有机化学理论课教案

有 机 化 学 理 论 课 教 案

授课教师: 唐明义

教学课题第一章 绪论（1）

第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃（2）课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的第一章 绪论

1. 使学生了解有机化化学的研究对象和有机化合物的特殊性质。

2. 使学生掌握有机化合物的结构表示方法和有机化合物的分类方法。能够正确书写简单有机物的电子式、结构式和结构简式；认识一般有机官能团和能给单官能团有机化合物分类。

3. 使学生了解杂化轨道概念，能判别简单有机物分子中碳原子的杂化类型。

4. 使学生熟悉有机化合物分子中化学键：偶极矩、σ键、π键的特点和酸碱电子理论；了解价键理论和分子轨道理论。

第二章 饱和烃

1. 使学生熟悉简单烷烃的普通命名法和较复杂烷烃的IUPAC命名法。

教学重点1.有机化合物结构的基本理论

2.烷烃和环烷烃的结构 教学难点1.键能、键的极性与偶极矩与化合物结构的关系

2. 杂化轨道概念、价键理论和分子轨道理论教学方法启发式课时安排

10分钟

5分钟

　20分钟

10分钟

5分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

第一章 绪论

第一节 有机化学的研究对象

简述：从人类生存、生产的历史阐明有机物的历史性与广泛性，人类生存离不开有机物的事实。

给出有机物的原始概念、演变后的现代概念及其演变历程。

阐明有机物与无机物在结构和性质上的差异。

分析有机物与无机物互相转化的关系及相对性。

第二节 有机化合物特性

从人类生活的衣食住行必须物来分析有机物的共同性质（或有机物的特性）

1.从衣食住行必需品的种类数量分析得到有机物数量多的印象。

简单解释：碳链延长与分枝所致。

2.从生活中的防火知识进行演绎，得出大多数有机物易燃的结论。

简单解释：碳碳键和碳氢键大都可以转变成碳氧键和氢氧键并且放出能量。

3.从酒精、食油、燃气等有机物存在状态导出有机物低熔点性质：

简单解释：分子化合物，弱极性键所致。

4从石油、食油、氯仿、苯的水溶性导出大多数有机物不溶于水的结论。

简单解释：相似者相溶。

5.从绝缘体引出大多数有机物不导电的性质。诸如反应慢、副反应多性质也从生活事实导出。

总结：有机物的结构决定有机物性质－－－结构式的重要性。

第三节 有机化合物中的化学键

1.价键理论

回顾中学化学键概念，写出几种简单无机物、有机物的电子式；简述价键理论要点。

2. 分子轨道理论

介绍分子轨道理论的要点；原子轨道线性组合成分子轨道，有成键

轨道和反键轨道；成键电子围绕整个分子运动电子。

成键三原则：对称性匹配、能量近似、最大重叠。

表示方法：波函数表示

3.碳原子杂化轨道理论

详细讲述杂化轨道理论要点，从价键理论过渡到杂化轨道理论，

用轨道式（方框）表示碳原子的价层电子（基态、激发态和SP3杂化态）的排布。

讲述杂化轨道概念及SP3杂化、SP2杂化态、SP杂化态。（可以以图形或模型表示S、P轨道和杂化轨道的电子云形状）

论述σ键、π键的形成过程、电子云形状与特点。

简述共价键的四个参数：键能、键长、键角与偶极矩。

简述分子几何构型、极性与分子化学键的关系。

介绍化学键的异列与均裂。

第四节 有机化合物的结构式及其表示方法

1.用容（详细内容见课件）

第三节 烷烃和环烷烃的异构与构象

1.烷烃和环烷烃同分异构现象。（碳链异构和顺反异构）

2.乙烷和丁烷的构象（透视式，Newman投影式），

3. 环烷烃和取代环烷烃的构象（船式和椅式，直立键(a)和平伏键(e)）。

讲述对象包装工程专业本科学生教学目的1. 使学生了解共轭二烯烃的结构特征和性质

2. 掌握离域键，电子离域及共轭效应等重要概念

3．了解苯的结构及化学性质教学重点1. 共轭二烯烃和苯的结构特点

2. 共轭二烯烃1,4-加成和苯的亲电取代反应教学难点电环化反应的立体选择性教学方法启发式课时安排

100分钟

45分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

第四章 二烯烃

1. 二烯烃的分类和命名：介绍三种类型的二烯烃特征及特点

2. 1，3 丁二烯的结构：键的离域概念，共轭效应，详细讲述. 手性分子的判断

2. 分子绝对构型的表示方法教学难点构型的标记（R、S构型的表示方法）教学方法启发式课时安排

20分钟

30分钟

15分钟

30分钟教学步骤、内容（详细内容见课件）

第一节 手性及对称性

如果分子中含对称面或对称中心，则分子与其镜像可以完全重合，这种分子为非手性分子(achiral)；

分子中不含对称面也不含对称中心时，分子与镜像不能重合，为手性分子(chiral)。

第二节 旋光性(optical activity)

