1、有機化學Organic chemistry張 小 紅溫州師范學院化學與材料科學學院 (663801)主要參考書汪小蘭編有機化學第三版，高等教育出版社，1997，北京邢其毅、徐瑞秋、周 政、裴偉偉,基礎有機化學第二版，上下冊，高等教育出版社，1993，北京。胡宏紋 主編，有機化學第二版，上下冊，高等教育出版社，1990，北京。第一章 緒論 有機化學1.1 有機化學的產生和發展 1.1.1 有機化合物和有機化學的含義有機化學A 生物體由有機物構成；組成頭發、皮膚、肌肉的蛋白質；控制遺傳基因的DNA；吃的食物；穿的衣服；吃的藥物。B 建筑材料；汽油；輪胎；塑料等腦白金（Melatonine)有機化學

2、感冒藥物快克，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能抑制前列腺素的合成而產生解熱作用白加黑成份: 每片含 日用片 夜用片對乙酰氨基酚 325mg 325mg鹽酸偽麻黃堿 30mg 30mg無水氫溴酸右美沙芬 15mg 15mg鹽酸苯海拉明 - 25mg解熱鎮痛止咳藥N，N-二甲基-2-（二苯甲氧基）乙胺鹽酸鹽，能竟爭性阻斷阻胺H1受體而產生抗組胺作用，有鎮靜，防暈動，止吐作用，可緩解支氣管平滑肌痙攣。抗過敏藥物N-甲基-3-甲氧基嗎啡烴，有鎮痛作用，但沒有嗎啡的成癮性和嗎啡樣的其它副作用。鹽酸偽麻黃堿，具有選擇性收縮上呼吸道毛細血管，消除鼻咽部粘膜充血、

3、減輕鼻塞癥狀。日用片在治療感冒中既可減輕上呼吸道粘膜充血，有明顯消除鼻塞、流涕、眼鼻搔癢、噴嚏、流淚等感冒的前期癥狀；又可治療由于感冒引起頭痛、發燒、咳嗽。鹽酸苯海拉明為抗組胺藥，可減輕感冒所致的流涕、打噴嚏等過敏癥。無水氫溴酸右美沙芬為很好的鎮咳藥物啟東蓋天力制藥股份有限公司有機化合物：Organic Compound有機化學含碳的化合物（除CO、碳酸鹽等）：碳氫化合物(烴 hydrocarbons)及其衍生物（derivative)有機化學： Organic Chemistry研究有機物制備（preparation)、結構（structure)、性質(property)、應用(applic

4、ation)的科學有機化學意義：是研究生物體及生命現象的基礎1.1.2 有機化學的產生和發展十九世紀初產生，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 。Organic Chemistry Wenzhou University1. 有機化合物的提純 十八世紀末，化學家們已經得到了一系列純的有機化合物 。代表人物是瑞典化學家舍勒(Scheele, 174217

5、86 )，他一生發現、提純了不少有機化合物 。Organic Chemistry Wenzhou UniversityScheele的主要提純工作從尿中提取尿酸(1780)尿酸正常男性尿酸根水平約為1000-2000mg，而女性約為一半。痛風病人的尿酸根水平為正常水平的2-3倍Scheele的主要提純工作從檸檬中提取檸檬酸(1784)從蘋果中提取蘋果酸(1785)檸檬酸 蘋果酸其他化學家的分離提純工作 1773年，由尿中發現尿素 1805年，由鴉片中得到第一個生物堿嗎啡。1818年，由植物葉中分離出葉綠素。1820年，由植物中分離出馬錢子堿、番木鱉堿、辛可寧等生物堿。Organic Chemi

6、stry Wenzhou University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）的名字將這些物質命名為“嗎啡”。葉綠素1818年，由植物葉中分離出葉綠素。辛可寧堿金雞納樹皮與奎寧金雞納樹皮是治療瘧疾的特效藥，原產于南美洲的厄瓜多爾。它的發現還有一段傳說：相傳有一個患嚴重瘧疾的印第安人來到了厄瓜多爾南部洛哈省的馬拉卡拉斯地區，由于口渴難耐，他爬

