FreeKaoYanc1 绪论

张张 小小 红红温州师范学院化学与材料科学学院温州师范学院化学与材料科学学院E-mail:K13868313801(663801)主要参考书汪小兰编汪小兰编有机化学有机化学第三版第三版，高等教育出版社，1997，北京邢其毅、徐瑞秋、周邢其毅、徐瑞秋、周政、裴伟伟政、裴伟伟,基础有机化学基础有机化学第二版，上下册，高等教育出版社，1993，北京。胡宏纹胡宏纹主编主编，有机化学有机化学第二版，上下册，高等教育出版社，1990，北京。第一章第一章绪论绪论 1.1 有机化学的产生和发展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有机化合物和有机化学的含义A生物体由有机物构成；组生物体由有机物构成；组成头发、皮肤、肌肉的蛋白成头发、皮肤、肌肉的蛋白质；控制遗传基因的质；控制遗传基因的DNA；吃的食物；穿的衣服；吃的吃的食物；穿的衣服；吃的药物药物。B建筑材料；汽油；轮胎；建筑材料；汽油；轮胎；塑料等塑料等脑脑白金（白金（Melatonine)感冒药物感冒药物快克，康泰克，康泰克，白加黑，康必得，速效感冒胶囊，泰诺主要成份为对乙酰氨基酚对乙酰氨基酚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白加黑成份成份:每片含日用片夜用片对乙酰氨基酚对乙酰氨基酚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。抗过敏药物抗过敏药物N-甲基-3-甲氧基吗啡烃，有镇痛作用镇痛作用，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，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有机化合物：OrganicCompound含碳的化合物（除含碳的化合物（除CO、碳酸盐等）：碳氢化碳酸盐等）：碳氢化合物合物(烃烃hydrocarbons)及其衍生物及其衍生物（derivative)有机化学有机化学：OrganicChemistry研究有机物制备（研究有机物制备（preparation)、结构（结构（structure)、性质性质(property)、应用应用(application)的科学的科学有机化学意义：有机化学意义：是研究生物体及生命是研究生物体及生命现象的基础现象的基础1.1.2有机化学的产生和发展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”(inorganic compounds)和“有机”(organic compounds)两大类。1808年瑞典化学家Berzelius首先使用“有机化学”(organic chemistry)这个名词。O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y1.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舍勒(Scheele,17421786)，他一生发现、提纯了不少有机化合物。O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty yScheele的的主要提纯工作主要提纯工作从尿中提取尿酸从尿中提取尿酸(1780)尿酸正常男性尿酸根水平约为1000-2000mg，而女性约为一半。痛风痛风病人的尿酸根水平为正常水平的2-3倍Scheele的的主要提纯工作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其他化学家的分离提纯工作 1773年，由尿中发现尿素年，由尿中发现尿素1805年年，由由鸦鸦片片中中得得到到第第一一个个生生物物碱碱吗吗啡。啡。1818年，由植物叶中分离出年，由植物叶中分离出叶绿素叶绿素。1820年年，由由植植物物中中分分离离出出马马钱钱子子碱碱、番番木木鳖碱、鳖碱、辛可宁辛可宁等生物碱。等生物碱。O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y吗啡是鸦片中最主要的生物碱（含量约10-15%），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n1818年，由植物叶中分离出叶绿素。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奎宁和辛可宁辛可宁。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：n1845年 Kolbe(柯柯尔伯尔伯)合成了醋酸 n1854年 Berthelot(贝特罗贝特罗)合成了油脂 n1861年 布特列洛夫合成了糖 n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有机化学是一门迅速发展的学科19011998年，诺贝尔化学奖共年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的项，其中有机化学方面的化学奖化学奖55项，占化学奖项，占化学奖61%当代有机化学发展的一个重要趋势：当代有机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合与生命科学的结合。