有機化學概述

1、編輯課件1有機化學概貌 有機化學的魅力有機化學的魅力 有機化學的產(chǎn)生和發(fā)展有機化學的產(chǎn)生和發(fā)展 有機化學預(yù)備知識有機化學預(yù)備知識 編輯課件2感冒藥物感冒藥物快克，康泰克，康泰克，白加黑，康必得，速效感冒膠囊，泰諾主要成份為對乙酰氨基酚對乙酰氨基酚CH3HNOHCH3對乙酰氨基酚對乙酰氨基酚能抑制前列腺素的合成而產(chǎn)生解熱作用l 西藥西藥 有機化學的魅力有機化學的魅力1）有機化學與生活密切相關(guān)）有機化學與生活密切相關(guān)編輯課件3白加黑白加黑成份成份: 每片含 日用片 夜用片對乙酰氨基酚對乙酰氨基酚 325mg 325mg 鹽酸偽麻黃堿 30mg 30mg無水氫溴酸右美沙芬 15mg 15mg鹽酸苯海

2、拉明 - 25mg解熱鎮(zhèn)痛止咳藥解熱鎮(zhèn)痛止咳藥編輯課件4青霉素青霉素 抗菌素的一種，是從青霉菌培養(yǎng)液中提制的藥物，是第一種能夠治療人類疾病的抗生素 手性藥物手性藥物編輯課件5 偽麻黃堿偽麻黃堿（1R, 2R)- SNNHC H3C H3OOHHC O O H麻黃堿（麻黃堿（1R, 2S)-用 途 中樞興奮, 毒性, 抗休克【用途】減輕感冒、過敏性鼻炎、鼻炎及鼻竇炎引起的鼻充血癥狀。手性藥物手性藥物代表幾種化合物？編輯課件6手性物質(zhì)在手性環(huán)境中物理、化學性質(zhì)往往有較大區(qū)別。手性物質(zhì)在手性環(huán)境中物理、化學性質(zhì)往往有較大區(qū)別。手性藥物進入人體的手性環(huán)境中，表現(xiàn)的果效不同。手性藥物進入人體的手性環(huán)境中

3、，表現(xiàn)的果效不同。什么是手性？什么是手性？C H3H NO HC H3編輯課件7手性廣泛存在于自然界中手性廣泛存在于自然界中編輯課件8宏觀物質(zhì)的手性來自微觀分子的手性。宏觀物質(zhì)的手性來自微觀分子的手性。掌握分子手性的知識需要良好的空間想象能力。掌握分子手性的知識需要良好的空間想象能力。編輯課件9l 中藥中藥為什么中藥是不是科學到現(xiàn)在仍有爭議？為什么中藥是不是科學到現(xiàn)在仍有爭議？中藥是混合物，究竟哪種或者哪些成分在起中藥是混合物，究竟哪種或者哪些成分在起作用往往不清楚。作用往往不清楚。中藥有自己獨特的療效毋庸置疑。中藥有自己獨特的療效毋庸置疑。中藥的成分之間存在什么樣的相互作用中藥的成分之間存在

4、什么樣的相互作用,導(dǎo)致導(dǎo)致幾種藥材配置在一起熬湯才可起到所需的療幾種藥材配置在一起熬湯才可起到所需的療效？效？編輯課件10中藥現(xiàn)代化的一些途徑l分離、鑒定中藥的有效成分；l研究中藥成分之間的相互作用l中藥制劑改型-浸膏、沖劑等，不僅僅是傳統(tǒng)的熬湯。l目前極個別的確分離出了有效成分目前極個別的確分離出了有效成分-天然產(chǎn)物活性物質(zhì)提?。惶烊划a(chǎn)物活性物質(zhì)提?。环蛛x提取技術(shù)。分離提取技術(shù)。l所提取物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定所提取物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定-多種結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)相輔佐。多種結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)相輔佐。有機化學在中藥現(xiàn)代化的進程中大有作為！編輯課件11l 材料和能源 高分子材料（如塑料、橡膠、有機光電材料等）、建筑高分子材料

5、（如塑料、橡膠、有機光電材料等）、建筑材料；汽油等材料；汽油等 醫(yī)用膠：-氰基丙烯酸異丁酯，在微量陰離子的引發(fā)下迅速發(fā)生聚合反應(yīng)，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的膠狀媒介物，而將組織與組織進行粘合，尤其在組織、血液存在下固化速度更快，具有吻合、止血、保護創(chuàng)面、防止感染的作用。為外科醫(yī)生提供了一種新的閉合手術(shù)切口的良好方法 。編輯課件12l 染料、色素、香料染料、色素、香料采用天然物質(zhì)（如茜草、靛草等作染料）到使用合成染料（苯胺紫、靛藍等）；多種指示劑如石蕊、甲基橙等等都是有機分子；香精、調(diào)味劑；植物精油、護膚、美容用品等無不和有機化學有著密切的關(guān)系。 編輯課件132）有機化學與生命學科密切相關(guān)）有機化學與生

6、命學科密切相關(guān)l 有機化合物是構(gòu)成生物體的主要物質(zhì)：組成頭發(fā)、皮膚、肌肉的蛋白質(zhì)；生命的營養(yǎng)物質(zhì)：糖、脂肪、蛋白質(zhì)（氨基酸）；控制遺傳基因的DNA等。l生物分類：動物、植物；科、屬、綱、目；器官、組織、細胞、細胞質(zhì)、細胞核、-有機分子-生命科學發(fā)展到了分子水平。 在分子的基礎(chǔ)上克隆、基因重組或者改變基因。l生物體中各種有機化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及它們在生物。體內(nèi)的的合成、分解、轉(zhuǎn)化、代謝無不以有機化學為基礎(chǔ)。很多的生命活動過程-生、老、病、死等都是有機化學反應(yīng)的過程。 編輯課件143）讓人著迷的有機化學Hofmann Kekule Kekule 麻生明麻生明 化合物無機化合物：原意是無生機之化合

