第六章——人类生活与有机化学.ppt

1、第六章人类生活与有机化学,第一节：概述有机物与有机化学,有机的由来,有机有生命的机体中得到的物质含有C和H研究碳化物（或碳氰化物） 及其衍生物的化学有机化学 有些还含氮、氧、磷、卤素沿用“有机”,有机化学,何以成为一门独立的学科地球上现在有103种元素为什么将碳化物单独分开？,1.有机物数目特别多，且增加很快,1880年12,000种 CA统计（大学化学,2001,3,1-6）1910年 150,000 1940年 500,000 1961年 1750,000,65-70,年均新增26.2万个1995-2000年均新增130万个有机物总数 2600万(2000/10),为什么如此众多？,-C-

2、C-共价连接链、分支、环、双、叁键 每种不同的排列就是一种化合物（异构）。,2.有机物有广泛、巨大的用途：,药物，香料，燃料，杀虫剂，杀菌剂， 洗涤剂 合成，塑料，橡胶，纤维，粘合剂 有机化学生物学和医学的基础。,3.有机物与无机物性质上的差异：,有机物 无机物. 易燃 不燃 . 易挥发， 大多数难熔化的固体 常温下多为气体，液体 m.p.600 或低熔点固体（m.p.400 ） . 大多不溶于水， 较易溶于水 溶于有机溶剂 . 反应较慢， 瞬间完成，产物单一 副反应多，产率较低 产率100%因此研究方法不同,一、人类对有机化合物的认识,(一)有机元素分析 (二)关于“生命力论”的争论 (三)

3、同分异构现象的发现,(一)有机元素分析,18世纪后期，从生物界已得到相当多的有机化合物，对一般有机化合物有了较明确认识的是拉瓦锡，他燃烧理论用到有机化合物的元素分析上，他通过大量的实验分析发现：几乎所有植物组织中都只含有碳、氢、氧，动物组织中除这三种元素外还含有氮和磷。,1810年，盖吕萨克与泰纳的有机元素分析结果已较准确，他们的分析结果证实了拉瓦锡关于碳水化合物、有机酸及油脂类中氢氧比例的结论，对蔗糖的成分分析结果见表61。,1815年，盖吕萨克用氧化铜代替氯酸钾，使有机氮全部转化为氮气，使分析结果更可靠。1831年，德国著名有机化学家李比希对碳氢化合物的燃烧分析做了重大改革，采用了一套五个

4、相串联的玻璃泡作为吸收器，内装苛性钾溶液吸收二氧化碳。在吸收器前后分别装了无水氯化钙的干燥管。李比希这套分析仪很快成为常规分析仪，一直沿用至今。,1833年，杜马首创了一种测定有机物氮元素的方法。1883年，丹麦分析化学家基耶达发明了新的定氮法，用浓硫酸硝化试样，然后加入浓碱并加热，赶出氨，用盐酸标准溶液吸收，再用标准碱溶液回滴过量的盐酸。这样有机物中的碳、氢、氧、氮四种元素都有了较好的分析方法。系统的研究分析却给人们带来了难题。为什么组成元素简单的有机物却可以产生性质各异、种类繁多的大量的化合物呢?为了寻找这个问题的答案，出现了下面的争论关于“生命力论”的争论 （自学）,(三)同分异构现象的

5、发现,1824年，维勒在合成尿素时就发现：尿素与氰酸铵的化学组成完全相同，性质截然不同。他还分析过氰酸银，所得结果为氧化银77.23，氰酸22.77。李比希分析了雷酸银，结果氧化银77.53，氰酸22.47。二者的化学成分几乎一致，但化学性质差别极大。盖吕萨克指出“这种性质上的差别应归于各种原子相互结合方式的可变性”。,19世纪30年代，化学家已充分认识到，对有机化合物来说，指出组成、写出化学式(各种元素的原子数)，并不能完整表达出是哪种物质，更不足以探讨它的生成机理。这就是有机化学理论研究的开始。,18世纪末，拉瓦锡已指出石墨和金刚石都是纯粹的碳元素构成的。1823年，米希尔里希观察到熔融的

