、键线式。药学专升本专题知识讲座第55页名称分子式蛛网式

键线式

立体结构式

异戊醇C5H12O

H

H

H

HH—C—C—C—C—O-H

H

C

HHHHHCH2CH3-CH-CH3或:(CH3)2CHCH2CH2OH环丙烷C3H6CC———CCH2CH2——CH2透视式、Newman投影式(用于构象)Fischer投影式(惯用于对映异构)Haworth式(惯用于糖类)其它表示方法CH3缩写式：CH3－CH－CH2－CH2－OH药学专升本专题知识讲座第56页第五节、有机酸碱概念1.勃朗斯德酸碱理论——酸碱质子理论定义:酸是质子给予体；碱是质子接收体。碱与H+结合后形成质子化物即为该碱共轭酸。H－Cl H+ + Cl-NH3 +H+ NH4+

酸碱酸放出H+后产生酸根即为该酸共轭碱。酸越强,它共轭碱越弱。碱越强,它共轭酸越弱。盐酸共轭碱氨共轭酸(极弱碱)(弱酸)药学专升本专题知识讲座第57页化合物酸性强度通惯用酸在水中解离常数Ka或其负对数pKa表示,Ka值越大或pKa越小,酸性越强。普通pKa<-1为强酸；pKa>4为弱酸。化合物碱性强度能够用碱在水中解离常数Kb或其负对数pKb表示。Kb越大或pKb越小,碱性越强。另外,也能够用碱共轭酸解离常数Ka或其负对数pKa表示。但这时要注意pKa值越大,碱性越强。上页下页首页在酸碱反应中平衡总是有利于生成较弱酸和较弱碱。药学专升本专题知识讲座第58页问题：水pKa=15.7,乙炔pKa=25。 氢氧根离子能与乙炔反应吗？第一章绪论

第五节有机酸碱概念（一、勃朗斯德酸碱理论)上页下页首页药学专升本专题知识讲座第59页2.Lewis(路易斯)酸碱——酸碱电子理论Lewis酸是能接收一对电子形成共价键物