一、 偏振光与旋光性

自然光 偏振光 旋光性

旋光度的大小是由旋光仪测定的。比旋光度是表示化合物旋光性的物理常数：

非手性分子没有旋光性。有手性的分子都有旋光性。分子具有手性是引起分子旋光性的根本原因。

第三节 含手性碳原子化合物的对映异构

一、含一个手性碳原子化合物的对映异构

1．Fischer投影式

投影式书写规则

2． 对映体构型的表示方法

主要讲绝对构型表示法（R, S表示法）Absolute configuration

R, S构型的确定

绝对构型与旋光方向没有任何必然联系

根据Fischer式可直接判断R, S构型

二、含两个手性碳化合物的旋光异构

1．含两个相同手性碳化合物的旋光异构；

2.含两个不同手性碳化合物的旋光异构；

第四节 不含手性碳化合物的旋光异构

1. 丙二烯型分子

2. 联苯衍生物小 结

(5分钟)1．手性分子存在对映体，具有旋光性

2．手性分子一般用Fischer投影式表示，用R,S标记构型思 考 题如何用立体化学证明烯烃加溴是反式加成

教学课题第七章 卤代烃(3)课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的1. 了解卤代烃的结构与性质

2. 掌握卤代烃分子中卤原子与其他官能团的转化规律。在合成中，运用这些规律判断反应的主要产物和反应所需条件和试剂。教学重点1. 卤代烃的亲核取代反应、消除反应

2. Sn1,Sn2,E1,E2机理教学难点影响历程的因素教学方法启发式课时安排

10

10分钟

30分钟

　55分钟

　40分钟教学步骤、内容（详细内容见课件）

第一节 卤代烃的分类和命名

7.1 分类和命名:IUPAC命名法

按与卤素相连碳原子不同：

按烃基种类不同：

按卤原子数目不同：

第二节 卤代烃的制备

7. 2 制法：烷烃卤代，烯烃加卤化氢，从醇制备

第三节 卤代烃的性质

一、物理性质(physical properties)：

二、化学性质： C - X 键易断裂，性质活泼

1.亲核取代反应(nucleophilic substitution)；卤代烷的水解（hydrolysis），氰解，

氨解，醇解，与硝酸银作用，SN1,SN2历程和影响因素

威廉姆逊反应：合成混和醚

第四节 卤代烃的化学性质

1.

亲核取代反应

2.消去反应(elimination reaction)

⑴ 脱HX的能力：

⑵ 札依采夫规律：

在反应中，主要产物为双键上烷基取代基较多的烯烃；能形成共轭体系的产物为主要产物，尤其与苯环共轭时

3.与金属反应

重点介绍有机镁化合物称为Grignard试剂（G-试剂）

第五节 亲核取代反应机理

一 双分子亲核取代(SN2)

亲核试剂(OH )从离去基团(Cl)的背面进攻，在离去基完全脱离之前，亲核试剂即与碳原子部分成键

二 单分子亲核取代(SN1)

两种机理的比较：

1.中间状态：SN2－过渡态，构型翻转；SN1－碳正离子，外消旋化。

2.卤代烃的反应活性顺序：

离去基碱性越强，越难离去： -OH, -OR, -NH2一般不直接离去，而以共轭酸的形式离去（H2O, ROH, NH3）。

第六节 影响亲核取代反应机理的因素

1. 烷基结构的影响

2. 卤离子的影响

3. 亲核试剂的影响

4. 溶剂的影响小 结

(5分钟)3. 卤代烃中卤素可以被亲核试剂取代

4. 取代反应有两种历程SN1,SN2历程思 考 题亲核试剂和碱性有什么联系

教学课题第七章 卤代烃(1)

第八章 醇和酚(2)课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的1.了解消除反应历程机理及影响因素

2. 卤代烯烃和卤代芳烃的性质

3. 了解醇结构上的特点及性质教学重点1. 消除反应机理

2. 双键位置对卤素原子活性的影响

3. 醇的化学性质教学难点取代和消除反应的竞争主要产物的判断教学方法启发式课时安排

15分钟

15分钟

10分钟

　

　

　

　

　10分钟

　10分钟

　

　

　

　

　

　15分钟

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

75分钟教学步骤、内容（详细内容见课件）

第七节 消除反应机理

一 双分子亲核取代(E2)

