《有机化学复习提纲》课件

有机化学复习提纲欢迎来到有机化学复习课程本次课程将系统地回顾有机化学的核心概念、各类有机化合物的结构特征和反应性质，以及它们在现代科学和工业中的重要应用我们将从基础概念出发，逐步深入到复杂的有机反应机理和生物分子的奥秘有机化学作为化学学科的重要分支，研究的是含碳化合物的结构、性质、合成和应用它不仅是理解生命过程的基础，也是现代工业、医药、材料等领域发展的关键科学希望通过这门课程，能帮助您构建系统的有机化学知识体系第一章绪论有机化学的定义研究对象有机化学是研究含碳化合物及其有机化学主要研究各类有机化合反应的科学，除少数简单碳化合物的结构、物理性质、化学性质、物（如、、碳酸盐等）外，制备方法、反应机理以及在各领CO CO₂绝大多数含碳化合物都属于有机域中的应用目前已知的有机化化合物的范畴有机化学始于合物超过两千万种，数量远远超年维勒合成尿素，打破了有过无机化合物1828机物只能由生物体合成的活力说有机化合物的特点有机化合物具有碳原子成键能力强、分子结构多样、同分异构现象丰富、反应条件温和、反应历程复杂等特点大多数有机化合物熔点、沸点较低，溶于有机溶剂而难溶于水，燃烧时通常产生二氧化碳和水有机化合物的分类按碳骨架分类按官能团分类根据分子中碳原子排列方式的不同，有机化合物可分为根据分子中特征原子团的不同，有机化合物可分为脂肪族化合物碳原子以开链或非芳香环形式连接烃类仅含碳氢原子的化合物••脂环族化合物含有非芳香性环状结构卤代烃含卤素原子的烃••芳香族化合物含有苯环或其他芳香性环状结构含氧化合物醇、醚、醛、酮、羧酸等••杂环化合物环中含有非碳原子的环状化合物含氮化合物胺、酰胺、腈等••含硫化合物硫醇、硫醚等•多官能团化合物含有多种官能团的复杂分子•有机化合物的命名命名法基本原则IUPAC国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）制定的命名系统，是目前最系统、最规范的有机化合物命名法其基本原则包括•确定母体名称（主链或主环）•确定官能团的优先顺序•标注取代基的位置和数目常见官能团的命名规则不同官能团有特定的词头或词尾•烯烃-ene（如乙烯ethene）•炔烃-yne（如乙炔ethyne）•醇类-ol（如乙醇ethanol）•醛类-al（如乙醛ethanal）•酮类-one（如丙酮propanone）•羧酸-oic acid（如乙酸ethanoic acid）有机化学反应类型取代反应加成反应在取代反应中，分子中的一在加成反应中，两个分子结个原子或原子团被另一个原合形成一个新分子，通常发子或原子团所替换如烷烃生在含有多重键（如或C=C的卤代反应，苯的硝化反应）的化合物上典型例C≡C等这类反应通常遵循特定子包括烯烃的卤化、氢化、的立体化学规律，如反水合等反应加成反应可以SN1应过程中的外消旋化，是亲电加成、亲核加成或自SN2反应的立体构型翻转由基加成消除反应消除反应是分子中两个原子或原子团被移除，同时形成键的过程π常见的消除反应包括脱水、脱卤化氢等根据反应机理的不同，消除反应可分为和两种主要类型，其中反应通常需要较强的碱性E1E2E2条件有机化学反应类型（续）重排反应重排反应是分子内原子或原子团的位置发生变化，形成新的分子结构这类反应通常涉及碳正离子、碳负离子或自由基中间体的形成，如Wagner-重排、重排、重排等重排反应对有机合成Meerwein BeckmannHofmann具有重要意义，可以构建复杂分子骨架氧化反应氧化反应是有机分子失去电子或增加氧含量的过程常见的有机氧化反应包括醇的氧化（形成醛、酮或羧酸）、烃的氧化（形成醇、酮或羧酸）等常用的氧化剂有、、、等KMnO₄K₂Cr₂O₇CrO₃H₂O₂还原反应还原反应是有机分子得到电子或减少氧含量的过程典型的有机还原反应包括醛酮的还原（形成醇）、羧酸及其衍生物的还原、硝基化合物的还原等常用的还原剂包括、、氢气（与催化剂）等LiAlH₄NaBH₄第二章烷烃结构特征烷烃是含有单一碳碳键的饱和烃，分子式为-CnH2n+2分子空间构型碳原子呈杂化，形成四面体构型sp³物理性质熔点、沸点随碳链长度增加而升高烷烃是最简单的有机化合物，碳原子之间以单键相连，每个碳原子通过杂化轨道与其他原子形成四个共价键由于和键都sp³C-C C-H是非极性的，烷烃分子间只存在弱的范德华力，因此低碳烷烃的熔点和沸点较低随着分子量增加，烷烃的物理性质逐渐变化为气体，为液体，以上为固体烷烃几乎不溶于水，但易溶于非极性有C₁-C₄C₅-C₁₇C₁₈机溶剂异构体中，直链烷烃的沸点高于相应的支链烷烃烷烃的化学性质燃烧反应自由基卤化完全燃烧生成和，释放大量热能光照条件下与卤素发生取代反应CO₂H₂O异构化热裂解在催化剂作用下转变为支链异构体高温下断键生成小分子烃和烯烃烷烃的化学性质比较惰性，这是由于和键较稳定在适当条件下，烷烃主要发生取代反应和热裂解反应卤代反应是最典型的自由基C-C C-H取代反应，反应活性顺序为叔碳＞仲碳＞伯碳＞甲基烷烃的热裂解是石油化工中制取烯烃的重要方法在高温（约）和催化剂作用下，长链烷烃可断裂为短链烷烃和烯烃，这一过程为现代800℃石化工业提供了大量基础原料烷烃的来源与应用天然来源烷烃主要存在于石油和天然气中，是化石燃料的主要成分原油通过分馏可分离出不同碳链长度的烷烃混合物，如汽油（）、煤油C5-C12（）、柴油（）等天然气则主要由甲烷、乙烷、丙C12-C15C15-C18烷和丁烷组成工业应用烷烃在工业中有广泛的应用作为燃料（汽油、柴油、液化气）；作为有机合成的原料（如乙烷裂解制乙烯）；作为溶剂（己烷等）；作为润滑油的基础油；用于制作蜡、石蜡等产品烷烃的异构化和重整反应可提高汽油的辛烷值环境考量烷烃作为化石燃料的主要成分，其使用与碳排放和气候变化密切相关现代工业正在探索更环保的烷烃利用方式，如提高能源效率、开发生物基烷烃替代品、碳捕获技术等，以减少对环境的影响第三章烯烃物理性质与相应烷烃相比密度略大•结构特征熔点、沸点略高•烯烃含有碳碳双键，分子式为-CnH2n同样不溶于水，溶于非极性溶剂•异构现象碳原子呈杂化•sp²双键包含一个键和一个键烯烃存在多种异构现象•σπ•π键引起顺反异构现象•碳链异构位置异构（双键位置不同）•顺反异构（基团在双键两侧的排列•方式）烯烃的化学性质（上）加成反应的活性烯烃最显著的化学性质加成反应类型氢化、卤化、卤化氢、水化等加成反应规律马氏规则指导加成方向烯烃的化学活性主要来源于碳碳双键中的键，使其容易发生加成反应加成反应是烯烃最具特征的化学性质，通常遵循马氏规则-π（规则）在不对称烯烃分子中，亲电试剂（如）倾向于加成到氢原子较多的碳原子上Markovnikov