7、到了當地一個小池塘邊喝水。小池塘里浸泡了許多樹，水很苦，但喝完水后，他的病情卻好了許多。這件事很快在印第安人中傳開，從此印第安人便最先開始用這種樹皮治療瘧疾。后來傳教士胡安絡佩斯知道了這個古老的秘密，并把一塊金雞納樹皮帶到了西班牙，用它治好了西班牙駐秘魯總督夫人安娜辛可伯爵夫人的瘧疾。于是這個消息在西班牙廣為傳播。人們便以總督夫人的名字命名這樹皮為辛可那（Cincnona）。法國藥師佩雷蒂爾和卡文頓猜想金雞納樹皮中肯定含有治療瘧疾的成分，便嘗試著進行分離。他于1826年從金雞納樹皮中提取到有效成分奎寧和辛可寧。由于辛可寧的生理活性僅為奎寧的1/5，所以只將奎寧用于治療瘧疾。目前，奎寧仍是治療瘧

8、疾的首選藥。 2. 有機合成的功勞 Wohler由氰酸銨加熱合成了尿素：1845年 Kolbe(柯爾伯)合成了醋酸 1854年 Berthelot(貝特羅)合成了油脂 1861年 布特列洛夫合成了糖 一百多年來人工合成的有機化合物超過700萬種 有機化學是一門迅速發展的學科 19011998年，諾貝爾化學獎共90項，其中有機化學方面的 化學獎55項，占化學獎61% 當代有機化學發展的一個重要趨勢：與生命科學的結合。 1980年(DNA) 1997年(ATP)與生命科學有關的化學諾貝爾獎 八項； 有機化學以其價鍵理論、構象理論、各種反應及其反應機理成 為現代生物化學和化學生物學的理論基礎； 在蛋

9、白質、核酸的組成和結構的研究、順序測定方法的建立、 合成方法的創建等方面，有機化學為分子生物學的建立和發展 開辟了道路； 確定DNA為生物體遺傳物質, 是由生物學家和化學家共同完成； 人類基因組“工作框架圖”組裝后基因組計劃序列基因 (Sequence Genomics)結構基因(Structural Genomics)1.2有機化合物的特點1.2.1有機化合物的種類繁多1.2.2分子組成和結構復雜 同分異構體： 兩種或多種有相同的分子式，但結構不同的化合物（如C2H2O6 ,有乙醇、甲醚兩種分子）。同分異構現象： 具有同分異構體的現象稱為同分異構現象。 1.2.3 有機化合物性質上的特點 (

10、1) 容易燃燒 (2) 熱穩定性差 (3) 熔點、沸點低(4) 難溶于水 (5)反應速率比較慢 (6) 反應復雜、副反應多Organic Chemistry Wenzhou University1.3 化學鍵和分子結構1.3.1 價鍵理論（共用電子對理論） 化學鍵：將原子結合在一起的電子作用離子鍵：穩定的正、負離子通過靜電引力而形成的化學鍵。 共價鍵：兩個帶正電的原子核對共用電子對的吸引,使兩原子結合在一起而形成的化學鍵。共價鍵的特點：飽和性： 一般說來，原子核外未成對電子數，也就是該原子可能形成的共價鍵的數目。方向性： 共價鍵是由參與成鍵原子的電子云重疊形成的，電子云重疊越多，則形成的共價鍵

11、越穩定，因此電子云必須在各自密度最大的方向上重疊。Organic Chemistry Wenzhou University1.3.2 分子結構 有機分子有特定的大小和立體形狀：共價鍵的飽和性和方向性決定了有機分子是幾種元素原子按特定方式結合。分子的物理、化學以至生理活性與分子結構有密切關系1.3.3 極性鍵與非極性鍵 相同元素的原子間形成的共價鍵沒有極性（非極性）。不同元素的原子間形成的共價鍵，由于共用電子對偏向于電負性較強的元素的原子而具有極性Organic Chemistry Wenzhou University1.4 共價鍵的鍵參數(1) 鍵長：原子核之間的距離。C-H鍵的鍵長0.109

