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1、1有机化学有机化学(Organic Chemistry)2课程简介课程简介使用教材：使用教材：唐玉海主编唐玉海主编医用医用有机化学（第有机化学（第2版）版）参考教材：参考教材： （1）基础有机化学（上册、下册，第二版）基础有机化学（上册、下册，第二版），邢其毅主编，高等教育出版社。，邢其毅主编，高等教育出版社。 （2）有机化学，莫里森等编，复旦大学有）有机化学，莫里森等编，复旦大学有机化学教研组译，科学出版社。机化学教研组译，科学出版社。 3教学总时数：教学总时数：72学时学时 理论课：理论课：42学时学时 实验课：实验课：30学时学时课程学分：课程学分：3.5分分考核方式和期评组成：考核方式
2、和期评组成：随堂测验随堂测验 常规实验常规实验实验考核实验考核 期末考试期末考试4学习、研究有机化学的方法学习、研究有机化学的方法理解理解 记忆记忆 实践实践 规律规律 课前预习课前预习 课上学习课上学习 课后练习课后练习 考前总结考前总结常见考试题型：常见考试题型： 选择题、命名题、鉴别题、简答题、完成反选择题、命名题、鉴别题、简答题、完成反应式、推导题等。应式、推导题等。5有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学有机化合物的结构有机化合物的结构价键理论价键理论有机化合物的分类和结构有机化合物的分类和结构有机反应的类型有机反应的类型有机化合物结构测定有机化合物结构测定第一章第一章 绪绪 论论
3、617世纪中期世纪中期, 自然界中取得的各种物质自然界中取得的各种物质,按照按照来源来源分为分为:动物动物植物植物一、有机化合物与有机化学一、有机化合物与有机化学有机物有机物（organic compound）无机物无机物（inorganic compound）1806年年-“有机有机”和和“生命力生命力”学说学说 （J.Berzelius）1770年年-分离提纯得到分离提纯得到酒石酒石-酒石酸酒石酸尿液尿液-尿素尿素鸦片鸦片-吗啡吗啡矿物矿物 自自然然界界71828年年- F.Wohle人工合成有机物人工合成有机物德国：德国：F.Wohle无机物无机物 有机物有机物 8有机化合物是碳氢化合物
4、及其衍生物。有机化合物是碳氢化合物及其衍生物。 1848年年-明确是明确是C的化合物（葛美林的化合物（葛美林(Gmelin L.）1874年年-碳氢化合物及其衍生物碳氢化合物及其衍生物（肖莱马（肖莱马（Schorlemmer C.）1845年年-kolbe 用用 S、C、Cl2、H2O为原料合成醋为原料合成醋酸酸有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。9二、有机化学与生命科学的关系二、有机化学与生命科学的关系101001100120002000年中年中100100件对人类生活件对人类生活产生巨大影响的发现产生巨大影响的发现涉及化学方面的有涉及化学方面
5、的有：中国发明火药枪中国发明火药枪 拯救了人类的青霉素拯救了人类的青霉素第一张照片第一张照片 水的净化水的净化石油的开采石油的开采 橡胶轮胎的发明橡胶轮胎的发明炸药的发明和利用炸药的发明和利用 提神醒脑的咖啡提神醒脑的咖啡可口可乐可口可乐 塑料制品产生塑料制品产生无痛手术无痛手术-麻醉剂麻醉剂 发明发明1111项，占有项，占有11%11%。11有机化学是医学课程中一门重要的基础课，有机化学是医学课程中一门重要的基础课，也是生命科学中不可缺少的化学基础。也是生命科学中不可缺少的化学基础。 医学是从宏观到微观的研究过程：医学是从宏观到微观的研究过程： 人体人体 组织组织 细胞细胞 生物大分生物大分
6、子子化学是从微观到化学是从微观到“宏观宏观”的研究过程：的研究过程： 原子原子小分子小分子大分子大分子12三、有机化合物的元素组成和结构三、有机化合物的元素组成和结构（一）元素组成（一）元素组成有机化合物中常见的元素有机化合物中常见的元素结构决定了化学性质结构决定了化学性质性质反映出结构特征性质反映出结构特征（二）有机分子结构（二）有机分子结构15有机分子结构（有机分子结构（structure）的含义：）的含义：1和和2点涉及分子的二维结构，用点涉及分子的二维结构，用构造构造来表示来表示2和和3点涉及分子的三维结构，用点涉及分子的三维结构，用构型和构象构型和构象表示表示有机分子结构（有机分子结
