有機化學謝楠Office:階有機化學謝楠Office:階平樓Phone:Email課件orgchemccmu@163.com1參考書：參考書：JohnMcMurry,OrganicChemistry,7thed.BrooksCole,2007.McGraw-Hill,2成績評定分數項12成績評定分數項12理論課實3第一章有機化合物和有機化學有機化合物的特性第一章有機化合物和有機化學有機化合物的特性有機物的結構表示方式及同分異構現象共價鍵有機化合物的分類和反應類型4第一節有機化合物和有機化學17世紀中第一節有機化合物和有機化學17世紀中期把從自然界中取得的各種物質,按照來源分為動物物質、植物物質有機物(organic礦物物無機物(inorganic“有機”—源于活性有機體。51806瑞典化學家柏其里1806瑞典化學家柏其里烏斯（J．Berzelius）首次定義了有只有動植物依靠一種神秘生命力force)”參與，才能制造出有機化合物，不可能由無機物合成。這就是所這種唯心的生命力學說致使人們在相當長的時期內不能揭示J?nsJacobBerzelius61828年，德國化學家Wohler無氧條件下，經過加熱把氨和氫氰1828年，德國化學家Wohler無氧條件下，經過加熱把氨和氫氰尿NH4H22Wohler給J．Berzelius的信中這樣寫到：我應當告訴您的是，我制造出尿素，而且不求助于腎或動物——無論是人或犬。71845年德國有機化學家科爾伯無機物1845年德國有機化學家科爾伯無機物制成了公認為有機物的醋酸Kolbe）從無可爭辯的水，陽光Na-SC+1854年柏賽羅Berthelot）合成了油脂。1854年-1856年，又合成了甲烷、甘油、乙醇等許多典型有機化合物?！吧Α睂W說才宣告破產。從此確信了人工合成有機化合物是完全可能的。這就是有機化學最初發展的第二階段（合成階段）8RobertBurnsRobertBurns“現代有機合成之父”維生素91965年9月1965年9月17日，中國成為世界第一合成蛋白質的國家。作為抗癌藥物作為抗癌藥物，紫杉醇的分子結構非常復雜，有11個立體中心和一個17碳的四環骨架結構，因此對紫杉醇分子的全合成和半合成引起世界上許多有機合成小組的興趣。1992年為止共有30多個研究組參與到紫杉醇的合成中，這在有機合成史上實屬罕見。1989年，佛羅里達州立大學的RobertA.Holton以可以從歐洲紫杉Taxus卡丁為起始原料，完成了紫杉醇的半合成。1994年，Holton又完成了紫杉醇的首次全合成。太平洋紫杉(TaxusHCNPISFOBHCNPISFOB有機化合物和有機化學的現代定義：1851年葛美林有機化合物和有機化學的現代定義：1851年葛美林(L.Gmelin)和凱庫勒(A.Kekule) 含碳的化合物稱為有機化合物--- 、CO、CO、CN、OCN、)例外321874年肖萊馬(C.—碳氫化合物及其衍生物有機化學(organicchemistry)有機化合物的結構、性能和合成方法C.CarlSchorlemmer(1834-有機化學是醫藥有機化學是醫藥學課程中的一門重要基礎課，也是生命科學不可缺少的化學基礎。HHHHHH（左旋霉素，具有生理活性（右旋霉素，無生理活性“反應?！胺磻！笔录?0世紀60年代的“反應?！笔录且痪?，這些國家內不斷出生了許多沒有胳膊也沒有腿的海豹樣新生嬰兒。“反應?！苯Y構鎮靜作用強烈致畸作用“反應?！苯Y構鎮靜作用強烈致畸作用 NO NOO 第二節有機化合第二節有機化合物的特性種類繁多主要原因：同分異構體和立體異構如：C2H6O乙醇、二甲結構復雜鹽酸阿替結構復雜鹽酸阿替4-甲基-3-[[1-氧代-2-（丙氨基）-丙咖啡咖啡可卡因(可卡因(古柯堿methyl(1R,2R,3S,5S)-3-(benzoyloxy)-8-methyl-8-azabicyclo[3.2.1]octane-2-carboxylate易燃燒除易燃燒除少數例外，一般有機化合物都含有碳和氫兩種元素，因此容易燃燒，生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱量。