亲核试剂(OH )进攻β-H，在离去基完全脱离之前，亲核试剂即与碳原子部分成键

二 单分子亲核取代(E1)

两种机理的比较：

1.中间状态：E2－过渡态；E1－碳正离子。

2.卤代烃的反应活性顺序：烷基和卤素的影响

第八节 影响消除反应机理的因素

5. 烷基结构的影响

6. 卤离子的影响

7. 进攻试剂的影响

8. 溶剂的影响

第九节 取代和消除反应的竞争

1. 烷基结构的影响

2. 进攻试剂的影响

3. 溶剂的影响

4.温度的的影响

第十节 卤代烯烃和卤代芳烃

1 分类和命名:IUPAC命名法

乙烯型卤代烃

隔离型卤代烃

烯丙型卤代烃

2 制法

3 双键位置对卤素原子活性的影响

教学步骤、内容（详细内容见课件）

第八章　醇

一、醇的分类和命名

1、分类：

根据醇分子中烃基不同，烃基中碳氢比不同，分子中羟基所连碳原子不同及醇

分子中羟基数目不同，可分为不同类，并分别举例说明。

2、命名：

命名可用普通命名法和系统命名法，举例说明。

二、物理性质

1、沸点：

首先给出一组分子量相近的不同类化合物的沸点

CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2OH CH3-O-CH2CH3 CH3CH2Cl

分子量（M） 58 60 60 64

bp -0.5℃ 97.2℃ 10.8℃ 12℃

问题：为什么醇的沸点较其它分子量相近的物质的沸点高？

简单回顾氢键形成条件，并以氢键解释此现象，说明醇的沸点随分子结构变化的一般规律。

2、水溶性：

醇分子中有亲水基和疏水基，说明醇在水中溶解性与其结构的关系。

常见的亲水基：－OH，－NH2，－COOH，－SO3H，＞C＝0

常见的疏水基：－R，－Ar

三、化学性质

首先进行构性相关分析，然后一一讲解

（一）官能团的反应

1、与活泼金属反应，（O-H键）

2、酯化反应（O－H键）

3、与氢卤酸反应（C-O键断裂）、（重点讲解）

引入lucas试剂（浓HCl/无水ZnCl2）,利用lucas试剂鉴别6C以下的伯、仲、叔醇

HX反应活性：HI＞HBr＞HCl

ROH反应活性：烯丙醇，苄醇

但有时会发生重排，使其在合成上的应用受到限制。

4、与PX3和SOCl2等卤化剂反应（C－O键断裂）

特点：不发生重排，反应速度快，产率高，产物易分离。

小 结

(5分钟)5. 消除反应有E1, E2 两种机理

6. 取代和消除反应是两个相互竞争反应思 考 题为什么增加溶剂极性,有利于取代反应,而不利于消除反应

教学课题第八章 醇和酚(2)