7、构（structure）指分子中各原子指分子中各原子之间的之间的结合方式结合方式、排列顺序排列顺序、以及、以及空间位置空间位置。1、有机分子是由什么原子通过何种形式组成的、有机分子是由什么原子通过何种形式组成的2、这些原子是如何连接的（顺序和方式）、这些原子是如何连接的（顺序和方式）3、分子中的原子或基团在空间的位置。、分子中的原子或基团在空间的位置。16构构造造(constitution)指指分分子子中中原原子子或或原原子子团团的的相相互互连连结结次次序序和和方方式式，用用于于表表述述分分子子结结构构的的二二维维状态。状态。构构型型(configuration)指指分分子子中中的的原原子子或
8、或原原子子团团在在空空间间固固有有的的排排列列状状态态。构构型型的的改改变变常常通通过过旧旧键键的断裂和新键的形成。的断裂和新键的形成。构构象象(conformation)指指分分子子中中的的原原子子或或原原子子团团在在空空间间相相对对的的排排列列状状态态。构构象象的的改改变变可可通通过过化化学学键的转动而复原。键的转动而复原。17 四、共价键四、共价键原子通过化学键构成分子：原子通过化学键构成分子：共价键共价键原子间共用电子对形成原子间共用电子对形成离子键离子键原子间电子的转移形成原子间电子的转移形成配位键配位键两原子间共用的电子对两原子间共用的电子对 , 由一个原子提供形成由一个原子提供形
9、成化化学学键键类类型型（一）路易斯共价键理论（一）路易斯共价键理论 1916年年 Lewis 提出了提出了经典共价键理论经典共价键理论：分子中分子中电负性相近的原子可以通过共用一对或几对电子达电负性相近的原子可以通过共用一对或几对电子达到稳定的稀有气体的电子构型，形成化学键。这种到稳定的稀有气体的电子构型，形成化学键。这种由共用电子对形成的化学键称为共价键由共用电子对形成的化学键称为共价键（covalent bonds）。）。 稀有气体除氦仅有两个价电子外，其他的价电稀有气体除氦仅有两个价电子外，其他的价电子层中均为八个电子，路易斯共价键理论又称为子层中均为八个电子，路易斯共价键理论又称为八八
10、隅律隅律（octet rule）。）。 碳原子既不容易得到电子碳原子既不容易得到电子,也不容易失去电子。因此也不容易失去电子。因此, 有机有机化合物分子中的原子间主要以共价键相结合化合物分子中的原子间主要以共价键相结合, 以满足八隅律。以满足八隅律。 这种用电子对表示共价键结构的化学式称为这种用电子对表示共价键结构的化学式称为 Lewis 结构式结构式。它主要用于说明有机反应机制中电子的转移。它主要用于说明有机反应机制中电子的转移。 有机分子中碳原子的共价键特点：有机分子中碳原子的共价键特点：1 1、碳原子在有机化合物中是、碳原子在有机化合物中是四价的四价的2 2、碳与碳之间，碳与其它元素（、
11、碳与碳之间，碳与其它元素（H H、OO、N N、X X、S S、P P）之间以之间以共价键共价键相结合。相结合。20其要点可归纳为其要点可归纳为“3个二，个二，1个三个三”（二）现代价键理论（二）现代价键理论两个条件两个原则两个条件两个原则两种类型三种形式两种类型三种形式21两个条件：自旋相反、未成对电子。两个条件：自旋相反、未成对电子。22两个原则：饱和性、方向性。两个原则：饱和性、方向性。沿沿x轴方向最大重轴方向最大重叠，成键。叠，成键。Y轴方向重叠小，轴方向重叠小，不成键。不成键。23两种类型：两种类型：键、键、键键“头碰头头碰头”形成形成键键“肩并肩肩并肩”形成形成键键24叁种形式：单
12、键、双键、叁键。叁种形式：单键、双键、叁键。 乙烷乙烷乙烯乙烯乙炔乙炔杂化轨道理论的要点：杂化轨道理论的要点：成键时，原子杂化后可形成杂化轨道。成键时，原子杂化后可形成杂化轨道。杂化轨道比原来轨道成键能力强。杂化轨道比原来轨道成键能力强。杂化轨道间在空间取最大夹角分布，使相杂化轨道间在空间取最大夹角分布，使相互间排斥能量小，成键较稳定。互间排斥能量小，成键较稳定。（三）杂化轨道理论（三）杂化轨道理论（ L .Pauling ） 26碳原子基态的电子结构是：碳原子基态的电子结构是：1s2 2s2 2p2 有机碳原子的杂化轨道有下列三种形式：有机碳原子的杂化轨道有下列三种形式：基态基态激发态激发态
