醫(yī)用有機(jī)化學(xué)第1章 緒論-2011課件

1、授課教師：羅一鳴公共郵箱：csuyjhxluo2011 密 碼： 200808課程名稱：醫(yī)用有機(jī)化學(xué)課程網(wǎng)址：/jpkc2008/China/03yjhx/index.html歡迎同學(xué)們進(jìn)行網(wǎng)上查閱和網(wǎng)上交流推薦參考書目:1. 醫(yī)科大學(xué)化學(xué)（下） 陳啟元、粱逸曾主編 化工出版社 20042. 魏俊杰. 有機(jī)化學(xué). 高等教育出版社, 2003教材：唐玉海. 醫(yī)用有機(jī)化學(xué)(第二版). 高等教育出版社, 2007與之配套：醫(yī)用有機(jī)化學(xué) 綜合輔導(dǎo) 醫(yī)用有機(jī)化學(xué) 關(guān)于課程考核： 期末考試70%，平時(shí)成績30% 平時(shí)成績：出勤，作業(yè)和課堂小測試 實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課 實(shí)驗(yàn)課時(shí)間：第3周開始 實(shí)驗(yàn)教材：羅一鳴、唐瑞

2、仁主編 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與指導(dǎo)醫(yī)用有機(jī)化學(xué)內(nèi)容提要:一、有機(jī)化學(xué)的研究對象三、有機(jī)化合物的特性四、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)特征共價(jià)鍵五、共價(jià)鍵的斷裂與反應(yīng)類型七、課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法建議二、有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系第1章 緒論（Introduction）六、有機(jī)化合物的分類 （自學(xué)）一、有機(jī)化學(xué)的研究對象 有機(jī)化合物(organic compounds)： 含碳的化合物或碳?xì)浠衔锛捌溲苌铩?有機(jī)化學(xué)(organic chemistry)： 研究有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備、應(yīng)用和變化規(guī)律的一門科學(xué)。 有機(jī)化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展： “生命力說”的破滅?！拔覒?yīng)當(dāng)告訴您，我制出了尿素，而且不求助于腎或動物無論

3、人或犬。 ” 1828年, F.Wohler由氰酸銨NH4OCN合成尿素NH2CONH2 ，他懷著興奮的心情將這件事告訴了他老師 生命力論的代表人物 Berzilius： 在一連串鐵的事實(shí)面前，“生命力”論就象一艘觸礁的破船，被淹沒在有機(jī)合成的浪滔之中。開辟了有機(jī)合成的新紀(jì)元。1845年Kolbe合成醋酸; 1854年，柏賽羅合成油脂；18501900年，合成有機(jī)化學(xué)時(shí)代，煤焦油化學(xué)時(shí)代；19001940年，有機(jī)化學(xué)工業(yè)時(shí)代，煤焦油染料、藥物、炸藥；1940年，石油化工時(shí)代，三大合成材料（橡膠、塑料、纖維）；一、有機(jī)化學(xué)的研究對象二、有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系 醫(yī)學(xué)的研究對象是人體，而組成人體的

4、物質(zhì)除水和一些無機(jī)鹽以外，絕大部分是有機(jī)化合物。如：蛋白質(zhì)，酶、維生素和激素，糖原和脂肪等。有機(jī)分子是生命體化學(xué)大廈的砌塊。 人體進(jìn)行的新陳代謝包含者許多有機(jī)化合物的分解和合成過程；藥物大多為有機(jī)化合物。 生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)和有機(jī)分子的生物功能是生命科學(xué)研究的永恒主題。 有機(jī)化學(xué)與生物化學(xué)相結(jié)合，從分子水平來研究生物學(xué)問題，是有機(jī)化學(xué)的前沿陣地之一。 組成除C、H以外，只含有O、N、S、P、X等少數(shù)元素。有機(jī)物數(shù)目繁多。結(jié)構(gòu)原子間通常以共價(jià)鍵的方式結(jié)合；分子組成復(fù)雜，同分異構(gòu)現(xiàn)象普遍。性質(zhì)易燃、易爆；熱穩(wěn)定性差；熔、沸點(diǎn)低；難溶于水；反應(yīng)速度慢。例： HOAc: m.p 16.1 b.p 11