大多數無機化合物，如酸、堿、鹽、氧化物等都不能燃燒。因而有時采用灼燒試驗可以區別有機物和無機物。熔點、沸點低無機化合─靜電有機化合─范德華熔點、沸點低無機化合─靜電有機化合─范德華熔點-沸點難溶于水，易溶于有機溶劑水是強難溶于水，易溶于有機溶劑水是強極性化合物。大部分無機化合物是離子鍵型化合物，易溶于水，不易溶于有機溶劑；有機化合物是共價鍵型化合物，極性小，不溶于水，易溶于有機溶劑——“相似相溶”原理如：易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。反應速率慢無機反應是離子型反應，一般反應速反應速率慢無機反應是離子型反應，一般反應速率都很中包括共價鍵舊鍵的斷裂和新鍵的形成，所以反應速率比較慢。AgNO3+AgCl++H222副反應多，產物復雜CH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3副反應多，產物復雜CH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3CH3CHCH2Cl+CH3-C-CH3CH2CHCl+CH3CH2CH3+所以寫有機反應式常用“”而不用“”第三節有機物第三節有機物的結構表示方式及同分異構現象一、結構表示方分子簡化骨架價鍵結構式HHHHHHHHHH正丁乙HH-HHOHH丙CH23H-H分子簡化骨架價鍵結構式HHHHHHHHHH正丁乙HH-HHOHH丙CH23H-HO丙OHCC環己H CCHHHCHCCHHHH二、有機化合物的同分異構現象分子式相同結構不同的化合物稱二、有機化合物的同分異構現象分子式相同結構不同的化合物稱為同分異構體碳架異構體位置異構體構造異構順反異構體旋光異構體構型異構體立體異構構象異構體構造異構體：因分子中構造異構體：因分子中原子的連結次序不同或者鍵合性質不同而引起的異構體。碳架異構體：因碳架不同而引起的異構體。位置異構體：由于官能團在碳鏈或碳環上的位置不同而產生的異構體。官能團異構體：由于分子中官能團不同而產生的異構體官能團異構體：由于分子中官能團不同而產生的異構體互變異構因分子中某一原子在兩個位置迅速移動而產生的官能團異構體。OCCH CH3立體異構：分立體異構：分子式相同,原子連接次序相同,但分中的原子或原子團在空間排列方式不同所引起的異構現象立體異構可分為：構象異構、構型異構構象異構體：由于共價單鍵的兩個碳原子繞鍵軸自由旋轉引起順反異構體：由于雙鍵（或環）的限制引起。HCH順反異構體：由于雙鍵（或環）的限制引起。HCHHH3CHCHH3CCCH順-2-丁烯反-2-丁烯bp.,mp-139bp.,mp-105旋光異構體（或光學異構體)：由于分子的手性引第四節共價1835第四節共價1835在日記中寫到：現在，有機化學幾乎使我狂熱。對我來說，它看來像是一個原始的熱帶森林，充滿著最誘人的東西；也像是一個可怕的無窮盡的叢林，看來似乎無路可走，因而使人不敢入內。一、路易斯共價鍵理論1916提出了經典一、路易斯共價鍵理論1916提出了經典共價鍵理論或兩個以上相同的原子或電負性相近的原子相互結合成分子，分子中原子間可以通過共享一對或幾對電子達到穩定的稀有氣體的電子構型，形成化學鍵。這種由共享電子對形成的化學鍵稱為共價鍵稀有氣體除氦僅有兩個價電子外，其他的價電子層中均為八個電子，路易斯共價鍵理論又稱為隅律rule）碳原子既不容易得到電子,也不容易失去電子。因此,有機化合物分子中的原子間主要以共價鍵相結合,以滿足八隅律。