1980年年(DNA)1997年年(ATP)与生命科学有关的化学诺贝尔奖与生命科学有关的化学诺贝尔奖八项；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；为现代生物化学和化学生物学的理论基础；在在蛋白质、核酸蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、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；开辟了道路；确定确定DNA为生物体遗传为生物体遗传物质物质,是由生物学家和化学家共同完成是由生物学家和化学家共同完成；人类基因组人类基因组“工作框架图工作框架图”组装组装后基因组计划后基因组计划序列基因序列基因(SequenceGenomics)结构基因结构基因(StructuralGenomics)1.2有机化合物的特点有机化合物的特点1.2.1有机化合物的种类繁多有机化合物的种类繁多1.2.2分子组成和结构复杂分子组成和结构复杂同分异构体同分异构体：两两种种或或多多种种有有相相同同的的分分子子式式，但但结结构构不不同同的的化化合合物物（如如C C2 2H H2 2O O6 6,有乙醇、甲醚两种分子）。有乙醇、甲醚两种分子）。同分异构现象同分异构现象：具有同分异构体的现象称为同分异构现象。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有机化合物性质上的特点(1)容易燃烧容易燃烧(2)热稳定性差热稳定性差(3)熔点、沸点低熔点、沸点低(4)难难溶溶于于水水(5)反反应应速速率率比比较较慢慢(6)反反应应复复杂杂、副反应多副反应多O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y1.3化学键和分子结构化学键和分子结构1.3.1价键理论（共用电子对理论）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化学键：将原子结合在一起的电子作用离子键离子键：稳定的正、负离子通过静电引力而形成的化学键。：稳定的正、负离子通过静电引力而形成的化学键。共价键共价键：两个带正电的原子核对共用电子对的吸引：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。使两原子结合在一起而形成的化学键。共价键的特点：共价键的特点：饱和性饱和性：一般说来，原子核外未成对电子数，也就一般说来，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。是该原子可能形成的共价键的数目。方向性方向性：共价键是由参与成键原子的电子云重叠形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。此电子云必须在各自密度最大的方向上重叠。O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y1.3.2分子结构分子结构有有机机分分子子有有特特定定的的大大小小和和立立体体形形状状：共共价价键键的的饱饱和和性性和和方方向向性性决决定定了了有有机机分分子子是是几几种种元元素素原原子按特定方式结合。子按特定方式结合。分分子子的的物物理理、化化学学以以至至生生理理活活性性与与分分子子结结构构有有密切关系密切关系1.3.3极性键与非极性键极性键与非极性键相相同同元元素素的的原原子子间间形形成成的的共共价价键键没没有有极极性性（非非极极性性）。不不同同元元素素的的原原子子间间形形成成的的共共价价键键，由由于于共共用用电电子子对对偏偏向向于于电电负负性性较较强强的的元元素素的的原原子子而具有极性而具有极性O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y1.4共价键的键参数共价键的键参数(1)键长：原子核之间的距离。键长：原子核之间的距离。C-H键的键长键的键长0.109nm,C-C键的键长键的键长0.154nm(丙烷中丙烷中),(2)键能：当键能：当A和和B两个原子两个原子(气态气态)结合生成结合生成A-B分子分子(气态气态)时，放出的能量，时，放出的能量，单位：单位：KJ/mol键能愈大键能愈大,键愈牢固键愈牢固。(3)键角：两个共价键之间的夹角。键角：两个共价键之间的夹角。共键价的方向性决定键角的形成。共键价的方向性决定键角的形成。CH4中中HCH为为109 28,(4)共价键的极性共价键的极性极性键极性键：键距：键距=e.d极性分子极性分子：偶极距：偶极距O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y偶极矩越偶极矩越大，键的极性越强。键的极性是决定大，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。分子的物理及化学性质的重要因素之一。双原子分子双原子分子：键的偶极矩就是分子的偶极矩：键的偶极矩就是分子的偶极矩例如：例如：U=1.03D多原子分子多原子分子：分子的偶极矩是各键的偶极矩的：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。向量和，决定于分子的形状。U=0D分子的极性分子的极性1.5分子间的力分子间的力1.5.1定向力定向力：极性分子间的作用力，偶极：极性分子间的作用力，偶极偶极作用力，偶极作用力，1.5.2色散力色散力：极性分子和非极性分子内之间的作用力。：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。分子内部电荷分布不均匀，运动瞬间产生暂时偶极。