5、8; NaCl: m.p 800 b.p 1440 三、有機(jī)化合物的特性四、有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)共價(jià)鍵 碳元素處于第周期A族，既難得電子，也難失電子，一般以共價(jià)鍵與其他原子結(jié)合。 描述共價(jià)鍵的理論：價(jià)鍵理論和分子軌道理論 價(jià)鍵理論認(rèn)為：共價(jià)鍵（covalent bond）是原子間通過共用電子對相互結(jié)合而形成的。 共價(jià)鍵最基本特點(diǎn)是具有飽和性和方向性。在有機(jī)化合物中，所有的碳必須是4價(jià)！成鍵原子間必須沿著電子云密度最大的方向重疊成鍵。（一）共價(jià)鍵的類型1、分類： 按共用電子對的數(shù)目為 按軌道的重疊方式分 單鍵雙鍵叁鍵鍵鍵鍵：由兩個(gè)原子的p軌道“肩并肩”地重疊。（一）共價(jià)鍵的類型2、鍵和鍵的特點(diǎn)鍵

6、鍵存在可單獨(dú)存在只能與鍵共存鍵的形成成鍵軌道“頭碰頭”重疊，鍵較穩(wěn)定成鍵軌道“肩并肩”重疊，鍵較不穩(wěn)定。鍵的性質(zhì)電子云呈柱狀，不易極化；成鍵兩原子可沿鍵軸“自由”旋轉(zhuǎn)。電子云呈塊狀，易被極化；成鍵原子不能沿鍵軸“自由”旋轉(zhuǎn)（一）共價(jià)鍵的類型 碳原子最外層軌道：2S, 2PX 2PY 2PZ（一）共價(jià)鍵的類型碳的三種雜化狀態(tài)：（雜化態(tài)）SP2Pz2Py（雜化態(tài)）2PzSP2（基態(tài)）2S2Py2Pz2Px激發(fā)（激發(fā)態(tài)）2Px2Py2Pz2S雜化（雜化態(tài)）SP3（一）共價(jià)鍵的類型SP3雜化碳和甲烷的結(jié)構(gòu)SP3雜化碳和乙烷的結(jié)構(gòu)SP2雜化碳和乙烯的結(jié)構(gòu)SP雜化碳和乙炔的結(jié)構(gòu)雜化軌道小結(jié)：類型 S成分

7、形 狀 構(gòu) 型 鍵 角 sp3 1/4 葫 蘆 正四面體 109.5sp2 1/3 稍胖葫蘆 平面三角 120 sp 1/2 胖 葫 蘆 直 線 180 雜化軌道和雜化軌道重疊形成鍵。雜化軌道與s或p軌道重疊也形成鍵 。哪種雜化碳原子的電負(fù)性最大？（一）共價(jià)鍵的類型討 論 ： 1、雜化軌道可形成鍵，如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。鍵是有機(jī)分子構(gòu)成碳鏈或碳環(huán)的基礎(chǔ)。 2、未參與雜化的p軌道可形成鍵，如C=C、C=O、CC、CN等。 （一）共價(jià)鍵的類型3、不同雜化態(tài)碳原子的電負(fù)性不同，導(dǎo)致其與氫子或其他原子形成的鍵的性質(zhì)不同。 電負(fù)性：sp雜化碳 sp2雜化碳 sp3雜化碳 ! （二）

8、共價(jià)鍵的參數(shù) 成鍵原子的平衡核間距。以nm(10-9m)表示。 不同的共價(jià)鍵有不同的鍵長； 例如： CC 0.154nm CH 0.109nm C=C 0.133nm CO 0.143nm 相同的共價(jià)鍵，處于不同的化學(xué)環(huán)境時(shí)，鍵長也稍有差異。 一般地：鍵長越短，化學(xué)鍵越牢固，越不容易斷開。 1. 鍵長（bond length）2. 鍵能（bond energy）多原子分子: 鍵能即鍵的平均解離能。 例如： 平均值：(423+439+448+347)4=414KJ/mol CH的鍵能為414KJ/mol。 化學(xué)鍵的鍵能越大，鍵越牢固。（二）共價(jià)鍵的參數(shù) 3. 鍵角 （bond angle）：鍵與

9、鍵之間的夾角。鍵角主要與中心原子的雜化態(tài)有關(guān)，也受分子中其他原子的影響。 （二）共價(jià)鍵的參數(shù) 4. 鍵的極性和極化 鍵的極性是由于成鍵原子的電負(fù)性不同而引起的。如： 一般地： 成鍵原子電負(fù)性差大于1.7，形成離子鍵； 成鍵原子電負(fù)性差為0.51.6，形成極性共價(jià)鍵。 成鍵原子的電負(fù)性差越大，鍵的極性越強(qiáng)。 （1） 鍵的極性（polarity of bond） （二）共價(jià)鍵的參數(shù) 鍵的極性用偶極矩(鍵矩)來度量： qd 的單位：Cm(庫侖米) q正、負(fù)電中心的電荷 d 電荷中心之間的距離 例：HCl CH3Cl （二）共價(jià)鍵的參數(shù) （2）分子的極性 鍵的極性可引起分子的極性，分子的偶極矩等于鍵的