H⁺常见的加成反应包括氢加成（）生成烷烃；卤素加成（或）生成二卤代烷；卤化氢加成（、等）生成卤代烷；H₂/Pt Br₂Cl₂HCl HBr水加成（）生成醇；硫酸加成生成酯；臭氧加成后还原可用于断开双键这些反应在有机合成中有重要应用H₂O/H⁺烯烃的化学性质（下）°140C10⁵氧化反应温度聚合度在KMnO₄溶液中，烯烃可被氧化为二元醇高密度聚乙烯中单体单元的重复次数可达到（冷稀溶液）或断键生成酸、酮（热浓溶液）10万以上，形成高强度的线性分子链聚烯这一反应可用作烯烃的鉴别试验，因KMnO₄烃是当今世界产量最大的塑料，应用于各种包的紫色会褪去装材料、管道和生活用品3-5%催化剂含量在工业聚合过程中，只需添加很少量的Ziegler-Natta催化剂即可促进立体规整聚合，使产物具有更好的物理性能这种催化剂的发明获得了1963年诺贝尔化学奖烯烃的聚合反应是现代高分子工业的基础根据反应机理，可分为自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合其中配位聚合使用Ziegler-Natta催化剂，可控制聚合物的立体构型，生产出性能优良的规整聚合物烯烃的制备方法消除反应卤代烃脱卤化氢是实验室制备烯烃的重要方法在碱（如KOH/醇）作用下，卤代烃失去HX形成碳-碳双键反应通常遵循Saytzeff规则氢原子优先从取代度较低的碳原子上消除，生成取代度较高的烯烃醇的脱水醇在酸（如浓H₂SO₄或Al₂O₃）催化下，高温脱水生成烯烃这一反应同样遵循Saytzeff规则，倾向于形成较稳定的烯烃分子内脱水相对容易，而分子间脱水则形成醚烷烃的裂解在石油化工中，通过烷烃（如乙烷、丙烷或石脑油）的高温裂解制取烯烃是最重要的工业方法这一过程需要在800-900℃下进行，生成乙烯、丙烯等低碳烯烃，是现代石化工业的核心工艺其他方法其他制备烯烃的方法还包括Wittig反应（醛酮与膦叶立德反应）；部分还原炔烃（如Lindlar催化剂）；格氏试剂与醛酮反应后脱水等这些方法在有机合成中各有特点和应用场景第四章炔烃结构特征物理性质炔烃含有碳碳三键，分子式为炔烃中的碳原子呈炔烃的物理性质与相应的烷烃和烯烃相似，但有一些特点-CnH2n-2sp杂化，形成线性几何构型三键由一个键和两个键组成，其σπ低碳炔烃（）为气体，以上为液体•C₂-C₄C₅中键处于相互垂直的两个平面上π密度小于水•以乙炔（）为例，两个碳原子之间的键长约为，HC≡CH

1.20Å几乎不溶于水，可溶于有机溶剂•比单键（）和双键（）都短，表明三键的强度较大

1.54Å

1.34Å熔点、沸点略高于相应碳数的烯烃•每个碳原子除了与另一个碳形成三键外，还可与氢或其他原子团形成单键乙炔是无色气体，工业上常溶于丙酮中加压储存，以提高安全性纯乙炔具有微甜的气味，但商业乙炔常含硫化物杂质，气味不愉快炔烃的化学性质加成反应酸性炔烃可进行多种加成反应，由于末端炔烃（HC≡CR）中的碳氢存在三键，许多加成反应可进行键呈弱酸性，可与强碱（如钠胺、一次或两次常见的加成反应包格氏试剂）反应生成炔基金属化括氢化（可控制为部分氢化或合物这是炔烃区别于烷烃和烯完全氢化）；卤化（可得到二卤烃的重要特性炔基金属化合物代烯烃或四卤代烷）；卤化氢加可作为亲核试剂进行进一步反应，成（第一次加成遵循马氏规则）；如与醛酮加成、与卤代烃取代等，水合反应（生成醛或酮）这些为合成化学提供了重要途径反应在有机合成中有重要应用聚合反应在某些催化剂（如）作用下，炔烃可发生聚合反应乙炔的线性聚合CuCl产物是聚乙炔，具有共轭双键结构，是一种导电性聚合物环聚合可得到苯及其衍生物，如三聚乙炔得到苯，这在有机合成中是构建芳香环的重要方法之一炔烃的制备与应用炔烃的制备方法主要有由电石（）与水反应制备乙炔，这是传统的工业方法；烷烃或天然气的高温裂解；卤代烃的脱卤化氢CaC₂（需要强碱如）；二卤代烷的消除反应（需要过量碱）NaNH₂炔烃在工业中有广泛应用乙炔用于金属的切割和焊接；作为有机合成的重要原料，用于制造醋酸、氯乙烯、丙烯腈等；在精细化工中，炔烃是合成医药、农药、香料等的中间体；现代有机合成中，炔基团常用于点击化学反应，便于分子组装第五章芳香烃π电子离域芳香烃的化学性质（上）亲电取代反应芳香环上富集的π电子使其能与亲电试剂反应活化试剂需要强亲电试剂（如硝酸与硫酸混合物）活化反应机理通过σ复合物中间体进行取代基效应现有取代基影响后续取代反应的位置典型的亲电取代反应包括卤化反应（如FeBr₃催化下与Br₂反应生成溴苯）；硝化反应（浓HNO₃/浓H₂SO₄生成硝基苯）；磺化反应（浓H₂SO₄生成苯磺酸）；傅-克烷基化（AlCl₃催化下与烷基卤反应）；傅-克酰基化（AlCl₃催化下与酰氯反应）取代基对亲电取代反应的定位效应分为邻对位定位基（活化基团，如-OH、-NH₂、-R等）和间位定位基（去活化基团，如-NO₂、-CN、-COOH等）这种定位效应是由电子效应决定的，对有机合成的选择性有重要影响芳香烃的化学性质（下）侧链反应加成反应苯环上的取代基也可发生反应，而苯环保持不变典型的侧链反尽管芳香环不易发生加成反应，但在特定条件下仍可进行应包括还原反应液氨或催化氢化可部分或完全还原苯环•Na-烷基侧链的氧化（如甲苯被氧化为苯甲酸）•KMnO₄卤素加成强光照射下苯与反应生成六氯环己烷•Cl₂侧链的卤代反应（如甲苯在光照下与反应）•Cl₂臭氧氧化可破坏芳香环结构•苯甲酸的脱羧反应•这些反应通常需要较苛刻的条件，因为它们破坏了芳香环的稳定重氮化合物的反应（用于合成多种芳香衍生物）•性在某些药物合成中，芳香环的部分或完全还原是获得特定骨架的重要途径侧链