7、物。有機化合物：原意是有生機之化合物。楊楊 丹丹編輯課件154）有機化學與）有機化學與Nobel 化學獎化學獎2001年年-2010年年，純粹有機化學的4項, 與有機化學直接相關(guān)的7項。Nobel Prizes： 授予對人類作出最大福利的人們，20世紀：1901年至2000年應(yīng)有105屆，其中8屆未公布，即有97屆，其中48屆與有機化學有關(guān)：編輯課件16諾貝爾化學獎授予美國科學家威廉諾爾斯、日本科學家野依良治和美國科學家巴里夏普雷斯，以表彰他們在不對稱合成方面所取得的成績，三位化學獎獲得者的發(fā)現(xiàn)則為合成具有新特性的分子和物質(zhì)開創(chuàng)了一個全新的研究領(lǐng)域?，F(xiàn)在，像抗生素、消炎藥和心臟病藥物等，都是根

8、據(jù)他們的研究成果制造出來的。 2001年年編輯課件172002年l瑞典皇家科學院于2002年10月9日宣布，將2002年諾貝爾化學獎授予美國科學家約翰芬恩、日本科學家田中耕一和瑞士科學家?guī)鞝柼鼐S特里希，以表彰他們在生物大分子研究領(lǐng)域的貢獻。 編輯課件18 2004年諾貝爾化學獎授予以色列科學家阿龍切哈諾沃、阿夫拉姆赫什科和美國科學家歐文羅斯，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解。其實他們的成果就是發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)“死亡”的重要機理。 2004年年編輯課件19 三位獲獎?wù)叻謩e是法國石油研究所的伊夫肖萬、美國加州理工學院的羅伯特格拉布和麻省理工學院的理查德施羅克。他們獲獎的原因是在有機化學的烯烴復(fù)

9、分解反應(yīng)研究方面作出了貢獻。烯烴復(fù)分解反應(yīng)廣泛用于生產(chǎn)藥品和先進塑料等材料，使得生產(chǎn)效率更高，產(chǎn)品更穩(wěn)定, 而且產(chǎn)生的有害廢物較少。這是重要基礎(chǔ)科學造福于人類、社會和環(huán)境的例證。 2005年年 編輯課件202008年年N H4C l + A g C N O N H4C N O + A g C lN H2C N H2O美國Woods Hole海洋生物學實驗室的Osamu Shimomura（下村修）、哥倫比亞大學的Martin Chalfie和加州大學圣地亞哥分校的Roger Y. Tsien（錢永健，錢學森的堂侄)因發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白（GFP）而獲得該獎項。對GFP的原初發(fā)現(xiàn)以及一系列的

10、重要發(fā)展，已經(jīng)作為標記工具在生物科學中使用。通過DNA技術(shù)，研究人員現(xiàn)在能夠?qū)FP和其他有趣但卻不可見的蛋白聯(lián)系起來。發(fā)光標記使科學家能夠觀察蛋白的運動、位置以及相互作用。編輯課件21 美國科學家理查德海克（Richard F, Heck）、伊智根岸(Ei-ichi Negishi)和日本科學家鈴木彰(Akira Suzuki)因在有機合成領(lǐng)域中鈀催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)方面的卓越研究獲獎。鈀催化的交叉偶聯(lián)是今天的化學家所擁有的最為先進的工具。這種化學工具極大地提高了化學家們創(chuàng)造先進化學物質(zhì)的可能性，例如，創(chuàng)造和自然本身一樣復(fù)雜程度的碳基分子。碳基(有機)化學是生命的基礎(chǔ)，它是無數(shù)令人驚嘆的自然現(xiàn)象

11、的原因：花朵的顏色、蛇的毒性、諸如青霉素這樣的能殺死細菌的物質(zhì)。有機化學使人們能夠模仿大自然的化學，利用碳能力來為能發(fā)揮作用的分子提供一個穩(wěn)定的框架，這使人類獲得了新的藥物和諸如塑料這樣的革命性材料。這一成果廣泛應(yīng)用于制藥、電子工業(yè)和先進材料等領(lǐng)域，可以使人類造出復(fù)雜的有機分子。 2010年年編輯課件224、怎樣學好有機化學、怎樣學好有機化學l打好關(guān)于原子軌道、分子軌道的基礎(chǔ)l課堂聽講和課下復(fù)習相結(jié)合l前后聯(lián)系，經(jīng)常復(fù)習，系統(tǒng)學習l重視機理的學習，機理是有機化學反應(yīng)的主線l獨立完成作業(yè)，勤于動手動腦l獨立完成實驗，培養(yǎng)良好的實驗技能l了解最新有機化學發(fā)展動態(tài)興趣決定成敗興趣決定成敗編輯課件23

12、2. 有機化學的產(chǎn)生和發(fā)展有機化學的產(chǎn)生和發(fā)展 十九世紀初產(chǎn)生，至今約200年的時間。 1777年，瑞典化學家Bergman將化合物分為“無機”(inorganic compounds)和“有機”(organic compounds)兩大類 。 1808年瑞典化學家Berzelius首先使用“有機化學”(organic chemistry)這個名詞 。編輯課件24l十八世紀末，化學家們已經(jīng)得到了一系列純的有機化合物 。l代表人物是瑞典化學家舍勒舍勒(Scheele, 17421786 )，他一生發(fā)現(xiàn)、提純了不少有機化合物 。編輯課件252. 有機化學的產(chǎn)生與發(fā)展有機化學的產(chǎn)生與發(fā)展C ， S