课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的1.了解酚结构上的特点性质

2. 了解醚酚结构上的特点性质教学重点1. 酚的化学性质

2. 醚的化学性质教学难点1..酚的结构特点：（P－π共轭效应，使苯环活化，且C－O键加强难断，而O－H键极性增强，易断。）

2. 酚的酸性与结构的关系教学方法启发式课时安排

30分钟

15分钟

55分钟

50分钟教学步骤、内容（详细内容见课件）

（二）烃基的反应-氧化（或脱氢）反应（C－H键断裂）

1、加氧

常用的氧化剂：K2Cr2O7/H2SO4、KMnO4/H2SO4、CrO3-吡啶

可用于伯、仲、叔醇的鉴定及结构推断。

2、脱氢

（三）官能团和烃基共同参与的反应-脱水反应（浓H2SO4催化）

1、分子内脱水――制备烯烃，脱水时遵从札依采夫规则

2、分子间脱水――制备对称醚。

§8－2 酚

一、物理性质

1、沸点

请学生解释苯酚沸点比苯高的原因

2、水溶性：

例1：比较 和沸点高低与水溶性大小？

解释

由于邻硝基苯酚形成分子内氢键，不再发生分子间缔合，故其沸点较低，同理其与H2O分子形成氢键能力减弱，故其水溶性较低，利用此特点可

用水蒸汽蒸馏方法分离邻硝基苯酚和对硝基苯酚。

二、化学性质

首先进行构性相关分析，再逐一讲解

（一）官能团反应（O－H键断裂）

1、酸性pKa＝9.95

1）酸性比较：羧酸＞H2CO3＞酚＞H2O＞醇

利用苯酚酸性可分离提纯酚类物质

2）影响苯酚酸性的因素：

芳环上连推电子基，则苯酚酸性减弱，若连强拉电子基如－NO2则

苯酚酸性增强，如pka=0.25

2、与FeCl3显色结构的物质，加FeCl3可显色，此法可用于酚及具有烯醇式结构化合物的鉴别。

3、成醚（略讲）

4、酯化（略讲）

第九章 醚

一、分类和命名

举例说明

二、化学性质

醚键极性弱，对氧化剂、还原剂、碱稳定，对酸较稳定，与浓酸可形成锌盐。

1、生成洋盐

利用这一性质可分离鉴别醚与卤代烃或烷烃。

2、醚键断裂

3、生成过氧化物

4、环醚：环氧乙烷的制法

5、环氧乙烷的性质：与水、醇、氨、Grignard试剂的作用

小 结

(5分钟)1. 酚的氧原子与苯环共轭，其性质与醇不同。

2. 醚是较稳定的，但环氧乙烷性质活泼思 考 题为什么邻硝基苯酚比对硝基苯酚沸点较低

教学课题第十章 醛 酮（3）课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的1. 掌握醛酮的重要反应及规律。

2. 熟练运用醛酮的反应进行合成，分离，推导结构。教学重点醛酮的化学性质教学难点羰基亲核加成反应机理教学方法启发式课时安排

20分钟

20 分钟

15分钟

90分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、命名

醛酮通式CnH2nO

简述醛酮分类及命名（普通命名法，系统命名法）

二、制法：醇的氧化与脱氢，炔烃水合，羰基合成，同碳二氯化物水解，芳环上甲酰基化、酰基化

三、物理性质

1、沸点：

醛、酮一般不能形成分子间氢键，其沸点低于分子量相近的醇。

2、水溶性：

由于C＝0为强极性键，能与水形成氢键，低级醛、酮与水混溶。

四、化学性质

先进行构性相关分析

比较（1）、（2）稳定性，说明醛酮易发生亲核加成反应。

（一）羰基的亲核加成（重点）

1、与HCN加成

以丙酮与HCN加成为例，说明亲核加成反应历程，及影响因素，并举例说明其在有机合成中的应用。

2、与饱和NaHSO3加成--醛、脂肪甲基酮，环酮。

作用：1）鉴别醛、酮

　　　2）分离纯化

3、与H2O加成

4、与醇的加成

缩醛（酮）特点：

1）对碱、氧化剂、还原剂稳定（与醚相似）

2）遇酸水解生成原来的醛（酮）和醇。

作用：有机合成中保护。

5．与格式试剂加成

作用：制备醇。

6．与氨及其衍生物的加成

(二)α－H的反应

1、羟醛缩含（稀

碱催化）

含α－H的醛在OH－作用下，可发生自身加成作用，生成β－羟基醛

不含α－H的醛无此反应，但无α－H的醛可与有α－H的醛作用，称为交叉缩合

2、α－H的卤代（碘仿反应）

试剂：I2／NaoH

作用对象：

现象：CHI3（黄色）↓

应用：用于鉴别合成小 结

(5分钟)1． 醛酮的化学性质有：羰基加成，α－H的反应

2． 机理为亲核的思 考 题羰基为什么进行亲核加成而不进行亲电加成反应历程

教学课题第十章 醛 酮（1）

第十一章 羧酸（2）课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的1..掌握羰基氧化还原反应

2. 熟悉羧酸的命名和分类

3. 掌握羧酸的物理性质和化学性质教学重点1. 醛酮的氧化反应

2. 羧酸的结构对酸性的影响教学难点酯化反应的历程及特点教学方法启发式课时安排

50分钟

90分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

（三）氧化还原反应

1、氧化

利用弱氧化剂来区别醛、酮

1）斐林试剂（I）：CuSO4　溶液

斐林试剂（Ⅱ）：酒石酸钾钠和NaOH的混合溶液

使用时等量混合。

作用对象：脂肪醛

现象：Cu2O↓(砖红色)

2）吐伦试剂：AgNO3的氨溶液

作用对象：所有醛

现象：银镜

应用：用于醛、酮的鉴别。

2、还原：

1、催化氢化

2）硼氢化钠（NaBH4）

特点：还原

五）歧化反应（康尼查罗反应）

对象：无α－H的醛

条件：浓NaOH催化

小结本章重点、难点，预习羧酸的分类和命名。

第十一章 羧酸

一、羧酸的分类和命名

二、物理性质：

1、氢键：与沸点的关系

2、m.p

3、溶解性

三、制备：烃氧化法，氰水解，从伯醇或醛制备，从Grignard试剂制备

四、化学性质

结论：－COOH键长平均化

反应特点：①离解，酸性；②－OH被取代；③C＝O被还原；④断裂而脱羧；⑤α－H取代；⑥β－H氧化。

1、酸性

①中和反应

②取代基对酸性的影响

2、羧酸衍生物的生成

①被－Cl取代生成酰氯

②被－OR取代生成酯

③被RCOO－取代生成酸酐

④被－NH2取代生成酰胺

3、脱羧反应

4、α－H取代

5、二元酸的化学性质

取代酸

小 结

(5分钟)1. 醛酮既可被还原也可被氧化的氧化

2. 羧酸可进行四种反应思 考 题为什么拉电子基团使羧酸的酸性增加

教学课题第十二章 羧酸衍生物(2)

