《医用化学》第六章

第六章有机化合物概述有机化合物的基础知识有机化合物的结构理论电子效应第一节有机化合物的基础知识•有机化合物与有机化学的概念•有机化合物的特性•有机化合物的分类•有机化合物的反应类型一、有机化合物与有机化学的概念有机化合物是含碳的化合物。现在人们把碳氢化合物及其衍生物称为有机化合物，简称有机物。并非所有的含碳化合物都是有机物。二、有机化合物的特性可燃性熔点低难溶于水绝大多数有机物都可以燃烧，多数无机化合物如氧化物、酸、碱、盐等则不能燃烧。许多有机物在常温下是气体或液体。水属于强极性溶剂，有机化合物属于弱极性（或非极性）溶剂二、有机化合物的特性稳定性差反应缓慢产物复杂多数有机物没有无机物稳定，常受细菌、空气、温度和光照的影响而变质。多数有机物化合物之间的反应速度较慢，有些反应需要几个小时、几天甚至更长时间才能完成。很多有机物的反应比较复杂，在相同的反应条件下，反应物往往可以同时进行若干不同的反应。三、有机化合物的分类（一）根据碳骨架分类CH3CHH3CCH3CH3H2CH3COCH2H3CCH3CCH2乙醚2甲基丙烷2甲基丙烯开链化合物是指有机物分子中碳原子彼此相连成链状结构。又把开链有机物称为脂肪族化合物。1．开链化合物三、有机化合物的分类（一）根据碳骨架分类闭链化合物是指碳原子之间或碳原子与其他元素原子之间连接成闭合环状结构的有机物。按照成环的原子种类不同，环状化合物又分为碳环化合物和杂环化合物。2．闭链化合物三、有机化合物的分类（一）根据碳骨架分类2．闭链化合物碳环化合物脂环族化合物芳香族化合物苯苯酚萘OH环戊烷环己烯环戊醇OH三、有机化合物的分类（一）根据碳骨架分类2．闭链化合物杂环化合物杂环化合物是指组成环的原子除碳外，还含有其他元素原子的化合物。环上的非碳原子称为杂原子，常见的杂原子有氮、氧、硫等。N吡啶呋喃噻吩OS三、有机化合物的分类（二）按官能团分类能决定一类有机化合物化学特性的原子或原子团，称为官能团。按分子中所含官能团的不同，可将有机化合物分为若干类。常见的官能团及化合物类别见下表。有机物类别官能团化合物实例结构名称结构简式名称烯烃双键乙烯炔烃三键乙炔三、有机化合物的分类（二）按官能团分类有机物类别官能团化合物实例结构名称结构简式名称卤代烃—X（Cl、Br和I）卤素CH3CH2Br溴乙烷醇、酚—OH羟基CH3CH2OH乙醇C6H5OH苯酚醛—CHO醛基HCHO甲醛酮酮基CH3COCH3丙酮羧酸—COOH羧基HCOOH甲酸胺—NH2氨基CH3NH2甲胺（一）自由基反应四、有机化合物的反应类型由共价键均裂产生的带有单电子的原子或基团称为自由基或游离基。自由基为中间体的有机反应称为自由基反应，根据反应物和产物的不同，又可进一步分为自由基取代反应和自由基加成反应等。CHRH能量CHRH+A自由基自由基A（二）离子型反应四、有机化合物的反应类型共价键断裂后，共用电子对为两个成键原子中的一个原子所有，这种断裂方式称为共价键的异裂。由共价键异裂，产生离子中间体参与的反应类型，称为离子型反应。CHRH催化剂CHRH+A碳正离子ACHRH催化剂CHRH+A碳负离子A四、有机化合物的反应类型路易斯酸碱理论是1923年美国物理化学家吉尔伯特·牛顿·路易斯提出的一种酸碱理论，他认为凡是能够接受外来电子对的分子、离子或原子团为酸（路易斯酸）；凡是能够给出电子对的分子、离子或原子团为碱（路易斯碱）。路易斯酸碱理论知识链接第二节有机化合物的结构理论•原子核外电子的运动状态•原子核外电子的排布规则•碳原子的结构•杂化轨道理论•共价键类型（一）电子云一、原子核外电子的运动状态人们常用一种能够表示电子在一定时间内在核外空间各处出现机会的模型来描述电子在核外的运动。在这个模型里，某个点附近的密度表示电子在该处出现的机会的大小。人们形象地称之为“电子云”。（二）四个量子数一、原子核外电子的运动状态主量子数（n）表示原子中电子出现几率最大区域离核的远近，即电子离核的平均距离。主量子数的取值为从1开始的正整数，n是决定电子的能量高低的重要因素。在一个原子内，具有相同主量子数的电子几乎在同样的空间内运动，可看成构成一“层”，因而称之为电子层，故主量子数又称为电子层数，在光谱学上常用大写字母K、L、M、N、O、P和Q等表示。1．主量子数（n）（二）四个量子数一、原子核外电子的运动状态副量子数又称角量子数，它是表示原子轨道（或电子云）形状的参数。按光谱学上的习惯，l还可以用s、p、d、f和g等符号表示。2．副量子数（l）（二）四个量子数一、原子核外电子的运动状态s、p、d、f和g等都有一定的形状。2．副量子数（l）（二）四个量子数一、原子核外电子的运动状态磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间里的伸展方向。3．磁量子数（m）（二）四个量子数一、原子核外电子的运动状态3．磁量子数（m）主量子数（n）1234电子层符号KLMN副量子数（l）0010120123电子亚层符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f磁量子数（m）0010120123±1±1±1±1±1±1±2±2±2±3亚层轨道数（2l+1）1131351357电子层轨道数n214916电子层最多容纳电子数2n2281832（二）四个量子数一、原子核外电子的运动状态4．