13、， C l2， H2OC H3C O O H 當時科學家們普遍認為：在實驗室只能制造出來源于當時科學家們普遍認為：在實驗室只能制造出來源于非生物界的無機物；而有機物是非生物界的無機物；而有機物是“有生機之化合物有生機之化合物”，不能，不能在實驗室用人工合成出來，只能靠某種特殊的活力在有生在實驗室用人工合成出來，只能靠某種特殊的活力在有生機的生物體內(nèi)制造出來。這種特殊的活力就是機的生物體內(nèi)制造出來。這種特殊的活力就是“生命力生命力”，生命力是制造有機物質(zhì)的必要條件。這就是當時流行的生生命力是制造有機物質(zhì)的必要條件。這就是當時流行的生命力論。命力論。1）生命力論的統(tǒng)治編輯課件26Scheele的主

14、要提純工作從尿中提取尿酸從尿中提取尿酸(1780)尿酸HNNHNHHNOOO正常男性尿酸根水平約為1000-2000mg，而女性約為一半。痛風痛風病人的尿酸根水平為正常水平的2-3倍編輯課件27Scheele的主要提純工作l從檸檬中提取檸檬酸(1784)l從蘋果中提取蘋果酸(1785)檸檬酸 蘋果酸CH2CO2HCCH2CO2HHOCO2HCO2HCCH2CO2HOHH編輯課件28其他化學家的分離提純工作 l1773年，由尿中發(fā)現(xiàn)尿素年，由尿中發(fā)現(xiàn)尿素 l1805年，由鴉片中得到第一個生物堿年，由鴉片中得到第一個生物堿嗎嗎啡。啡。l1818年，由植物葉中分離出葉綠素。年，由植物葉中分離出葉綠素

15、。l1820年，由植物中分離出馬錢子堿、番木年，由植物中分離出馬錢子堿、番木鱉堿、辛可寧等生物堿。鱉堿、辛可寧等生物堿。編輯課件29HOHOONHHCH3H嗎 啡Morphine1805 年 提取分離1952 年 確定結(jié)構(gòu)并合成經(jīng)歷了近 150 年嗎啡是鴉片中最主要的生物堿（含量約10-15%），1806年法國化學家F澤爾蒂納首次從鴉片中分離出來。他用分離得到的白色粉末在狗和自己身上進行實驗，結(jié)果狗吃下去后很快昏昏睡去，用強刺激法也無法使其興奮蘇醒；他本人吞下這些粉末后也長眠不醒。據(jù)此他用希臘神話中的睡眠之神嗎啡斯（Morphus）的名字將這些物質(zhì)命名為“嗎啡”。編輯課件30葉綠素葉綠素NNN

16、NCH2CH3CH3CH3CHCH3HMgCH2CH3HOOHCH3CH3HOCO2CH3HChlorophyll an1818年，由植物葉中分離出葉綠素。年，由植物葉中分離出葉綠素。編輯課件31HNHOHNH辛可寧堿編輯課件32l1828年德國化學家年德國化學家武勒武勒(Wohler)的意外實驗：的意外實驗：l1845年德國化學家柯爾貝年德國化學家柯爾貝(Kolbe)的實驗：的實驗：l1854年法國化學家貝特羅年法國化學家貝特羅(Berthelot)的實驗的實驗：脂 肪 酸 甘 油脂 肪2）生命力論的破產(chǎn)編輯課件33n 1860年，柏賽羅柏賽羅發(fā)表了他的有機合成化學，陳述了有機合成的一般原則

17、和方法，提出有機化學家有責任用無機物去設(shè)法合成有機物，而不需要動、植物活體做媒介。他在書中首次使用“合成（synthesis）”這個詞表達他的主張，概括他已經(jīng)和將要實現(xiàn)的反應(yīng)過程。這本專著的出版標志著“生命力”論的終結(jié)和“有機合成”學科的誕生，預(yù)示著大規(guī)模有機合成時代的來臨。n當時還沒有有機化學結(jié)構(gòu)理論，對有機化合物的結(jié)構(gòu)尚不清楚，所以那時的有機合成很多帶有很大的盲目性，多屬于意外發(fā)現(xiàn)。n1861年，俄國化學家Butelieluofu首次提出“化學結(jié)構(gòu)理論”，認為分子的性質(zhì)不僅依賴于它的元素組成，而且依賴于它的化學結(jié)構(gòu)，這個理論為當時有機化學、有機合成的發(fā)展指出了正確的方向。（第一次從甲醛出發(fā)

18、合成了糖類物質(zhì)）。n1865年 德國化學家Kekule提出有機物碳四價理論，發(fā)展了有機化合物結(jié)構(gòu)學說（提出苯的結(jié)構(gòu)式。）n1874年，荷蘭化學家Vant Hoff和法國化學家Le Bel提出碳的四面體學說立體化學概念。(第一屆Nobel Prize）3）有機化學的迅猛發(fā)展編輯課件34n 1876年，德國化學家Baeyer合成靛藍成功。1905年因在有機染料和芳香烴化合物方面的成就獲Nobel Prize.n1891 年費歇爾為了能簡單準確地把單糖等的四面體模型反映在紙面上提出了投影式，這就是著名的費歇爾投影式。費歇爾在19世紀末合成了葡萄糖，代表19世紀未有機合成的最高水平。n有機合成在20世

19、紀得到了全面的發(fā)展。n 20世紀以來，隨著量子力學的引入分析手段和計算機世紀以來，隨著量子力學的引入分析手段和計算機的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了量子有機化學，包括：的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了量子有機化學，包括：價鍵理論、分子軌道理論和分子軌道對稱守恒原理。價鍵理論、分子軌道理論和分子軌道對稱守恒原理。 編輯課件35n 到到20世紀末，有機化學已經(jīng)發(fā)展到相當高的水世紀末，有機化學已經(jīng)發(fā)展到相當高的水平。在理論上，形成了一套比較完整的理論。在平。在理論上，形成了一套比較完整的理論。在合成上，人們不僅能合成出一般的天然有機物，合成上，人們不僅能合成出一般的天然有機物，也能合成出自然界沒有的有機物，還能合成出比也能合成