第十三章 ? 二羰基化合物(1)课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的1、 掌握羧酸衍生物的命名和化学性质

2、 掌握羧酸衍生物的重要反应及其相互转化

3、 掌握? 二羰基化合物的特

性教学重点a) 羧酸衍生物的化学性质

b) 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用教学难点1．羧酸衍生物的相互转化（历程，相对活性）

2．酯缩合反应教学方法启发式课时安排

15分钟

80分钟

　

　

　

　

　

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、分类命名：①酰卤；②酸酐；③酯；④酰胺

二、化学性质：

1.羧酸衍生物的相互转化（历程，相对活性）

2.还原反应

3.与Grignard试剂反应

4.酰胺氮原子上的反应（酸碱性，脱水，Hofman降级反应

第十三章 ? 二羰基化合物

一、 酮-烯醇互变异构

二、 乙酰乙酸乙酯的合成：Claisen酯羧缩合反应，Dieckmann缩合反应

三、乙酰乙酸乙酯的性质

1． 酮式分解

2． 酸史分解

四、乙酰乙酸乙酯在合成上的应用

举例

小 结

(5分钟)7. 羧酸衍生物可以相互相互转化

8. 乙酰乙酸乙酯在合成上主要用于甲基酮的合成思 考 题为什么乙酰乙酸乙酯的烯醇式比较稳定

教学课题第十三章 ? 二羰基化合物（1）

第十四章 含氮化合物（2）课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的4、 掌握丙二酸二乙酯在合成中的应用

5、 掌握胺的性质 教学重点1. 丙二酸二乙酯在合成中的应用

2．胺的化学性质教学难点1．应用丙二酸二乙酯合成羧酸

2．影响胺碱性的因素教学方法启发式课时安排

　50分钟

95分钟

　

　

　

　

　

教学步骤、内容（详细内容见课件）

五、丙二酸二乙酯的合成

六、丙二酸二乙酯的性质

七、丙二酸二乙酯在合成上的应用

第十四章 含氮化合物

胺

一、胺的分类和命名

伯仲叔胺及季铵盐

二、制法：硝基化合物还原，腈和酰胺的还原，氨的烷基化，羧酸衍生物的降级，Gabriel合成法

三、胺的化学性质

1、碱性和成盐反应

碱性的影响因素：分子结构对碱性的影响。

成盐反应及应用

2、烷基化反应

3、酰化反应： ①伯胺　　②仲胺　　③叔胺　　④兴斯堡反应及应用

4、与HNO2反应 ①伯胺反应放N2 ②仲胺生成黄色的物质 ③叔胺

5、季铵碱的Hofan消除反应 ①无β－H②有一种无β－H　③含多种β－H

小 结

(5分钟)9. 丙二酸二乙酯主要用于羧酸的合成

10. 胺具有碱性和亲核性思 考 题为什么拉电子基团会使胺的碱性下降

教学课题第十四章 含氮化合物（2）

第十五章 杂环化合物（1）课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的1、熟悉重氮化合物和偶氮化合物

2、掌握重氮盐在合成中的应用

3、熟悉五元和六元芳香杂环化合物命名规则及化学性质教学重点1、 重氮盐的反应

2、 五元和六元杂环化

合物的芳香性教学难点应用重氮盐合成芳香化合物教学方法启发式课时安排

95分钟

50分钟

　

　

　

　

　

