醫(yī)用有機(jī)化學(xué)第1章 緒論-2011

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(jī)30%平時(shí)成績(jī)：出勤，作業(yè)和課堂小測(cè)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(duì)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(duì)象

有機(jī)化合物(organiccompounds)：含碳的化合物或碳?xì)浠衔锛捌溲苌铩?/p>

有機(jī)化學(xué)(organicchemistry)：

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。

1806年，伯齊利烏斯（Berzilius）提出“有機(jī)化學(xué)”這一名詞和“生命力”學(xué)說。“……有機(jī)物是生命過程的產(chǎn)物，所以有機(jī)物只能在細(xì)胞中受一種奇妙的‘生命力’的作用才能產(chǎn)生。生命力是活細(xì)胞所固有的，人工無法創(chuàng)造生命力，也就無法用化學(xué)的方法制造有機(jī)物。生命力是什麼呢？神秘，不可捉摸?！?/p>

－伯齊利烏斯（Berzilius）一、有機(jī)化學(xué)的研究對(duì)象“我應(yīng)當(dāng)告訴您，我制出了尿素，而且不求助于腎或動(dòng)物—無論人或犬?！?828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；1850－1900年，合成有機(jī)化學(xué)時(shí)代，煤焦油化學(xué)時(shí)代；1900－1940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(duì)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(duì)象是人體，而組成人體的物質(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。2001年以來的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年度成果主題2010有機(jī)合成中的鈀催化的交叉偶聯(lián)

2009Studiesonstructureandfunctionofribosome

對(duì)核糖體結(jié)構(gòu)和功能的研究2008Discoveryanddevelopmentofthegreenfluorescentprotein綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)2006Studiesofthemolecularbasisofeukaryotictranscription

真核轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究2004Discoveryofubiquitin-mediatedproteindegradation

泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解2003Discoveriesconcerningchannelsincellmembranes細(xì)胞膜通道揭秘2002Identificationandstructureanalysesofbiologicalmacromolecules生物大分子的識(shí)別2001Workonchirallycatalysedreactions

手性催化研究組成除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.p16.1℃b.p118℃;

NaCl:m.p800℃b.p1440℃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Ⅱ周期ⅣA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（covalentbond）是原子間通過共用電子對(duì)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(duì)的數(shù)目為

按軌道的重疊方式分

單鍵雙鍵叁鍵σ鍵π鍵σ鍵：兩個(gè)成鍵原子軌道沿著兩個(gè)原子核間的連線（鍵軸）發(fā)生“頭碰頭”的重疊。（一）共價(jià)鍵的類型π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、σ鍵和π鍵的特點(diǎn)σ鍵π鍵存在可單獨(dú)存在只能與σ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3、雜化軌道(HyprizedObitals)

雜化軌道：在共價(jià)鍵形成過程中，由于原子間的相互影響，同一個(gè)原子中參與成鍵的幾個(gè)能量相近的原子軌道重新組合，重新分配能量和空間方向，組成數(shù)目相等的，成鍵能力更強(qiáng)的新的原子軌道。（一）共價(jià)鍵的類型

碳原子最外層軌道：2S,2PX2PY2PZ（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)sp雜化碳sp3雜化碳sp2雜化碳碳的三種雜化軌道的構(gòu)型（一）共價(jià)鍵的類型雜化軌道小結(jié)：類型S成分形狀構(gòu)型鍵角

sp3

1/4葫蘆正四面體109.5°sp21/3稍胖葫蘆平面三角120°

sp1/2胖葫蘆直線180°

雜化軌道和雜化軌道重疊形成σ鍵。雜化軌道與s或p軌道重疊也形成σ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σ鍵，如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。σ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π鍵，如C=C、C=O、C≡C、C≡N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σ鍵的性質(zhì)不同。

電負(fù)性：sp雜化碳>sp2雜化碳>sp3雜化碳!

思考題1-1對(duì)于乙腈分子：CH3—C≡N兩個(gè)碳原子各處于什么雜化狀態(tài)？N原子上的未成鍵電子對(duì)處于什么軌道？（一）共價(jià)鍵的類型（二）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(zhǎng)；例如：C—C0.154nmC—H0.109nmC=C0.133nmC—O0.143nm相同的共價(jià)鍵，處于不同的化學(xué)環(huán)境時(shí)，鍵長(zhǎng)也稍有差異。一般地：鍵長(zhǎng)越短，化學(xué)鍵越牢固，越不容易斷開。1.鍵長(zhǎng)（bondlength）2.鍵能（bondenergy）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∴C—H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

（bondangle）：鍵與鍵之間的夾角。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0.5～1.6，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（polarityofbond）

（二）共價(jià)鍵的參數(shù)

鍵的極性用偶極矩(鍵矩)來度量：μ＝q×d[μ的單位：C·m(庫侖·米)]q—正、負(fù)電中心的電荷d—電荷中心之間的距離例：H—ClCH3—Cl（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(chǎng)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(dòng)性大小。如：C—X鍵的極化度大?。篊—I＞C—Br＞C—Cl＞C—F

π鍵＞σ鍵（二）共價(jià)鍵的參數(shù)

小結(jié)共價(jià)鍵的鍵能和鍵長(zhǎng)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）CH3Cl（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(duì)電子的原子或原子團(tuán)——自由基（freeradical）。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（carbanion

）（三）有機(jī)酸堿概念1、勃朗斯德（

Brφnsted

）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⑴共軛堿和共軛酸：強(qiáng)酸的