第一章：緒論-有機-中藥學

,有機化學OrganicChemistry,黔南民族醫(yī)學高等?？茖W校化學教研室,主講：孟鐵宏Tel-mail:276727463QQ:276727463,第一章緒論,學習要點1.有機化合物和有機化學的定義；有機化合物的特性和分類2.有機化合物的結構特點和有機化合物結構的表示方法；共價鍵的鍵參數(shù)和共價鍵的斷裂方式3.研究有機化合物的一般程序,第一章緒論,第一節(jié)有機化合物和有機化學第二節(jié)有機化合物的結構第三節(jié)有機化合物的分類第四節(jié)研究有機化合物的一般程序,有機化學是源自于生命體，發(fā)展于生命體，并融合在化學學科的發(fā)展中逐步形成的一門獨立分支學科，它所涵蓋的有機化合物已達1000多萬種,第一節(jié)有機化合物和有機化學,有機化合物簡稱有機物，有機物廣泛存在于自然界中，與人類的生命活動密切相關,1.1806年瑞典化學家柏則利烏斯（BerzeliusJ）把從有生命的動植物體內得到的化合物定義為有機化合物,動物物質植物物質,礦物物質,無機物,有機物,一、有機化合物和有機化學,1845年Kolbe合成了醋酸；1854年，柏賽羅合成油脂類化合物等。生命力學說才被徹底否定。此后人們又陸續(xù)地合成了許多有機化合物,2.1828年德國化學家維勒（F.Whler）在實驗室由氰酸銨（NH4OCN）合成尿素（NH2CONH2），促進了有機化合物的人工合成,有機化合物是在“生命力”的影響下才能生成的神秘物質，認為人工合成是不可能的,4.20世紀40年代發(fā)展了以石油為主要原料的有機化學工業(yè),特別是生產合成纖維、合成橡膠、合成樹脂和塑料為主的有機合成材料工業(yè),3.隨著科學技術的不斷進步，對有機化合物的廣泛研究發(fā)現(xiàn)，20世紀初建立了以煤焦油為原料合成染料、藥物和炸藥為主的有機化學工業(yè),大量的研究證明，有機化合物的元素組成中都含有碳，又因為除了碳之外，絕大多數(shù)的有機化合物都含有氫元素，有的還含有O、S、N、P和鹵素等，所以將有機化合物定義如下：,碳氫化合物及其衍生物稱為有機化合物。,注意事項：CO、CO2、碳酸、碳酸鹽、金屬碳化物、氰化物、硫氰化物等化合物由于性質和無機化合物性質相似，所以將這些化合物都看作無機物。,有機化學是研究有機化合物的組成、結構、性質、合成、應用以及它們之間的相互關系和變化規(guī)律的科學,二、有機化合物的特性,有機化合物與無機化合物比較，有以下特點:,2.有機化合物熔點和沸點較低。許多有機化合物在常溫下為氣體、液體。,1.大多數(shù)有機化合物可以燃燒（如汽油）。燃燒時主要生成二氧化碳和水,3.有機化合物難溶于水而易溶于有機溶劑。,4.有機化合物一般為非電解質。在水溶液或熔化狀態(tài)下難電離，不導電,5.有機化合物反應速度較慢，反應復雜，常伴有副反應。,6.有機化合物結構復雜、種類繁多。,三、有機化學與藥學的關系,藥學與有機化學密切相關。人類用于防病治病的藥物絕大部分是有機化合物，如:對乙酰氨基酚(撲熱息痛)、乙酰水楊酸（阿司匹林），特別是中草藥的有效成分幾乎全部是有機化合物,中藥具有非常復雜的成分。一種中藥往往具有多種功效，這與中藥本身含有多種有效成分有關。為了達到治療疾病的目的，就必須對中藥采用化學方法進行炮制。必須熟悉有機化學反應的特點和方法，才能選擇合理的合成路線,有機化合物的結構包括分子的組成、分子內原子間的連接順序、排列方式、化學鍵和空間構型，及分子中電子云的分布等。有機化合物有上千萬種，這與碳原子的結構及其獨特的成鍵方式是分不開的,第二節(jié)有機化合物的結構,絕大多數(shù)有機物只是由碳、氫、氧、鹵素、硫和磷等少數(shù)元素組成，但種類繁多碳元素：核外電子排布1s22s22p2碳原子相互結合能力很強（碳鏈和碳環(huán)）,1.碳原子總是4價在有機化合物分子中碳有4個共價鍵,一、碳原子的成鍵特點,鍵的形成,鍵的形成,2.共價鍵的類型成鍵時由于原子軌道重疊方式的不同，共價鍵分為鍵和鍵,3.碳原子之間的連接方式碳原子不僅能與氫、氧、氮、鹵素等原子形成共價鍵，碳原子之間的連接形式更多。碳原子之間可以通過共用電子對形成單鍵、雙鍵或叁鍵,單鍵,雙鍵,叁鍵,三鍵（CC中一個鍵，兩個鍵）,單鍵（CC鍵）,雙鍵（CC中一個鍵，一個鍵）,碳原子之間也可以連接成各種不同的鏈狀和環(huán)狀。這就是有機化合物的基本骨架,鏈狀,環(huán)狀,環(huán)狀,1.鍵長：指形成共價鍵的兩個原子核之間的距離，單位pm2.鍵角（方向性）：原子與其他兩個原子形成共價鍵時，鍵與鍵之間的夾角稱為鍵角3.鍵能：雙原子分子的共價鍵裂解時所吸收的能量，稱為該共價鍵的鍵能，又稱為離解能,二、共價鍵的鍵參數(shù),碳元素：核外電子排布1S22S22P2，不易獲得或失去價電子，易形成共價鍵。共價鍵的鍵參數(shù)包括鍵長、鍵角、鍵能和鍵的極性等物理量,決定分子空間構型,化學鍵強度,鍵長/pm109154134120,4.