教学步骤、内容（详细内容见课件）

重氮化合物和偶氮化合物

1．重氮和偶氮化合物的结构

2．重氮化反应

3．重氮盐的性质：

　　　　失去氮的反应：重氮基被氢、羟基，卤素、氰基取代

保留氮的反应：还原反应，偶合反应

4．重氮盐在合成中的应用

第十五章 杂环化合物

第一节 杂环化合物

一、杂环化合物的结构特点：

杂环化合物是成环原子中，除了碳原子以外，还含有氧、硫、氮等原子。

这些化合物存在着共同的特点，兀电子数符合4n+2规则，具有芳香性。

而内酯、内酰胺，内酸酐和环醚等不属于杂环化合物之列，这些化合物不具备芳香性。

1、分类及命名：命名主要采用音译法

1）、单杂原子单环 吡咯 呋喃 噻吩 吡啶

2）、单杂原子稠环 吲哚 喹啉

3）、多杂原子单环: 嘧啶 嘧唑 噻唑

4）、多杂原子稠环 嘌 呤 鸟嘌呤 腺嘌呤

2、芳香杂环化合物结构

1,3-戊二烯分子中，含有4个兀电子，且C5是以SP3杂化，因此，成环的五个碳原子中有一个不共平面，所以无芳香性。

1) 呋喃

成环原子均以SP2杂化，且共平面，由于O原子上的孤对电子可与兀电子形成P-兀共轭体系(五原子六个兀电子)符合休克尔规则，具有芳香性，P-兀共轭的结果，使C=C上的电子密度增加，这种芳杂环又称作富电子芳杂环。

2)吡啶

成环原子均以SP2杂化，形成闭合的兀-兀共轭体系(C原子和N原子各以一个电子侧面交盖，形成三个兀键)，又由于N原子的电负性大于C原子，即N原子的-I效应，所以C=C上的电子密度降低，这种芳杂环又称作缺电子芳杂环。

由电子密度的分布可知：

1)尽管芳杂环也是一个闭合的共轭体系，由于杂原子的电负性较大，其电子云分布并不均匀。

2)这种电子分布不均匀的结果，使得缺电子芳杂环亲电取代反应主要发生在β-位，而富电子芳杂环亲电取代反应主要发生在α-位。

小 结

(5分钟)11. 重氮盐可用于合成芳香化合物

12. 呋喃、吡啶等杂环化合物具有芳香性思 考 题怎样判断杂环的芳香性

教学课题第十五章 杂环化合物（1）

第十六章 碳水化合物（2）课型理论课对象包装工程专业本科学生教学目的1. 了解一些常见的重要杂环化合物化学性质

2. 了解单糖的结构和性质教学重点1. 芳香性

2. 单糖结构教学难点糖的变旋现象与结构的关系教学方法启发式课时安排

50分钟

95分钟

25分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）。

二、杂环的性质

1、酸碱性：

吡咯：

1)对石蕊显中性。因为N上未共用电子对参与了共轭体系，从而N原子上的电子密度降低，接受质子（H+）的能力降低，PKb=13.6。

2)N原子上所连的H原子显弱酸。

吡啶：

1) 弱碱性：其碱性与苯胺差不多。

2、 亲电取代反应：

富电子芳杂环比苯容易发生亲电取代反应，主要取代α-位；

缺电子芳杂环比苯更难发生亲电取代反应，主要取代β-位。

3、催化加氢反应

吡咯+H2 四氢吡咯

注意：1）加成产物失去芳香性

2）含氮芳杂环加氢后属于环状仲胺。

第二节 重要杂环化合物介绍

一、 糠醛α-呋喃甲醛。

农副产品戊糖糠醛

性质：1、具有芳香醛的性质

1）不被斐林试剂所氧化

2）能发生康尼查罗反应

二、嘌呤衍生物

三、生物碱

一、概述

1、定义：有生理作用的含氮碱性化合物

2、提取方法：

将植物捣碎生物碱盐酸盐→除去残渣生物碱(游离)萃取→蒸馏→纯品

*许多毒品均属于生物碱类的物质，我们有义务将拒绝毒品作为自觉行为。

第十六章 碳水化合物

碳水化合物就是糖类化合物，它是多羟基醛或者多羟基酮，或者水解后能生成多羟基醛成多羟基酮的化合物。

碳水化合物主要含有C、H、O三种元素，由于大部分碳水化合物分子中的H和O的比例恰好为2：1，与H2O分子相同，所以其通式可以写成Cx(H2O)y，碳水化合物也因此而得名。

例：葡萄糖C6(H2O)6，蔗糖C12(H2O)11

但有些物质也符合上述通式，却不属于糖类化合物。

例如：乳酸CH3CH(OH)COOH→C3(H2O)3

所以把糖类称为碳水化合物并不确切。

糖的来源：

由绿色植物的光合作用而产生。如自然界中分布最广泛的葡萄糖，就是植物靠太阳提供的能量，在叶绿素的催化下，利用CO2和H2O合成的。

糖的分类：

1)单糖：多羟基醛或多羟基酮，如葡萄糖、果糖；

2)低聚糖(也称作寡糖)：经水解后可生成2、3、4个单糖分子。根据水解成单糖的数目，可分为双糖和三糖等，如：麦芽糖，蔗糖等。

3)多糖：经水解可生成许多单糖的高分子，如淀粉、纤维素等。

碳水化合物是多官能团化合物，它既具有单能团的性质，又有官能团之间相互影响的表现，且分子中含有手性碳原子，使之具有旋光性和旋光异构体。因此，研究糖的特性，是培养我们运用官能团反应及立体化学概念综合分析问题和解决问题的结合点。