反应在药物合成和功能材料制备中有重要应用，因为它们可以不改变芳香核的同时修饰分子性质芳香烃的来源与应用煤焦油分离药物合成材料应用煤焦油是芳香烃的传统来源，通过煤的干芳香环是许多药物分子的关键结构单元芳香烃是合成高分子材料的重要原料聚馏过程获得煤焦油经分馏可得到苯、甲阿司匹林、对乙酰氨基酚等常用药物都含苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、PET苯、二甲苯等芳香烃现代工业中，催化有芳香环芳香环的平面结构和电子体聚碳酸酯等都是基于芳香烃单体的聚合物π重整法已成为生产芳香烃的主要方法，将系使其能与生物大分子（如蛋白质、）这些材料具有优良的机械性能、热稳定性DNA石油中的环烷烃和直链烷烃在催化剂作用形成特定相互作用，这对药物的靶向识别和电绝缘性，广泛用于包装、建筑、电子、下转化为芳香烃非常重要汽车等领域第六章立体化学结构异构构象异构几何异构光学异构原子连接顺序不同的化合物通过单键旋转可相互转化的结双键或环状结构中基团空间排互为镜像但不能重合的分子构布不同如正丁烷和异丁烷如左旋和右旋乳酸如乙烷的错开构象和重叠构象如顺式和反式丁烯2-立体化学研究分子在三维空间中的排布及其对物理、化学性质的影响分子的立体化学对其生物活性至关重要，如许多药物的不同立体异构体可能具有完全不同的药理作用理解分子的立体化学对于有机合成、药物设计和材料科学都具有重要意义构象异构乙烷的构象丁烷的构象乙烷分子中单键可自由旋转，产在丁烷中，中间键的旋转产生反C-C C-C生无数构象其中能量最低的是错开式、规折式和偏折式构象其中反式构象（两个氢原子呈交错排列），能构象能量最低，规折式构象（两个甲量最高的是重叠构象（氢原子相互正基直接面对）能量最高这种构象能对）这是由于重叠构象中氢原子间量差异对理解较大分子的稳定性和反的排斥作用较大构象能垒约为应性至关重要12，在室温下可自由转换kJ/mol环己烷的构象环己烷不是平面结构，而是采取椅式构象以减小张力椅式构象中有两种不同位置的氢赤道位（位于环的赤道平面）和轴向位（垂直于环平面）椅式构象可通过翻转转变为另一种椅式构象，使轴向位和赤道位互换环己烷还有能量较高的船式构象和扭船式构象手性与对映异构手性概念手性中心具有非重叠镜像关系的物体称为手性物最常见的手性中心是杂化的碳原子，sp³体，就像左右手的关系分子中若含有连接四个不同的取代基手性中心也称手性中心（通常是连接四个不同基团的为不对称碳原子或手性碳一个分子可碳原子），则该分子具有手性手性分以含有多个手性中心，具有个手性中n子的一对镜像异构体称为对映异构体心的分子最多可能有个立体异构体2ⁿ构型命名旋光性R/S规则用于确定手手性分子能使平面偏振光的偏振面旋转，Cahn-Ingold-Prelog性中心的绝对构型将四个取代基按原3称为旋光性根据偏振面旋转的方向，子序数优先级排序，从最低优先级看去，分为右旋（顺时针，）和左旋（逆时+若其余三个取代基优先级降序排列呈顺针，）一对对映异构体旋转角度相等-时针方向，则为构型；若为逆时针方但方向相反，称为旋光异构体R向，则为构型S第七章卤代烃结构与分类烃基上的氢被卤素取代物理性质极性增加，沸点上升反应活性离去能力IBrClF卤代烃是烃分子中的氢原子被卤素、、、取代的化合物根据卤素原子数量，可分为一卤代烃、二卤代烃等；根据卤素连接的碳原子类F ClBr I型，可分为伯、仲、叔卤代烃；特殊类型还包括烯丙基卤代烃、苄基卤代烃等卤代烃的物理性质受卤素原子的影响显著由于键的极性，卤代烃比相应的烃极性大，沸点升高同一卤素的卤代烃，随碳链增长，沸点C-X升高；同一结构的不同卤素取代物，沸点顺序一般为卤代烃通常不溶于水，但溶于有机溶剂某些卤代烃如氯仿、二氯甲烷IBrClF是重要的有机溶剂卤代烃的化学性质亲核取代反应SN卤代烃最典型的反应是亲核取代，根据反应机理可分为SN1和SN2两种类型SN1是两步反应，先形成碳正离子中间体，再被亲核试剂进攻，反应速率仅与卤代烃浓度有关SN2是一步反应，亲核试剂直接进攻卤代烃背面，发生立体构型翻转，反应速率与卤代烃和亲核试剂浓度都有关消除反应E在碱性条件下，卤代烃可发生消除反应形成烯烃消除反应也分为E1和E2两种机理E1与SN1类似，通过碳正离子中间体进行；E2是一步协同反应，碱直接夺取β位氢原子，同时断裂C-X键消除反应通常遵循Saytzeff规则，倾向于形成取代度高的烯烃格氏反应卤代烃与金属镁在无水醚溶剂中反应可形成格氏试剂RMgX，这是有机合成中极其重要的中间体格氏试剂是强亲核试剂，可与醛、酮、酯、酸酐、二氧化碳等多种含羰基化合物反应，形成碳-碳键，是构建复杂分子骨架的有力工具还原反应卤代烃可被还原剂（如LiAlH₄、Na/液氨）还原为相应的烃在催化加氢条件下（如Pd/C、H₂），卤代烃也可被还原这些还原方法在有机合成中用于去除暂时引入的卤素官能团，或将卤代烃转化为其他官能团卤代烃的制备与应用制备方法有机合成中的应用卤代烃的主要制备方法包括烃的卤卤代烃是有机合成中极其重要的中间化（光照或催化条件下烷烃与卤素的体，可用于引入多种官能团通过亲自由基反应）；烯烃的卤化氢加成核取代反应可转化为醇、醚、胺、硫（遵循马氏规则）；醇的卤化（如与醇、腈等；通过消除反应可制备烯烃；SOCl₂、PBr₃反应）；芳香烃的亲电通过金属化反应（如形成格氏试剂、取代卤化（需要Lewis酸催化剂）有机锂试剂）可进行碳链延长和官能不同的制备方法适用于不同类型的卤团化此外，卤素官能团在多步合成代烃合成，在实际应用中应根据底物中常作为保护基或定位基使用结构和目标产物选择合适的方法工业应用卤代烃在工业中有广泛应用作为溶剂（如氯仿、二氯甲烷）；制冷剂（氟氯烃，现已被限制使用）；聚合物单体（如氯乙烯用于PVC生产）；灭火剂；杀虫剂和除草剂（如DDT）；医药中间体然而，许多卤代烃对环境有害，尤其是持久性有机污染物（POPs）和破坏臭氧层物质，其使用受到严格限制第八章醇、酚和醚醇的化学性质酸碱性醇具有弱酸性，可与活泼金属（如Na、K）反应生成醇钠，释放氢气醇的酸性强弱顺序为伯醇仲醇叔醇同时，醇也具有弱碱性，可与强酸反应生成烷氧鎓离子这种两性特征