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1、有机化学 Organicchemistry 张小红E mail 663801 主要参考书 汪小兰编 有机化学 第三版 高等教育出版社 1997 北京邢其毅 徐瑞秋 周政 裴伟伟 基础有机化学 第二版 上下册 高等教育出版社 1993 北京 胡宏纹主编 有机化学 第二版 上下册 高等教育出版社 1990 北京 第一章绪论 1 1有机化学的产生和发展1 1 1有机化合物和有机化学的含义 A生物体由有机物构成 组成头发 皮肤 肌肉的蛋白质 控制遗传基因的DNA 吃的食物 穿的衣服 吃的药物 B建筑材料 汽油 轮胎 塑料等 脑白金 Melatonine 感冒药物 快克 康泰克 白加黑 康必得 速效感冒
2、胶囊 泰诺主要成份为对乙酰氨基酚 对乙酰氨基酚能抑制前列腺素的合成而产生解热作用 白加黑 成份 每片含日用片夜用片对乙酰氨基酚325mg325mg盐酸伪麻黄碱30mg30mg无水氢溴酸右美沙芬15mg15mg盐酸苯海拉明 25mg 解热镇痛止咳药 N N 二甲基 2 二苯甲氧基 乙胺盐酸盐 能竟争性阻断阻胺H1受体而产生抗组胺作用 有镇静 防晕动 止吐作用 可缓解支气管平滑肌痉挛 抗过敏药物 N 甲基 3 甲氧基吗啡烃 有镇痛作用 但没有吗啡的成瘾性和吗啡样的其它副作用 盐酸伪麻黄碱 具有选择性收缩上呼吸道毛细血管 消除鼻咽部粘膜充血 减轻鼻塞症状 日用片在治疗感冒中既可减轻上呼吸道粘膜充血
3、有明显消除鼻塞 流涕 眼鼻搔痒 喷嚏 流泪等感冒的前期症状 又可治疗由于感冒引起头痛 发烧 咳嗽 盐酸苯海拉明为抗组胺药 可减轻感冒所致的流涕 打喷嚏等过敏症 无水氢溴酸右美沙芬为很好的镇咳药物启东盖天力制药股份有限公司 有机化合物 OrganicCompound 有机化学 含碳的化合物 除CO 碳酸盐等 碳氢化合物 烃hydrocarbons 及其衍生物 derivative 有机化学 OrganicChemistry 研究有机物制备 preparation 结构 structure 性质 property 应用 application 的科学 有机化学意义 是研究生物体及生命现象的基础 1
4、 1 2有机化学的产生和发展 十九世纪初产生 至今约200年的时间 1777年 瑞典化学家Bergman将化合物分为 无机 inorganiccompounds 和 有机 organiccompounds 两大类 1808年瑞典化学家Berzelius首先使用 有机化学 organicchemistry 这个名词 OrganicChemistryWenzhouUniversity 1 有机化合物的提纯 十八世纪末 化学家们已经得到了一系列纯的有机化合物 代表人物是瑞典化学家舍勒 Scheele 1742 1786 他一生发现 提纯了不少有机化合物 OrganicChemistryWenzhou
5、University Scheele的主要提纯工作 从尿中提取尿酸 1780 尿酸 正常男性尿酸根水平约为1000 2000mg 而女性约为一半 痛风病人的尿酸根水平为正常水平的2 3倍 Scheele的主要提纯工作 从柠檬中提取柠檬酸 1784 从苹果中提取苹果酸 1785 柠檬酸苹果酸 其他化学家的分离提纯工作 1773年 由尿中发现尿素1805年 由鸦片中得到第一个生物碱 吗啡 1818年 由植物叶中分离出叶绿素 1820年 由植物中分离出马钱子碱 番木鳖碱 辛可宁等生物碱 OrganicChemistryWenzhouUniversity 吗啡是鸦片中最主要的生物碱 含量约10 15