6、硫磺慢慢冷却时，生成的是针状单斜晶硫；将熔融的硫磺注入冷水中骤然冷却生成了弹性硫，硫磺的二硫化碳溶液蒸发后生成斜方晶硫。1841年，贝采里乌斯针对一种元素可生成不同结构类型的单质，提出了“同素异形体”的概念。,二、有机经典结构理论的建立,(一)基团理论的形成 (二)取代学说的形成 (三)类型理论的发展 (四)同系列概念的产生 (五)原子价学说的建立 (六)苯的化学结构,(一)基团理论的形成,基团理论的形成起源于拉瓦锡，他研究酸的共性时，提出了这样的见解：酸都是某种酸基的氧化物。在无机酸中，酸基是单基，由单一元素构成，例如硫、磷、碳、盐酸，有机酸的酸基是复合基，是由碳氢组成的原子基团，由于醋酸、

7、苹果酸和酒石酸的基都是由同样的元素组成而性质不同，因此基团中的碳氢比例可能不同。盖吕萨克对氰的研究工作发展了基团理论。18111815年，通过研究发现，作为碳氮结合体的氰基在一系列的反应中与氯、碘极为相似，氰基实际上是一个整体。他明确指出，基团就是作为整体参加反应的原子团。,1838年，李必希对基下了如下定义：基是一系列化合物中共同的稳定的组成部分。基可以与其他简单物结合。基与某简单物结合后，此简单物可被当量的其他简单物代替。基团理论在当时起到了初步统一有机化学的事实、解释了一些有机化学反应、促进有机化学发展的作用。基团概念是现代官能团概念的先声。随着有机取代反应的研究，发现在一些取代反应中有

8、些基中的原子可以被其他原子取代，基团学说发生了动摇。,(二)取代学说的形成,较系统的研究取代反应是从1833年的“蜡烛冒烟”事件开始的，在这一年的法国巴黎的一次盛大宫廷舞会上，蜡烛冒出的一股股刺鼻的烟气呛走了来宾。当时的皇帝立即责成科学顾问调查此事。这一任务交给了巴黎大学教授杜马。杜马很快查出“烟”是氯化氢气。原来所用的蜡烛是用氯气漂白的蜂蜡制成的，在漂白的过程中氯取代了蜡中的氢，每排出一体积的氢(生成氯化氢)，就生成一体积的氯。1834年，杜马系统地研究了氯代反应，发现松节油、醋酸、乙醇中的氢都可被等体积的氯取代生成氯乙酸、氯乙醛和氯仿，同时都产生氯化氢。,盖吕萨克用氯气处理石蜡，法拉第、维

9、勒、李必希所观察到的事实都说明氯具有从有机物质中逐个取代氢原子的能力。杜马 将这个过程称为“取代作用”。,(三)类型理论的发展,1849年，德国化学家霍夫曼对一系列胺类化合物进行了大量研究，经过与氨的比较得出了“氨型”有机化合物。1850年英国化学家威廉逊通过对醇、醚的化合物的研究，与水的组成形式类比得出“水型”化合物。1852年日拉尔又引出了“氢型”和“氯化氢型”。,1856年日拉尔把各种有机物归类形成了一个比较系统的分类系统：氢型：包括碳氢化合物、醛、酮和金属有机化合物。氯化氢型：包括有机氯化物、溴化物、碘化物、氰化物、氟化物。水型：包括醇、醚、酸、酸酐、酯和硫化物。氨型：包括胺、酰胺、亚

10、酰胺、胂、膦，即有机氮化物、砷化物、磷化物。,(四)同系列概念的产生,18411842年期间，法国化学家日拉尔提出了一个根据经验公式来分类有机化合物的方案，1843年他再次强调对各类化合物分类中的同系列的概念，即有机化合物的每个系列都有自己的代数组成式。在同一系列中，相邻的两个化合物分子之差为CH2，任意两个化合物的分子之差为CH2的整数倍。,日拉尔举出了同系列化合物的实例，其中有烷烃系列、醇系列、脂肪酸系列：,自学部分,(五)原子价学说的建立(六)苯的化学结构,三、有机化学反应的类型,(一)均裂和异裂 (二)有机反应的类型,三、有机化学反应的类型,(一)均裂和异裂 均裂是共价键断裂时，公用电