使醇成为重要的有机溶剂和反应介质取代反应醇的羟基可被其他基团取代与HX（X=Cl,Br,I）、SOCl₂或PX₃反应生成卤代烃；与硫酸反应生成烷基硫酸氢酯；与羧酸在酸催化下反应生成酯这些反应使醇成为合成其他官能团化合物的重要前体消除反应醇在酸催化下加热可脱水生成烯烃，反应遵循Saytzeff规则不同类型醇的脱水难易顺序为叔醇仲醇伯醇分子内脱水还可形成醚醇的脱水是实验室制备烯烃的常用方法氧化反应醇可被氧化剂（如K₂Cr₂O₇/H₂SO₄、KMnO₄）氧化伯醇先氧化为醛，然后进一步氧化为羧酸；仲醇氧化为酮；叔醇在一般条件下难以被氧化（需断裂C-C键）这一反应性差异可用于区分不同类型的醇酚的化学性质酸性亲电取代反应酚的酸性远强于醇但弱于羧酸，其约为这是由于酚氧负酚的羟基是强的邻对位定位基，使芳香环上的亲电取代反应比苯pKa10离子可以通过共振被芳香环稳定，使负电荷分散酚能与碱反应活泼得多，且主要在羟基的邻位和对位进行典型反应包括生成酚盐，但不能与碳酸氢钠反应，这一特性可用于区分酚和羧酸溴化在温和条件下，溴水可直接与酚反应生成三溴•2,4,6-酚环上的取代基会影响其酸性吸电子基团（如、）酚-NO₂-CN增强酸性，而供电子基团（如、）降低酸性如-CH₃-OCH₃硝化稀硝酸即可使酚在邻位和对位硝化•三硝基酚（苦味酸）的酸性甚至强于某些羧酸2,4,6-磺化常温下与浓硫酸反应生成邻位和对位磺酸•反应酚钠与在高压下反应生成水杨酸•Kolbe CO₂反应酚与氯仿在碱性条件下反应生成水•Reimer-Tiemann杨醛醚的化学性质醚是化学性质较为惰性的化合物，不与碱、稀酸、氧化剂和还原剂反应这种化学惰性使醚成为良好的反应溶剂，特别是在格氏反应等对水敏感的反应中然而，醚并非完全不活泼，在特定条件下可发生一些重要反应醚在浓硫酸和浓盐酸作用下加热可裂解为醇和烷基硫酸氢酯或卤代烃这一反应按机理进行，因此叔丁基醚不易裂解此外，醚SN2易被氧化，长期存放会形成危险的过氧化物，这是处理老旧醚类溶剂时必须注意的安全隐患环氧醚（如环氧乙烷）分子中含有高张力的三元环，具有特殊的反应活性，可与多种亲核试剂开环反应，在有机合成中有重要应用醇、酚和醚的制备与应用万吨60%37甲醇产量中国酚产能工业上约60%的甲醇通过合成气（CO和H₂）酚主要通过异丙苯法制备，先由苯和丙烯制得在催化条件下合成，是重要的基础化工原料异丙苯，再经氧化和酸催化裂解得到酚和丙酮主要用于甲醛和乙酸等化学品的生产，也作为酚广泛用于合成酚醛树脂、双酚A、水杨酸、燃料添加剂和溶剂使用己内酰胺等85%醚类溶剂回收率醚类化合物作为工业溶剂和反应介质，其回收再利用对环保和经济效益至关重要现代溶剂回收技术可达到85%以上的回收率，减少了废液排放和新溶剂生产需求这三类含氧化合物在日常生活和工业生产中无处不在乙醇用作饮料、消毒剂和燃料；乙二醇作为防冻液；甘油在化妆品和医药中广泛应用酚类衍生物被用作抗氧化剂、防腐剂和合成材料的单体醚类作为溶剂、麻醉剂，以及有机合成中的保护基和反应试剂第九章醛和酮结构特征物理性质醛和酮都含有羰基，是重要的羰基化合物醛分子中羰基醛和酮的物理性质与分子量和结构密切相关C=O碳连接至少一个氢原子，而酮的羰基碳连接两个烃基R-CHO低分子量醛和酮为液体，甲醛为气体，高分子量者为固体•羰基的碳原子呈杂化，形成平面三角形结构，R-CO-R sp²沸点随分子量增加而升高，但低于相同碳原子数的醇•键具有极性，氧原子带部分负电荷，碳原子带部分正电荷C=O溶解性低分子量醛酮溶于水，高分子量者不溶于水但溶于•有机溶剂羰基中的键比碳碳双键中的键极性更强，使羰基碳原子显示ππ气味低分子量醛和酮通常具有特征性气味，如甲醛的刺激•出亲电性，易受亲核试剂进攻这一特性是醛酮化学反应的核心，性气味，丙酮的甜味导致了其丰富的加成反应此外，羰基位的氢原子由于邻近强α吸电子的羰基而具有一定酸性，可发生烯醇化及相关反应醛和酮分子间可通过偶极偶极作用相互吸引，但不形成氢键，-因此其沸点低于相同分子量的醇然而，它们能与水分子形成氢键，解释了低分子量醛酮的水溶性醛和酮的化学性质（上）一般亲核加成水合作用亲核试剂进攻羰基碳形成加成产物水分子加成形成水合物胺加成醇加成4与胺反应形成亚胺或恩胺与醇反应形成半缩醛缩醛/亲核加成反应是醛和酮最重要的化学性质由于羰基碳原子带部分正电荷，易受亲核试剂进攻常见的亲核加成反应包括醛酮可与加成形成氰醇，与加成形成羟基磺酸盐，这些反应可用于醛酮的分离和纯化格氏试剂和有机锂试剂可与醛酮加成形HCN NaHSO₃α-成醇，这是构建碳碳键的重要方法试剂与醛酮反应可将羰基转化为碳碳双键醛酮与羟胺反应生成肟，与苯肼反应生成苯腙，这些反Wittig应常用于醛酮的鉴定酮与肼反应后经还原可转化为烷烃Wolf-Kishner醛和酮的化学性质（下）氧化反应醛容易被氧化为羧酸，而酮在一般条件下难以氧化（需断裂碳碳键）这一差异是区分醛和酮的重要依据常用的氧化试剂包括托伦试剂（AgNH₃₂⁺）、费林试剂（Cu²⁺复合物）和重铬酸钾银镜反应和费林试验是检验醛基存在的经典定性试验还原反应醛和酮可被还原为醇使用NaBH₄还原生成醇；使用LiAlH₄还原也生成醇；催化氢化（如Pd/C、H₂）还原生成醇；Clemmensen还原（Zn/Hg,HCl）或Wolff-Kishner还原（N₂H₄,KOH）可将羰基完全还原成亚甲基（CH₂）不同还原剂的选择取决于分子中其他官能团的性质缩合反应醛和酮的α-氢具有一定酸性，在碱催化下可发生缩合反应重要的缩合反应包括醛醇缩合（两分子醛或酮缩合形成β-羟基醛或β-羟基酮）；交叉醛醇缩合（两种不同醛或酮的缩合）；Claisen缩合（两分子酯的缩合）；Claisen-Schmidt缩合（醛或酮与芳香醛的缩合）这些反应是构建碳碳键的重要方法醛和酮的制备与应用甲醛应用丙酮应用香料应用甲醛是最简单的醛，工业上主要通过甲醇丙酮是最简单的酮，主要通过异丙苯法与高级醛和酮具有独特的气味，在香料工业的催化氧化制备它是生产酚醛树脂、脲酚联产或丙烷直接氧化制备丙酮是重要中有重要应用苯甲醛（杏仁香）、香兰醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂的关键原料，的工业溶剂，用于涂料、油墨、胶粘剂和素（香草香）、肉桂醛（肉桂香）等用于这些树脂广泛用于粘合剂、绝缘材料和家清洁剂它也是有机合成的重要原料，用食品香精；茉莉酮、麝香酮等用于高级香具制造甲醛水溶液（福尔马林）用作防于生产甲基丙烯酸甲酯、双酚、异丙醇水配方这些化合物的分子结构微小变化A腐剂和消毒剂甲醛还是多种化工产品的等在实验室中，丙酮是常用的清洗和干会导致气味显著不同，这种结构气味关系-起始原料，如五聚甲醛、六亚甲基四胺等燥溶剂是香料化学研究的重点第十章羧酸及其衍生物羧酸RCOOH含羧基结构的有机酸酰卤RCOCl反应活性最高的羧酸衍生物酸酐RCOOCOR两分子羧酸脱水形成酯RCOOR羧酸与醇反应的产物酰胺₂RCONH反应活性最低的羧酸衍生物羧酸分子中含有羧基-COOH，由羰基和羟基组成羧基中的碳原子呈sp²杂化，整个基团呈平面结构羧酸衍生物是羧基上的羟基被其他基团取代的化合物，包括酰卤、酸酐、酯和酰胺等，它们在反应活性上存在明显差异羧酸及其衍生物的物理性质各异低分子量羧酸为液体，具有刺激性气味；高分子量羧酸为固体羧酸分子间可通过氢键形成二聚体，使其沸点较高酰卤对水敏感；酸酐在水中缓慢水解；酯通常具有愉快的果香；酰胺多为固体，高极性，高沸点羧酸的化学性质羧酸的酸性羧酸是有机弱酸羧酸的酯化反应2与醇反应生成酯羧酸衍生物的转化3相互间可转换羧酸的酸性是其最显著的化学性质，远强于醇和酚这是由于羧基中羰基的吸电子作用使羟基中的氢更易电离，而且生成的羧酸根离子通过共振被稳定羧酸可与碱反应生成盐，与碳酸盐反应放出二氧化碳，这是鉴别羧酸的简便方法不同结构的羧酸酸性强弱不同，取代基效应对酸性有显著影响吸电子取代基增强酸性，供电子取代基减弱酸性羧酸与醇在酸催化下可发生酯化反应，生成酯和水这一反应是可逆的，需使用浓硫酸催化并通过蒸馏除去水来提高收率羧酸在高温下可脱水生成酸酐，与或反应生成酰氯羧酸热解可脱羧生成烃，这在某些有机合成路线中是重要的转化反应PCl₅SOCl₂羧酸衍生物的化学性质水解反应羧酸衍生物最基本的反应是水解，即与水反应生成羧酸水解难易程度与其反应活性相关酰卤酸酐酯酰胺酰卤和酸酐在室温下即可水解，酯需在酸或碱催化下水解，而酰胺的水解需要较苛刻的条件（如加热的强酸或强碱）这种反应活性差异在有机合成中具有重要意义与亲核试剂的反应2羧酸衍生物的羰基碳可被亲核试剂进攻，发生亲核取代反应常见反应包括酰卤与醇反应生成酯；酰卤与氨或胺反应生成酰胺；酯与氨或胺反应生成酰胺（酰胺交换）；酯与其他醇在催化下交换形成新的酯（酯交换）这些反应是有机合成中构建多种官能团化合物的重要途径还原反应羧酸及其衍生物可被还原使用LiAlH₄强还原剂可将羧酸、酯和酰胺还原为醇；而NaBH₄通常只能还原酰卤和酸酐特殊的还原剂如DIBAL-H可在低温下将酯部分还原为醛酰胺也可通过特殊还原剂转化为胺这些选择性还原反应在有机合成中有重要应用特殊反应某些羧酸衍生物有特殊反应酰氯可进行Friedel-Crafts酰基化反应；二羧酸在高温下形成环酸酐；β-酮酸易脱羧；α-氢酸与α-卤代酸发生Hell-Vollhard-Zelinsky反应这些反应为构建复杂分子骨架提供了多样化的合成策略羧酸及其衍生物的制备与应用化合物类型主要制备方法典型应用甲酸一氧化碳与氢氧化钠反应皮革鞣制、防腐剂乙酸甲醇羰基化、乙醛氧化醋、溶剂、醋酸纤维素丙酸丙醛氧化、乙烯与一氧化碳反防霉剂、香料应丁酸丁醇氧化、发酵香料、塑化剂苯甲酸甲苯氧化防腐剂、医药中间体酯类酸催化酯化、酯交换香料、溶剂、塑化剂酰胺类酰卤与氨反应、酯与氨反应医药、聚合物、农药羧酸及其衍生物在工业和日常生活中应用广泛乙酸是重要的化工原料，用于制造醋酸乙烯、醋酸纤维素等；己二酸用于生产尼龙-66；苯甲酸及其盐用作食品防腐剂；水杨酸衍生物阿司匹林是常用药物酯类通常具有宜人气味，广泛用作香料和调味品；高级脂肪酸酯用作增塑剂；聚酯如PET是重要的工程塑料酰胺类中，尿素是重要肥料；多种酰胺化合物用作药物；聚酰胺（尼龙）是重要的工程材料这些化合物的应用充分体现了有机化学在改善人类生活质量方面的重要贡献第十一章胺结构特征物理性质命名系统胺是由氨NH₃衍生出来的含氮有机化合物，一个低分子量的胺具有类似氨的气味；高分子量的胺气胺的命名可采用取代命名法或IUPAC命名法在或多个氢原子被烃基取代根据取代基数量，可分味较弱胺可通过氢键相互作用，但因N-H键的极取代命名法中，将胺视为氨的衍生物，如甲胺、二为伯胺RNH₂、仲胺R₂NH和叔胺R₃N芳香性小于O-H键，胺的沸点低于相应的醇，但高于烷乙胺、三丁胺等在IUPAC命名法中，将-NH₂视胺是氨基直接连接在芳环上的化合物，如苯胺烃为胺基，作为取代基命名，如2-氨基丙烷异丙胺胺的水溶性与分子量有关低分子量胺溶于水，随胺中的氮原子呈sp³杂化，采取四面体构型，其中着碳链增长，水溶性降低伯胺和仲胺可通过氢键复杂胺类化合物如杂环胺，通常有特定的命名规则，一个轨道为孤对电子占据因此，伯胺和仲胺的空与水分子相互作用，因此其水溶性优于结构相似的如吡啶、哌啶、吗啉等了解这些命名系统对于学间结构呈三角锥形，而叔胺呈三角锥形这种结构叔胺芳香胺的水溶性通常较低，如苯胺几乎不溶习和研究胺类化合物至关重要，特别是在处理复杂使胺具有碱性和亲核性，是其化学特性的基础于水，但溶于有机溶剂的生物碱和药物分子时胺的化学性质亲核性成盐反应胺的氮原子上有孤对电子，使其具有亲核性，胺作为有机碱，可与无机酸或有机酸反应形成可进攻亲电中心胺可与醛酮反应形成亚胺或铵盐这些盐通常为白色晶体，水溶性好，可烯胺；与酰卤或酸酐反应形成酰胺；与烷基卤用于增加胺类化合物的水溶性许多药物以胺发生烷基化反应；参与迈克尔加成反应等盐的形式存在，如盐酸普鲁卡因、盐酸苯海拉碱性氧化反应明等胺的亲核性与其碱性密切相关，但并不完全一胺具有碱性，可与酸反应生成铵盐胺的碱性胺可被氧化伯胺氧化可生成亚胺，进一步氧致在某些反应中，空间位阻可能使叔胺虽然胺盐的水溶液呈弱碱性，水解程度取决于胺的源于氮原子上的孤对电子，能接受质子形成铵化生成腈；仲胺氧化生成亚胺；叔胺氧化生成碱性较强，但亲核性反而较弱芳香胺的