电子霸权－医用有机化学笔记整理

电子霸权－医用有机化学笔记整理

前言

此文档遵循允许自由复制和修改,并根据开源协定公开。

有机化学笔记整理 第4版　版权所有（C） ２０１８ <ｚｙｈ>

有机物

结构

原子

C原子，c原子是有机链的核心，外层电子排布为：1s2 2s2 2p2.距离8e稳定结构还差4e。因此常常通过与其他原子形成共价键来达到8e.以极度稳定和佛系闻名江湖，另外也有灵活多变的一面，在形成共价键的过程中，有可能发生如下轨道杂化;

类型	轨道数	空间构型
sp1	2	直线
sp2	3	平面三角形
sp3	4	正四面体

而江湖上大名鼎鼎的手性碳原子便是其四个共价键均连接着不同的基团。

基团原子的核心原子有O、N、S、卤素原子等。

O原子，外层电子排布为：1S2 2S2 2P4.是大名鼎鼎的阴谋家，在与碳原子合作的过程中，无时不在想着掠夺两个电子以满足自己8e的野心，但是，在自身的电子排布中存在一对孤电子，为路易斯碱。

N原子，外层电子排布为;1s2 2s2 2p3.比碳原子多一个又比氧原子少一个电子，夹在中间，时不时有一种神经质的疯狂和怪胎。形成sp3杂化时，形成不等的四面体，最长轴上有一对电子，故为路易斯碱。 S原子，外层电子排布为：1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.是氧原子的小弟之一，比氧原子胖，半径大，对于氢小哥哥的吸引力并不及氧。

卤素

CL原子，外层电子排布为：1s2 2s2 2p６3s2 3p5.是卤素家族的二狗子，是不择不扣的电子抢劫犯，常常表现出偷电子的倾向，电负性极大，江湖地位仅次于每次出世都可能引起爆炸的氟老大。 BR&I，都是卤素家族的成员，都是电子抢劫惯犯，分别是卤素家族第三位和第四位顺位继承人。卤素家族的家训是，卤素家族有电必夺。

分子

对于有机分子的类别，通常从不同的角度会有不同分类，对于一种普遍的理论是酸碱理论，包括质子理论和路易斯酸碱理论，其表示为，酸是一种可以给出质子的，缺电子的物质，而碱则相反。

1. 在酸性的比较中，我们更侧重于一个分子能够解离出多少Ｈ＋的问题，所以，一般对于羧基来说，要考虑其侧链基团的供电子（包括形成稳定结构的电子共振模式）、吸电子来判断Ｏ－Ｈ之间极性的变化。当然一个常用的酸性比较是羧酸>碳酸>苯酚。

2. 在碱性的比较中，一般对于氨基来说，我们更侧重于一个原子电子的多少，即它的支链上供电子基团的多少和强弱，这里的一个误区是我们常常会把苯环当做一个供电子基团，然而事实却不是这样。

但是对于有机物更精确的分类是根据官能团基团来进行的。

1.烯，碳碳双键，π键，平面结构，不能旋转，每一个碳原子都是sp2型的，电子在双键上游走，电子有很大的活动空间。

2.醇

-OH，在这里，氧作为一个强力的掠夺者，氢原子只是一个瑟瑟发抖的弱者，电子云严重偏向于氧，以至于氧原子呈现出负电荷的极性，而氢不过是一个随时可以以H+的姿态净身出户的可怜人。这种趋向和极性的大小会因为连接的其他碳链而改变，如果氢原子足够幸运，遇到的是R-脂肪链这种慷慨的供电子链，则链上碳原子越多则极性会减弱，解离出氢的几率也随着降低。但是如果不够幸运，遇到的是ar-芳香链这种需电子链，则氢原子会被毫不留情地剥削。

-SH，对于这里的氢来说，由于硫原子过于臃肿的官僚机构，宽松的束缚力，使得H更易于逃跑，当然是以H+的狼狈。

3.苯，C6H6，属于经典的芳香环，π电子满足4n+2规则，成环而且每个碳原子均是sp2杂化。是一个大π键的共振结构，这导致它的电子云密度在每个局部，每一个瞬间都有可能出现巨大的增大，因此亲电反应的发生势不可挡，但是对于碳原子自私的本性来说，大家平分共享远远比不上自己独自拥有，实际上他们内心极度渴望电子，这是一个极度需要电子的结构，但是他们又不断流通他们的电子，使得连接在上面的基团必然会从这个电子流动中枢得到或者释放他们的电子。比如面对氨基时，他们毫不客气地吸收氨基中的电子。