13、27原子轨道的形状原子轨道的形状杂化轨道杂化轨道（hybrid obital）28sp3杂化杂化29sp2杂化120（b）平面形的）平面形的C2H4分子分子sp2p30sp杂化杂化180（a）2个个sp杂化轨道杂化轨道（b）直线形的）直线形的C2H2分子分子SPP（四）共价键的参数（四）共价键的参数 l 键长键长 ：成键原子的核间距离成键原子的核间距离l 键角键角：两共价键之间的夹角：两共价键之间的夹角l 键能键能：离解能或平均离解能：离解能或平均离解能决定分子决定分子决定分子决定分子空间构型空间构型空间构型空间构型 化学键强度化学键强度化学键强度化学键强度l键的极性键的极性:成键原子间的电荷
14、分布成键原子间的电荷分布 影响理化性质影响理化性质影响理化性质影响理化性质键长键长/pm 109 154 134 120 33 键的极性和极化键的极性和极化 非极性键非极性键成键的两个原子相同，正负电荷中心成键的两个原子相同，正负电荷中心重合的共价键。重合的共价键。极性键极性键成键的两个原子不相同，正负电荷的中心不成键的两个原子不相同，正负电荷的中心不能重合的共价键。能重合的共价键。HCl1、键的极性、键的极性例如：例如：HH例如：例如：34 元素吸引电子的能力，称元素吸引电子的能力，称电负性电负性 极性共价键就是形成共价键的两个原子具有不同电极性共价键就是形成共价键的两个原子具有不同电负性引
15、起的。两原子间电负性相差越大，共价键的极性负性引起的。两原子间电负性相差越大，共价键的极性越大。各元素电负性见表：越大。各元素电负性见表： 键的键的极性极性大小取决于成键大小取决于成键原子的电负性差原子的电负性差, 电负性差越电负性差越大键的极性越大。大键的极性越大。一般一般, 两个两个元素的电负性差值元素的电负性差值1.7为离子为离子键；键；1.7为共价键，其中电为共价键，其中电负性差值在负性差值在0.71.6为极性共为极性共价键。价键。 35当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（电荷（- -）；电负性小的原子带有部分正电荷（）；电
16、负性小的原子带有部分正电荷（+ +）。）。 键的极性强弱用偶极矩（键的极性强弱用偶极矩（）来衡量，它是部分电荷）来衡量，它是部分电荷与电荷之间距离的乘积：与电荷之间距离的乘积： =q qd d（C.mC.m) )，+ + - - =3.57x10=3.57x10-30-30（C.mC.m) )键的极性与化合物的理化性质密切相关，键的极性与化合物的理化性质密切相关，甚至决定反应类型和反应活性。甚至决定反应类型和反应活性。36多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的向量和多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的向量和=0 0（C.mC.m) )= =6.47x106.47x10-30-30（C.mC.m)
17、 ) 偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零的分子是极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。的分子是极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。多原子分子的极性多原子分子的极性37键的极化（键的极化（polarization）外电场作用下外电场作用下,键的极性发生变化的现象。键的极性发生变化的现象。共价键不论是极性的或非极性的，在外界电场共价键不论是极性的或非极性的，在外界电场共价键不论是极性的或非极性的，在外界电场共价键不论是极性的或非极性的，在外界电场( (反应反应反应反应试剂或极性溶剂试剂或极性溶剂试剂或极性溶剂试剂或极性溶剂) )作用下而使共价键的电子