20、出自然界沒有的有機物，還能合成出比自然界性能更優(yōu)異的材料來。有機化學和有機化自然界性能更優(yōu)異的材料來。有機化學和有機化合物已經(jīng)發(fā)展到無處不在，無處不用的水平。合物已經(jīng)發(fā)展到無處不在，無處不用的水平。在我國，化學家們先后合成了牛胰島素、丙氨酸在我國，化學家們先后合成了牛胰島素、丙氨酸轉(zhuǎn)移酶等，這些都是有生物活性的大分子。轉(zhuǎn)移酶等，這些都是有生物活性的大分子。編輯課件36a. 天然有機化學天然有機化學b. 有機化學物的結(jié)構(gòu)鑒定有機化學物的結(jié)構(gòu)鑒定(有機分析）有機分析）c. 物理有機化學（反應(yīng)機理的研究）物理有機化學（反應(yīng)機理的研究）d. 有機合成化學有機合成化學e. 金屬與元素有機化學金屬與元素有

21、機化學f. 生物有機化學生物有機化學5）有機化學的主要分支）有機化學的主要分支編輯課件373. 有機化學的若干預(yù)備知識l有機化合物及有機化學的定義有機化合物及有機化學的定義l有機化合物的分類有機化合物的分類l有機化合物的特點有機化合物的特點l有機化合物的化學鍵有機化合物的化學鍵l有機反應(yīng)的知識有機反應(yīng)的知識l分子間的力分子間的力l有機溶劑的分類有機溶劑的分類編輯課件381）. 有機化合物及有機化學的定義有機化合物及有機化學的定義有機化合物有機化合物：Organic Compound含碳的化合物（除含碳的化合物（除CO、碳酸鹽等）：碳氫化、碳酸鹽等）：碳氫化合物合物(烴烴 hydrocarbon

22、s)及其衍生物（及其衍生物（derivative)有機化學有機化學： Organic Chemistry研究有機物制備（研究有機物制備（preparation)、結(jié)構(gòu)（、結(jié)構(gòu)（structure)、性質(zhì)性質(zhì)(property)、應(yīng)用、應(yīng)用(application)的科學的科學編輯課件392）有機化合物的分類（1）定義：在有機化學中，常把只含有碳、氫兩種元素的化合）定義：在有機化學中，常把只含有碳、氫兩種元素的化合物看做母體，稱做物看做母體，稱做烴烴(hydrocarbon)，如烷烴、烯烴、炔烴、，如烷烴、烯烴、炔烴、芳烴等。而把母體中一個或幾個氫原子被其它原子或原子團取芳烴等。而把母體中一個或

23、幾個氫原子被其它原子或原子團取代后的生成物叫做烴的代后的生成物叫做烴的衍生物衍生物這些取代的原子或原子團叫做這些取代的原子或原子團叫做官官能團能團。（2）對于基本的烴類，按照碳鏈的結(jié)合方式不同可分為以下幾）對于基本的烴類，按照碳鏈的結(jié)合方式不同可分為以下幾類：類：編輯課件40同同分分異異構(gòu)構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)碳架異構(gòu)位置異構(gòu)官能團異構(gòu)互變異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)幾何異構(gòu)旋光異構(gòu)編輯課件41OHNHBn手 性 輔 助 試 劑COPhCHOONBnPhOCPhCOOHH3COHM eM gxONBnPh1. H+CH3OH2. O+OHNHBn手 性 輔 助 試 劑編輯課件42(4)雜環(huán)化合物：可看做是

24、相應(yīng)芳香環(huán)上的碳原子被雜原子取雜環(huán)化合物：可看做是相應(yīng)芳香環(huán)上的碳原子被雜原子取代后的生成物。如：代后的生成物。如：(5)天然有機化合物：是指從自然界的動植物中提煉出來的有天然有機化合物：是指從自然界的動植物中提煉出來的有機化合物。如：碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂等。機化合物。如：碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂等。BH2HB2HBH+OHOH( R) -87% e. e.編輯課件433）.有機化合物的特點(1)在結(jié)構(gòu)上在結(jié)構(gòu)上：碳是有機化合物的主要組成元素和骨架。由于碳原子相互結(jié)碳是有機化合物的主要組成元素和骨架。由于碳原子相互結(jié)合能力很強，可以形成長短不等的鏈，大小不同的環(huán)，小則一、兩個碳合能力很強，

25、可以形成長短不等的鏈，大小不同的環(huán)，小則一、兩個碳原子就可形成一個分子；多則幾千個、幾萬個、甚至幾十萬個碳原子組原子就可形成一個分子；多則幾千個、幾萬個、甚至幾十萬個碳原子組成高分子。因此，盡管有機物只由少數(shù)幾種元素組成，卻能構(gòu)成分子量成高分子。因此，盡管有機物只由少數(shù)幾種元素組成，卻能構(gòu)成分子量不同的許多分子。不同的許多分子。(2)同分異構(gòu)現(xiàn)象同分異構(gòu)現(xiàn)象：即使分子式相同，由于碳原子之間的連接方式和空間的：即使分子式相同，由于碳原子之間的連接方式和空間的排布方式不同，也可產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不同的一系列化合物。例：排布方式不同，也可產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不同的一系列化合物。例：編輯課件44H + C lHCl4 H

