醫(yī)用有機化學：第1章 緒論-2013

1、課程名稱：課程名稱：推薦參考書目推薦參考書目: :1. 1. 醫(yī)科大學化學醫(yī)科大學化學（下）（下） 陳啟元、粱逸曾主編陳啟元、粱逸曾主編 化工出版社化工出版社 200420042. 2. 魏俊杰魏俊杰. . 有機化學有機化學. . 高等教育出版社高等教育出版社, 2003, 2003教材：教材：唐玉海唐玉海. . 醫(yī)用有機化學醫(yī)用有機化學( (第二版第二版). ). 高等教育出版社高等教育出版社, 2007, 2007與之配套：醫(yī)用有機化學與之配套：醫(yī)用有機化學 綜合輔導綜合輔導 醫(yī)用有機化學醫(yī)用有機化學 關于課程考核：關于課程考核： 期末考試期末考試70%70%，平時成績，平時成績30%30

2、% 平時成績：出勤，作業(yè)和課堂小測試平時成績：出勤，作業(yè)和課堂小測試 實驗獨立設課實驗獨立設課 實驗課時間：實驗課時間：第第2 2周開始周開始 實驗教材：實驗教材：羅一鳴、唐瑞仁主編羅一鳴、唐瑞仁主編 有機化學實驗與指導有機化學實驗與指導第二版第二版醫(yī)用有機化學醫(yī)用有機化學內容提要內容提要: :一、有機化學的研究對象一、有機化學的研究對象三、有機化合物的特性三、有機化合物的特性四、有機化合物結構特征四、有機化合物結構特征共價鍵共價鍵五、共價鍵的斷裂與反應類型五、共價鍵的斷裂與反應類型七、課程的特點和學習方法建議七、課程的特點和學習方法建議二、有機化學與生命科學的關系二、有機化學與生命科學的關系

3、第第1 1章章 六、有機化合物的分類六、有機化合物的分類 （自學）（自學）有機化合物：有機化合物：一般指碳氫化合物及其衍生物。一般指碳氫化合物及其衍生物。一一 有機化學的研究對象有機化學的研究對象=一一 有機化學的研究對象有機化學的研究對象有機化學：有機化學：研究研究有機化合物的組有機化合物的組成、結構、性質成、結構、性質及其變化規(guī)律的及其變化規(guī)律的科學?？茖W。=l1773年 首次由尿內取得純的尿素尿素. l1805年 由鴉片內取得第一個生物堿嗎啡嗎啡.l1828年，德國化學家，維勒維勒（wohler,F）首次人工用氰酸銨合成了尿素尿素-標志著有機化學的產生標志著有機化學的產生。 l從19世紀

4、初至中期有機化學成為一門學科，建立了經典的有機結構理論有機結構理論。 NH4CNONH2CONH2l 1858年，庫帕庫帕（Couper,AS）提出：“有機化合物分子中碳原子都是四價碳原子都是四價的，而且互相結合成碳鏈。 l1865年，凱庫勒凱庫勒提出了苯的構造式苯的構造式。凱庫勒（德）指出有機物中碳為四價，發(fā)展了有機化合物結構學說； l1874年，范特霍夫范特霍夫(Vant Hoff.J.H)和勒貝爾勒貝爾(Le Bel,J.A)分別提出碳四面體構型學說，建立了分子的立體概念，開創(chuàng)了從立體觀點來研究有機化合物的立體化學。 l20世紀建立了。l1916年，路易斯路易斯（Lewis,G.N)提出

5、了。l1931年，休克爾(E.Huckel)用量子化學的方法來解決不飽和化合物和芳香烴的結構問題。 l20世紀60年代，伍德福德合成了維生素B12，發(fā)現(xiàn)了分子軌道守恒原理分子軌道守恒原理,有機化學已正式成為一種藝術形式有機化學已正式成為一種藝術形式。 著名有機化學家 EJ COREY SHARPLESS GRUBBS KCN K.C. Nicolaou 理查德赫克 根岸英一 鈴木章 20012001年以來的諾貝爾化學獎年以來的諾貝爾化學獎年度年度成果主題成果主題2010有機合成中的鈀催化的交叉偶聯(lián)有機合成中的鈀催化的交叉偶聯(lián) 2009Studies on structure and funct

6、ion of ribosome 對核糖體結構和功能的研究對核糖體結構和功能的研究 2008Discovery and development of the green fluorescent protein 綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)2006Studies of the molecular basis of eukaryotic transcription 真核轉錄的結構生物學研究真核轉錄的結構生物學研究2004Discovery of ubiquitin-mediated protein degradation 泛素調節(jié)的蛋白質降解泛素調節(jié)的蛋白質降解2003Discoveries