18、云发生变作用下而使共价键的电子云发生变作用下而使共价键的电子云发生变作用下而使共价键的电子云发生变化，从而也改变了键的极性的现象叫键的极化。化，从而也改变了键的极性的现象叫键的极化。化，从而也改变了键的极性的现象叫键的极化。化，从而也改变了键的极性的现象叫键的极化。38极化度极化度-即键极化的难易程度。即键极化的难易程度。 极化度的大小主要取决于成键原子的极化度的大小主要取决于成键原子的电子云流动性的电子云流动性的大小大小，电子云流动性大，则极化度就高，而原子半径愈，电子云流动性大，则极化度就高，而原子半径愈大，电子云的流动性就愈大。大，电子云的流动性就愈大。CX键极化顺序：键极化顺序：CIC
19、BrCClCF键的极化影响到化学反应中旧键的断裂和新键的极化影响到化学反应中旧键的断裂和新键的形成过程。键的形成过程。39共价键的极性和极化之间共价键的极性和极化之间区别区别 oo键的极性是由成键原子的键的极性是由成键原子的电负性电负性不同而产不同而产生的，其大小取决于成键原子的电负性之生的，其大小取决于成键原子的电负性之差。键的极性是键的差。键的极性是键的内在性质内在性质，是永恒的，是永恒的现象。现象。oo键的极化则是在键的极化则是在外界电场外界电场作用下产生的，作用下产生的，是一种是一种暂时现象暂时现象，当外界电场除去后即可，当外界电场除去后即可以恢复原来的状态。以恢复原来的状态。 40五
20、、有机化合物的分类五、有机化合物的分类 官官能能团团(functional group)：有有机机化化合合物物分分子结构中能反映出化学性质的原子或原子团。子结构中能反映出化学性质的原子或原子团。 有机化合物一般有两种分类方法：有机化合物一般有两种分类方法： 一种按照骨架分类一种按照骨架分类 一种按照官能团分类一种按照官能团分类411、按碳的骨架分类、按碳的骨架分类有有机机化化合合物物开链化合物开链化合物碳环化合物碳环化合物杂环化合物杂环化合物脂环族脂环族芳香族芳香族CH3CH2CH3CH3CHCH2422 2、按官能团分类、按官能团分类43六、有机物分子结构的表示方法六、有机物分子结构的表示方
21、法结结构构式式（structural formula）表表示示化化合物分子结构的一种化学式称为结构式。合物分子结构的一种化学式称为结构式。461、路易斯（、路易斯（Lewis）电子式电子式即用电子对表示共价键结构的化学式即用电子对表示共价键结构的化学式甲烷甲烷乙烯乙烯乙炔乙炔48示性式：示性式：用短线表示共价键用短线表示共价键简化示性式：简化示性式：2、实线式（蛛网式）、实线式（蛛网式）493、键线式（骨架式）：、键线式（骨架式）：不写氢原子，拐角为不写氢原子，拐角为CH2，线头为线头为CH3胆固醇胆固醇50表示分子的立体形象表示分子的立体形象甲烷的球棒模型甲烷的球棒模型甲烷的楔形式甲烷的楔形
22、式4、立体结构式：、立体结构式：51（一）（一） 按反应物和生成物的组成和结构变化分为按反应物和生成物的组成和结构变化分为取代反应取代反应加成反应加成反应消除反应消除反应聚合反应聚合反应七、有机化学反应类型和条件七、有机化学反应类型和条件52均裂均裂-自由基反应自由基反应（二）（二） 按键的断裂方式不同分为按键的断裂方式不同分为异裂异裂-离子型反应离子型反应协同反应协同反应531、均裂、均裂(homolysis)：反应条件：加热、光照或加入自由基引发剂反应条件：加热、光照或加入自由基引发剂共价键断裂时，成键电子对平均分给成键的原子或原子团。共价键断裂时，成键电子对平均分给成键的原子或原子团。这
23、种带有未成对电子的原子或原子团称为这种带有未成对电子的原子或原子团称为自由基或游离基，自由基或游离基，有自由基或游离基参加的反应称为自由基反应。有自由基或游离基参加的反应称为自由基反应。自由基反应自由基反应自由基取代反应自由基取代反应自由基加成反应自由基加成反应中间体：自由基中间体：自由基54 是是成成键键的的一一对对电电子子保保留留在在一一个个原原子子或或原原子子团团上上，由由此此而而产产生生正正负负离离子子。按按异异裂裂而而产产生生正负离子的反应称为离子型反应。正负离子的反应称为离子型反应。反应条件：酸、碱或极性物质反应条件：酸、碱或极性物质2、异裂、异裂(heterlysis)：55正正