第一节 单糖

一、单糖的构型

从丙醛糖和丁酮糖开始，糖分子就含有手性C原子，就具有旋光异构现象。以葡萄糖为例，它是含五羟基的已醛含有4个手性C，因此，旋光异构体数目N=24=16

，其中D-型8种，L-型8种，D-葡萄糖是其中的一种。

糖分子中含有多个手性C原子，其中，离C=0最远的C原子为决定构型的C原子。

所以：左H，上醛酮，D-型; 右H，上醛酮，L-型

在含多个手性C原子的化合物的旋光异构体中，其中仅仅有一个手性C的构型不同，其余的构型完全相同的异构体，称为差向异构体。

D-葡萄糖与D-甘露糖互为C2差向异构体

D-葡萄糖与D-半乳糖互为C4差向异构体

二、单糖的环状结构

1、变旋现象：

在研究D-葡萄糖的旋光现象时发现D-葡萄糖具有两个比旋光度

[α] =+113°和[α]=+19°，将二者放置一段时间后，其旋光度均转化到+52.5°时，维持不变。

这种旋光度发生改变的现象，叫作变旋现象。

用链式结构代表D-葡萄糖是不足以表达它的理化性质和结构关系的。

2、单糖的环状半缩醛结构(Fischer式)

实验证明，自然界中存在的大多数已醛糖是以六员环半缩醛形式存在，而

由上述式子我们知道：羟基碳由SP2杂化转化成了SP3杂化，并与决定构型

的C上的-OH构成氧桥，这时，羰基碳原子转化成了手性碳原子，其中羰基氧原子变成了-OH，这个羟基称作半缩醛羟基(-OH半)

当半缩醛-OH-5与决定构型-OH处于同侧时，称为α-型，半缩醛当-OH半与决定构型的-OH处于异侧时，称为β-构型。

对于D-葡萄糖而言，实际上就存在着α-D-葡萄糖和β-D-葡萄糖两种形式，它们的差异仅仅是C1的构型不同，所以它们是C1差向异构体，早期称之为Anomer。

由于半缩醛形式并不稳定，在水溶液中，互为C1差向异构体的α-构型和β-构型可以通过开链式互相转化，直至达到动态平衡，从而造成了变旋现象。

3、Haworth式(透视式)

Fischer式的半缩醛结构中，从环的稳定性看，那种过长的氧桥是不合理的，为了更接近真实，更形象地表达糖的环氧结构，Mr.Haworth首先提出将直立的结构式改写成平面环状结构式来表示，这对于观察糖的基团之间的立体化学关系更为方便，

a)Haworth式的画法：

画出成环氧原子处于右后方的六员环，并将环顺时针编号。Fischer开链式中，链右边的基因处于环下方，而左边基团处于环上方。成环时，为使-OH(决)与C=0更接近，根据单键旋转不影响物质的构型的原理，将C4-C5键旋转109°28′(平面旋转120°)，因此，D-型糖未端-CH2OH必然处于环上方。

b)含末端-CH2OH Haworth式D/L和α/β构型判断

判断的前提：环是顺时针编号

①当末端-CH2OH处于环上方时，为D-型

当末端-CH2OH处于环下方时，为L-型

②当-OH（半）与末端-CH2OH同侧时，为β-型

当-OH（半）与末端-CH2OH异侧时，为α-型

以D-果糖为例

c)不含末端-CH2OH糖的结构判断

这时，应寻找-OH（决）

当-OH(决)处于环下方

时，为D型，当-OH(决)处于环上方为L-型

当-OH(半)与-OH(决)同侧时，为α-型，当-OH(半)与-OH(决)异侧，为β-型

d)-OH（半）的识别

什么是半缩醛-OH？与成环氧原子直接相连的碳上的羟基，称作-OH(半)，注意-OH(半)与其它醇-OH的区别。

例：请画出α-D-半乳糖的Haworth式

e)怎样识别不正规的Haworth式

①确认半缩醛-OH

②将环正确编号(醛糖-OH半)处于C1上，酮糖OH处于C2上。

③若环是顺时针编号，则旋转归位，基团位置无变化；若环是逆时针编号，则翻转归位基团位置发生变化，总之，要归其位而视之。

第十六章 碳水化合物

三、单糖的性质

1、差向异构化

单糖分子中，由于α-H原子受到C=0和-OH的双重影响变得十分活泼，在 碱性条件下，单糖可转化成烯二醇式结构并达到平衡：

由于D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖在C3、C4、C5上的构型相同，所以，它们具有相同的烯二醇结构。因此，在碱性溶液中，实际存在着三种糖的平衡。