6、1806年法国化学家F 泽尔蒂纳首次从鸦片中分离出来 他用分离得到的白色粉末在狗和自己身上进行实验 结果狗吃下去后很快昏昏睡去 用强刺激法也无法使其兴奋苏醒 他本人吞下这些粉末后也长眠不醒 据此他用希腊神话中的睡眠之神吗啡斯 Morphus 的名字将这些物质命名为 吗啡 叶绿素 1818年 由植物叶中分离出叶绿素 辛可宁碱 金鸡纳树皮与奎宁金鸡纳树皮是治疗疟疾的特效药 原产于南美洲的厄瓜多尔 它的发现还有一段传说 相传有一个患严重疟疾的印第安人来到了厄瓜多尔南部洛哈省的马拉卡拉斯地区 由于口渴难耐 他爬到了当地一个小池塘边喝水 小池塘里浸泡了许多树 水很苦 但喝完水后 他的病情却好了许多 这件
7、事很快在印第安人中传开 从此印第安人便最先开始用这种树皮治疗疟疾 后来传教士胡安 络佩斯知道了这个古老的秘密 并把一块金鸡纳树皮带到了西班牙 用它治好了西班牙驻秘鲁总督夫人安娜 辛可伯爵夫人的疟疾 于是这个消息在西班牙广为传播 人们便以总督夫人的名字命名这树皮为辛可那 Cincnona 法国药师佩雷蒂尔和卡文顿猜想金鸡纳树皮中肯定含有治疗疟疾的成分 便尝试着进行分离 他于1826年从金鸡纳树皮中提取到有效成分奎宁和辛可宁 由于辛可宁的生理活性仅为奎宁的1 5 所以只将奎宁用于治疗疟疾 目前 奎宁仍是治疗疟疾的首选药 2 有机合成的功劳 Wohler由氰酸铵加热合成了尿素 1845年Kolbe
8、柯尔伯 合成了醋酸1854年Berthelot 贝特罗 合成了油脂1861年布特列洛夫合成了糖一百多年来人工合成的有机化合物超过700万种 有机化学是一门迅速发展的学科 1901 1998年 诺贝尔化学奖共90项 其中有机化学方面的化学奖55项 占化学奖61 当代有机化学发展的一个重要趋势 与生命科学的结合 1980年 DNA 1997年 ATP 与生命科学有关的化学诺贝尔奖八项 有机化学以其价键理论 构象理论 各种反应及其反应机理成为现代生物化学和化学生物学的理论基础 在蛋白质 核酸的组成和结构的研究 顺序测定方法的建立 合成方法的创建等方面 有机化学为分子生物学的建立和发展开辟了道路 确定
9、DNA为生物体遗传物质 是由生物学家和化学家共同完成 人类基因组 工作框架图 组装 后基因组计划 序列基因 SequenceGenomics 结构基因 StructuralGenomics 1 2有机化合物的特点1 2 1有机化合物的种类繁多1 2 2分子组成和结构复杂同分异构体 两种或多种有相同的分子式 但结构不同的化合物 如C2H2O6 有乙醇 甲醚两种分子 同分异构现象 具有同分异构体的现象称为同分异构现象 1 2 3有机化合物性质上的特点 1 容易燃烧 2 热稳定性差 3 熔点 沸点低 4 难溶于水 5 反应速率比较慢 6 反应复杂 副反应多 OrganicChemistryWenzh
10、ouUniversity 1 3化学键和分子结构1 3 1价键理论 共用电子对理论 化学键 将原子结合在一起的电子作用离子键 稳定的正 负离子通过静电引力而形成的化学键 共价键 两个带正电的原子核对共用电子对的吸引 使两原子结合在一起而形成的化学键 共价键的特点 饱和性 一般说来 原子核外未成对电子数 也就是该原子可能形成的共价键的数目 方向性 共价键是由参与成键原子的电子云重叠形成的 电子云重叠越多 则形成的共价键越稳定 因此电子云必须在各自密度最大的方向上重叠 OrganicChemistryWenzhouUniversity 1 3 2分子结构有机分子有特定的大小和立体形状 共价键的饱和
11、性和方向性决定了有机分子是几种元素原子按特定方式结合 分子的物理 化学以至生理活性与分子结构有密切关系1 3 3极性键与非极性键相同元素的原子间形成的共价键没有极性 非极性 不同元素的原子间形成的共价键 由于共用电子对偏向于电负性较强的元素的原子而具有极性 OrganicChemistryWenzhouUniversity 1 4共价键的键参数 1 键长 原子核之间的距离 C H键的键长0 109nm C C键的键长0 154nm 丙烷中 2 键能 当A和B两个原子 气态 结合生成A B分子 气态 时 放出的能量 单位 KJ mol键能愈大 键愈牢固 3 键角 两个共价键之间的夹角 共键价的方