4.羰基（酮基,醛基）在这里，氧原子和碳原子产生了深厚的羁绊，两者都是以sp2杂化的形式，但是这丝毫不能改变氧原子对碳原子的两个电子的虎视眈眈，同时由于电子云偏向于氧原子，这对苦命鸳鸯极度需要电子来平衡一下和平放手，以免得苦苦纠缠的痛苦，但是这对他们邻居碳原子上面的氢原子来说，这并不是一个好的状况，他面临来着邻居的掠夺，以至于呈现出正电性，所以在反应中，α-H 和羰基碳原子，这两个地方是最薄弱的地方。

5.酰基，这是一个共振的结构，碳氧双键会在两个氧原子和一个碳原子之间来回转移，是最平衡和完美的三角关系，但是看似坐拥齐人之美的碳原子也为他的花心付出了代价，强力的氧原子掠夺了他的电子，以至于他呈现出正电极性，但是仍然不能满足氧原子的胃口，这必然导致这一个稳定的结构向连接的集团上寻求弱者的电子，当然，也可能有p-π共轭的稳定出现。

羧基，由于酰基的电子需求和稳定，氢原子扫地出门，形成暴虐的H+。但是如果有其他供电子基团结构，如苯环，则会减少这种情况的程度。但是如果连接的是如同羟基之类的需电子基团，则这一个氢原子死相非常难看了。但是这一基团常常因为加热而脱离，因为亲核反应而脱水。

脂基，酸酐中间基团，类似酰基。

氨基，当他与酰基相连时，形成的是p-π共轭，sp3杂化。在反应中常见的含氮物资是NO2-.即亚硝基。

共振

共振结构主要为π-π&p-π两种情况，这是最低能量状态的表现形式，也是电子流动的通道，常常用来判断稳定的反应合成物和稳定的正碳离子。

性质

手性分子，手性分子是一个有机物具有其对映异构体，即镜面对称，则手性分子具有对称轴面或者对称中心，另外一种概念叫做差向异构体，而手性分子解释了生物中受体蛋白的差异性。 旋光性，手性分子都具有旋光性，但是由于结构的变化，会导致旋光性变化，这称为，变旋光。

表示法

1.公式法，即缩写法，如甲烷，CH4.

2.二维投影式

垂直面投影（f-投影式）：写法是以碳主链为垂直线，编号从小到大，从上到下，原子方向向后，水平线表示向纸面前方的原子基团，不改变其构型的操作是，旋转：纸面旋转180N°，或者固定一基团旋转其三。两两基团交换2N次。

C-C投影（Newman投影式）画法是以圆圈作碳，以直线作键，依据C-C投射的视线观察到的投影画出，其经典的投影有，交叉式和重叠式。

3.三维表达有:锯架式、模型（球棍、比例、楔线式）

命名

步骤

1. 判断官能团，有机物的类型。

2. 确定主链，一般主链最长，按不同类型化合物而有区别。常见的母体是一些带有侧链基团的苯，如苄基氯、苯酚，苯甲酸之类的。

3. 编号。编号的起止方向有一定的规则。号码样式有阿拉伯数字（12....）希腊字母表两种样式。

4. 官能团排序，比较规则是各基团逐元素一级一级按原子质量大小比较，并将重键化单，比如C=O化为CO2，然后将官能团从小到大一一描述出来。

5. 手性碳判断，R/S构型。

   将手性碳原子上所连四个原子或基团按 “次 序规则”由大到小排列，然后将最小的 基团 放在远离观察者方向，其余 三个基团指向观察者，则 从大到小排序为顺时针方向的为 R，逆时针为 S，其中Ｒ标示左旋。来自拉丁文左的表述，Reliquit。同理，Ｓ也是拉丁文中对右旋的词的缩写。在判断Ｆ－投影式的时候，如果最小基团如Ｈ，在横线上，则顺时针方向的判断为Ｓ，与立体结构判断时相反，最小基团在垂直线上时则与立体判断时一致。

