Organic Chemistry(濱 州 醫(yī) 學(xué) 院 藥 學(xué) 院 ) Organic Chemistry為 什 么 有 機(jī) 物 的 數(shù) 量 比 無 機(jī) 物 多 這 么 多 ？有 機(jī) 化 學(xué) 碳 化 合 物 的 化 學(xué) 憑 什 么 一 個 C就 能 成 為 一門 獨(dú) 立 學(xué) 科 ？1、 與 人 類 關(guān) 系 密 切2、 數(shù) 量 眾 多3、 性 質(zhì) 特 點(diǎn) 不 同 于 無 機(jī) 物 有 機(jī) 物 上 千 萬 種無 機(jī) 物 幾 百 萬 種每 年 新 增 有 機(jī) 物 幾 千 種有 機(jī) 物 結(jié) 構(gòu) 繁 雜 ！結(jié) 構(gòu) Organic Chemistry學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的方法 理 解 的 基 礎(chǔ) 上 記 憶 的 必 要 性 ； 在 有 機(jī) 化 學(xué) 中 , 涉 及 到 大 量 的 化 合 物 的 結(jié) 構(gòu) 特 性 、 理 化 性 質(zhì) 以及 各 化 合 物 之 間 的 關(guān) 聯(lián) , 很 難 想 象 , 如 果 不 花 時 間 去 記 憶 的 話 , 是 很 難 取 得 好 成 績 的 。 掌 握 結(jié) 構(gòu) 的 特 點(diǎn) ； 從 結(jié) 構(gòu) 上 理 解 化 合 物 的 反 應(yīng) 性 就 容 易 記 住 ； 掌 握 一 般 規(guī) 律 ， 也 要 記 一 些 重 要 的 特 殊 性 質(zhì) ； 勤 學(xué) 好 問 ; 很 高 興 總 有 能 問 問 題 的 人 。 如 果 一 個 人 學(xué) 了 一 本 有 機(jī) 化 學(xué) 覺 得沒 什 么 好 問 的 話 , 有 兩 種 可 能 , 要 么 是 天 才 , 要 么 就 是 沒 有 用 心的 學(xué) 。 但 很 多 人 問 的 問 題 其 實 課 本 中 就 有 答 案 , 為 什 么 找 不 到 ? 看 書 太 馬 虎 (希 望 帶 著 問 題 精 研 教 材 )。 獨(dú) 立 完 成 習(xí) 題 的 重 要 性 ； 很 多 人 抱 怨 , 知 識 點(diǎn) 能 記 得 , 也 能 理 解 , 但 遇 到 題 目 就 不 會 , 或 者 是 題 目 講 的 時 候 都 知 道 , 就 自 己 做 不 出 。 這 就 是 缺 乏 習(xí) 題 訓(xùn) 練的 結(jié) 果 。 Organic Chemistry1.1 有 機(jī) 化 合 物 (organic compounds) 及 有 機(jī) 化 學(xué) 的 涵 義 ；1.2 有 機(jī) 化 合 物 的 結(jié) 構(gòu) 和 特 點(diǎn) ；1.3 共 價 鍵 的 理 論 (掌 握 共 價 鍵 斷 裂 方 式 )；1.4 有 機(jī) 物 的 分 類 。1.5 有 機(jī) 化 學(xué) 中 的 酸 和 堿 Organic Chemistry1.1 有 機(jī) 化 合 物 及 有 機(jī) 化 學(xué) 的 涵 義一 、 有 機(jī) 化 合 物 有 機(jī) 化 合 物 中 除 C、 H以 外 , 還 含 有 O、 N、 S、 P、 鹵 素 等 少 數(shù) 幾 種 元 素 。 含 碳 的 化 合 物 (除 CO、 CO2、 CS2、 HCN 、 碳 酸 鹽 等 ):NH 4OCN H 2N-C-NH 260 O1828年 ,維 勒 由 氰 酸 銨 (典 型 無 機(jī) 物 )制 成 尿 素 (典 型 有 機(jī) 物 )檸 檬 酸 蘋 果 酸 CH2CO2HC CH2CO2HHO CO2H CO2HC CH2CO2HOHH 109.5HH HH C碳 氫 化 合 物 (烴 hydrocarbons)及 其 衍 生 物 (derivative) Organic Chemistry OH NHO CH3 對乙酰氨基酚 有 機(jī) 化 合 物 與 人 們 的 生 活 密 切 相 關(guān) 、 種 類 繁 多 。A. 生 物 體 由 有 機(jī) 物 構(gòu) 成 ; 動 植 物 結(jié) 構(gòu) 組 織 的 蛋 白 質(zhì) 和 纖 維 素 、 控 制 遺 傳 基 因 的 DNA; 吃的 食 物 ; 穿 的 衣 服 (纖 維 ); 吃 的 藥 物 、 補(bǔ) 品B. 建 筑 材 料 ; 汽 油 ; 輪 胎 (橡 膠 ); 塑 料 、 農(nóng) 藥 、 香 料 等C. 