12、 nm, C-C鍵的鍵長0.154 nm(丙烷中),(2) 鍵能：當A和B兩個原子(氣態)結合生成A-B分子(氣態)時，放出的能量，單位：KJ/mol 鍵能愈大,鍵愈牢固。 (3) 鍵角：兩個共價鍵之間的夾角。共鍵價的方向性決定鍵角的形成。CH4中HCH為10928,(4)共價鍵的極性 極性鍵 ：鍵距 =e.d極性分子：偶極距Organic Chemistry Wenzhou University偶極矩越大，鍵的極性越強。鍵的極性是決定分子的物理及化學性質的重要因素之一。雙原子分子：鍵的偶極矩就是分子的偶極矩例如： U=1.03 D多原子分子：分子的偶極矩是各鍵的偶極矩的向量和，決定于分子的形

13、狀。 U=0 D有機化學分子的極性1.5 分子間的力1.5.1 定向力：極性分子間的作用力，偶極偶極作用力，1.5.2 色散力：極性分子和非極性分子內之間的作用力。 分子內部電荷分布不均勻，運動瞬間產生暫時偶極。 極化率：RI RBr RCl RF1.5.3 氫鍵：氫原子與原子半徑小、電負性強且有未共用電子對的原子（F、O、N）結合時產生的力。 三種力大小比較：氫鍵 定向力 色散力Organic Chemistry Wenzhou University1.6 有機反應的基本類型(1) 均裂: 共價鍵斷裂時，成鍵的一對電子平均地分給兩個原子或基團，生成的帶電子的原子或原子團叫自由基，按這種方式發

14、生的反應為游離基反應. A:B A. + B.Cl:Cl Cl. + Cl. CH4 + Cl. CH3. + Cl2(2) 異裂: 共價鍵斷裂時，成鍵的一對電子為其中的一個原子或原子團所有,生成了正離子與負離子，按這種方式發生的反應為離子型反應。C:X C+ + X- 形成碳正離子C:X C- + X+ 形成碳負離子 (3) 協同反應：舊鍵的生成和新鍵的產生是同時進行的Organic Chemistry Wenzhou University1.7 有機化學中的電子效應、立體效應和溶劑化效應1.7.1 誘導效應（inductive effect) (用I表示）以氫為標準，斥（給、供）電子的原子

15、（團）的誘導效應表現在其本身將帶有微量正電荷，用“+I”表示；反之，吸電子的原子（團）產生的誘導效應可用“-I”表示。“-I”效應主要原子（團）的有：-X、-NO2、-CN、=O、-NH2“+I”效應主要是烷基和一些帶負電的原子（團） 如：-O-、-CO2-、-R各種烷基給電子的能力：R3C- R2CH- RCH2-Organic Chemistry wenzhou University1.7.2 共軛效應(Conjugation Effect)- 共軛：在不飽鍵和單鍵交替出現的分子中，P電子的運動范圍不再局限于孤立的各個鍵原子之間，而是擴展到所有的帶不飽鍵的原子之間，即產生了離域現象。這種單

16、重鍵交替出現的分子稱為共軛分子，又稱- 共軛。 給電子：“+C”；吸電子：“-C”-+Nu- - + + 有機化學b. P- 共軛存在于氧、硫、氮、鹵素等孤對電子以及正負離子、自由基與雙鍵之間 為+C效應.c. , -共軛以及, P- 共軛（超共軛）牽涉-鍵的共軛，比上述共軛弱得多有機化學 1.8 研究有機化學的方法（提取、合成） (1) 分離提純 重結晶、升華、蒸餾、分餾、色譜分離 (2) 純度的檢定 熔點、沸點、相對密度、折光率 (3) 實驗式和分子式的確定 定性分析：確定化合物的元素組成。 定量分析：確定各元素的相對含量。 (4) 結構式的確定 ：化學方法和物理方法.現代物理方法:X衍射、紅外光譜、核磁共振譜、質譜1.9有機化合物的分類1.9.1 按分子中碳原子的骨架分類(1)開鏈化合物：碳原子相互連接成鏈狀骨架的化合物。 丙烷、丙烯、丙有支鍵的化合物也屬于開鍵化合物。 (2) 碳環化合物：完全由碳原子組成的碳環結構的化合物 A：脂環族化合物：性質與脂肪族化合物相似。B：芳香族化合物：同平面環閉共軛體系。(3)雜環化合物：碳原子和其它原子(O、