7、 concerning channels in cell membranes 細胞膜通道揭秘細胞膜通道揭秘2002Identification and structure analyses of biological macromolecules 生物大分子的識別生物大分子的識別2001Work on chirally catalysed reactions 手性催化研究手性催化研究二、有機化學與生命科學的關系二、有機化學與生命科學的關系 醫(yī)學的醫(yī)學的研究對象研究對象是是人體人體，而組成人體的物質除，而組成人體的物質除水和一些無機鹽以外，絕大部分是水和一些無機鹽以外，絕大部分是有機化合物。有機

8、化合物。如：如：蛋白質，酶、維生素和激素，糖原和脂肪等蛋白質，酶、維生素和激素，糖原和脂肪等。有機分子是生命體化學大廈的砌塊。有機分子是生命體化學大廈的砌塊。 人體進行的新陳代謝包含者許多有機化合物的人體進行的新陳代謝包含者許多有機化合物的分解和合成過程；藥物大多為有機化合物。分解和合成過程；藥物大多為有機化合物。 生命現(xiàn)象的物質基礎和有機分子的生物功能是生命現(xiàn)象的物質基礎和有機分子的生物功能是生命科學研究的永恒主題。生命科學研究的永恒主題。 有機化學與生物化學相結合，從分子水平來研有機化學與生物化學相結合，從分子水平來研究生物學問題，是有機化學的前沿陣地之一。究生物學問題，是有機化學的前沿陣

9、地之一。 除除C、H以外，只含有以外，只含有O、N、S、P、X等等少數(shù)元素。有機物數(shù)目繁多。少數(shù)元素。有機物數(shù)目繁多。原子間通常以共價鍵的方式結合；原子間通常以共價鍵的方式結合；分子分子組成復雜組成復雜，同分異構現(xiàn)象普遍。，同分異構現(xiàn)象普遍。易燃、易爆；熱穩(wěn)定性差；易燃、易爆；熱穩(wěn)定性差；熔、沸點低熔、沸點低；難溶于水；反應速度慢。例：難溶于水；反應速度慢。例： 三、有機化合物的特性三、有機化合物的特性四、有機化合物的結構特點四、有機化合物的結構特點共價鍵共價鍵 碳元素處于碳元素處于第第周期周期A族族，既難得電子，也難，既難得電子，也難失電子，一般以共價鍵與其他原子結合。失電子，一般以共價鍵與

10、其他原子結合。 描述共價鍵的理論：描述共價鍵的理論：價鍵理論價鍵理論和分子軌道理論和分子軌道理論 價鍵理論認為：價鍵理論認為：共價鍵（共價鍵（covalent bond）是原子間是原子間通過共用電子對相互結合而形成的。通過共用電子對相互結合而形成的。 共價鍵最基本特點是具有共價鍵最基本特點是具有飽和性飽和性和和方向性方向性。 在有機化合物中，所有的碳必須是在有機化合物中，所有的碳必須是4價！價！ 成鍵原子間必須沿著電子云密度最大的方向重成鍵原子間必須沿著電子云密度最大的方向重疊成鍵。疊成鍵。（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型1 1、分類：、分類： 按共用電子對的數(shù)目為按共用電子對的數(shù)目為 按

11、軌道的重疊方式分按軌道的重疊方式分 單鍵單鍵雙鍵雙鍵叁鍵叁鍵鍵鍵鍵鍵 鍵：鍵：兩個成鍵原子軌道沿著兩個原子核間的兩個成鍵原子軌道沿著兩個原子核間的連線（鍵軸）發(fā)生連線（鍵軸）發(fā)生“頭碰頭頭碰頭”的重疊。的重疊。（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型鍵：鍵：由兩個原子的由兩個原子的p p軌道軌道“肩并肩肩并肩”地重疊。地重疊。（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型2 2、鍵和鍵和鍵的特點鍵的特點鍵鍵鍵鍵存在存在 可單獨存在可單獨存在只能與只能與鍵鍵共存共存鍵的鍵的形成形成成鍵軌道成鍵軌道“頭碰頭頭碰頭”重疊，鍵較穩(wěn)定重疊，鍵較穩(wěn)定成鍵軌道成鍵軌道“肩并肩肩并肩”重疊重疊，鍵較不穩(wěn)定。鍵較不穩(wěn)定。鍵的