日 用 品 (洗 滌 劑 、 殺 蟲 劑 、 化 妝 品 等 等 ) N CH2CH2NHAcMeO H 腦 白 金感 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(chǎn) 生 解 熱 作 用 Organic Chemistry 分 子 式 的 表 示 方 法 簡 介 CHO 短 線 構(gòu) 造 式 : CH HHHCH3CH2CH2CH3 O 構(gòu) 造 簡 式 :鍵 線 式 (Bond-line formula): OH CHOO CH3-CH2-CH2-CH3 C C C CH H H HH H H H HH CH2CH2CH2 = , 八 元 環(huán) 以 上 少 見CH 2CH2CH2 = , 八 元 環(huán) 以 上 少 見H H H H HHH H H HHH HH H H HH H H H H H H H H H H HH H H H HH H CCH 3CH 3CH CH 2CH 2CH 3CH 3CH 3 注 意 擴(kuò) 展 表 示CH3(CH2)2CH3 構(gòu) 造 式 分 子 中 原 子 的 連 接 方 式 和 次 序 。 Organic Chemistry 分 子 式 的 表 示 方 法 簡 介楔 形 圖 : 表 示 立 體 效 果 CR1 R4R2R3 CR1 R4R2R3 鋸 架 式 : 用 于 表 示 構(gòu) 象 HH H H HH H H HH H H 重 疊式 交 叉式H H HH H H A A C CH HH HH H Organic Chemistry二 、 有 機(jī) 化 學(xué) 有 機(jī) 化 學(xué) 研 究 的 對 象 是 有 機(jī) 化 合 物 。 研 究 有 機(jī) 物 制 備 (preparation)、 結(jié) 構(gòu) (structure)、 性 質(zhì) (property)及 其 應(yīng) 用 (application)的 科 學(xué) 。 有 機(jī) 化 學(xué) 意 義 ： 是 研 究 生 物 體 及 生 命 現(xiàn) 象 的 基 礎(chǔ) !有機(jī)合成化學(xué)天然有機(jī)化學(xué)生物有機(jī)化學(xué)金屬與元素有機(jī)化學(xué)物理有機(jī)化學(xué)有機(jī)分析化學(xué) 藥物化學(xué)香料化學(xué)農(nóng)藥化學(xué)有機(jī)新材料化學(xué) 等學(xué)科 生命科學(xué)材料科學(xué)環(huán)境科學(xué)化學(xué)生物學(xué)能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè) 等方面. . 有 機(jī) 化 學(xué) 是 一 門 迅 速 發(fā) 展 的 學(xué) 科 Organic Chemistry1.2 有 機(jī) 化 合 物 的 特 點(diǎn)一 、 有 機(jī) 化 合 物 結(jié) 構(gòu) 的 特 點(diǎn)1、 分 子 組 成 復(fù) 雜 , 數(shù) 量 大 有 機(jī) 化 合 物 組 成 元 素 少 , 但 是 數(shù) 量 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 超 過 了 無 機(jī) 化 合 物 的 數(shù) 量 , 并 且 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 。同 分 異 構(gòu) 體 :具 有 相 同 的 分 子 式 , 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 不 同 的 化 合 物 。同 分 異 構(gòu) 現(xiàn) 象 ： 具 有 同 分 異 構(gòu) 體 這 種 現(xiàn) 象 。 例 如 ： C5H12 C C C C C CC C C C CC C CC10C： 75種 20C： 366, 319種又 如 C2H6O,有 乙 醇 C2H5OH 、 甲 醚 CH3OCH3兩 種 分 子 無 機(jī) 化 合 物 ： 一 般 一 個 分 子 式 只 代 表 一 個 化 合 物 ， 如 ： H2SO4 只 代 表 硫 酸 。 Organic Chemistry 構(gòu) 象構(gòu) 造 分子結(jié)構(gòu) 立 體 異 構(gòu) 體分 子 中 原 子 的 連 接 順 序 和 方 式分 子 中 , 僅 因 圍 繞 -單 鍵 旋 轉(zhuǎn) 而 產(chǎn) 生 的 原子 或 原 子 團(tuán) 在 空 間 的 不 同 排 列 形 象 同 分 異 構(gòu) 體 :具 有 相 同 分 子 式 , 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 不 同 的 化 合 物構(gòu) 型 分 子 中 的 各 原 子 或 原 子 團(tuán) 在 空 間的 排 列 方 式 有 機(jī) 化 合 物 的 分 子 結(jié) 構(gòu) 包 括 三 個 層 次 :即 構(gòu) 造 、 構(gòu) 型 、 構(gòu) 象 。 