11、子对被两个成键原子平均分享，一般需要在光照和加热的条件下进行，所产生的带有未成对电子的活性原子或基团称为自由基(或游离基)，通过自由基进行的有机反应称为自由基反应；如果共价键断裂时，公用电子对为成键的某个原子独占，称谓异裂，一般需要在酸或碱的催化下进行，生成正负离子。通过这种离子进行的有机反应称为离子型反应。而通过分子轨道对称守恒规律直接完成的反应叫协同反应。有机反应根据反应过程可以分为以上三种情况。,(二)有机反应的类型 (1) 取代反应：有机化合物中的氢原子被其他原子或原子团取代的化学反(2)氧化还原反应：有机化学中常把有机物与氧结合或失去氢的反应叫氧化发应。常把与氢结合或失去氧的反应称为

12、还原反应。常用的氧化剂有 O2、O3、H2O2、KMnO4(3)加成反应和加聚反应：加成反应：含有不饱和键的有机物，在试剂作用下，不饱和键断裂形成新的共价单键。例如：烯烃与氢、卤素、氯化氢、硫酸、水发生加成反应，生成卤代烃和醇等化合物。（4）缩合反应和缩聚反应：,四、高分子材料及应用（自学）,(一)人类对高分子材料的认识 (二)橡胶工业 （三）合成纤维工业 （四）合成塑料工业 (五)功能高分子材料 (六)高分子材料的应用 (七)高分子材料的发展前景,五、生命物质与生物化学,化学是研究物质运动变化的科学，而物质运动变化的最高形式是生命，生命运动中包括物理运动和化学变化。生命物质与化学紧密相连是客

13、观存在的。构成生命物质是哪些化学元素和分子呢?在人体中发生了什么变化?在生命中起着什么样的作用呢?,五、生命物质与生物化学,(一)构成生命的物质基础 (二)生物化学与人类生命 (三)生物化学发展方向,(一)构成生命的物质基础,(1)主要无机物：(2)主要有机物： (3)双糖： (4)多糖： (5)蛋白质： (6)核酸：,(1)主要无机物：,自然界的92种元素在生物体中常见的有20多种，构成生命核心物质的元素称为基本元素，是构成核酸和蛋白质的元素，如氢、氧、碳、氮、磷、硫等。构成生物体的无机物，主要是一些基本元素，微量元素，水和无机盐。,(2)主要有机物：,1糖类(又称为碳水化合物)：是含醛基或

14、酮基的多羟基碳水化合物，以及它们的缩聚产物和某些衍生物的总称：糖有单糖和多糖。 2脂类是生物体中难溶或不溶于水，易溶于非极性溶剂的有机化合物的总称。生物体中的脂类多种多样。主要有以下几种：脂肪是三脂肪酸甘油酯，即一分子甘油和三分子的脂肪酸构成的。3固醇是环戊烷多氢菲结构的一类化合物的总称，主要有胆固醇、7一脱氢胆固醇、肾上腺皮质激素和性激素。,4蛋白质：,蛋白质是由各种不同的氨基酸构成，是甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、天冬酰酸、谷氨酸、谷氨酰胺、组氨酸、精氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸。从苏氨酸后的8种氨基酸人体不能合成，称为必

15、须氨基酸，必须由食物中摄人补充。,5核酸：,是生物体内一类含有磷酸基团的重要大分子化合物，最初从细胞核分离出来，又具有酸性，称为核酸。凡是有生命的地方，就有核酸存在。核酸在细胞内与蛋白质结合成核蛋白的形式存在。天然的核酸分为两大类，核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。组成成分和分子结构较复杂，分子量一般为几万到几百万。,(二)生物化学与人类生命自学,(三)生物化学发展方向 A,生物大分子的序列分析方法的研究，特别是微量、快速的多糖(寡糖)序列分析方法的研究。 多种构像分析方法的研究，如NMR多维谱、X射线衍射、激光拉曼光谱及光圆二色散等手段在构像分析中的应用。 从构像分析和分子力学计算出发的结构与功能关系的研究以及设计合成类似物的研究。 生物大分子的合成及应用研究，包括合成方法，模拟和该在天然活性肽，创造性功能的蛋白质分子，合成具有特殊生物功能的寡糖，合成反义寡糖核苷酸及其多肽，与共轭物，并开发这些合成物质在医学和农业上的应用研究。,(三)生物化学发展方向 B,生物膜化学和信息传递的分子基础的化学研究。 生物催化体系及其模拟研究，包括催化性抗体和催化性核酸的研究。 生物体中含量微少而活性很强的多肽、蛋白质、核酸、多糖的研究，包括分离、结构、功能和合成等。 光合作用中的化学问题。,