鍵的極性,影響理化性質,分子是由帶正電荷的原子核和帶負電荷的電子組成的。分子的極性取決于整個分子的正、負電荷中心是否重合，若兩者重合，就是非極性分子，兩者不能重合為極性分子.如,非極性分子,極性分子,d+d-,極性鍵：電子云未平均分配在兩個成鍵原子核之間的共價鍵,非極性鍵：電子云平均分配在兩個成鍵原子核之間的共價鍵,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，其中電負性差值在0.71.6為極性共價鍵。,分子的極性大小通常用分子的電偶極矩表示，SI單位為Cm(庫倫米）。偶極矩就是正或負電荷中心的電荷量（q）與兩電荷中心之間距離（d）的乘積。,=qd,越大，分子的極性越大，反之，極性越小。=0的分子為非極性分子。,偶極矩具有方向性，用表示，箭頭指向帶負電荷一端，如HF。,CH3Cl=6.2110-30Cm,CCl4=0,非極性分子,極性分子,雙原子分子中，鍵的偶極矩就是分子的偶極矩。在多原子組成的分子中，分子的偶極距是分子中各個鍵的偶極距的向量和。,化合物分子的極性大小直接影響其沸點、熔點、溶解度等物理性質和化學性質。,由于外界電場作用而使共價鍵極性改變的現(xiàn)象叫做鍵的極化。,鍵的極化難易程度稱為鍵的極化度，共價鍵的極化度的大小主要決定于成鍵原子電子云的流動性的大小，電子云的流動性越大，鍵的極化度也越大，反之則小。例如碳鹵鍵的極化度大?。?C-IC-BrC-ClC-F,鍵的極化和鍵的極性的區(qū)別：鍵的極性由成鍵兩原子的電負性決定，為鍵的固有本性；鍵的極化是受外界電場影響產生的暫時現(xiàn)象，外界電場消失，鍵的極化也消失。,三、有機化合物結構的表示方法,（1）分子式,(2)結構式,（3）簡化式,（4）鍵線式,（5）立體結構式-楔形式,C2H6,CH3CH3,常用分子模型,球棍模型,比例模型,共價鍵斷裂時，兩個原子共用的電子對由兩個原子各保留一個，這種共價鍵的斷裂方式稱為均裂。由均裂引起的反應稱為自由基反應或均裂反應，一般在光、熱或過氧化物存在下進行。,四、共價鍵的斷裂方式及有機化學反應類型,（一）均裂自由基反應,有機反應實質是原有化學鍵的斷裂和新鍵的形成。鍵的斷裂有均裂和異裂兩種方式,例如：烷烴的鹵化反應歷程：,由游離基（自由基）引起的、連續(xù)循環(huán)進行的反應稱游離基（自由基）反應,共價鍵斷裂時，兩個原子共用的電子對歸一個原子所有，產生正、負離子，這種共價鍵的斷裂方式稱為異裂。由異裂引起的反應稱為離子型反應或異裂反應,（二）異裂離子型反應,正碳離子和負碳離子都是非常不穩(wěn)定的中間體，都只能在瞬間存在，但它對反應的發(fā)生起著不可替代的作用。,親電反應,親核反應,親電取代反應,親電加成反應,親核取代反應,親核加成反應,離子型反應,第三節(jié)有機化合物的分類,一、按基本骨架分類,1.鏈狀化合物（脂肪族化合物）：正丁烷，異丁烷,2.碳環(huán)化合物（1）脂環(huán)族化合物：環(huán)戊烷，環(huán)己烷（2）芳香族化合物：苯，萘,3.雜環(huán)化合物：吡咯，噻吩,CH3CH2CH2CH3,二、官能團分類,有機化合物分子中最容易發(fā)生化學反應的原子或原子團（基團），稱之為官能團。含有相同官能團的有機化合物，其主要化學性質相似,常見的官能團及化合物的類別,一、分離、提純,無論是天然產物還是人工合成的有機化合物，一般都是含有多種雜質的混合物。所以在進行分析之前，首先必須進行分離和提純。常用的方法有：重結晶、蒸餾、萃取、升華、層析、色譜法等,分析研究有機化合物或測定中草藥中有效成分一般有以下的步驟和方法,第四節(jié)研究有機化合物的一般程序,二、元素分析,分離提純得到純度較高的有機化合物后，再進行元素的定性分析和定量分析，確定該有機化合物的元素組成及各組成元素的相對含量,三、確定分子式,化合物的實驗式的計算是將各元素的百分含量除以相應元素原子的原子量，得出各元素原子的數(shù)值比例。將這些數(shù)值分別除以其中最小的一個數(shù)值，就得到該化合物中各元素原子的最小個數(shù)比實驗式,再根據(jù)有機化合物的分子量和實驗式的式量之比，就可以確定該有機化合物的分子式,測定有機化合物分子量常用方法經典方法：蒸氣密度法，凝固點下降法和滲透壓法；現(xiàn)代方法：質譜測定法,四、結構式的測定,有機化合物中同分異構現(xiàn)象普遍存在，因此確定了分子式之后，還需測定其結構。過去確定結構通常是用經典的化學方法，通過化學反應證實其官能團，然后經降解、合成或衍生物制備等方法來確定結構,1.有機化學：（研究碳氫化合物及其衍生物的化學）是研究有機化合物的組成、結構、性質、合成、應用以及它們之間的相互關系和變化規(guī)律的科學有機化合物：含碳（除CO、CO2、碳酸及碳酸鹽外）的化合物,學習小結,2.有機化合物的特性：容易燃燒；熔點較低；難溶于水；大多為非電解質；反應速度較慢，產物復雜；