12、向性决定键角的形成 CH4中HCH为109 28 4 共价键的极性极性键 键距 e d极性分子 偶极距 OrganicChemistryWenzhouUniversity 偶极矩越大 键的极性越强 键的极性是决定分子的物理及化学性质的重要因素之一 双原子分子 键的偶极矩就是分子的偶极矩例如 U 1 03D多原子分子 分子的偶极矩是各键的偶极矩的向量和 决定于分子的形状 U 0D 分子的极性 1 5分子间的力1 5 1定向力 极性分子间的作用力 偶极 偶极作用力 1 5 2色散力 极性分子和非极性分子内之间的作用力 分子内部电荷分布不均匀 运动瞬间产生暂时偶极 极化率 RI RBr RCl RF
13、1 5 3氢键 氢原子与原子半径小 电负性强且有未共用电子对的原子 F O N 结合时产生的力 三种力大小比较 氢键 定向力 色散力 OrganicChemistryWenzhouUniversity 1 6有机反应的基本类型 1 均裂 共价键断裂时 成键的一对电子平均地分给两个原子或基团 生成的带电子的原子或原子团叫自由基 按这种方式发生的反应为游离基反应 A B A B Cl Cl Cl Cl CH4 Cl CH3 Cl2 2 异裂 共价键断裂时 成键的一对电子为其中的一个原子或原子团所有 生成了正离子与负离子 按这种方式发生的反应为离子型反应 C X C X 形成碳正离子C X C X
14、形成碳负离子 3 协同反应 旧键的生成和新键的产生是同时进行的 OrganicChemistryWenzhouUniversity 1 7有机化学中的电子效应 立体效应和溶剂化效应 1 7 1诱导效应 inductiveeffect 用I表示 以氢为标准 斥 给 供 电子的原子 团 的诱导效应表现在其本身将带有微量正电荷 用 I 表示 反之 吸电子的原子 团 产生的诱导效应可用 I 表示 I 效应主要原子 团 的有 X NO2 CN O NH2 I 效应主要是烷基和一些带负电的原子 团 如 O CO2 R 各种烷基给电子的能力 R3C R2CH RCH2 OrganicChemistrywen
15、zhouUniversity 1 7 2共轭效应 ConjugationEffect 共轭 在不饱键和单键交替出现的分子中 P电子的运动范围不再局限于孤立的各个键原子之间 而是扩展到所有的带不饱键的原子之间 即产生了离域现象 这种单重键交替出现的分子称为共轭分子 又称 共轭 给电子 C 吸电子 C b P 共轭存在于氧 硫 氮 卤素等孤对电子以及正负离子 自由基与双键之间为 C效应 c 共轭以及 P 共轭 超共轭 牵涉 键的共轭 比上述共轭弱得多 1 8研究有机化学的方法 提取 合成 1 分离提纯重结晶 升华 蒸馏 分馏 色谱分离 2 纯度的检定熔点 沸点 相对密度 折光率 3 实验式和分子式
16、的确定定性分析 确定化合物的元素组成 定量分析 确定各元素的相对含量 4 结构式的确定 化学方法和物理方法 现代物理方法 X衍射 红外光谱 核磁共振谱 质谱 1 9有机化合物的分类1 9 1按分子中碳原子的骨架分类 1 开链化合物 碳原子相互连接成链状骨架的化合物 丙烷 丙烯 丙有支键的化合物也属于开键化合物 2 碳环化合物 完全由碳原子组成的碳环结构的化合物A 脂环族化合物 性质与脂肪族化合物相似 B 芳香族化合物 同平面环闭共轭体系 3 杂环化合物 碳原子和其它原子 O S N 组成环 OrganicChemistryWenzhouUniversity 课堂练习 以下化合物按碳骨架分属于哪一类 1 9 2按官能团分类官能团 有机分子中易起化学反应的原子或原子团 本书按官能团顺序教学 烷 烯 炔 卤代烃 醇和酚 醚 醛和酮 羧酸 硝基化合物 胺 偶氮和重氮化合物 硫醇和硫酚 磺酸 2 按官能团分类