24、碳碳离离子子和和负负碳碳离离子子大大都都是是非非常常不不稳稳定定的的中中间间体体，只只能能在瞬间存在，但它对反应的发生起着不可替代的作用。在瞬间存在，但它对反应的发生起着不可替代的作用。负碳离子中间体负碳离子中间体正碳离子中间体正碳离子中间体有机物异裂后能产生有机物异裂后能产生正碳离子正碳离子或或负碳离子负碳离子56离离子子型型反反应应亲电反应亲电反应亲核反应亲核反应亲电加成反应亲电加成反应亲电取代反应亲电取代反应亲核取代反应亲核取代反应亲核加成反应亲核加成反应57oo亲亲电电反反应应(electrophilic reaction)：由由亲亲电试剂进攻底物而引起的反应。电试剂进攻底物而引起的反
25、应。oo亲亲核核反反应应(nucleophilic reaction)：由由亲核试剂进攻底物而引起的反应。亲核试剂进攻底物而引起的反应。A + B C在反应中与试剂发生反应的化合物称为底物。在反应中与试剂发生反应的化合物称为底物。 反应底物反应底物 试剂试剂 产物产物有机化学反应可简单表述如下有机化学反应可简单表述如下:58亲电试剂：亲电试剂：缺电子缺电子的物质，具有的物质，具有亲电子亲电子的性质，的性质，在反应中能与反应底物中在反应中能与反应底物中带部分负电荷的碳原带部分负电荷的碳原子子发生反应，这种物质称为亲电试剂。亲电试发生反应，这种物质称为亲电试剂。亲电试剂在反应中它们是剂在反应中它们
26、是电子对的接受体电子对的接受体，所以亲电，所以亲电试剂也就是试剂也就是Lewis酸酸。亲核试剂：亲核试剂：具有孤对电子具有孤对电子的物质，能与反应底的物质，能与反应底物中物中带部分正电荷的碳原子带部分正电荷的碳原子发生反应，这种物发生反应，这种物质称为亲核试剂。亲核试剂在反应中是质称为亲核试剂。亲核试剂在反应中是电子对电子对的提供体的提供体，所以亲核试剂也就是，所以亲核试剂也就是Lewis碱碱。59有机反应中常见路易斯酸碱物质有机反应中常见路易斯酸碱物质分子：分子：金属离子：金属离子：正离子：正离子：BF3 AlCl3 SnCl2 FeCl3 ZnCl2 等等Li+ Ag+ Cu2+ 等等R+
27、 Br+ H+ +NO2 等等路路易易斯斯酸酸（缺缺电电子子的的物物质质）60分子：分子：负离子：负离子：双键：双键： 烯烃、芳烃烯烃、芳烃 等等NH3 RNH2 ROH ROR等等路路易易斯斯碱碱（具具具具有有有有孤孤孤孤对对对对电电电电子子子子的的的的物物物物质质质质）X- OH- RO- R- 等等61狄尔斯狄尔斯狄尔斯狄尔斯- -阿尔德反应阿尔德反应阿尔德反应阿尔德反应 D-AD-A反应反应反应反应 双烯体双烯体 亲双烯体亲双烯体 环状过渡态环状过渡态 产物产物反应条件：加热、光照反应条件：加热、光照3、协同反应、协同反应 反应过程中只有过渡态，同时发生旧键断裂与新反应过程中只有过渡态
28、，同时发生旧键断裂与新键生成，没有自由基和离子等中间体产生。键生成，没有自由基和离子等中间体产生。62定量：元素分析定量：元素分析 (一般分析一般分析C 、 H 、 N 、 S 、 P) 研究有机化合物的一般步骤和方法研究有机化合物的一般步骤和方法分离提纯分离提纯蒸馏、分馏、色谱法（产物为液体）蒸馏、分馏、色谱法（产物为液体）重结晶、升华、色谱法（产物为固体）重结晶、升华、色谱法（产物为固体）元素定性元素定性和定量和定量定性：钠熔法定性：钠熔法分子量、经验式、分分子量、经验式、分子式确定子式确定(质谱法、沸点质谱法、沸点升高法、冰点下降法等）升高法、冰点下降法等） 结构结构确定确定紫外光谱（紫
29、外光谱（UV）-分子中是否存在共轭体系分子中是否存在共轭体系红外光谱（红外光谱（IR）-分子中存在何种官能团分子中存在何种官能团核磁共振谱（核磁共振谱（NMR）-碳氢骨架碳氢骨架质谱（质谱（MS）-分子大小和分子量分子大小和分子量化合物的合成及构效关系研究化合物的合成及构效关系研究6318051805年，分离得到第一个生物碱年，分离得到第一个生物碱-吗啡吗啡19521952年，确定其结构。年，确定其结构。1. 有机化合物与有机化学的定义有机化合物与有机化学的定义2. 共价键共价键 碳的杂化轨道（碳的杂化轨道（sp3、sp2 、 sp）; 3. 共价键参数共价键参数键长键长, 键角键角, 键能键能, 键的极性和极化键的极性和极化4. 有机物的分类有机物的分类 按碳骨架分类按碳骨架分类; 按官能团分类按官能团分类5 .有机物的结构及其表示方法有机物的结构及其表示方法（构造、构型、构象）（构造、构型、构象）6. 有机反应类型有机反应类型 均裂均裂:游离基反应游离基反应; 异裂异裂:离子型反应离子型反应本章要点本章要点64