HHHHHCHCCHHH這種用電子對表示共價鍵結構的化碳原子既不容易得到電子,也不容易失去電子。因此,有機化合物分子中的原子間主要以共價鍵相結合,以滿足八隅律。HHHHHCHCCHHH這種用電子對表示共價鍵結構的化學式稱為結構式。它主要用于說明有機反應機制中電子的轉移。簡化的Lewis結構式HHHOHON或O二、現代共價鍵理論基本要點當兩個原子互相二、現代共價鍵理論基本要點當兩個原子互相接近到一定距離時,自旋方向相反的單電子相互配對,使電子云密集于兩核之間,降低了兩核間正電荷的排斥力增加了兩核對電子云密集區域的吸引力，因此使體系能量降低,形成穩定的共價鍵。每個原子所形成共價鍵的數目取決于該原子中的單電子數目,即一個原子含有幾個單電子,就能與幾個自旋方向相反的單電子形成共價鍵,這就是共價鍵的飽和性。當形成共價鍵時,原子軌道重疊程度越大,核間電子云越密集,形成的共價鍵就越穩定。因此,沿著原子軌道最大重疊方向形成這就是共價鍵的方向性三、碳的雜化軌價鍵三、碳的雜化軌價鍵理論揭示了共價鍵的本質，但它無法解釋甲烷分子(CH4)中4個碳氫鍵的鍵角相同，均為的事實。年鮑林在價鍵理論的基礎上，提出了化軌道理論(orbitalhybridizationtheory)：原子在不同類型、能量相近的原子軌道可以重新組合成能量、形狀和空間方向與原來軌道完全不同的新的原子軌道。這種重新組合過程稱為雜化，所形成的新的原子軌道稱為雜化軌道（hybridizationorbitals）。碳原子的6個核外電子碳原子的6個核外電子運動于各自的原子軌道中：價電子層2s2+2p1+2p1+2pxyz在有機化合物中碳并不直接以原子軌道參與形成共價鍵而在有機化合物中碳并不直接以原子軌道參與形成共價鍵而是先雜化,后成鍵。碳原子有3種雜化形化烴sp3、sp化烴2s1+2p1+1y+2pxz化烴基態2s22p12p1+2pxyz頭碰頭頭碰頭重疊形成C—Hσ 頭碰頭重 頭碰頭重疊形成C—CσC—HσC—CσH—C—HσC—CσH—≡Cpmπ四、共價鍵的屬性鍵長鍵角鍵能→化學鍵強鍵的極性成鍵原子間四、共價鍵的屬性鍵長鍵角鍵能→化學鍵強鍵的極性成鍵原子間的電荷→影響理化性C—C=鍵角/鍵能/kJ·mol-對于同種原子形成的共價鍵，公用電子由兩個原子核均等“享用H3C—對于同種原子形成的共價鍵，公用電子由兩個原子核均等“享用H3C———兩個成鍵原子既不帶正電荷,也不帶負電HHHHCCCCHHH當兩個不同原子成鍵時，由于兩個鍵合原子當兩個不同原子成鍵時，由于兩個鍵合原子拉電子能力不同，即電負性不同，使共用電子對發生偏移，一方原子帶部分負電荷(δ-)，另一方帶部分正電荷(δ+)：H3C———這種成鍵電子云不是平均分配在兩個成鍵原子核之間的共價鍵稱極性(共價)(polarcovalentbonds。鍵的極性大小取決于成鍵原子的電負性差電負性差越大鍵的極性越大。一般兩個元素的電負性差值≥1.7為離子鍵；＜1.7為共價鍵，其中電負性差值電負性增HOSFICNP0.7～1.6為極性共價鍵。第五節有機化合物的分類和反應類型一、有機物的分類(一按碳骨架分類鏈狀化合物(開鏈化合物、脂肪族化合物碳環第五節有機化合物的分類和反應類型一、有機物的分類(一按碳骨架分類鏈狀化合物(開鏈化合物、脂肪族化合物碳環化合物：脂環化合物NNN雜環化合SNN(二按官能團分類有機化合物分子中(二按官能團分類有機化合物分子中能體現一類化合物性質的原子或基團，通常稱為功能基官能團或例如CH3OH、C2H5OH、等醇類化合物中都含有羥基（-OH），羥基就是醇類化合物的功能基。由于它們含有相同的功能基此醇類化合物有類同的理化性質因試指出結構式中官能團的名稱想一撲熱息痛NHCO酚羥基酰胺鍵N磺胺噻唑S氨磺酰胺基-2試指出結構式中官能團的名稱想一撲熱息痛NHCO酚羥基酰胺鍵N磺胺噻唑S氨磺酰胺基-2三、有機化合物的反應類型有機反應涉及舊