12、鍵的性質性質電子云呈柱狀，不易電子云呈柱狀，不易極化；極化；成鍵兩原子可沿鍵軸成鍵兩原子可沿鍵軸“自由自由”旋轉旋轉。電子云呈塊狀電子云呈塊狀，易被易被極化；極化；成鍵原子成鍵原子不能不能沿鍵軸沿鍵軸“自由自由”旋轉旋轉（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型3 3、雜、雜 化化 軌軌 道道 (Hyprized Obitals) 雜化軌道：雜化軌道：在共價鍵形成過程中，由于原子間在共價鍵形成過程中，由于原子間的相互影響，同一個原子中參與成鍵的的相互影響，同一個原子中參與成鍵的幾個能幾個能量相近的原子軌道重新組合，重新分配能量和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

13、力更強的空間方向，組成數(shù)目相等的，成鍵能力更強的新的原子軌道。新的原子軌道。（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型 碳原子最外層軌道：碳原子最外層軌道：2S, 2PX 2PY 2PZ（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型碳的三種雜化狀態(tài)：碳的三種雜化狀態(tài)：（雜化態(tài)）（雜化態(tài)）SP2Pz2Py（雜化態(tài)）（雜化態(tài)）2PzSP2（基態(tài)）（基態(tài)）2S2Py2Pz2Px激發(fā)激發(fā)（激發(fā)態(tài)）（激發(fā)態(tài)）2Px2Py2Pz2S雜化雜化（雜化態(tài)）（雜化態(tài)）SP3（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型SPSP3 3雜化碳和雜化碳和甲烷甲烷的結構的結構SPSP3 3雜化碳和雜化碳和乙烷乙烷的結構的結構SPSP2 2雜化碳和

14、雜化碳和乙烯乙烯的結構的結構SPSP雜化碳和雜化碳和乙炔乙炔的結構的結構碳的三種雜化軌道的構型碳的三種雜化軌道的構型（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型雜化軌道小結：雜化軌道小結：類型類型 S成分成分 形形 狀狀 構構 型型 鍵鍵 角角 sp3 1/4 葫葫 蘆蘆 正四面體正四面體 109.5sp2 1/3 稍胖葫蘆稍胖葫蘆 平面三角平面三角 120 sp 1/2 胖胖 葫葫 蘆蘆 直直 線線 180 雜化軌道和雜化軌道重疊形成雜化軌道和雜化軌道重疊形成鍵。雜化軌鍵。雜化軌道與道與s s或或p p軌道重疊也形成軌道重疊也形成鍵鍵 。哪種雜化碳原子的電負性最大？哪種雜化碳原子的電負性最大？（一）

15、共價鍵的類型（一）共價鍵的類型 1、雜化軌道可形成、雜化軌道可形成鍵，鍵，如如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。等。鍵是有機分子構成碳鏈或碳環(huán)的基礎。鍵是有機分子構成碳鏈或碳環(huán)的基礎。 2、未參與雜化的、未參與雜化的p軌道可形成軌道可形成鍵鍵，如，如C=C、C=O、CC、CN等。等。 （一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型3 3、不同雜化態(tài)碳原子的電負性不同，導致其與氫子、不同雜化態(tài)碳原子的電負性不同，導致其與氫子或其他原子形成的或其他原子形成的鍵的性質不同。鍵的性質不同。 電負性：電負性：sp雜化碳雜化碳 sp2雜化碳雜化碳 sp3雜化碳雜化碳 ! 思考題思考題 1-1對于乙腈分子：對

16、于乙腈分子：CH3CN兩個碳原子各處于什么兩個碳原子各處于什么雜化狀態(tài)雜化狀態(tài)？N N原子上的原子上的未成鍵電子對未成鍵電子對處于什么軌道？處于什么軌道？（一）共價鍵的類型（一）共價鍵的類型 成鍵原子的平衡核間距。成鍵原子的平衡核間距。以以nm(10-9m)表示。表示。 不同的共價鍵有不同的鍵長；不同的共價鍵有不同的鍵長； 例如：例如： CC 0.154nm CH 0.109nm C=C 0.133nm CO 0.143nm 相同的共價鍵，處于不同的化學環(huán)境時，鍵長也稍有相同的共價鍵，處于不同的化學環(huán)境時，鍵長也稍有差異。差異。 一般地：一般地：鍵長越短，化學鍵越牢固，越不容易斷開。鍵長越短，