確 定 一 個 有 機(jī) 物 的 結(jié) 構(gòu) : 構(gòu) 造 構(gòu) 型 構(gòu) 象 ! Organic Chemistry碳 架 異 構(gòu) 體 :因 碳 架 不 同 而 引 起 的 異 構(gòu) 體 ,如 :位 置 異 構(gòu) 體 :由 于 官 能 團(tuán) 在 碳 鏈 或 碳 環(huán) 上 的 位 置 不 同 而 產(chǎn) 生 的 異 構(gòu) 體 ,如 : 官 能 團(tuán) 異 構(gòu) 體 :由 于 分 子 中 官 能 團(tuán) 不 同 而 產(chǎn) 生 的 異 構(gòu) 體 。 構(gòu) 造 異 構(gòu) 體 :原 子 間 連 接 順 序 和 方 式 不 同 而 引 起 的 異 構(gòu) 體C4H 10 CH 3CH 2CH 2CH 3 CH 3CH CH 3CH 3 C3H 8O CH 3CH 2CH 2OH CH 3CH CH 3OHC2H 6O CH 3OCH 3 CH 3CH 2OH CH3CH2C-HO CH3CCH3OC3H 6O: 丙 醛 丙 酮 CH 3C6H12： Organic Chemistry互 變 異 構(gòu) : 分 子 式 相 同 的 兩 種 構(gòu) 造 式 可 以 迅 速 互 變 平 衡 的 現(xiàn) 象 .烯 醇 式 (-OH在 雙 鍵 C原 子 上 )與 酮 式 互 變構(gòu) 造 異 構(gòu) 體 :原 子 間 連 接 順 序 和 方 式 不 同 而 引 起 的 異 構(gòu) 體 CC C COH OH CH CHR OH CH2CHR O CH3 C CH2 C CH3O O CH3 C CH C CH3OH O20% 80% 不 穩(wěn) 定 , 很 少互 變 異 構(gòu) 是 一 種 動 態(tài) 異 構(gòu) Organic Chemistry構(gòu) 型 異 構(gòu) 體 :構(gòu) 造 相 同 , 原 子 在 空 間 排 列 方 式 不 同順 反 異 構(gòu) ： 因 雙 鍵 和 環(huán) 使 鍵 轉(zhuǎn) 動 受 限 制 引 起 的 同 分 異 構(gòu)H HCl CH 3 H HCl CH 3對 映 異 構(gòu) : 兩 分 子 互 為 鏡 像 但 不 能 重 疊 A A A A 手 性 分 子 Organic Chemistry 構(gòu) 象 異 構(gòu) 體 : HHH H HH H H HH H H HHH H HH H H HH H H構(gòu) 造 、 構(gòu) 型 相 同 , 僅 因 -單 鍵 的 旋 轉(zhuǎn) 使 原 子 在 空 間 排 列 方 式 不 同 Organic Chemistry 碳 架 (鏈 )異 構(gòu) 體官 能 團(tuán) 異 構(gòu) 體官 能 團(tuán) 位 置 異 構(gòu) 體互 變 異 構(gòu) 體構(gòu) 型 異 構(gòu) 體 構(gòu) 象 異 構(gòu) 體 : 順 反 異 構(gòu) 體對 映 異 構(gòu) 體 (旋 光 異 構(gòu) )構(gòu) 造 異 構(gòu) 體 同分異構(gòu)體 立 體 異 構(gòu) 體(原 子 的 連 接 順 序 和 方 式 不 同 )(構(gòu) 造 相 同 的 分 子 , 原 子在 空 間 的 排 列 方 式 不 同 ) 僅 因 -單 鍵 的 旋 轉(zhuǎn) 同 分 異 構(gòu) 體 :具 有 相 同 分 子 式 , 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 不 同 的 化 合 物 確 定 一 個 有 機(jī) 物 的 結(jié) 構(gòu) : 構(gòu) 造 構(gòu) 型 構(gòu) 象 ! Organic Chemistry確 定 一 個 有 機(jī) 物 的 結(jié) 構(gòu) : 構(gòu) 造 構(gòu) 型 構(gòu) 象 ! Organic Chemistry DNA的 螺 旋 鏈 Organic Chemistry OOH CH3HO H2C O HO HO O OCH3 HO CH3ONHO OOOH2N OH HO OH OH OH OHHO OHOH OHOH OHOH OHHOOHOHOH OHOH OHHO CH3 CH3 OH OH OHOH HOOH OHOHCH3 OH O H 分 子 式 : C129H223N3O54 可 能 的 異 構(gòu) 體 271個 。 海 葵 毒 素 ：其 毒 性 比 河 豚 毒 素 還 要 大 10倍 。 這 是 至 今 認(rèn) 為 通過 化 學(xué) 合 成 的 最 大 的 天 然 產(chǎn) 物 分 子 。 