6. D/L判断，对象为糖类，氨基酸。

   以甘油醛为标准，规定右旋Ｓ构型为 D，左旋Ｒ构型为 L。 凡分子中离羰基最远的手性碳原子的构型与 D-（＋）- 甘油醛相同的糖称 D型；反之属 L 型。

7. 顺反ZE异构判断，同侧Z反侧E。对象为双键结构和环状化合物。

   1）顺反命名法,环状化合物用顺、反表示。相同或相似的原子或基因处于同侧称为顺式也称β式，处于异侧称 为反式也称α式。

   （2）Z，E命名法,化合物中含有双键时用 Z、E表示。按“次序规则”比较双键原子所连基团大小，较大 基团处于同侧称为 Z，处于异侧称为 E。

8. 将整个名称完整写出来。

具体各论。

1. 烃：主链最长。编号靠近取代基起

2. 环烃：取代基位次最小起标号，或者将整个环当做一个环X基。这两种母体不同。

3. 烯;主链含双键最长。编号靠近双键。碳原子大于１０的要在碳原子数后面加碳字。

4. 醇：编号离-OH起，主链按最长＋不饱和键原则。

5. 醚：对称醚称“二X基醚”非对称醚则“小基团+大基团+醚”或者将大基团为母体，以“小基团+氧”即X氧基为取代基进行系统命名。

6. 酮：近主基端编号起，希腊字母标示酮基所在，醛类似此法。羧酸类似此法，酮酸类似此法。

7. 苯环：编号上从最小基团起编号，使基团位数总和最小，另外有利用基团相对位置，邻、间对来标示基团位置、另外在芳香苯环中可做母体的有苯酚、甲苯、苯甲酸．这种情况下，以主官能团为开始标号达到总和最小原则。

8. 脂,命名为Ｘ酸Ｘ脂。内脂则将脂键断开还原，命名按羧酸，然后将结尾的字样改为内脂，用希腊字母标示出原羧基所在的编号，但是并不要出现羧基字样。内氨类似此法。

9. 胺，以胺为母体。不符合系统命名法。

10. 脂肪酸，德尔塔体系编号由羧酸基团起编号和欧米伽体系由非羧酸基团端起编号。

11. 多肽，编号从Ｎ端到Ｃ端，命名为。某氨酰某氨酰.....肽。

常见俗名化合物

1. 酮体：生物氧化中间体，丙酮，乙酰乙酸，３－羟基丁酸。

2. 羧酸：醋酸－乙酸，草酸－乙二酸，琥珀酸－丁二酸，安息香酸－苯甲酸，酞酸－邻苯二甲酸，乳酸-2-羟基丙酸，苹果酸，柠檬酸，异柠檬酸，水杨酸，没食子酸-3,4,5-三羟基苯甲酸。

3. 胺类：Ｎ－亚硝基胺（强烈致癌物），毒品。

4. 生物碱：有机酸盐：苹果酸盐、柠檬酸盐。其他：烟碱、可卡因、奎宁、秋水仙碱、吗啡、阿片。

5. 杂环：呋喃、吡啶、咪坐、噻唑、嘧啶、嘌呤。

   适当记一下这些结构式可能有用处。

6. 常见脂肪酸等：软脂酸、硬脂肪酸、油酸、亚麻酸、花生四烯酸，甘油，卵磷脂、脑磷脂。

7. 糖类：Ｄ－甘油醛，Ｄ－葡萄糖，Ｄ－果糖，Ｄ－核糖，

8. 氨基酸：甘氨酸，丙氨酸，脯氨酸，苯丙氨酸，丝氨酸，半胱氨酸，色氨酸，谷氨酸，赖氨酸，组氨酸。

体系

平衡

蛋白质等电点

在平衡时，Ｎ（ＣＯＯ－）＝Ｎ（ＮＨ３＋），即蛋白质两性解离平衡，对于中性条件下，羧酸的解离度略大于氨基的水解程度，需要酸碱的加入来调控这些平衡。使得Ｎ（ＣＯＯ－）＝Ｎ（ＮＨ３＋），在此时，将此时的ｐｈ值记为ｐｉ值，所以，当ｐｈpi时，蛋白质呈现碱性－，在电泳中在电场力的作用下，蛋白质会移动向相应的方向。