17、化學鍵越牢固，越不容易斷開。 （bond length）（bond energy） 多原子分子多原子分子: 鍵能即鍵的平均解離能。鍵能即鍵的平均解離能。 例如：例如：.CH3CH4+ HCH3.CH2+HCH2.CH.H+.CH.C.+HH=423KJ/molHH=439KJ/mol=347KJ/molH=448KJ/mol 平均值：平均值：(423+439+448+347)4=414KJ/mol CH的鍵能為414KJ/mol。 化學鍵的鍵能越大，鍵越牢固?；瘜W鍵的鍵能越大，鍵越牢固。（bond angle）：）： 鍵與鍵之間的夾角。鍵與鍵之間的夾角。 鍵角鍵角主要與中心原子的雜化態(tài)有關主要

18、與中心原子的雜化態(tài)有關，也受分子，也受分子中其他原子的影響。中其他原子的影響。 鍵的極性是由于成鍵原子的電負性不同而引起的。如：鍵的極性是由于成鍵原子的電負性不同而引起的。如： H Cl CH3 Cl CH3 OH， 一般地：一般地： 成鍵原子成鍵原子電負性差大于電負性差大于1.7，形成，形成離子鍵離子鍵； 成鍵原子成鍵原子電負性差為電負性差為0.51.6，形成，形成極性共價鍵極性共價鍵。 成鍵原子的電負性差越大，鍵的極性越強。成鍵原子的電負性差越大，鍵的極性越強。 （polarity of bond） 有極性有極性CHHHH無極性H HO OH HO OC CO O無極性ClCHHH（3 3

19、）鍵的極化（）鍵的極化（polarization） 在外界電場作用下，共價鍵的極性發(fā)生改變在外界電場作用下，共價鍵的極性發(fā)生改變的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。極化度：極化度：鍵被極化的難易程度；鍵被極化的難易程度； 主要決定于主要決定于成鍵電子云的流動性大小。成鍵電子云的流動性大小。如：如：CX鍵的極化度大?。烘I的極化度大?。篊ICBrCClCF 鍵鍵鍵鍵小小 結結 共價鍵的鍵能和鍵長反映了鍵的強度，即共價鍵的鍵能和鍵長反映了鍵的強度，即分子的熱穩(wěn)定性；分子的熱穩(wěn)定性； 鍵角反映了分子的空間形象；鍵角反映了分子的空間形象； 鍵的鍵的極性極性反映分子物理性質；反映分子物理性質； 鍵的鍵的極化性極化性反映分子的

20、化學反應活性；反映分子的化學反應活性； 鍵的極性是鍵的極性是固有的固有的, , 鍵的極化是鍵的極化是暫時的。暫時的。 下列各化合物哪些有極性？并指出其偶極矩方向。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思考題思考題1-2取代反應取代反應 加成反應加成反應 消除反應消除反應 重排反應重排反應 聚合反應聚合反應 按產物和反應物關系按產物和反應物關系 按共價鍵的斷裂方式按共價鍵的斷裂方式 自由基反應自由基反應離子型反應離子型反應五、共價鍵的斷裂與反應類型五、共價鍵的斷裂與反應類型協(xié)同反應協(xié)同反應 發(fā)生均裂的反應條件是光照、輻射、

21、加熱或有過發(fā)生均裂的反應條件是光照、輻射、加熱或有過氧化物存在。氧化物存在。 均裂的結果是產生了具有不成對電子的原子或原均裂的結果是產生了具有不成對電子的原子或原子團子團自由基自由基（free radical）。 有自由基參與的反應叫做自由基反應。有自由基參與的反應叫做自由基反應。 A BA + BCH3 + H ClH CH3 + Cl （一）（一）共價鍵的均裂共價鍵的均裂共價鍵的共價鍵的A BA+ + B-(CH3)3C Cl(CH3)3C+ + Cl- 碳正離子碳正離子（carbonium ）; 碳負離子碳負離子（carbanion ）（三）有機酸堿概念（三）有機酸堿概念HCl + H2

22、OCl+ H3O+酸堿共軛堿共軛酸1 1、勃朗斯德（、勃朗斯德（ ）酸堿理論（）酸堿理論（質子理論）質子理論） 酸：酸：給出質子的物質；給出質子的物質； 堿：堿：接受質子的物質。接受質子的物質。 酸堿反應：酸堿反應：質子的傳遞質子的傳遞H2SO4 + CH3OHHSO4-+ CH3OH2+酸堿共軛堿共軛酸（三）有機酸堿概念（三）有機酸堿概念 2、路易斯（、路易斯（ Lewis ）酸堿理論）酸堿理論（電子對理論）（電子對理論） Lewis酸：酸：電子對的電子對的接受體；接受體； Lewis堿堿：電子對的：電子對的給予體。給予體。 酸堿反應：酸堿反應：實際上是形成配位鍵的過程。實際上是形成配位鍵的

