大学医用有机化学-绪论

供医学类专业用

有机化学

（第7版主编吕以仙）

主讲李英秀1/44第一章绪论（Introduction）

目标：为了系统学习有机化学准备必需基本知识,

详细掌握内容：⒈什么是有机化学？什么是有机化合物？

⒉共价键价键理论，共价键参数及其意义⒊共价键断裂方式和有机化合物反应类型⒋有机化合物结构式表示方法有机化学是医学课程中一门主要基础课，也是生命科学不可缺乏化学基础。

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第一节有机化合物和有机化学1828年德国化学家F.Wöhler（魏勒）在试验室里合成了尿素（1773年从尿液中分离出），这是一个含有划时代意义发觉，它为近代有机化合物概念确实立奠定了基础。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。在化学发展史长河中曾经有过一段时期,有机化合物被认为只能起源于有生命机体,不可能由无机物合成。

3/44直到1848年L.Gmelin(格梅林)依据F.Wöhler试验和越来越多有机合成事实.1845年德国化学家H.Kolber(柯尔柏）合成了醋酸，1854年法国化学家M.Berthelot（拜特洛）合成了油脂等。确立了有机化合物新概念。有机化合物是含碳化合物（碳氢化合物及其衍生物），有机化学是研究碳化合物化学。(CO、CO2及碳酸盐除外）4/44有机化合物除含碳原子外，绝大多数含有氢，其次含有O、N、S、X等。至今已知含碳化合物数目已经有万左右，而无机化合物只有几十万种。95%药品都是有机化合物。人类衣、食、住、行和生、老、病、死都伴伴随有机化学。最近2来，有机化学已经发展成一门庞大学科，仅1995年一年化学家就创造了100万个以上新化合物。以C60和C70为代表全碳球状原子簇富勒烯（fullerene）发觉是20世纪自然科学史最重大结果之一。现在，从结构复杂多样生物大分子合成到模拟生物过程模型确实立，标志有机合成技术已经到达了相当高境界。5/44第二节共价键一、路易斯共价键理论化学键是描述组成份子中原子怎样结合在一起力。可分为两种基本类型，即离子键和共价键。共价键概念是由G.N.Lewis于19首先提出来，第一次指出原子间共有电子满足“八隅体”（即原子外层满足8电子结构，氢原子外层满足2电子结构）即能够生成共价键。有机化合物分子中原子键合本质是共价键。（碳在周期表中是第Ⅳ主族元素）6/44Lewis结构式：用共享电子对表示有机化合物结构式。配位键：共价键一对电子是由两成键原子中一个提供，可用→表示。7/44二、当代共价键理论基本关键点每个原子所形成共价键数目取决该原子单电子数目，故共价键含有饱和性；共价键是由参加成键电子电子云重合形成，电子云重合越多，形成共价键越稳定，这就决定了共价键含有方向性。共价键理论基本关键点：（1）匹配原理（2）原子轨道最大重合原理共价键特征：（1）共价键饱和性（2）共价键方向性8/44三、碳杂化轨道理论甲烷中碳原子为四价，空间形状为正四面体，键角为109°28′，为何？杂化：

重新组合成新原子轨道，叫做杂化轨道特点：杂化前后轨道能量、形状、方向改变，但数目不变。碳原子在形成共价键时，有3种杂化轨道，即sp3、sp2、和sp杂化轨道。2S轨道2P轨道碳原子核外电子排布为

1s22s22p29/44（一）sp3杂化轨道参加杂化轨道轨道形状能量夹角空间形状1S+3P葫芦形1/4S+3/4P109°28'正四面体形10/4411/4412/44（二）sp2杂化轨道参加杂化轨道轨道形状能量夹角空间形状1S+2P葫芦形1/3S+2/3P120°平面正三角形13/4414/4415/44（三）sp杂化轨道参加杂化轨道轨道形状能量夹角空间形状1S+1P葫芦形1/2S+1/2P180°直线形16/4417/4418/44甲烷分子结构和

键甲烷(CH4)分子，是由1个碳原子和4个氢原子组成，其中碳原子是sp3杂化，4个氢原子与同一个碳原子以共价键相连结，形成4个Csp3-H1sσ键（轨道沿着键轴方向以“头碰头”方式进行重合形成共价键称为

键）。甲烷分子为正四面体型，碳原子居于正四面体中心，4个氢原子居于正四面体4个顶点，∠HCH均为109°28'，此为甲烷分子构型。杂化动力：重合程度增大；轨道之间距离增加，排斥降低。共价键可分为两种基本类型，即σ键和π键。19/44乙烯分子结构和

键

乙烯是一个平面结构，分子中全部原子核都在一个平面中，键角靠近120°，证实乙烯中两个双键碳为sp2杂化。两个相互平行轨道以“肩并肩”方式进行重合形成共价键称为

键。20/44乙炔分子结构衍射和光谱试验数据已证实乙炔分子含有线型结构，即四个原子排列在一条直线上。两碳原子均为sp杂化21/44小结

杂化类型hybridization杂化轨道数numberofhybrids形状shapeofhybrids

键类型bondingsp3

4四面体4σsp2

3平面三角形

3σ+1πsp

2直线2σ+2π电负性：S>SP>sp2>sp3>P22/44σ键和π键主要特点σ键π

键可单独存在，存在于任何共价键中不能单独存在，只能在双键或叁键中与σ键共存成键轨道沿键轴“头碰头”重合，重合程度较大，键能较大，键较稳定成键轨道“肩并肩”平行重合，重合程度较小，键能较小，键不稳定电子云密集于两原子之间，受核约束较大，键极化性小电子云分布在平面上下方，受核约束小，键极化性大成键两个碳原子能够沿键轴“自由”旋转成键碳原子不能沿着键轴自由旋转