二硫键氧化还原

二硫键极易受到还原断开得到两个－ｓｈ键，但是又极易被氧化形成二硫键。

酮-烯醇构型互变

对于有α－ｈ的酮基来说，极易发生分子内ｅｌｉｍｉｎａｔｅ消去反应，从而形成烯醇式结构。

糖类的链式－haworth式互变

糖类通过分子内成苷的形式脱水形成更稳定的环状结构，称为haworth式，这会造成变旋光现象。这是一种平衡，但是注意的是haworth式没有旋光现象。

共振构型互变

由于π电子的不断流通，使得共振结构不断变化和改变。

反应

基本反应类型

• ｓｎ１，在这一过程中，原子中由于极性过大，需电子基团，和碳离子闹翻，强行夺走电子并脱离，从而暴露了碳正离子，碳正离子易收到亲核基团的正面进攻，从而形成新的化合物，此反应易发生于酸性环境下，因酸性可诱导需电子基团的极性增大而脱离。这一反应易发生在空间位阻大的有机物。

• ｓｎ２，在这一反应过程中，亲核基团攻击碳正离子，并使得碳正离子上原有的需电子基团成功掠夺电子而离去或者双键变单键，在这里的反应条件不能说酸性环境，因为酸性环境反应物亲核基团会与Ｈ＋结合，亲核基团从背面进攻，往往使得生成物ＲＳ构型的改变。同时这也容易发生在空间位阻小的有机物，即支链少的碳正离子，这会提高亲核基团与碳正离子碰撞的几率。

• ｅ１，在酸性、中性环境下，需电子基团如OH-在Ｈ+的诱导（或没有诱导）下自身离去，形成的碳正离子从β－Ｈ上掠夺电子来修补自身，从而使得β－Ｈ离去，此时在双碳间形成双键，消除反应遵循ｓａｙｔｚｅｆｆ规则，即β－Ｃ少氢脱氢。

• ｅ２，碱性条件下，亲核基团攻击β－Ｈ使得β－Ｈ完全脱离，并使得电子流向α－Ｃ的需电子基团，并使其满足稳定结构而脱离，这时，在双碳之间形成双键，这一过程同样遵循ｓａｙｔｚｅｆｆ规则，即β－Ｃ少氢脱氢。

• 高温有利ｅｌｉｍｉｎａｔｅ反应的发生。

  ＣＮ基团是一个常见的取代基，常常直接取代卤素基团。是实现链增长的一种有效方式。

• 加成，由于双键是一个电子云密度在某一方可能出现异常增大的结构，故容易被亲电试剂进攻，根据马氏规则，亲核基团结合Ｈ少的碳，亲电基团结合Ｈ多的碳，从而完成加成反应。但是在含有过氧化物Ｒ-O-O-R的体系中，按照反马氏规则进行加成。

• 亲电取代，即亲电基团进攻碳负离子并从中掠夺电子，碳正离子从其他基团上获取电子保证自身的满意，这导致被剥削的基团的离去。

• 氧化还原，氧化即加氧去氢，还原则相反。常见氧化还原剂如下：

氧化剂，类需电子基团，高锰酸钾，重铬酸钾，臭氧，氧气，过氧化氢，碘单质，tollens试剂（银镜反应）fehling/benedict试剂。

还原剂，类供电子基团，以Ｈ２常见，催化剂往往为金属。其他还有几种常见还原剂是：Na+C2H5OH、Fe+HCl、NaBH4、LiAlH4、异丙醇/异丙醇铝等。注意后面三种是提供负氢离子的还原剂，只对羰基选择加氢，与双键、三键不发生作用。