23、過程。 H+HClCl-H+OH2H3O+BF3BF3-NH3+NH3AlCl3+Cl-AlCl4-lweis酸lweis堿BFFF（三）有機酸堿概念（三）有機酸堿概念有機酸堿有機酸堿Lewis酸：酸： 是缺少電子不滿足八隅體（氫是二隅體）的電子是缺少電子不滿足八隅體（氫是二隅體）的電子構型的正離子，或者含具有空軌道可接受電子對的構型的正離子，或者含具有空軌道可接受電子對的原子，原子，如：如： H+、R+、Cl+、Br+、BF3、AlCl3等，等， 在反應中總是進攻電子云密度較大的部位，所以在反應中總是進攻電子云密度較大的部位，所以是一種是一種親電試劑親電試劑。 碳正離子碳正離子屬于屬于Lew

24、is酸，酸，也是也是親電試劑。親電試劑。（三）有機酸堿概念（三）有機酸堿概念Lewis堿：堿： 負離子，或者是具有未共用電子對的原子，負離子，或者是具有未共用電子對的原子，或者是富電子的或者是富電子的鍵，鍵，如如: I、OH、CN、R、H2O、NH3、ROH 烯烴和芳烴等，烯烴和芳烴等， 在反應中往往尋求質子或進攻一個正電中心，在反應中往往尋求質子或進攻一個正電中心，是是親核試劑親核試劑。 碳負離子碳負離子屬于屬于Lewis堿，堿，也是也是親核試劑親核試劑。（三）有機酸堿概念（三）有機酸堿概念 由由親電試劑親電試劑進攻而發(fā)生的反應叫進攻而發(fā)生的反應叫親電反應親電反應； 由由親核試劑親核試劑進攻

25、而發(fā)生的反應叫進攻而發(fā)生的反應叫親核反應親核反應。 根據反應物和產物之間的關系，又可分為根據反應物和產物之間的關系，又可分為親電取代和親電加成；親核取代和親核加成。親電取代和親電加成；親核取代和親核加成。離子型反應離子型反應親電反應（加成、取代）親電反應（加成、取代）親核反應（加成、取代）親核反應（加成、取代）（三）有機酸堿概念（三）有機酸堿概念指出下列化合物中，哪些是指出下列化合物中，哪些是Lewis酸，哪酸，哪些是些是Lewis堿？并扼要說明理由。堿？并扼要說明理由。（1）CH3NH2 （2）CH3OH （3）ZnCl2 （4）(CH3)3C （5）HCC思考題思考題1-31-3（三）有機

26、酸堿概念（三）有機酸堿概念 有機化合物開鏈化合物：碳環(huán)化合物雜環(huán)化合物：脂環(huán)族化合物：芳香族化合物CH3CH2CH2CH3CH2=CH-CH=CH2CH3(CH2)16COOH 等 OHOCH3OHCOOHONSNN等 等 等 （1 1）按碳鏈分類）按碳鏈分類 有機化合物的常見官能團有機化合物的常見官能團類類 型型 官能團官能團 實實 例例 英文名稱后綴英文名稱后綴 烷烴烷烴 無無 CH4 -ane 烯烴烯烴 C=C CH2=CH2 -ene 炔烴炔烴 C C H-C C-H -yne鹵代烴鹵代烴 -X CH3CH2Cl chloro- 醇醇 -OH CH3CH2OH -ol 醚醚 R-O-R

27、 CH3-O-CH3 ether 醛醛 -CHO CH3CHO -al 酮酮 -CO- CH3COCH3 -one 羧酸羧酸 -COOH CH3COOH -oic acid 胺胺 -NH2 CH3CH2NH2 -amine本課程特點和學習方法建議本課程特點和學習方法建議（一）本課程的特點（一）本課程的特點 1 1、結構和反應是基礎（重點）、結構和反應是基礎（重點） 2 2、有機反應的規(guī)律性（重點，難點）、有機反應的規(guī)律性（重點，難點） 3 3、1-51-5章烴類，章烴類，6-106-10章含氧衍生物，章含氧衍生物，11-1311-13章含氮、硫磷有章含氮、硫磷有機物，機物，14-1714-17

28、章生命有關物質。章生命有關物質。（二）學習方法建議（二）學習方法建議55 Methyl amine (fish)C63H90N14O14PCo它含有它含有9個個C*，具有，具有512個立體異構體。個立體異構體。VB12:1. 602. 903. 109.54. 1205. 180571. 602. 903. 109.54. 1205. 180581. 602. 903. 109.54. 1205. 180591. 602. 903. 109.54. 1205. 180601. bonds are weaker and electrons have higher energy2. bonds are stronger and electrons have higher energy3.