Organic Chemistry二 、 有 機(jī) 化 合 物 性 質(zhì) 的 特 點(diǎn)2、 容 易 燃 燒 大 多 數(shù) 有 機(jī) 化 合 物 容 易 燃 燒 , 燃 燒 后 生 成 二 氧 化 碳 和 水 , 同 時 放 出 大 量 的 熱 。3、 對 熱 的 穩(wěn) 定 性 差 大 多 數(shù) 有 機(jī) 化 合 物 在 200-300oC。 4、 熔 點(diǎn) 、 沸 點(diǎn) 低 許 多 數(shù) 有 機(jī) 物 在 室 溫 下 呈 氣 態(tài) 或 液 態(tài) , 即 使 常 溫 下 呈 固 態(tài) 的 有 機(jī) 物 其 熔 點(diǎn) 一 般也 很 低 。 (m.p. sp sp2 sp3 p 2) 元 素 化 合 價 與 電 負(fù) 性 的 關(guān) 系 , (正 )價 態(tài) 越 高 , 得 電 子 的 趨 勢 越 大 , 其 電 負(fù) 性 越 大 。 Fe2+ (P=1.7) Fe3+ (P=1.8) Organic Chemistry3、 電 負(fù) 性 ()的 應(yīng) 用 :3) 基 團(tuán) 電 負(fù) 性 : 周 圍 原 子 的 誘 導(dǎo) 作 用 (效 應(yīng) )對 電 負(fù) 性 的 影 響如 -CH3與 -CF3 基 團(tuán) 中 的 C電 負(fù) 性 不 同鹵 素 基 團(tuán) (-X)與 羥 基 的 電 負(fù) 性 大 小 : -F -Cl -Br -I -OH (1) 判 斷 元 素 的 金 屬 性 和 非 金 屬 性 。 一 般 認(rèn) 為 , 1.8的 是 非 金 屬 元 素 , 小 于 1.8的 是 金 屬 元 素 。 (2) 判 斷 化 合 物 中 元 素 化 合 價 的 正 負(fù) 。(3) 判 斷 分 子 的 極 性 和 鍵 型 。 1.7的 兩 種 元 素 化 合 時 , 形 成 離 子 鍵 。三 、 元 素 的 電 負(fù) 性 與 鍵 的 極 性更 多 關(guān) 于 電 負(fù) 性 的 知 識 參 見 高 等 無 機(jī) 化 學(xué) (關(guān) 魯 雄 主 編 )xH xC, F的 吸 電 子 能 力 強(qiáng) 使 得 C帶 部 分 正 電 荷 (+), 故 電 負(fù) 性 增 大 ; Organic Chemistry基 團(tuán) 的 電 負(fù) 性 與 原 子 的 電 負(fù) 性 比 較 實 例 (不 講 )問 題 1: 在 涉 及 到 誘 導(dǎo) 效 應(yīng) 的 內(nèi) 容 時 , 有 個 關(guān) 于 基 團(tuán) 的 電 負(fù) 性 排 序 . 排 在 H之 前 的 都 為 吸電 子 基 團(tuán) , 排 在 H之 后 的 都 為 給 電 子 基 團(tuán) 。 該 排 序 中 有 一 部 分 為 -X的 吸 電 子 能 力 大 于 -OH, 可 表 示 為 -F -Cl -Br -I -OH。 問 題 2: 烯 烴 與 次 鹵 酸 HOCl進(jìn) 行 親 電 加 成 時 , O-Cl鍵 斷 裂 , 由 于 O的 電 負(fù) 性 (3.5)大 于Cl的 電 負(fù) 性 (3.0), 故 電 子 云 朝 O偏 移 , 使 O帶 部 分 負(fù) 電 荷 , Cl帶 有 部 分 正 電 荷 。 綜 觀 問 題 1和 2, 有 人 會 疑 問 : 既 然 問 題 2中 說 O的 電 負(fù) 性 即 吸 電 子 能 力 大 于 Cl, 那 么 為什 么 在 問 題 1中 Cl的 電 負(fù) 性 會 大 于 -OH呢 ？ 要 想 解 決 這 個 問 題 , 我 們 必 須 要 弄 明 白 這 里 實 際 上 涉 及 到 了 基 團(tuán) 的 電 負(fù) 性 與 原 子 的電 負(fù) 性 這 樣 兩 個 概 念 。 在 誘 導(dǎo) 效 應(yīng) 中 , 計 算 的 是 基 團(tuán) 的 誘 導(dǎo) 效 應(yīng) , 從 基 團(tuán) 的 吸 電 子 能 力上 看 , -X要 大 于 -OH。 而 在 問 題 2中 , 涉 及 鍵 的 斷 裂 時 , 考 慮 的 是 原 子 的 電 負(fù) 性 , 而 O原 子的 電 負(fù) 性 要 大 于 Cl原 子 , 因 此 O帶 負(fù) 電 。 這 是 兩 個 不 同 的 概 念 。 Organic Chemistry 分 子 中 以 共 價 鍵 相 連 的 原 子 吸 引 電 子 的 能 力 是 不 同 的 。 電 負(fù) 性 大 吸 引 電 子 能 力 大 。 電 負(fù) 性 小 吸 引 電 子 能 力 小 。 相 同 兩 原 子 形 成 的 共 價 鍵 ， 電 子 云 對 稱 分 布 在 兩 核 中 間 無 極 性 。 如 ： H H Cl Cl (非 極 性 共 價 鍵 ) -表 示 帶 有 部 分 的 正 電 荷 。