化学反应的判断：对于体系环境，状态函数，以及自由能自发性的判断，还有就是对反应物结构的判断分析。

化学键断裂的原因有通过受热得到能量而断裂，还有是通过电子获得达到稳定结构从而降低自身的能量而断裂，在断裂过程中有均裂和异裂两种情况。

具体有机反应各论

对于有机物，最普遍的反应是氧化反应，也就是燃烧，剧烈的燃烧会导致爆炸。

烃：链烃：sn2卤代；环烃：ｓｎ２开环，反应环境：ｈｖ/加热/过氧化物。

六元环稳定，三元环活泼,可使溴的四氯化碳溶液腿色 。

烯烃：

亲电加成，卤素（Ｆ剧烈，Ｉ２不活泼，反式产物稳定），硫酸，水。

氧化，高锰酸钾，α－Ｈ决定成羧酸还是酮。臭氧。

对于酸性高锰酸钾参与的反应来说，α－Ｈ是决定能否反应的关键。

还原，Ｈ２，使用金属催化。

炔烃：氧化还原等同烯烃，乙炔具有弱酸性，这是乙炔与其他炔烃的区别和鉴别点。含炔氢的炔烃与硝酸银、氯化亚铜的氨溶液反应分别生成生成炔化银（白色沉淀）和炔化亚铜（红色沉淀）这两种金属炔化物，金属炔化物易爆炸。

苯：亲电取代，卤素，硝化（ＮＯ２＋），磺化（ＳＯ３Ｈ＋），与卤代烃烷基化（傅－克反应）

苯侧链烷基，卤代，氧化（α－Ｈ存在时）

在亲电取代时，具有定位基效应，这是由于碳原子电子被掠夺后形成具有空ｐ轨道的正碳离子能够形成ｐ-π共轭的稳定结构，只有稳定结构才是最后的产物。定位基分类如下：

邻对位	间位
－ＮＨ２	－ＮＯ２
－ＯＨ	－ＳＯ３Ｈ
－Ｒ	－ＣＯＯＨ
-X	-CHO

萘：亲电取代，α位。

卤代烃;H+环境下，ｓｎ１、ｅ１．OH-环境下，sn2/e2.不饱和键的位置与形成ｐ－π共轭对ｅ反应不利。与金属反应（在反应介质为无水乙醚中），形成c-m化合物，例如Ｇ试剂RmgX,连接ｍｇ的碳原子成负电荷，卤素原子显负电荷。宜放置在干燥的地方，以防止爆炸。

对于ＲmgX化合物，加入ＣＯ２即α－Ｃ成酮，在加水成羧酸。

从空间位阻效应来看，叔丁基卤代烃是空间位阻最大的。故极难发生sn2反应。

硝酸银的醇溶液，常用于鉴别醇和卤代烃。生成卤化银沉淀；不同结构的卤代烃生成沉淀的速度不同， 叔卤代烃和烯丙式卤代烃最快，仲卤代烃次之，伯卤代烃需加热才出现沉淀。

醇－OH,脂化，与无机含氧酸反应，形成常见的硝酸甘油，硫酸脂（包括酸性脂，中性脂。人体中的硫酸软骨质即此类）磷酸脂（ATP即此类）。酸性，与na反应。Ｅ反应，在酸性环境的催化下。氧化，氧化作用对象羧基Ｈ＆α－Ｈ，结果，伯碳醇－醛，仲碳醇－酮，叔碳醇－不氧化。与卢卡斯试剂反应，叔醇立刻变浑浊，仲醇静置后变浑浊，伯醇无反应。

－ＳＨ，弱酸性中和反应。硫盐沉淀（重金属，重金属解毒剂）。氧化，弱氧化物，二硫键；强氧化物，－ＳＯ３h

苯酚：酸性中和反应。亲电取代（卤素：苯酚与溴水生成三溴苯酚白色沉淀，硝化，磺化）。氧化。与三氯化铁显色。在这个苯环上碳原子从来不会形成正碳离子。

凡是具有烯醇式结构的都可以和三氯化铁发生显色反应。苯酚产生兰紫色

醚：路易斯碱，质子化，与强酸成盐，此盐遇水溶解，可区分醚与卤代烃或烷烃。sn反应，小基团侧的碳正离子由于链小供电子能力不足，显示出更强的正电荷，故为亲核基团进攻。与氧气反应生产过氧化物，易爆炸。环醚根据不同的酸碱环境发生相应的sn反应而开环。