26、+ C CH4編輯課件45C4H8的同分異構(gòu)現(xiàn)象的同分異構(gòu)現(xiàn)象COP hC H OCP hC O O HH3CO H編輯課件46 定義：分子式相同，而分子的結(jié)構(gòu)不同所產(chǎn)生的一系列定義：分子式相同，而分子的結(jié)構(gòu)不同所產(chǎn)生的一系列化合物叫做化合物叫做同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體。產(chǎn)生同分異構(gòu)體的現(xiàn)象叫做同分異。產(chǎn)生同分異構(gòu)體的現(xiàn)象叫做同分異構(gòu)現(xiàn)象。構(gòu)現(xiàn)象?？梢?，分子中碳原子的數(shù)目越多，同分異構(gòu)體的數(shù)目也可見，分子中碳原子的數(shù)目越多，同分異構(gòu)體的數(shù)目也越多。因此，同分異構(gòu)現(xiàn)象也是有機化合物數(shù)目眾多的原因越多。因此，同分異構(gòu)現(xiàn)象也是有機化合物數(shù)目眾多的原因之一。之一。編輯課件47(3)對 烴 的 衍 生 物

27、按 官 能 團 的 不 同 分 類 ：官 能 團烷 烴芳 烴 X O H C H O C O O HNO2NH2 O RCH3CH3CH3CH2XXCH3CH2OHOHCH3CH2ORORCH3CH2CHOCHOCH3CH2COOHCOOHCH3CH2NO2NO2CH3CH2NH2NH2鹵 代 烴醇 ， 酚醚醛 ， 酮羧 酸 及 其 衍 生 物硝 基 化 合 物胺衍 生 物(3) 在性質(zhì)上：編輯課件484）. 有機化合物的化學鍵l有機化合物中常見的化學鍵：有機化合物中常見的化學鍵： 共價鍵、配位鍵共價鍵、配位鍵HC l 鍵乙 烯 鍵 鍵編輯課件49 （1 1） 共價鍵的特點共價鍵的特點a. 飽

28、和性：b. 方向性： CCCCCC*CCC*CCC*CCC*鍵長增加C H44HC+H = 39 7.2k cal / m olC H 鍵能 = 99 .3 k ca l / m ol編輯課件50（2）共價鍵的屬性：）共價鍵的屬性：鍵長、鍵能、鍵角鍵長、鍵能、鍵角（鍵參數(shù)）（鍵參數(shù)）鍵長鍵長：穩(wěn)定的分子中兩個原子核之間的距離。 CH4CH3 + H H = 10 4 kca l/m o lCH3CH2 + H H = 2 x 10 6 kca l/m o lCH2CH + HCHC + H H = 81 kcal/m ol鍵能鍵能：將兩個成鍵原子分開，使其成為原子狀態(tài)所需的能量。 HHCHHH

29、3CCH3CHHHNHH109.511260107編輯課件51解離能解離能：斷開某一共價鍵所需要的能量（不同于鍵能）CHClHHHClClClCClCClClClHHHN鍵角鍵角：分子中共價鍵之間的夾角分子中共價鍵之間的夾角。 SP:180o, SP2: 120 o, SP3: 109.5 o H3CSCH3O編輯課件52（3 3）、共價鍵的極性，有機分子的極性）、共價鍵的極性，有機分子的極性v共價鍵的極性隨成鍵原子的電負性、雜化方式共價鍵的極性隨成鍵原子的電負性、雜化方式 而改變。而改變。v分子的極性：雙原子分子，多原子分子。分子的極性：雙原子分子，多原子分子。編輯課件53定向力定向力：極性

30、分子間的作用力，偶極：極性分子間的作用力，偶極偶極作用力，偶極作用力，色散力色散力：極性分子和非極性分子內(nèi)之間的作用力。：極性分子和非極性分子內(nèi)之間的作用力。 分子內(nèi)部電荷分布不均勻，運動瞬間產(chǎn)生暫時偶極。分子內(nèi)部電荷分布不均勻，運動瞬間產(chǎn)生暫時偶極。 極化率：極化率：RI RBr RCl RF氫鍵氫鍵：氫原子與原子半徑小、電負性強且有未共用電子對：氫原子與原子半徑小、電負性強且有未共用電子對的原子（的原子（F、O、N）結(jié)合時產(chǎn)生的力。）結(jié)合時產(chǎn)生的力。 三種力大小比較：三種力大小比較：氫鍵氫鍵 定向力定向力 色散力色散力5 5 ）分子間的力）分子間的力編輯課件54超分子化學超分子化學超分子化

31、學式研究兩種以上的化學物種通過分子間力相互作用締結(jié)而成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子體系的科學。 +超分子化學超分子化學編輯課件55簡介簡介被 利 用 原 子 的 質(zhì) 量反 應(yīng) 中 所 使 用 的 全 部 反 應(yīng) 物 分 子 的 質(zhì) 量 1 0 0 %原 子 利 用 率 % =受體受體NoImageNoImage水相水相CHCl3相相18冠醚冠醚-6冠醚相轉(zhuǎn)移催化冠醚相轉(zhuǎn)移催化編輯課件56l按化學鍵的變化分類按化學鍵的變化分類l 自由基型反應(yīng)自由基型反應(yīng) 均裂均裂 A ：B AB 自由基l 離子型反應(yīng)離子型反應(yīng) 異裂異裂 A ：B AB: 離子l 協(xié)同反應(yīng)協(xié)同反應(yīng) 沒有活性中間體，鍵斷裂與生成同

32、步?jīng)]有活性中間體，鍵斷裂與生成同步l按反應(yīng)形式分類按反應(yīng)形式分類 取代、加成、消除、分子重排、縮合、聚合、氧取代、加成、消除、分子重排、縮合、聚合、氧化、還原、酸堿反應(yīng)、相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)等化、還原、酸堿反應(yīng)、相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)等一個反應(yīng)的反應(yīng)過程的詳細描述，稱為該反應(yīng)的反應(yīng)一個反應(yīng)的反應(yīng)過程的詳細描述，稱為該反應(yīng)的反應(yīng)機理機理( (又稱為反應(yīng)歷程或反應(yīng)機制又稱為反應(yīng)歷程或反應(yīng)機制) )。6).6).有機反應(yīng)有機反應(yīng)(1）.有機反應(yīng)的分類有機反應(yīng)的分類編輯課件57 研究較清楚的有機反應(yīng)有3000多個，在有機合成上有通用價值的約200多個。(3)、有機反應(yīng)的評價、有機反應(yīng)的評價 -好的有機反應(yīng)才有合成上