亲核碱性和酸的酸性胺盐形成是提纯和分离胺类离子脂肪胺的碱性强于氨，而芳香胺的碱性胺氧化物常见的氧化剂包括过氧化氢、过酸、性显著弱于脂肪胺，这与其孤对电子的离域有化合物的重要手段将胺转化为水溶性盐，然弱于氨这是因为在芳香胺中，氮原子上的孤高锰酸钾等某些氧化反应在生物体内发生，关后用碱处理恢复自由胺对电子部分与芳环共轭，降低了电子密度如单胺氧化酶催化的胺氧化取代基效应显著影响胺的碱性吸电子基团降胺的氧化反应在有机合成和药物代谢中有重要低碱性，供电子基团增强碱性胺的碱性大小应用例如，某些药物在体内经氧化酶系统代顺序通常为叔烷基胺仲烷基胺伯烷基谢，形成的N-氧化物通常活性降低，易于排胺NH₃芳香胺出体外1芳香胺的特殊反应曼尼希反应偶氮化反应芳香胺可参与曼尼希反应，与甲醛和含重氮盐的转化反应芳基重氮盐可与活性芳香化合物（如酚、活泼氢的化合物（如酮、酚）反应，形重氮化反应芳基重氮盐可发生多种转化反应与水胺）发生偶氮化反应，生成偶氮化合物成β-氨基化合物这一反应在药物合成芳香伯胺在亚硝酸（NaNO₂+HCl）作反应生成酚（Ar-OH）；与CuCl或反应机理为重氮离子对芳环进行亲电进中有重要应用，多种药物如氯苯那敏用下0-5℃条件下发生重氮化反应，生CuBr反应引入卤素（Sandmeyer反攻，生成带有-N=N-连接的新化合物（抗组胺药）、哌替啶（镇痛药）等都成芳基重氮盐重氮盐是不稳定的中间应）；与CuCN反应引入氰基；与KI反反应通常在弱碱性条件下进行，以便活可通过曼尼希反应合成反应涉及亚胺体，通常不单独分离，而是直接用于后应引入碘；与H₃PO₂还原脱氮得芳烃；化芳环偶氮化合物通常呈现鲜艳颜色，离子中间体，是构建C-N键的有效方法续反应反应方程式为ArNH₂+热分解生成自由基产物这些反应为合是重要的染料和指示剂，如甲基橙、刚NaNO₂+2HCl→ArN₂⁺Cl⁻+NaCl+成多种芳香化合物提供了灵活的方法，果红等2H₂O重氮化反应是芳香胺化学中最重在药物和染料合成中有重要应用要的反应之一，为芳环上引入各种官能团提供了途径胺的制备与应用聚合物产业医药工业农化与染料胺是合成重要聚合物的关键原料己二胺胺结构在药物分子中极为常见，众多药物胺类化合物在农药和染料工业中应用广泛与己二酸聚合生成尼龙，这是最重要含有胺基团氨基青霉素类抗生素；多巴三嗪类除草剂如莠去津含有胺结构；有机-66的聚酰胺纤维，广泛用于纺织品、地毯和胺、肾上腺素等神经递质；吗啡、可待因磷杀虫剂如对硫磷也含有胺基团芳香胺工程塑料甲苯二异氰酸酯与多元醇反应等镇痛药；氯苯那敏、苯海拉明等抗组胺是合成偶氮染料的基本原料，这类染料色生成聚氨酯泡沫和弹性体，用于家具、汽药；普萘洛尔等受体阻断剂；氯丙嗪等彩鲜艳，用于纺织品染色某些指示剂如β-车座椅和保温材料环氧树脂的固化剂通抗精神病药胺的碱性使这些药物常以盐酚酞、甲基橙等也含有胺结构，在分析化常是多胺化合物，如二乙烯三胺酸盐形式存在，以提高水溶性和稳定性学中用于酸碱滴定第十二章杂环化合物定义与分类命名方法杂环化合物是指环中含有除碳原子外的其他原子（通常为、、杂环化合物的命名主要遵循系统命名法和传统命名法系统命名O N）的环状化合物这些非碳原子称为杂原子杂环化合物在自法基于环的大小和杂原子类型，如含氧五元环称为呋喃，含氮五S然界和人工合成物中广泛存在，是许多生物碱、药物、染料和天元环称为吡咯，含硫五元环称为噻吩，含氮六元环称为吡啶然产物的基本骨架根据环的大小，杂环化合物可分为三元环、四元环、五元环、六复杂的稠环杂环化合物则采用更复杂的命名规则，如杂环与苯并元环等；根据杂原子数量，可分为单杂环、双杂环等；根据是否环的化合物称为苯并杂环，如苯并呋喃、苯并吡啶（喹啉）等具有芳香性，可分为芳香杂环和非芳香杂环芳香杂环符合此外，许多重要的杂环化合物有沿用已久的通用名称，如吲哚、规则（）电子，具有特殊稳定性嘌呤、嘧啶等，这些名称在化学文献中广泛使用Hückel4n+2π五元杂环化合物五元单杂原子芳香杂环包括呋喃、噻吩和吡咯它们都具有芳香性，符合规则电子在这些化合物中，杂O SNH Hückel4n+2π原子上的一对电子参与环的电子体系，因此它们均具有个电子（个来自双键，个来自杂原子），形成稳定的芳香体系π6π42这些化合物的化学性质有显著差异呋喃具有较低的芳香性，易发生加成反应和反应噻吩的芳香性最接近苯，主要发生Diels-Alder亲电取代反应吡咯的键具有一定酸性，可被强碱夺去质子；环上亲电取代主要发生在位置五元双杂原子环如咪唑、噻唑N-H C-2等也非常重要，它们在药物分子和生物活性化合物中频繁出现六元杂环化合物吡啶的结构特点吡啶C₅H₅N是最简单的六元含氮杂环化合物，结构类似苯环中的一个CH被N取代吡啶中的氮原子呈sp²杂化，其孤对电子位于平面外的p轨道中，不参与环的π电子体系因此，吡啶环含有6个π电子，符合Hückel规则，具有芳香性与苯不同，吡啶环上的电子分布不均匀，氮原子附近电子密度较低吡啶的碱性吡啶的一个显著特性是具有碱性，可与酸反应形成吡啶盐吡啶的pKa约为

5.2，碱性弱于脂肪胺但强于芳香胺这是因为氮原子上的孤对电子不参与环的共轭，可用于接受质子吡啶盐通常为白色晶体，水溶性良好碱性使吡啶能与Lewis酸形成络合物，这在有机合成中有重要应用吡啶的亲电取代反应与苯相比，吡啶的亲电取代反应难度大大增加，通常需要苛刻条件这是因为环上的氮原子吸电子，降低了环上电子密度当亲电取代发生时，主要在3位和5位进行（远离氮原子的位置）常见的亲电取代反应包括硝化、磺化和卤化，但收率通常较低吡啶的亲核取代反应与苯不同，吡啶容易发生亲核取代反应，特别是在2位和4位（靠近氮原子的位置）这是因为这些位置的碳原子受到氮原子吸电子效应影响，显示部分正电荷常见的亲核试剂如氨基、氰基、氧负离子等可以进攻这些位置这种反应模式使吡啶成为合成各种官能化杂环的重要起始物杂环化合物的应用70%23%药物含杂环比例农药市场份额杂环结构在药物分子中极为普遍，约70%的上市药物含有杂环化合物在农药中占据重要地位，约占总市场的23%杂环结构这是因为杂环骨架提供了多样化的空间结构和三嗪类除草剂、吡虫啉类杀虫剂、咪唑类杀菌剂等都含有电子特性，