2、氧化反应

1)碱性条件氧化

在碱性条件下，所有的单糖均可以被Feiling和Tollens试剂等弱氧化剂所氧化

凡是能被斐林试剂氧化的糖统称为还原糖，所有的单糖都是还原糖。

2)酸性条件氧化

A、弱氧化剂氧化： Br2/H2O，对象：醛糖

醛糖+Br2/H2O→醛糖酸

酮糖+Br2/H2O→难以反应

B、强氧化剂氧化，HNO3对象：醛糖

醛糖+HNO3→糖二酸

3)酶催化氧化氧化末端-CH2OH

3、还原反应

4、成脎反应

试剂：苯肼

对象：所有的还原糖，部位：C1、C2，现象、黄色结晶

因为D-葡萄糖，D-甘露糖和D-果糖的C3、C4和C5上的构型相同，所以它们的脎相同。

作用：①鉴别还原糖的存在

②从糖脎的熔点和晶形可鉴别某些糖。

四、单糖的重要衍生物

1、糖苷

糖苷是糖分子中的-OH半与另一分子羟基化合物(如ROH、 OH等)失水生成的缩醛结构的化合物。糖苷分子中糖的部分叫糖基；非糖部分叫配基，连接糖基和配基的键叫做苷键。

α-型-OH半所形成的糖苷称作α-糖苷，其苷键称作α-苷键

β-型-OH半所形成的糖苷称作β-糖苷，其苷键称作β-苷键，自然界中以β-糖苷为主，存在于植物的根、茎、花叶和种子中。

糖苷的性质：

(1)糖苷分子中不存在半缩醛结构，所以没有变旋现象；

(2)糖苷不能被斐林试剂所氧化，为非还原糖，并且不能成脎；

(3)糖苷仍有旋光作用；

(4)糖苷在酸性条件下能发生水解反应，但在碱性条件下稳定。

2、糖酯

糖分子中所有的羟基都能与有机酸或无机酸作用生成酯，称作糖酯。

糖酯在酸性或碱性条件下均可以发生水解反应。

第二节 二糖 （简介）

二糖是由相同或不同的两分子单糖通过苷链连接而成的糖苷。根据它们是否能被斐林试剂所

氧化，可以分成还原性二糖和非还原性二糖。

一、还原性二糖

1、结构特点

还原性二糖是由一分子糖的半缩醛羟基与另一分子糖的醇羟基缩合而成。

例如麦芽糖、乳糖等都是还原性二糖

2、性质

(1)还原性二糖分子中存在着一个半缩醛-OH，因此，还原性二糖仍具有变旋现象。

(2)氧化反应

还原性二糖+斐林试剂Cu2O↓(砖红色)

作用：可用于鉴别还原糖和非还原糖

(3)酸性条件下可发生水解反应，其苷键断裂，生成两分子单糖。

3、举例

(1)麦芽糖，由一分子α-D葡萄糖的半缩醛-OH与另一分子D葡萄糖C4上的醇-OH脱水后，通过α-1，4-苷键结合而成

(2)纤维二糖：由一分子β-D-葡萄糖C1上的半缩醛-OH与另一分子D-葡萄糖C4上的醇-OH的脱水生成，通过β-1，4苷键连接而成。

(3)乳糖：由一分子β-D- 半乳糖C1上的半缩醛-OH与另一分子葡萄糖C4上

的醇-OH脱水后，通过β-1，4-苷键结合而成。

二、非还原性二糖

1、结构特点

非还原性二糖是由二分子糖的半缩醛-OH 脱水而成的，最常见的是蔗糖的海藻糖。

(1)蔗糖：由一分子α-D-葡萄糖C1上的半缩醛-OH与另一分子β-D-果糖C2上的半缩醛-OH脱水，通过α，β-1，2-苷键连接而成。

2、性质

非还原二糖分子中，不存在半缩醛结构，所以无变旋现象。

(2)不被斐林试剂氧化，不能成脎；

(3)可在酸性条件下发生水解反应，生成两分子单糖；

(4)具有旋光性

这种水解反应前后旋光性由右旋变为左旋的过程，称为转化过程，转化后生成的等量葡萄糖和果糖称为转化糖。小 结

(5分钟)1杂环化合物具有芳香性

2．葡萄糖有两种结构思 考 题葡萄糖为什么有变旋光现象