33、的價值好的有機反應(yīng)才有合成上的價值.編輯課件58l（1 1）高的反應(yīng)產(chǎn)率）高的反應(yīng)產(chǎn)率l（2 2）溫和的反應(yīng)條件）溫和的反應(yīng)條件l（3 3）優(yōu)異的反應(yīng)選擇性，包括化學選擇性、區(qū)域選擇性和）優(yōu)異的反應(yīng)選擇性，包括化學選擇性、區(qū)域選擇性和立體選擇性等立體選擇性等l（4 4）易于獲得的反應(yīng)起始原料）易于獲得的反應(yīng)起始原料l（5 5）盡可能是化學計量反應(yīng)向催化循環(huán)反應(yīng)發(fā)展）盡可能是化學計量反應(yīng)向催化循環(huán)反應(yīng)發(fā)展l（6 6）對環(huán)境污染盡量少）對環(huán)境污染盡量少好的合成反應(yīng)評價標準好的合成反應(yīng)評價標準編輯課件59（4）有機反應(yīng)的選擇性l化學選擇性化學選擇性Chemoselectivity試劑對不同官能團的選

34、擇性反應(yīng)CHONaBH4CH2OH編輯課件60有機反應(yīng)的選擇性有機反應(yīng)的選擇性Regioselectivity (區(qū)域區(qū)域選擇性選擇性) )，分子中處于不，分子中處于不同位置有相同官能團，同位置有相同官能團，試劑對某一特定位置上試劑對某一特定位置上的官能團優(yōu)先反應(yīng)；一的官能團優(yōu)先反應(yīng)；一些官能團如些官能團如C=CC=C，或者，或者C=OC=O的的 位，有不同的反位，有不同的反應(yīng)點，但其中某一個反應(yīng)點，但其中某一個反應(yīng)點優(yōu)先反應(yīng)應(yīng)點優(yōu)先反應(yīng)。HOHOOHMnO2OHOOHR1) B2H62) H2O2, OH1) Hg(OAc)2, H2O2) NaBH4ROHROH編輯課件61有機反應(yīng)的選擇性

35、有機反應(yīng)的選擇性l立體選擇性Stereoselectivity包括包括: (1): (1)順反異構(gòu)的選擇順反異構(gòu)的選擇性；性；(2)(2)對映面的選擇性等。對映面的選擇性等。R1R2H2, Lindlar PdHR1R2HHR1HR2Na, NH3(l)OLiAlH4HOHOHH+91:編輯課件62l1. 1. 質(zhì)子溶劑質(zhì)子溶劑 能與負離子形成強氫鍵的溶劑（如：能與負離子形成強氫鍵的溶劑（如：H H2 2O O，CHCH3 3OHOH，CHCH3 3COOHCOOH等含有活潑氫的溶劑）。等含有活潑氫的溶劑）。l2. 2. 極性質(zhì)溶劑極性質(zhì)溶劑( (非質(zhì)子性極性溶劑非質(zhì)子性極性溶劑) ) l3.

36、 3. 非極性溶劑非極性溶劑 （如（如CClCCl4 4，苯等），苯等）C4H8CH2CHCH2CH3CH3CHCHCH3CH2CH2CH2CH2CH3CCH3CHCH3HCCH3CHHCH37)7)有機溶劑的分類有機溶劑的分類編輯課件638）研究有機化合物的一般步驟1 1、分離提純、分離提純 蒸餾、分餾、重結(jié)晶、色譜法等。蒸餾、分餾、重結(jié)晶、色譜法等。2 2、純度鑒定、純度鑒定 通常，固體的熔點在通常，固體的熔點在0.50.52 2 o oC C之間，之間，液體沸點在液體沸點在1 12 2 o oC C之間。之間。 此外可用氣相色譜和液相色譜法判斷純度。此外可用氣相色譜和液相色譜法判斷純度。

37、 編輯課件643 3、實驗式及分子式的確定：、實驗式及分子式的確定： 一般情況下由元素分析確定有機化合物的實驗式，然后由一般情況下由元素分析確定有機化合物的實驗式，然后由質(zhì)譜法確定有機化合物的分子量，然后求出該化合物的分子式質(zhì)譜法確定有機化合物的分子量，然后求出該化合物的分子式解：解：碳質(zhì)量碳質(zhì)量=4.74=4.7412/44=1.29g12/44=1.29g 氫質(zhì)量氫質(zhì)量=1.92 =1.92 2/18=0.213 g2/18=0.213 g 氧質(zhì)量氧質(zhì)量=1.757g=1.757g 則該化合物各元素的摩爾數(shù)之比為：則該化合物各元素的摩爾數(shù)之比為： 1.29/121.29/12：0.213/

38、10.213/1：1.757/16 11.757/16 1：2 2：1 1 既其化學式為既其化學式為CHCH2 2O O，因其分子量為，因其分子量為6060，則其分子式為，則其分子式為C C2 2H H4 4O O2 2例題：例題：3.26g3.26g樣品燃燒后，得到樣品燃燒后，得到4.74gCO24.74gCO2和和1.92gH2O,1.92gH2O,實驗測得其相對分子量為實驗測得其相對分子量為6060。4 4、結(jié)構(gòu)式鑒定、結(jié)構(gòu)式鑒定核磁共振譜、紅外光譜、質(zhì)譜、紫外光譜等。核磁共振譜、紅外光譜、質(zhì)譜、紫外光譜等。編輯課件65如何學習有機化學如何學習有機化學1 1、培養(yǎng)興趣；、培養(yǎng)興趣；2 2