表 示 帶 有 部 分 的 負(fù) 電 荷 。 +不 相 同 的 兩 個 原 子 形 成 的 共 價 鍵 有 極 性 。H Cl + - (極 性 共 價 鍵 )三 、 元 素 的 電 負(fù) 性 與 鍵 的 極 性 Organic Chemistry 共 價 鍵 極 性 的 大 小 是 用 鍵 的 偶 極 矩 來 量 度 的 。 鍵 的 極 性 大 ， 偶 極 矩 大 。 鍵 的 極 性 小 ， 偶 極 矩 小 。 偶 極 矩 ()等 于 正 、 負(fù) 電 荷 中 心 距 離 (d)與 其 所 帶 電 荷 (q)的 乘 積 。 即 = d q 單 位 ： D（ 德 拜 ） 分 子 的 偶 極 矩 可 以 是 分 子 本 身 所 固 有 的 ， 也 可 在 外 界 電 場 作 用 下 產(chǎn) 生 ,前 者 稱 為 分 子的 永 久 性 偶 極 矩 ,后 者 稱 為 誘 導(dǎo) 偶 極 矩 。 雙 原 子 分 子 的 極 性 就 是 其 鍵 的 極 性 ， 多 原 子 分 子 的 極 性 是 各 個 價 鍵 極 性 的 矢 量 和 。 三 、 元 素 的 電 負(fù) 性 與 鍵 的 極 性 Organic Chemistry鍵 的 可 極 化 性 電 子 云 受 外 來 電 場 影 響 而 變 形 的 特 性電 子 云 的 流 動 性對 動 態(tài) 反 應(yīng) 性 能 影 響 更 大 C CBr- Br+鍵 的 極 化 只 在 反 應(yīng) 是 時 候 體 現(xiàn) ! 與 鍵 的 極 性 概 念 不 同 ! 三 、 元 素 的 電 負(fù) 性 與 鍵 的 極 性 Organic Chemistry1.4 有 機(jī) 物 的 分 類 2) 碳 環(huán) 化 合 物 : 完 全 由 碳 原 子 組 成 的 碳 環(huán) 結(jié) 構(gòu) 的 化 合 物一 、 按 碳 架 分 類 1) 開 鏈 化 合 物 (脂 肪 族 化 合 物 : 碳 原 子 相 互 連 接 成 鏈 狀 ) CH3 CH CH2A、 脂 環(huán) 族 化 合 物 : 性 質(zhì) 與 脂 肪 族 化 合 物 相 似 COOHCH3 CH3CH3CH2 CH2 CH2CH CCH3 CH3CH3CH CHCCH3OCH3CHCH2CHCH3CH3 OH 橋 環(huán) 烴 環(huán) 己 烷 環(huán) 己 烯 Organic Chemistry3)雜 環(huán) 化 合 物 : 碳 原 子 和 其 它 原 子 (O、 S、 N)組 成 環(huán)B、 芳 香 族 化 合 物 (同 平 面 環(huán) 閉 共 軛 體 系 )OH SO3H O SN O CHO CH2OH N喹 ku啉 呋 喃 噻 吩 吡 啶 NH N N N嘌 呤 咪 唑 NNH萘共 軛 體 系 : 單 雙 鍵 交 替 的 體 系O四 氫 呋 喃 稠環(huán)上 述 分 類 不 能 反 映 各 類 化 合 物 的 性 質(zhì) 特 征脂 環(huán)芳 環(huán) Organic Chemistry CH3CH2CH2CHO CH2=CHCH2CH3Oa b c de f 課 堂 練 習(xí)以 下 化 合 物 按 碳 骨 架 分 屬 于 哪 一 類 ？ 以 上 分 類 只 是 從 有 機(jī) 物 母 體 (或 碳 干 )形 式 分 , 并 不 反 映 其 性 質(zhì) , 實 際 也 不 反 映其 結(jié) 構(gòu) 本 質(zhì) 。CH3CH2CH2CHO CH2=CHCH2CH3Oa b c de f Organic Chemistry二 、 按 官 能 團(tuán) 分 類官 能 團(tuán) :能 賦 予 有 機(jī) 化 合 物 某 些 特 性 、 易 起 化 學(xué) 反 應(yīng) 的 原 子 或 原 子 團(tuán) ,稱 為 官 能 團(tuán) ;含 有相 同 官 能 團(tuán) 的 化 合 物 往 往 具 有 相 似 的 性 質(zhì) ,可 歸 為 一 類 反 應(yīng) 性 質(zhì) 主 要 由 官 能 團(tuán) 決 定 ！ 透 徹 了 解 各 種 官 能 團(tuán) 的 特 性 , 是 識 別 有 機(jī) 化 合 物 和 學(xué) 好 有 機(jī) 化學(xué) 課 程 的 關(guān) 鍵 !化 合 物 類 別 官 能 團(tuán) 類 別 官 能 團(tuán)烷 烴 (飽 和 烴 ) 醚烯 烴 醛炔 烴 酮鹵 代 烴 羧 酸醇 (酚 ) 酯無C C (碳 碳 雙 鍵 )CC(碳 碳 三 鍵 )X (鹵 素 )OH(羥 基 ) ROR(醚 鍵 )CHO(醛 基 )C=O (羰 基 )COOH (羧 基 )COOR(酯 基 ) Organic Chemistry 按 官 能 團(tuán) 分 類化 合 物 類 型 官 能 團(tuán) 化 合 物 類 型 官 能 團(tuán)烷 烴 無 醛 或 酮 羰 基烯 烴 烯 鍵 羧 酸 羧 基炔 烴 炔 鍵 腈 氰 基芳 烴 芳 環(huán) 磺 酸 磺 酸 基鹵 代 烴 X(F,Cl,Br,I) 鹵 素 硝 基 化 合 物 硝 基醇 或 酚 羥 基 胺 氨 基 醚 醚 鍵 亞 胺 亞 氨 基C CC COHC O C C OCO2HC NSO3HNO2NH2NH Organic Chemistry有 機(jī) 化 學(xué) 學(xué) 什 么 ? 