23/44四、共价键属性（1）键长：成键两原子关键平均距离，其单位惯用nm或pm表示。154pm134pm120pm110pm107pm1O6pm（2）键角：分子中同一原子形成两个共价键之间夹角。键角所给信息对讨论有机物分子空间构型含有十分主要意义。24/44（3）键能：从共价键生成或断裂能量原因来衡量共价键强度物理量。相同类型键其键能越大，键越稳定。

（4）键极性和极化性：键极性是因为成键原子电负性不一样引发。极性共价键非极性共价键衡量化学键极性物理量是键偶极矩（简称键矩）。单位为C·m（库仑·米和D）μ=q·dμ=q·dμ=q·d25/44

极化性：因为外界电场（静电场）作用而引发共价键极性改变现象。第三节分子极性和分子间作用力一、分子极性分子偶极矩是分子中各个键矩矢量和。偶极矩是一个矢量，有大小和方向。其方向性用表示。大小用偶极矩表示。正常情况下Br—Br键没有极性，μ＝0，但当外电场E+

靠近时，因为E+

诱导，引发正负电荷中心分离，出现了键矩μ

26/44μ=0非极性分子μ=1.87D极性分子分子极性越大，分子间作用力就越大。二、分子间作用力1、偶极-偶极作用力：产生于极性分子之间。偶极－偶极作用力27/442、氢键：实际上也是偶极-偶极作用力，它是分子间最强作用力，但最高不超出25KJ/mol。3、色散力（vanderWaals引力）非极性分子内因为电子运动在某一瞬间使分子内电荷分布不均匀，而产生很小暂时（瞬间）偶极，其产生瞬间偶极作用力称色散力。氢键(特强偶极－偶极作用力)

较小原子半径、电负性强、有未共用电子正确原子可与氢原子形成氢键。常见原子O,N,F28/44第四节有机化合物功效基和反应类型1、功效基

决定有机化合物种类和特征原子或原子团，叫做官能团或功效基(functionalgroup)。1.按基本骨架特征分类2.按官能团不一样分类CH3CH2OCH2CH3

链状化合物

碳环化合物杂环化合物29/44(二)按官能团分类30邓健制作吕以仙审校30/442、反应类型离子型反应

亲电反应亲核反应协同反应分类自由基反应本教材只讨论自由基反应和离子型反应。31/441、自由基型反应游离基(自由基)均裂32/442、离子型反应正碳离子（碳正离子）carboniumion负碳离子（碳负离子）carbaniumion由亲核试剂进攻正碳离子反应称亲核反应。由亲电试剂进攻负碳离子反应称亲电反应。33/44第五节有机酸碱概念一、布朗斯特（质子）酸碱理论凡能给出质子物质是酸（质子给予体）；凡能接受质子物质是碱（质子接收体）。化合物酸碱性强度表示：酸——Ka或pKa来表示。碱——Kb或pKb

来表示。34/44共轭酸碱：酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。HFHCIHBr<HI＜＜＞＞＞酸性强度可用pKa表示，pKa越小，酸性越强。如：pKa水：15.7乙炔：25酸性：水乙炔＞酸碱反应中平衡总是有利于生成较弱酸和较弱碱。即强酸置换弱酸。×35/44二、Lewis酸碱概念1、酸碱定义：凡能取得电子正确物质，叫做酸。凡能提供电子正确物质，叫做碱Lewis酸通常是正离子或缺电子分子(如H+、Cl+、Br+、NO2+、BF3、AlCl3等)。Lewis碱通常是负离子或带有未共用电子正确分子(如H2O、ROH、NH3、RNH2、OH-、CN-等)2、酸碱反应：

实质：是配位键形成并生成酸碱配合物。

即：酸+碱酸碱配合物。

36/44有机化合物结构表示方法缩写式价键式骨架式球棒式投影式37/44有机物分子特征⒈有机物分子在结构上最大特征，就是原子之间多以共价键结合；因为碳原子彼此间或碳原子与其它原子间各种连接方式，故有机物普遍存在同分异构现象。（如：C2H6O）⒉因为分子间力与离子间结协力（离子键）相比，普通是很弱，所以有机物熔点通常较低，超出300℃有机化合物极少。⒊有机物易燃，热稳定性差，难溶或不溶于水等，也都是人们公认有机物特征。38/44⒋大多数有机反应速率较慢，需要一定时间才能完成反应。为了加速反应，经常要辅以外界条件，尤其需要催化剂参加。另外，在同一个反应体系中也往往因为反应路径不一样而有主反应产物和副反应产物，使得有机反应产率较低，也给分离、纯化工作带来许多麻烦。39/44化学合成第六节确定有机化合物结构步骤和方法生物体中提取混合物分离提纯色谱蒸馏重结晶升华元素分析确定分子式质谱测定结构式四谱联用四谱：红外光谱（IR）、紫外光谱（UV）、核磁共振（NMR）、质谱（MS）40/44第七节分子轨道和共振结构一、分子轨道

分子轨道理论是从分子整体出发去研究分子中每个电子运动状态,认为形成化学键电子是在整个分子中运动,该理论认为化学键是原子轨道重合产生,任何数目标原子轨道重合能够形成一样数目标分子轨道，如H2形成：

在普通情况下,分子反键轨道内没有电子，只有当分子呈激发状态时才有电子。41/44

共振论基本内容：一个分子或离子能够用≥2个只是电子位置不一样Lewis结构式表示。在共振理论中,每一个Lewis结构式称为共振式,任何一个单一共振式并不能代表分子或离子真实结构,只有共振式群体或共振杂化体(resonancehybrid)能代表分子或离子真实结构。

硝基甲烷