39、、掌握結(jié)構(gòu)的特點，打好原子軌道、分子軌道等、掌握結(jié)構(gòu)的特點，打好原子軌道、分子軌道等 相關(guān)基礎(chǔ)；相關(guān)基礎(chǔ)；3 3、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)；、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)；4 4、重視反應(yīng)機理的理解和掌握；、重視反應(yīng)機理的理解和掌握；4 4、掌握一般規(guī)律，也要記一些重要的特殊性質(zhì)；、掌握一般規(guī)律，也要記一些重要的特殊性質(zhì)；5 5、獨立完成習題，課下復(fù)習；、獨立完成習題，課下復(fù)習；6 6、實驗技能的掌握、實驗技能的掌握編輯課件664. 有機合成介紹有機合成介紹是科學和藝術(shù)的完美結(jié)合。是科學和藝術(shù)的完美結(jié)合。集實用性和欣賞性與一身。集實用性和欣賞性與一身。 編輯課件67NHCH2=CHNCHOHHCH3O編輯課件68此后，有

40、機合成進入R.B.Woodward時代。NONO馬馬 錢錢 子子 堿堿CH3OCH3ORobert Burns WoodwardThe Nobel Prize in Chemistry 1965他完成的全合成有：1.喹啉 (1944年）2.利血平（1956年）3.膽甾醇（1951年）4.馬錢子堿（1954年）5.羊毛甾醇（1954年）6.葉綠素（1960年）7.四環(huán)素（1963年）8.維生素B12（1973年）9.紅霉素（1981年）編輯課件691944年奎寧奎寧編輯課件701954年編輯課件711960年編輯課件721973年Vitamin B12歷時15年，一百多人參加編輯課件731981

41、年18個手性中心，可能的光學異構(gòu)體218(262144個異構(gòu)體之一，49人參加）編輯課件74 除了對有機合成的巨大貢獻外，woodward在理論化學上的貢獻還功不可沒。他和霍夫曼（量子化學）提出了解釋周環(huán)反應(yīng)的分子軌道對稱守恒原理，然而在1981年頒發(fā)諾貝爾獎時，由于woodward已經(jīng)逝世，所以頒給了霍夫曼和日本的福井謙一，否則woodward可以成為首次獲得兩次諾貝爾化學獎的科學家。 編輯課件75艾里亞斯艾里亞斯詹姆斯詹姆斯科里科里，。Elias James Corey 編輯課件76 有機合成化學的宗師級人物。在有機合成發(fā)展史上被公認為伍德沃德伍德沃德概念上的學術(shù)接班人。他的鼎盛時期被稱為

42、有機合成史上的“科里時代”，把有機合成請下神壇的人物。 他的最大貢獻在于將“伍德沃德創(chuàng)立的合成藝術(shù)變?yōu)楹铣煽茖W”，歸納并系統(tǒng)化了有機合成方法，提出逆合成分析理論，使得合成設(shè)計變成一門可以學習的科學，而不是帶有個人色彩的絕學。完成了一百多種復(fù)雜天然產(chǎn)物的全合成，例如：前列腺素，多醚，生物堿，B-內(nèi)酰胺（重要的抗生素），大環(huán)內(nèi)酯（另外一種重要抗生素），海葵毒素，卟啉、長葉松萜烯(longifolene)等。 編輯課件77銀杏內(nèi)酯編輯課件78TBS保護基PCC/PDC氧化劑二亞胺還原劑二噻烷極性反轉(zhuǎn)技術(shù)CBS不對稱還原Corey-Kim氧化科里也是一個富有創(chuàng)造性的學者，發(fā)明了許許多多的試劑和方法(據(jù)

43、統(tǒng)計有50種以上的重要試劑和合成方法)。很多方法已經(jīng)成為現(xiàn)代有機合成的慣用方法。編輯課件79lCorey開創(chuàng)并倡導(dǎo)了計算機輔助合成設(shè)計，與人合作將計算機圖形處理技術(shù)引入有機化學信息系統(tǒng)管理。后來導(dǎo)致了Chemdraw、Scifinder等的出現(xiàn)。 編輯課件80K. C. Nicolaou柯柯西西尼古勞尼古勞，現(xiàn)代有機界的大佬，財大氣粗，什么分子都敢做，什么分子都能做。編輯課件81Phil Baran，這個名字做合成的肯定是如雷貫耳。77出生，2001年，博士學位，師從全合成的巨牛K C Nicolaou，Harward做postdoc，師從全合成的泰斗E J Corey。2003年，Scrip

44、ps做AP，2008年晉升為Full Prof，年僅31歲。他做學生就巨牛，只花一年時間就完成了CP分子的全合成，CP是那種看一眼就讓人頭暈的分子，在合成中他大量使用串聯(lián)反應(yīng)，真是嘆為觀止。他獨立工作后，將串聯(lián)反應(yīng)在全合成中應(yīng)用發(fā)揮到了極致，完成了一系列的復(fù)雜的分子，可怕的是，路線都很短，一般不超過十五步，幾乎都可以克級制備目標產(chǎn)物。他獨立工作這五年取得的成就，別人即使用一生取得，也可以稱得上一流。可以預(yù)見，今后他取得的成就應(yīng)該不在KCN之下。P. S. Baran 巴頓巴頓，神秘刺客，劍走偏鋒，常能出奇制勝。 OOOH2NOHOHOHOOHOHMeHOOHOHOHOHOHHOOOHOHHOO

45、HOOHOHOHOOHOHMeOHOHHOOHOHOHOOMeMeMeOHOHOHOHHOONHOHHOOHOHOHM eOHOOHNHHOOOH海 葵 毒 素Fukuyama亞洲全合成第一牛人，Kishi的得意門生。編輯課件82新的挑戰(zhàn)l現(xiàn)在，一些更為復(fù)雜的大分子也被人工合成出來。l?？舅貜姆蛛x到結(jié)構(gòu)鑒定，歷時11年；l從結(jié)構(gòu)確定到完成其全合成，歷時7年。編輯課件83O1. NH2OH2. HNH21. (CH3)2SO42.Br2BrBr1. Me2NH2. baseNMe21. (CH3)2SO42.1. Br22. 喹1. HBr2. Me2NHNa, EtOHNMe2NMe2Br2