10、偶極矩的矢量和。例如： 分子的極性影響化合物的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)和溶解度等。 （二）共價(jià)鍵的參數(shù) （3）鍵的極化（polarization） 在外界電場作用下，共價(jià)鍵的極性發(fā)生改變的現(xiàn)象。極化度：鍵被極化的難易程度； 主要決定于成鍵電子云的流動性大小。如：CX鍵的極化度大?。篊ICBrCClCF 鍵鍵（二）共價(jià)鍵的參數(shù) 小 結(jié) 共價(jià)鍵的鍵能和鍵長反映了鍵的強(qiáng)度，即分子的熱穩(wěn)定性；鍵角反映了分子的空間形象；鍵的極性反映分子物理性質(zhì)；鍵的極化性反映分子的化學(xué)反應(yīng)活性；鍵的極性是固有的, 鍵的極化是暫時(shí)的。（二）共價(jià)鍵的參數(shù) 下列各化合物哪些有極性？并指出其偶極矩方向。（1）CO2 （2） HBr （3）C

11、H3Cl （4）CH3OCH3思考題1-2（二）共價(jià)鍵的參數(shù) 取代反應(yīng) 加成反應(yīng) 消除反應(yīng) 重排反應(yīng) 聚合反應(yīng) 按產(chǎn)物和反應(yīng)物關(guān)系 按共價(jià)鍵的斷裂方式 自由基反應(yīng)離子型反應(yīng)五、共價(jià)鍵的斷裂與反應(yīng)類型協(xié)同反應(yīng)發(fā)生均裂的反應(yīng)條件是光照、輻射、加熱或有過氧化物存在。均裂的結(jié)果是產(chǎn)生了具有不成對電子的原子或原子團(tuán)自由基（free radical）。有自由基參與的反應(yīng)叫做自由基反應(yīng)。 （一）共價(jià)鍵的均裂（二）共價(jià)鍵的異裂發(fā)生共價(jià)鍵異裂的反應(yīng)，叫做離子型反應(yīng)。反應(yīng)條件通常有催化劑、極性試劑、極性溶劑存在。 異裂的結(jié)果產(chǎn)生了帶正電荷或負(fù)電荷的離子。 碳正離子（carbonium ）; 碳負(fù)離子（carban

12、ion ）（三）有機(jī)酸堿概念1、勃朗斯德（ Brnsted ）酸堿理論（質(zhì)子理論） 酸：給出質(zhì)子的物質(zhì)； 堿：接受質(zhì)子的物質(zhì)。 酸堿反應(yīng)：質(zhì)子的傳遞 共軛堿和共軛酸： 強(qiáng)酸的共軛堿是弱堿，弱酸的共軛堿是強(qiáng)堿； 強(qiáng)堿的共軛酸是弱酸，弱堿的共軛酸是強(qiáng)酸。 酸和堿的概念是相對的。 例如： 乙醇與硫酸反應(yīng)時(shí)為堿，與NaOH反應(yīng)時(shí)為酸； 化合物的酸性可用Ka或pKa表示； 化合物的堿性可用Kb或pKb表示。關(guān)于質(zhì)子酸堿理論的討論（三）有機(jī)酸堿概念 2、路易斯（ Lewis ）酸堿理論（電子對理論） Lewis酸：電子對的接受體； Lewis堿：電子對的給予體。 酸堿反應(yīng)：實(shí)際上是形成配位鍵的過程。 （三

13、）有機(jī)酸堿概念 Lewis堿就是Brnsted堿。 如： : NH3 Brnsted堿， lewis堿。 Lewis酸則與Brnsted酸略有不同。 如：H+lewis酸，非Brnsted酸； HClBrnsted酸，非lewis酸； BF3和AlCl3 lewis酸，非Brnsted酸。 Brnsted酸堿理論用在酸堿度強(qiáng)弱的描述中； Lewis酸堿理論主要用在反應(yīng)機(jī)理研究中。有機(jī)酸堿討論Lewis酸： 是缺少電子不滿足八隅體（氫是二隅體）的電子構(gòu)型的正離子，或者含具有空軌道可接受電子對的原子，如： H+、R+、Cl+、Br+、BF3、AlCl3等， 在反應(yīng)中總是進(jìn)攻電子云密度較大的部位，所