怎 么 學(xué) ? 化 學(xué) 性 質(zhì)命 名 結(jié) 構(gòu)寫 出寫 出 系 統(tǒng) 命名 平 面 結(jié) 構(gòu) 和立 體 結(jié) 構(gòu) 說 明推 測 反 應(yīng) 歷程合 成鑒 別官 能 團(tuán) Organic Chemistry 典 型 化 合 物 舉 例 SO3H苯 磺 酸 硝 基 苯 NO2NH2苯 胺 R C ClO R C O C RO O R C ORO R C NH2O酰 氯 酸 酐 酯 酰 胺 氯 原 子 酰 氧 基 烷 氧 基 氨 基R C OHO酰 基 N吡 啶 苯芳 香 環(huán) Organic Chemistry 1.5 酸 和 堿一 、 Bronsted （ 勃 朗 斯 德 ） 質(zhì) 子 （ 酸 堿 質(zhì) 子 或 共 軛 酸 堿 對 ） 理 論酸 ： 能 給 出 質(zhì) 子 的 物 質(zhì) 。堿 ： 能 接 受 質(zhì) 子 的 物 質(zhì) 。 含 O-H、 N-H、 C-H等NH3、 H2O、 ROH、 RNH2 等 pka值 越 小 , 酸 性 越 強(qiáng) ； 其 共 軛 堿 的 堿 性 越 弱 。CH3COOH H2O+ CH3COO H3O+酸 堿 共 軛 酸共 軛 堿 Organic Chemistry酸 性 ： CH3COOH C6H5OH HOHpKa 4.74 10.0 15.7堿 性 ： CH3COO C6H5O HO負(fù) 離 子 （ 共 軛 堿 ） 越 穩(wěn) 定 ， 共 軛 酸 的 酸 性 越 強(qiáng) 。影 響 負(fù) 離 子 穩(wěn) 定 性 的 因 素 ： 中 心 原 子 的 電 負(fù) 性 、 原 子 半 徑 、 所 連 基 團(tuán) 的 結(jié) 構(gòu) 及 溶 劑酸 性 ： H3C-H H2N-H HO-H H-F pKa 49 35 15.7 3.8穩(wěn) 定 性 ： H3C H2N HO F Organic Chemistry CH3COOH + +H2SO4 H3C C OHOH HSO4同 一 物 質(zhì) 所 表 現(xiàn) 出 的 酸 堿 性 取 決 于 介 質(zhì) 酸 性 ： HO-H HS-H HSe-HpKa 15.7 7.00 3.77 穩(wěn) 定 性 ： HO HS HSe二 、 Lewis電 子 論酸 ： 能 夠 接 受 電 子 對 的 物 質(zhì) 。 BF3 、 AlCl3 、 FeCl3 、 SnCl4 金 屬 離 子 ： Li 、 Ag 、 Cu正 離 子 ： R 、 Br 、 NO2 、 H Organic Chemistry堿 ： 能 提 供 電 子 對 的 物 質(zhì)負(fù) 離 子 ； 含 有 孤 對 電 子 的 分 子 ； 富 有 電 子 的 分 子 如 烯 和 芳 香 化 合 物 。介 紹 兩 個 概 念 ： 親 電 試 劑 （ electropohile） 親 核 試 劑 （ nucleophile） Lewis酸 為 缺 電 子 物 質(zhì) ， 它 在 反 應(yīng) 過 程 中 有 接 近 另 一 分 子 負(fù) 電 荷 中 心 的 傾 向 ， 稱 之有 親 電 性 ， 此 物 質(zhì) 稱 為 親 電 試 劑 。 如 ： H+, BF3, AlCl3。 + NO2+ -H+ NO2Lewis酸 親 電 試 劑 Organic ChemistryLewis堿 為 有 孤 電 子 對 或 電 子 云 密 度 較 高 的 物 種 ,在 反 應(yīng) 過 程 中 有 親 近 另 一 分 子正 電 荷 (即 “核 ”)的 傾 向 ， 稱 之 有 親 核 性 。 此 物 種 稱 親 核 試 劑 。 NH3、 H2O、ROH、 RNH2 等 Lewis堿親 核 試 劑CH3CH2 Br + OH- CH3CH2OH + Br- Organic Chemistry 路 易 斯 酸 堿 理 論加 合 物 1 加 合 物 2, 較 穩(wěn) 定Lewis堿 1, 較 強(qiáng) Lewis堿 2, 較 弱注 意 : 路 易 斯 堿 包 括 質(zhì) 子 堿 , 但 路 易 斯 酸 卻 并 不 總 是 與 質(zhì) 子 酸 一 致 ！ 