46、NMe2BrBrNMe2BrBr1. KOH2.NMeNMe1. HBr2. OHHONMeOC C129129H H223223N N3 3O O5454, ,分子量分子量26802680，6464個手性中心個手性中心由Harvard大學的Kishi教授課題組完成，它的合成被譽為有機合成的珠穆朗瑪峰。20世紀有機合成工作的標志。編輯課件84R. Willstater合成顛茄酮的路線例1有機合成路線設(shè)計的重要性路線設(shè)計決定合成水平路線設(shè)計決定合成水平ONaBH4OHH+HHO(R)-(S)-11ratio:a mixture of racemic mixutre編輯課件8521年后，R. Ro

47、binson提出的合成顛茄酮的路線：有有機機化化合合物物鏈狀化合物環(huán)狀化合物碳環(huán)化合物雜環(huán)化合物脂環(huán)化合物芳環(huán)化合物脂雜環(huán)化合物芳雜環(huán)化合物編輯課件861、20世紀有機合成化學取得了輝煌的成就，但自然界和人類本身認識的發(fā)展將會不斷地向合成化學提出新的挑戰(zhàn)。 天然復(fù)雜分子的全合成：紫杉醇OAcHOBzOHOHOAcOOONPhOOOHPhH有機合成的新趨勢編輯課件87編輯課件88不對稱有機合成（asymmetric synthesis）有機合成的主要發(fā)展方向之一是天然有機物質(zhì)的人工合成。不對稱合成技術(shù)對保證合成產(chǎn)品的天然活性是至關(guān)重要的。在藥物，農(nóng)藥等的合成中，沒有不對稱合成技術(shù)是不可想象的。

48、不對稱的含義不對稱的含義：既沒有對稱面也沒有對稱中心。是“手性手性”的充分必要條件 。不對稱有機合成的目的不對稱有機合成的目的是獲得光學純化合物光學純化合物（或稱為（或稱為對映純對映純化合物）?；衔铮?獲得光學純化合物光學純化合物的重要性。的重要性。不對稱合成技術(shù)的重要性：2、發(fā)展高效、高選擇性合成反應(yīng)、發(fā)展高效、高選擇性合成反應(yīng)不對稱合成不對稱合成編輯課件89不對稱有機合成不對稱有機合成（asymmetric synthesis）：又稱）：又稱手性合成，與光學異構(gòu)現(xiàn)象緊密相關(guān)。指底物分手性合成，與光學異構(gòu)現(xiàn)象緊密相關(guān)。指底物分子中的潛（前）手性單元與反應(yīng)物作用形成不等子中的潛（前）手性單

49、元與反應(yīng)物作用形成不等量立體異構(gòu)體的過程。量立體異構(gòu)體的過程。 基本原理：基本原理：創(chuàng)造一個不對稱的反應(yīng)條件或環(huán)境，創(chuàng)造一個不對稱的反應(yīng)條件或環(huán)境，使取代或加成按一定的方向進行，從而得到手性使取代或加成按一定的方向進行，從而得到手性純化合物。純化合物。編輯課件90N H OO1 7 步 ， 總 產(chǎn) 率 為 0 .7 5 % . W ills ta tte r (1 8 9 6 )N H OC O OC O OC uC H OC H O+N H2C H3+C O OH2CH2CC O OOC u總 收 率 9 0 % ， （ 1 9 1 7 ， R . R o b in s o n ）注意：有潛

50、手性的底物在反應(yīng)過程中缺乏手性催化劑或手性試劑的誘導(dǎo)，生成的產(chǎn)物總體而言是沒有手性的。C H OO HH OC H2O HH OL-阿 拉 伯 糖H C NC NO HO HH OH OC H2O H+C NH OO HH OH OC H2O HC O O HO HO HH OH OC H2O H+C O O HH OO HH OH OC H2O H氰 醇 加 成 物L-甘 露 酸R atio2 : 1L-葡 糖 酸編輯課件91實現(xiàn)不對稱合成的途徑1、采用手性原料2、采用手性輔助試劑3、 采用手性試劑4、采用手性催化劑編輯課件921)、采用手性底物結(jié) 構(gòu) 式電 子 式離 子 鍵共 價 鍵配 位

51、 鍵xN a C lN a C lxH C lH- -C lx NHHHH+HNHHH+底物控制底物控制：由底物中的手性因素誘導(dǎo)新形成的手性中心形成不等量的非對映異構(gòu)體。由于底物分子的不對稱性，使分子的一側(cè)空間位阻增大，進攻試劑只能從位阻小的一側(cè)進攻。此法又分為不對稱加成途徑和不對稱取代途徑。編輯課件932)、采用手性輔助試劑、采用手性輔助試劑NOH OH手性輔助試劑與無手性底物共價鍵結(jié)合，進手性輔助試劑與無手性底物共價鍵結(jié)合，進行非對映選擇性反應(yīng)，得到的非對映異構(gòu)體行非對映選擇性反應(yīng)，得到的非對映異構(gòu)體可用常規(guī)方法分離、純化，然后除去手性輔可用常規(guī)方法分離、純化，然后除去手性輔助試劑得到手性化合物，總的結(jié)果往往是對助試劑得到手性化合物，總的結(jié)果往往是對映選擇性合成。映選擇性合成。需額外兩步反應(yīng)，需額外兩步反應(yīng)，但可回收，反復(fù)使但可回收，反復(fù)使用用編輯課件943)、采用手性試劑、采用手性試劑NYXH2NOH*NYXNCCOOR*HydrogenationNYXNCCOOHRH*Hydrogenolys