醛酮：c=o的反应：sn2,与Hcn反应。sn1,在无水酸存在下发生醇缩醛加成反应并脱水，这也是在有机合成中保护酮基的一种必要手段；与水发生反应，不稳定，如侧链具有强吸电子基团则可形成稳定水合物；与Ｇ试剂反应，链增长；与羰基试剂(2，4- 二硝基苯肼)反应, 产生黄色或橙红色沉淀。

半缩醛是缩醛反应的中间生成物，为一种羟基醚化合物，一般不稳定，可以继续和一分子的醇作用，生成缩醛。

α－Ｈ的反应：卤仿反应，条件是碱性条件，α－Ｈ×３，或者Ｒ－CH3CHOH，反应过程为，卤素取代α－Ｈ，接着oH基团攻击酮基碳发生ｓｎ反应。

卤仿反应的运用：鉴别甲基酮和具有相同结构的醇，用碘的氢氧化钠溶液，生成黄色的碘仿沉淀。

氧化：tollens试剂，银镜反应，用来鉴别酮和醛。fehling试剂，用来区分脂肪醛和芳香醛。

还原：clemmensen还原法，w-k-h还原法。

羧酸：酸碱中和，sn2,卤素取代成酰卤。

酰卤，sn反应，水解，醇解，胺解

亲核加成脱水，成酸酐反应，成脂，成酰胺。这三者均易发生ｓｎ反应。

二元羧酸，加热脱一羧。脱羧脱水成酮。

当羧酸的α-C上连有强吸电子基时，加热可使它较顺利地脱羧。

羧酸衍生物：羟基酸热稳定性差，α－羟基，分子间交叉脱水；β羟基，分子内消去反应；γ羟基，成环脱水。酚酸加热脱羧。α酮酸，稀硫酸加热脱羧基，成酮，酮式分解。β酮酸，浓碱共热，成羧酸盐，酸式分解。

胺：脂肪胺可发生ｓｎ２。芳香胺可发生亲电反应，间位取代，可利用溴定量测定苯胺。与ＨＮＯ２反应，伯胺，重氮化反应，脂肪族反应得到不稳定物质，收集到氮气，用来分析氨基酸和多肽的量；芳香族反应得到易爆炸的重氮盐，这一重氮盐可发生ｓｎ反应，亲电反应即偶联反应。对于仲胺，得到亚硝基化合物****（黄色油状物），有毒性。对于叔胺，脂肪族得到不稳定产物**，芳香族得到对/邻硝基胺（绿色固体）。

重氮化反应，是一个ＮＯ－离子攻击Ｎ＋离子的过程。

偶联反应生成对位取代的氮氮双键。

用苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯，在 NaOH溶液中反应，伯胺生成的产物溶于 NaOH；仲胺生成的产物不溶于 NaOH溶液；叔胺不发生反应。

糖类：成苷，在多糖中，支链为α１６苷键，直链为α１４苷键。在单糖中，自身结构变构为ｈａｗｏｒｔｈ式式时成α１４苷键。在纤维二糖中成β１４苷键。多糖水解反应中，多糖（紫色）－红糊精－无色糊精（具有还原性）－麦芽糖－葡萄糖。氧化反应：与斐林试剂显色的为还原性糖（单糖都是），不显色的为非还原性糖，如蔗糖。利用溴水鉴别酮糖和醛糖。稀硝酸可以把头尾的醛基和羟基都氧化成羧基。

杂环

吡啶，Ｎ呈现碱性，一旦质子化就失去大π键，β位亲电反应，α位亲核。

嘧啶，弱碱性。

吡咯，α位亲核。

氨基酸，基团性质反应：羧基，氨基。茚三酮显色反应。

多肽的紫外吸收峰在２８０ｎｍ

核酸的紫外吸收峰在２６０ｎｍ

蛋白质溶液为胶体。

有机合成简要

1. 消去基团的方法有两种，一是利用消去反应，二是利用CN-基团取代，酸化成羧基，在利用加热脱羧基。

2. 链增长，也有两种，一是利用格氏试剂＋co2成羧基，二是利用CN-基团取代，酸化成羧基

缬眼容光忆见初,

蔷薇新瓣浸醍醐。

不知腼洗儿时面,

曾取红花与雪无。

－钱钟书