更 多 關(guān) 于 路 易 斯 酸 堿 的 知 識 參 見 : 無 機(jī) 化 學(xué) 專 論 李 大 成 等 編 著 ; 高 等 無 機(jī) 化 學(xué) 關(guān) 魯 雄 主 編從 有 機(jī) 反 應(yīng) 的 角 度 來 說 , 路 易 斯 酸 具 有 親 近 另 一 分 子 負(fù) 電 荷 中 心 的 傾 向 , 故 叫 做 “親 電試 劑 ”; 相 應(yīng) 的 路 易 斯 堿 叫 “親 核 試 劑 ”。BFF F + OCH3 CH3 BFF F OCH3 CH3+ -: : :- + : : :HCl + OH H H Cl-OH H + Organic Chemistry 1.6、 有 機(jī) 物 的 結(jié) 構(gòu) 測 定（ 一 ） 分 離 、 純 化固 態(tài) 有 機(jī) 物 ： 重 結(jié) 晶 法液 態(tài) 有 機(jī) 物 ： 蒸 餾 法 、 分 餾 法 、 離 子 交 換 法 或 色 譜 法 。（ 二 ） 元 素 定 性 分 析 ： 一 般 用 鈉 熔 法 測 定 。（ 三 ） 元 素 定 量 分 析 ： 確 定 最 簡 式 。 （ 四 ） 測 定 分 子 量 ： 利 用 測 密 度 法 、 凝 固 點(diǎn) 降 低 法 或 用 質(zhì) 譜 儀 測 定 。（ 五 ） 確 定 分 子 式（ 六 ） 結(jié) 構(gòu) 式 的 測 定 ： 有 化 學(xué) 方 法 和 物 理 方 法 。純 度 的 檢 查 方 法 ： 測 熔 點(diǎn) 、 沸 點(diǎn) 、 色 譜 等 。 Organic Chemistry最 常 用 的 光 譜 有 ：紫 外 吸 收 光 譜 （ Ultraviolet Spectrum,UV）紅 外 吸 收 光 譜 （ Infrared Spectrum,IR）核 磁 共 振 譜 （ Nuclear Magnetic Resonance Spectrum.NMR）質(zhì) 譜 （ Mass Spectrum,MS）1、 電 磁 波 譜 和 吸 收 光 譜 c/ hE Organic Chemistry 光 譜 中 所 用 的 電 磁 波 區(qū) 域電 磁 波 區(qū) 域 分 子 變 化 能 量 (kJ/mol) 頻 率 （ Hz） 波 長 （ cm）紫 外可 見紅 外微 波無 線 電 波 電 子 躍 遷電 子 躍 遷分 子 振 動分 子 轉(zhuǎn) 動在 外 磁 場 中 核自 旋 取 向 4202102112 10 -34.2 10-7 10155 10141013 10143 1010106 2 10-54 10-54 10-58 10-5104 10-215 105 Organic Chemistry當(dāng) 用 連 續(xù) 波 長 的 紅 外 光 照 射 某 一 物 質(zhì) 時 ， 該 物 質(zhì) 就 吸 收 一 定 波 長 的 紅 外 光 的 光 能 ， 并 將 被吸 收 的 光 能 轉(zhuǎn) 化 為 分 子 的 振 動 和 轉(zhuǎn) 動 能 。 以 波 長 為 橫 坐 標(biāo) ， 百 分 吸 光 率 或 百 分 透 過 率 為 縱坐 標(biāo) 把 譜 圖 記 錄 下 來 ， 就 可 以 得 到 該 物 質(zhì) 的 紅 外 光 譜 。 2、 紅 外 吸 收 光 譜 （ IR） 表 ： 紅 外 光 譜 的 分 類名 稱 （ um ） （ cm -1） 能 量 躍 遷 類 型近 紅 外 取 （ 泛 頻 區(qū) ） 0.75 2.5 13158 4000 OH 、 NH 、 CH 等 鍵 的 倍 頻中 紅 外 區(qū) （ 基 頻 區(qū) ） 2.5 25 4000 400 分 子 的 振 動 和 轉(zhuǎn) 動遠(yuǎn) 紅 外 區(qū) （ 轉(zhuǎn) 動 區(qū) ） 25 1000 400 10 晶 體 的 晶 格 振 動 和 純 轉(zhuǎn) 動 Organic Chemistry 丁 醛 的 IR譜波 數(shù) /cm-1 透光率（% ） Organic Chemistry 雙 原 子 分 子 的 振 動 )m1m1K(c21 BA 振光光 EhE （ 1） 分 子 振 動 和 紅 外 吸 收 頻 率 m1 2m Organic Chemistry 多 原 子 分 子 的 振 動對 稱 和 不 對 稱 伸 縮 振 動 ： 改 變 鍵 長彎 曲 振 動 ： 改 變 鍵 角 C HH C HH伸 縮 振 動 C HH C HH C HH C HH -+ + +彎 曲 振 動面 內(nèi) 彎 曲 面 外 彎 曲 Organic Chemistry（ 2） 特 征 吸 收 峰分 子 中 各 種 化 學(xué) 鍵 或 基 團(tuán) 在 紅 外 光 譜 的 特 定 頻 區(qū) 的 吸 收 峰 ， 稱 為 特 征 吸 收峰 。 