14、以是一種親電試劑。 碳正離子屬于Lewis酸，也是親電試劑。（三）有機(jī)酸堿概念Lewis堿： 負(fù)離子，或者是具有未共用電子對的原子，或者是富電子的鍵，如: I、OH、CN、R、H2O、NH3、ROH 烯烴和芳烴等， 在反應(yīng)中往往尋求質(zhì)子或進(jìn)攻一個(gè)正電中心，是親核試劑。 碳負(fù)離子屬于Lewis堿，也是親核試劑。（三）有機(jī)酸堿概念 由親電試劑進(jìn)攻而發(fā)生的反應(yīng)叫親電反應(yīng)； 由親核試劑進(jìn)攻而發(fā)生的反應(yīng)叫親核反應(yīng)。 根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物之間的關(guān)系，又可分為親電取代和親電加成；親核取代和親核加成。離子型反應(yīng)親電反應(yīng)（加成、取代）親核反應(yīng)（加成、取代）（三）有機(jī)酸堿概念指出下列化合物中，哪些是Lewis酸，哪些

15、是Lewis堿？并扼要說明理由。（1）CH3NH2 （2）CH3OH （3）ZnCl2 （4）(CH3)3C （5）HCC思考題1-3（三）有機(jī)酸堿概念六、有機(jī)化合物的分類(自學(xué)) （1）按碳鏈分類 （二）按官能團(tuán)分類 官能團(tuán)(Functional Group)決定化合物典型性質(zhì)的原子或原子團(tuán)。含有相同官能團(tuán)的化合物具有相似的化學(xué)性質(zhì)。按官能團(tuán)分類可將有機(jī)物分為： 烷、烯、炔；鹵代烴，芳香烴，醇、酚、醚；醛、酮、醌；羧酸、羧酸衍生物；硝基化合物、胺、重氮和偶氮化合物、雜環(huán)化合物 等。 通常將以上兩種分類方法結(jié)合使用。如：“開鏈烯烴”、“脂肪酸”、“芳香胺” 六、有機(jī)化合物的分類 有機(jī)化合物的常

16、見官能團(tuán)類 型 官能團(tuán) 實(shí) 例 英文名稱后綴 烷烴 無 CH4 -ane 烯烴 C=C CH2=CH2 -ene 炔烴 CC H-CC-H -yne鹵代烴 -X CH3CH2Cl chloro- 醇 -OH CH3CH2OH -ol 醚 R-O-R CH3-O-CH3 ether 醛 -CHO CH3CHO -al 酮 -CO- CH3COCH3 -one 羧酸 -COOH CH3COOH -oic acid 胺 -NH2 CH3CH2NH2 -amine本課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法建議（一）本課程的特點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu)和反應(yīng)是基礎(chǔ)（重點(diǎn)） 2、有機(jī)反應(yīng)的規(guī)律性（重點(diǎn)，難點(diǎn)） 3、1-5章烴類，6-10章含

17、氧衍生物，11-13章含氮、硫磷有機(jī)物，14-17章生命有關(guān)物質(zhì)。（二）學(xué)習(xí)方法建議 1、課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)。 2、學(xué)會聽課 ，及時(shí)發(fā)問，提高學(xué)習(xí)效率。 3、必要的記憶：如命名原則、某些重要的反應(yīng)等。通過必要的記憶，可以熟悉反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，活躍思維，提高興趣。 4、提綱挈領(lǐng)，把握主線結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。 5、學(xué)會鳥瞰，及時(shí)總結(jié)。 51 Methyl amine (fish)Functional Groups in Everyday Items本章課后練習(xí)題 ： 教材P14 ： 3，6，7, 8 C63H90N14O14PCo它含有9個(gè)C*，具有512個(gè)立體異構(gòu)體。VB12:What is the

18、 O-C-O bond angle in potassium carbonate, K2CO3?6090109.512018054Learning Check 1:What is the O-C-O bond angle in potassium carbonate, K2CO3?6090109.512018055Solution 1:What is the relative orientation of two orbitals in acetylene?6090109.512018056Learning Check 2 :What is the relative orientation o

19、f two orbitals in acetylene?6090109.512018057Solution 2:In relation to bonds, which statement about bonds is correct? bonds are weaker and electrons have higher energy bonds are stronger and electrons have higher energy bonds are weaker and electrons have lower energy bonds are stronger and electrons have lower energy bonds and bonds have equal strengths, and their electrons have the same energies58Learning Check 3:In relation to bonds, which statement about bonds is correct? bonds are weaker and electrons have higher energy bonds are stronger