使药物分子能与生物靶点精确结合常见的药杂环结构这些化合物通过干扰特定生物靶点（如酶系统、物杂环包括β-内酰胺（青霉素）、吲哚（吲哚美辛）、嘌受体）发挥作用，杂环骨架为设计高效低毒的农药提供了呤（咖啡因）、吡啶（烟酰胺）等多样化平台亿美元45功能材料市场规模含杂环结构的功能材料市场规模已超过45亿美元吡咯、噻吩等杂环聚合物具有优异的导电性和光电特性，用于有机太阳能电池、有机发光二极管和传感器吡啶类配体与金属形成的配合物在催化、发光材料中有重要应用生物医用材料中，含杂环结构的聚合物具有良好的生物相容性杂环化合物在生物体内扮演着关键角色核酸中的嘌呤和嘧啶碱基是遗传信息的载体；色氨酸、组氨酸等含杂环氨基酸是蛋白质的重要组成部分；卟啉环是血红蛋白、叶绿素的核心结构；维生素B族中多种分子含有杂环结构；神经递质如血清素、组胺等也含有杂环第十三章糖类环状结构大多数单糖在溶液中呈环状结构变旋现象型和型异构体在溶液中相互转化αβ手性中心3单糖分子中含有多个手性中心糖类是最广泛分布的生物分子之一，是生物体重要的能量来源和结构组成单糖是糖类的基本单元，如葡萄糖、果糖、半乳糖等它们的分子式通常为，故又称碳水化合物根据官能团类型，单糖可分为醛糖（含醛基）和酮糖（含酮基）；根据碳原子数量，可分为三碳糖、CH₂On四碳糖、五碳糖、六碳糖等虽然单糖的开链结构含有醛基或酮基，但在水溶液中它们主要以环状形式存在这是因为羰基与分子中的一个羟基发生分子内加成反应，形成半缩醛结构六碳糖通常形成六元环（吡喃型），五碳糖常形成五元环（呋喃型）环化后，原来的羰基碳变成了新的手性中心，产生型和αβ型两种异构体，这两种异构体在溶液中能相互转化，导致变旋现象糖类的化学性质氧化反应醛糖具有还原性，能被氧化剂（如托伦试剂、费林试剂）氧化醛基被氧化为羧基，形成醛糖酸若同时氧化醛基和末端伯醇基，则得到糖二酸这些氧化反应是糖类的重要鉴别反应，如费林试验和Benedict试验可用于检测还原糖还原反应单糖的羰基可被还原为醇基，得到糖醇如葡萄糖还原得山梨醇，甘露糖还原得甘露醇这些糖醇通常用作甜味剂和食品添加剂还原反应通常使用氢化硼钠（NaBH₄）等试剂进行糖苷形成3单糖的半缩醛羟基可与醇在酸催化下反应，形成糖苷根据连接的醇不同，可形成不同类型的糖苷，如甲基糖苷、乙基糖苷等糖苷是稳定的化合物，不具有还原性当另一个糖分子作为醇参与反应时，将形成糖-糖键，这是多糖形成的基础酯化反应糖分子中的羟基可与酸酐或酰氯反应形成酯如葡萄糖与乙酸酐反应形成葡萄糖五乙酸酯，后者不再显示糖的特性，溶于有机溶剂这种反应可用于糖的保护和修饰，在有机合成中有重要应用二糖和多糖蔗糖麦芽糖和乳糖淀粉和纤维素蔗糖是最常见的二糖，由一分子葡萄糖和一麦芽糖由两分子葡萄糖通过糖苷键连淀粉是植物储能的主要形式，由直链淀粉α-1,4-分子果糖通过糖苷键连接而成由于接，一个葡萄糖单元的半缩醛羟基保持游离（糖苷键）和支链淀粉（额外含有α-1,2-α-1,4-α-半缩醛羟基参与连接，蔗糖不具有还原性，状态，因此麦芽糖具有还原性乳糖（奶糖）糖苷键分支）组成纤维素是植物细胞壁1,6-不能发生变旋现象在酸催化或转化酶作用由葡萄糖和半乳糖通过糖苷键连接，的主要成分，由葡萄糖通过糖苷键连β-1,4-β-1,4-下，蔗糖可水解为葡萄糖和果糖的混合物，同样具有还原性这些二糖可被相应的酶接这种结构差异导致淀粉可被人体消化，称为转化糖（麦芽糖酶和乳糖酶）水解为单糖而纤维素不能纤维素分子间可形成氢键，构成坚固的纤维结构，用于造纸、纺织和生物基材料第十四章氨基酸和蛋白质蛋白质的结构一级结构二级结构蛋白质的一级结构是指氨基酸残基通过肽键连接形成的特定线性蛋白质的二级结构是指肽链局部区段形成的规则结构，主要由肽序列肽键是氨基酸之间羧基与氨基脱水缩合形成的酰胺键（链主链上的和基团之间形成的氢键稳定两种最常见-C=O N-H）肽键具有部分双键特性，呈平面结构，不能自由旋的二级结构是螺旋和折叠CO-NH-α-β-转螺旋是一种右手螺旋结构，每个氨基酸使螺旋轴转动，α-100°蛋白质的一级结构完全由基因决定，是蛋白质所有高级结构和功每圈约含个氨基酸残基相邻圈的与之间形成氢键，

3.6C=O N-H能的基础现代测序技术可以精确确定蛋白质的氨基酸序列按使结构非常稳定折叠由相邻肽链段平行或反平行排列形成，β-照国际惯例，蛋白质序列从端（氨基端）到端（羧基端）书链间通过氢键连接这两种结构有效避免了肽链内部的氢键受体N C写一级结构的正确性对蛋白质功能至关重要，单个氨基酸的替和供体互不接触的情况，最大限度地满足了氢键形成的需要换可能导致严重疾病，如镰状细胞贫血蛋白质的结构（续）四级结构三级结构当蛋白质由多个肽链（亚基）组成时，这些亚基的空间排列称为蛋白质的四级蛋白质的三级结构是指整个肽链在三维空间中的折叠排列方式这种高级结构结构亚基之间通过非共价键相互作用，如疏水作用、氢键和离子键一些蛋主要由氨基酸侧链之间的相互作用稳定，包括疏水相互作用、氢键、离子键、白质还含有辅助因子，如金属离子或有机分子，它们与蛋白质结合对维持结构范德华力和二硫键其中，疏水相互作用是水溶性球状蛋白折叠的主要驱动力，和功能至关重要使疏水氨基酸侧链趋向于聚集在分子内部，远离水相典型的具有四级结构的蛋白质包括血红蛋白（由四个亚基组成）、抗体（由两蛋白质三级结构的形成过程称为蛋白质折叠这一过程通常是自发的，由蛋白条重链和两条轻链组成）以及许多酶复合物四级结构使蛋白质具有协同效应，质的一级结构所决定某些蛋白质在折叠过程中需要分子伴侣蛋白的协助以防即一个亚基的变化可影响其他亚基的构象和功能，这对调控蛋白质活性非常重止错误折叠蛋白质的三级结构与其功能直接相关，结构决定功能是蛋白质科要，如血红蛋白的氧合作用学的基本原则蛋白质的性质与功能变性作用沉淀反应生物功能蛋白质的变性是指其高级结构被破坏而一级蛋白质可通过多种方式沉淀，这是蛋白质分蛋白质是生命活动的主要执行者，具有多种结构保持完整的过程变性可由多种因素引离纯化的重要手段等电点沉淀利用蛋白质生物功能酶催化几乎所有生化反应；结构起，包括温度升高、pH值剧变、有机溶剂、在等电点处溶解度最小的特性；盐析利用高蛋白如胶原蛋白提供细胞和