一 些 化 學(xué) 鍵 的 特 征 紅 外 吸 收 頻 率 鍵 型 化 合 物 類 型 吸 收 峰 位 置 吸 收 強(qiáng) 度 烷 烴 2960 2850 強(qiáng) C-HC-HC-HCC CCC=O 烯 烴 及 芳 烴 3100 3010 中 等 炔 烴 3300 強(qiáng) 烯 烴 1680 1620 不 定 炔 烴 2200 2100 不 定 醛 酮 和 酯 1850 1600 強(qiáng) Organic Chemistry（ 3） 紅 外 光 譜 圖紅 外 光 譜 圖 特 征 吸 收 峰 區(qū) ： 4000 1500cm-1指 紋 區(qū) ： 1500 650cm-12、 核 磁 共 振 氫 譜 （ PMR）（ 1） 基 本 原 理 02 HhrE 自 02 Hr Eh 輻 自輻H A HBH0 Organic Chemistry 乙 酸 甲 酯 的 NMR譜 Organic Chemistry（ 2） 屏 蔽 效 應(yīng) 和 化 學(xué) 位 移核 環(huán) 電 子 流磁 力 線H0 核 外 電 子 流 動 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 磁 場氫 核 外 圍 電 子 對 抗 外 加 磁 場 所 起 的 作 用 ， 稱 為 屏 蔽 效 應(yīng) （ shielding effect） 。 Organic Chemistry低 場 H0 高 場屏 蔽 效 應(yīng) 小 屏 蔽 效 應(yīng) 大 ppmTMS 6 0 10 ）（ 核 磁 共 振 儀 所 用 頻 率）化 學(xué) 位 移 （ 樣 品 TMS： 四 甲 基 硅 烷值 越 大 ， 表 示 屏 蔽 效 應(yīng) 越 小 ； 值 越 小 ， 表 示 屏 蔽 效 應(yīng) 越 大 。 Organic Chemistry （ 3） 自 旋 偶 合 和 自 旋 裂 分由 于 臨 近 氫 核 對 外 磁 場 的 干 擾 ， 造 成 峰 的 裂 分 稱 為 自 旋 偶 合 （ spin-spin coupling） ， 自 旋 偶 合 產(chǎn) 生 的 裂 分 稱 自 旋 裂 分 。一 般 規(guī) 律 ： 當(dāng) 氫 核 相 鄰 碳 上 有 n個 同 類 氫 時 ， 吸 收 峰 的 裂 分 為 n+1個 。Ha Hb Hc 相 鄰 氫 核 數(shù) 2 3 0吸 收 峰 的 裂 分 數(shù) 3 4 1 值 逐 漸 增 大 圖CH3CH3-CH2-CCl CH3a b c Organic Chemistry ClCH2CH2CN Organic Chemistry注 意 ： 下 列 情 況 一 般 不 發(fā) 生 自 旋 偶 合 ： 有 同 種 化 學(xué) 環(huán) 境 的 相 鄰 氫 核 ， 如 ： Br2CHCHBr2 兩 個 氫 核 不 是 在 相 鄰 的 碳 原 子 上 。 吸 收 峰 的 組 數(shù) 等 于 氫 核 的 類 型 從 各 組 峰 的 值 大 小 可 知 各 類 型 氫 核 所 處 的 屏 蔽 效 應(yīng) 的 大 小 各 組 峰 的 面 積 比 提 示 各 組 氫 的 比 例 每 組 峰 的 裂 分 數(shù) 提 示 相 鄰 氫 核 的 數(shù) 目 每 組 共 振 吸 收 峰 的 裂 分 數(shù) 之 間 的 距 離 稱 偶 合 常 數(shù) （ J）(4)峰 面 積 與 氫 核 的 數(shù) 目各 組 峰 的 面 積 比 為 各 組 氫 核 數(shù) 之 比（ 5） 1H-NMR提 示 的 信 息 Organic Chemistry練 習(xí) ：1、 對 于 下 列 分 子 式 ， 寫 出 一 種 在 1HNMR光 譜 中 只 顯 示 單 峰 的 結(jié) 構(gòu) 式 。（ 1） C5H12 (2) C5H10 (3)C3H6O (4)C4H9Cl2、 一 化 合 物 分 子 式 C4H8Br2為 ， 其 NMR光 譜 數(shù) 據(jù) 為 ： =1.7， 雙 重 峰 ， 3H=2.3， 四 重 峰 ， 2H =3.5， 三 重 峰 ， 2H=4.2， 多 重 峰 ， 1H試 推 測 其 可 能 結(jié) 構(gòu) 。 CH3-CH-CH2-CH2BrBr Organic Chemistry3、 質(zhì) 譜（ 1） 質(zhì) 譜 的 基 本 原 理A:B + e- AB+ + 2e-分 子 離 子分 子 離 子 的 質(zhì) 量 即 等 于 化 合 物 的 質(zhì) 量 。（ 2） 質(zhì) 譜 圖 86 574329 (M +) m/z02040 6080100 Organic Chemistry 86 574329 (M+) m/z02040 6080100相對豐度/% CH3CH2CH2CH2CH2 CH3 CH3CH2CH2CH2CH2 CH3.+. + +CH 3CH2CH2CH2 CH3CH2CH2CH2 CH2CH3.CH2CH3 +. + +m/z 86 分 子 離 子 峰 m/z 71m/z 57 基 峰