极化率：极化率：RIRBrRClRF1.5.3氢键氢键：氢原子与原子半径小、电负性强且有未共用电：氢原子与原子半径小、电负性强且有未共用电子对的原子（子对的原子（F、O、N）结合时产生的力。结合时产生的力。三三种力种力大小比较：大小比较：氢键氢键定向力定向力色散力色散力O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y1.6有机反应的基本类型有机反应的基本类型(1)均均裂裂:共共价价键键断断裂裂时时，成成键键的的一一对对电电子子平平均均地地分分给给两两个个原原子子或或基基团团，生生成成的的带带电电子子的的原原子子或或原原子子团团叫叫自自由由基基，按这种方式发生的反应为按这种方式发生的反应为游离基反应游离基反应.A:BA.+B.Cl:ClCl.+Cl.CH4+Cl.CH3.+Cl2(2)异异裂裂:共共价价键键断断裂裂时时，成成键键的的一一对对电电子子为为其其中中的的一一个个原原子子或或原原子子团团所所有有,生生成成了了正正离离子子与与负负离离子子，按按这这种种方方式式发生的反应为发生的反应为离子型反应离子型反应。C:XC+X-形成碳正离子形成碳正离子C:XC-+X+形成碳负离子形成碳负离子(3)协同反应协同反应：旧键的生成和新键的产生是同时进行的：旧键的生成和新键的产生是同时进行的O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y1.7有机化学中的电子效应、立体效应和溶剂化效应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（诱导效应（inductiveeffect)(用用I表示表示）以氢为标准，斥（给、供）电子斥（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：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）效应主要是烷基和一些带负电的原子（团）如：如：-O-、-CO2-、-R各种烷基给电子的能力各种烷基给电子的能力：R3C-R2CH-RCH2-O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y w we en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y1.7.2共轭效应共轭效应(ConjugationEffect)a.-共轭共轭：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。b.给电子：“+C”；吸电子：“-C”-+Nu-+b.P-共轭共轭存在于氧、硫、氮、卤素等孤对电子以及正负离存在于氧、硫、氮、卤素等孤对电子以及正负离子、自由基与双键之间子、自由基与双键之间为为+C效应效应.c.,-共轭以及共轭以及,P-共轭（超共轭）共轭（超共轭）牵涉牵涉-键的共轭，比上述共轭弱得多键的共轭，比上述共轭弱得多1.8研究有机化学的方法（提取、合成）研究有机化学的方法（提取、合成）(1)分离提纯分离提纯重结晶、升华、蒸馏、分馏、色谱分离重结晶、升华、蒸馏、分馏、色谱分离(2)纯度的检定纯度的检定熔点、沸点、相对密度、折光率熔点、沸点、相对密度、折光率(3)实验式和分子式的确定实验式和分子式的确定定性分析：确定化合物的元素组成。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定量分析：确定各元素的相对含量。(4)结构式的确定结构式的确定：化学方法和物理方法化学方法和物理方法.现代物理方法现代物理方法:X衍射、红外光谱、核磁共振谱、质谱衍射、红外光谱、核磁共振谱、质谱1.9有机化合物的分类有机化合物的分类1.9.1按分子中碳原子的骨架分类按分子中碳原子的骨架分类(1)开链化合物开链化合物：碳原子相互连接成链状骨架的化合物。：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。丙烷、丙烯、丙有支键的化合物也属于开键化合物。(2)碳环化合物碳环化合物：完全由碳原子组成的碳环结构的化合完全由碳原子组成的碳环结构的化合物物A：脂环族化合物脂环族化合物：性质与脂肪族化合物相似。：性质与脂肪族化合物相似。B：芳香族化合物芳香族化合物：同平面环闭共轭体系。：同平面环闭共轭体系。(3)杂环化合物杂环化合物：碳原子和其它原子碳原子和其它原子(O O、S S、N)N)组成环。组成环。O Or rg ga an ni ic c C Ch he emmi is st tr ry y WWe en nz zh ho ou u U Un ni iv ve er rs si it ty y课堂练习课堂练习以下化合物按碳骨架分属于哪一类以下化合物按碳骨架分属于哪一类？1.9.2按官能团分类按官能团分类官能团：官能团：有机分子中易起化学反应的原子或原子团。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。本书按官能团顺序教学。烷、烯、炔、卤代烃、醇和酚、醚、烷、烯、炔、卤代烃、醇和酚、醚、醛和酮、羧酸、硝基化合物、胺、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。偶氮和重氮化合物、硫醇和硫酚、磺酸。(2)按官能团分类化合物类型化合物类型官能团官能团化合物类型化合物类型官能团官能团烷烃无醛或酮羰基烯烃烯键羧酸羧基炔烃炔键腈氰基芳烃芳环磺酸磺基卤代烃X(F,Cl,Br,I)卤素硝基化合物硝基醇或酚羟基胺氨基醚醚键亚胺亚氨基