自旋量子数（ms）为了描述核外电子自旋状态，引入第四个量子数——自旋量子数ms。处于同一原子轨道的电子自旋运动状态只能有两种，即一个顺时针方向自旋，另一个逆时针方向自旋，分别用自旋量子数和来确定，常用向上箭头↑和向下箭头↓来表示1/2sm1/2sm（一）能量最低原理二、原子核外电子的排布规则能量最低原理是指原子核外的电子，总是尽先占有能量最低的原子轨道，只有当能量较低的原子轨道被占满后，电子才依次进入能量较高的轨道，以使原子处于能量最低的稳定状态。（二）保利不相容原则二、原子核外电子的排布规则保利不相容原则是指在同一原子中没有4个量子数完全相同的电子，或者说在同一原子中没有运动状态完全相同的电子。换言之，每个原子轨道只能容纳2个电子，且自旋方向相反。由此可以推出各电子层最多容纳2n2个电子。（三）洪特规则二、原子核外电子的排布规则洪特规则是指电子在能量相同的轨道上排布时，总是尽可能分占不同轨道，且自旋方向相同。这种排布体系能量最低、最稳定。三、碳原子的结构碳原子核外的6个电子是分层排布的，2个电子能量较低，在离核较近的区域运动，分布在1s轨道上；另外4个电子能量较高，在离核较远的区域运动，其中2个电子分布在2s轨道上，剩余的2个电子自旋方向相同，分占能量相同而伸展方向不同的2个2p轨道，其电子排布式为1s22s22p2。三、碳原子的结构碳原子最外电子层有4个电子，在形成化合物分子时，碳原子不易得失电子，主要通过共用电子对与其他原子结合。这种由共用电子对所形成的键称为共价键。由1对共用电子形成的键称为单键，由2对或3对共用电子所形成的键分别称为双键或三键。四、杂化轨道理论（一）杂化轨道理论的基本要点在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中参加成键的几个能量相近的原子轨道可以进行混合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的新原子轨道。这种轨道重新组合的过程称为轨道杂化，简称杂化。所组成的新原子轨道称为杂化轨道。1杂化轨道之间互相排斥，力图在空间取得最大的键角，使体系能量降低。原子轨道杂化以后所形成的杂化轨道更有利于成键。2四、杂化轨道理论（二）杂化轨道类型1．sp3杂化轨道碳原子的sp3杂化轨道四、杂化轨道理论（二）杂化轨道类型2．sp2杂化轨道碳原子的sp2杂化轨道四、杂化轨道理论（二）杂化轨道类型3．sp杂化轨道sp杂化轨道五、共价键类型（一）σ键原子轨道沿键轴方向以“头碰头”方式相重叠，电子云及重叠部分沿键轴（两核间连线）呈圆柱形对称分布，重叠部分绕轴旋转任何角度形状都不会改变，这种键称为σ键。s轨道、p轨道、sp3杂化轨道、sp2杂化轨道和sp杂化轨道等自身或任何两者之间均可重叠形成σ键。有机物分子中的单键都是σ键。五、共价键类型（二）π键两个相互平行的p轨道以“肩并肩”方式相重叠，电子云重叠部分沿着通过键轴的一个面具有对称性，这种键称为π键。π键不能自由转动，有机物的重键中均含有π键。双键中一个是σ键，另一个是π键；三键中则有一个σ键和两个π键。第三节电子效应•诱导效应•共轭效应一、诱导效应诱导效应是共价键的极性沿分子链传递的现象。由于化合物分子中某些原子或基团的电负性不同，分子中存在极性共价键，极性共价键的正、负电荷中心分离的状况可通过静电作用影响分子中其他部分的电荷（电子云）分布，从而对化合物的性质产生影响，这种影响作用称为诱导效应。一、诱导效应CXCHCY-I效应对照标准I效应根据诱导效应的方向性不同吸电子诱导效应斥电子诱导效应二、共轭效应π-π共轭体系p-π共轭体系1,3丁二烯ππ共轭体系示意图烯丙基自由基pπ共轭体系示意图二、共轭效应σ-π和σ-p超共轭体系丙烯分子σπ超共轭乙基碳正离子的σp超共轭二、共轭效应形成共轭体系的原子在同一平面上；有若干可平行重叠的p轨道或接近平行的C—Hσ键轨道；共轭体系内有一定数量可离域的成键价电子。123形成共轭体系必须具备以下条件：二、共轭效应123共轭效应有以下特点：共轭体系内电子云密度分布平均化，因此内能低，体系得到一定程度的稳定；在外电场影响下（也可以是共轭体系自身结构的影响），共轭体系可产生交替极化现象；共轭效应在共轭体系内可以从一端传递到另一端，共轭效应的作用强度不会因传递距离的远近而改变。氧自由基是指含有氧，且不成对电子位于氧原子上的自由基，它属于活性氧中的一个大类，是其他自由基生成的起因。据估计，人体内的自由基约95%以上为氧自由基。氧自由基所带的不成对电子具有成为成对电子的趋向，极易发生得电子或失电子的反应，其化学性质活泼，在体内存在时间仅10-6～10-8s，一旦生成又立刻引发别的物质成为自由基。这种性质既是机体利用氧自由基的有利条件，也是氧自由基损伤生物大分子，引起多种疾病发生、发展，以及衰老过程的基础。氧自由基拓展阅读二、共轭效应THANKYOU谢谢！