组织支持；运输重金属离子、尿素和强力搅拌等这些因素浓度盐破坏蛋白质水化层导致沉淀；有机溶蛋白如血红蛋白运送氧气；激素如胰岛素调通过破坏稳定蛋白质结构的非共价键导致变剂沉淀通过降低介电常数减少静电排斥；热节代谢；抗体参与免疫防御；收缩蛋白如肌性当蛋白质变性时，通常失去生物活性，处理使某些不稳定蛋白变性沉淀蛋白质沉动蛋白和肌球蛋白负责肌肉收缩；受体蛋白可能出现沉淀（如蛋白质煮熟）某些温和淀在工业生产中也有重要应用，如豆腐的制接收细胞信号；调节蛋白控制基因表达蛋条件下的变性是可逆的，去除变性因素后蛋作就是利用钙盐使大豆蛋白沉淀白质功能的多样性源于其结构的多样性，而白质可恢复原有结构，称为复性结构则由氨基酸序列决定第十五章核酸组成成分核酸由核苷酸组成核苷酸结构含磷酸、戊糖和碱基主要类型DNA和RNA两种结构差异糖和碱基组成不同核酸是存储、传递和表达遗传信息的生物大分子，主要包括脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA核酸由核苷酸单体通过磷酸二酯键连接而成每个核苷酸由三部分组成含氮碱基、五碳糖和磷酸基团DNA中的糖是2-脱氧核糖，RNA中是核糖；DNA主要含有腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C和胸腺嘧啶T四种碱基，而RNA中T被尿嘧啶U取代DNA通常以双链螺旋结构存在，两条链通过碱基对互补配对（A与T，G与C）相连这种特定的配对方式是DNA分子精确复制的基础DNA的主要功能是长期存储遗传信息RNA通常是单链结构，但可通过分子内碱基配对形成复杂的三维结构RNA的主要类型包括信使RNAmRNA、转运RNAtRNA和核糖体RNArRNA，分别参与遗传信息的传递、氨基酸的运输和蛋白质的合成核酸的功能遗传信息储存复制DNADNA是遗传信息的长期储存载体DNA自我复制传递遗传信息翻译过程转录过程mRNA翻译为蛋白质DNA转录为RNA核酸的主要功能是存储和表达遗传信息遗传信息的传递遵循分子生物学中心法则DNA→RNA→蛋白质DNA中的遗传信息通过两个关键过程表达转录和翻译在转录过程中，DNA的一条链作为模板，在RNA聚合酶的催化下合成与之互补的RNA链（主要是mRNA）随后，mRNA离开细胞核进入细胞质，在核糖体上进行翻译翻译是根据mRNA上的密码子序列合成蛋白质的过程每三个连续的核苷酸（密码子）编码一个特定的氨基酸tRNA作为翻译者，一端携带特定氨基酸，另一端有与之对应的反密码子，可以识别mRNA上的密码子rRNA是核糖体的主要成分，负责催化肽键形成通过这一精确的过程，细胞能够根据DNA中的遗传信息合成特定的蛋白质，进而执行各种生命功能第十六章有机合成逆合成分析保护基策略合成路线设计逆合成分析是从目标分当分子中存在多个相似有机合成的核心是设计子出发，逐步拆解为的官能团时，需要选择高效的合成路线好的更简单的前体分子，最性地对某一官能团进行合成路线特点包括步终追溯到可获得的起始反应，这时可使用保护骤少、总收率高、立体原料这一思路类似于基策略保护基是临时选择性好、原料易得、解决复杂问题时的从终引入的基团，用于屏蔽条件温和、环境友好等点向起点思考策略逆某些反应活性位点，反现代合成化学强调原子合成过程中关键是识别应完成后再去除理想经济性和步骤经济性，可断开的键和可应用的的保护基应易于引入和即尽量使反应中的原子转化反应，这需要对有去除，在目标反应条件高效利用，减少反应步机反应类型和机理有深下稳定，且不引入新的骤和废物产生入了解立体中心常见有机合成反应反应反应反应Grignard Diels-Alder WittigGrignard反应是构建碳-碳键的经典方法格氏Diels-Alder反应是一种环加成反应，由共轭二Wittig反应是将醛或酮转化为烯烃的重要方法试剂RMgX是由卤代烃与金属镁在无水醚溶剂烯烃diene和亲二烯体dienophile反应形成六反应使用膦叶立德R₃P=CR₂与醛或酮反应，生中反应生成的有机镁化合物格氏试剂是强亲核元环化合物这是一种[4+2]环加成反应，涉及成烯烃和三苯基氧膦反应的立体选择性受膦叶试剂，可与多种含羰基化合物反应与醛反应生二烯烃的4个π电子和亲二烯体的2个π电子反立德稳定性影响稳定的膦叶立德倾向于生成成仲醇；与酮反应生成叔醇；与酯反应生成叔醇；应具有高度的立体选择性，遵循顺式加成和E-烯烃，不稳定的膦叶立德倾向于生成Z-烯与CO₂反应生成羧酸；与酰氯反应生成酮这一endo规则Diels-Alder反应是合成环己烯衍生烃Wittig反应的优点是能够在分子中精确构建反应由法国化学家Victor Grignard发现，他因物的强大工具，广泛应用于天然产物合成，如类碳碳双键的位置，避免了双键位置异构的问题此获得1912年诺贝尔化学奖固醇、萜类等这一反应由德国化学家Otto这一反应由德国化学家Georg Wittig开发，他因Diels和Kurt Alder发现，两人因此获得1950年此获得1979年诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖绿色化学原子经济性可再生资源利用原子经济性是评价反应效率的重要指标，计算方法为目标产物的分子量除以传统有机合成主要依赖石油化工原料，而石油是不可再生资源绿色化学鼓所有反应物分子量的总和理想的反应应该将大部分原料转化为目标产物，励使用可再生资源，如植物油、纤维素、淀粉、糖等生物质原料生物质精而不是副产物或废物传统的反应如当量氧化还原通常原子经济性较低，而炼技术可将这些原料转化为平台化学品，如乙醇、丙三醇、乳酸、呋喃二甲加成、环加成等反应原子经济性高提高原子经济性不仅降低了化学品成本，酸等，进而合成各种化学品和材料这不仅减少了对石油的依赖，也降低了也减少了废物产生，符合绿色化学理念碳排放，对环境更加友好催化反应绿色溶剂催化剂能降低反应活化能，使反应在更温和条件下进行，同时提高选择性，传统有机合成常使用挥发性有机溶剂，这些溶剂可能有毒、易燃或对环境有减少副产物绿色化学提倡使用高效催化剂，特别是可回收利用的多相催化害绿色化学鼓励使用更安全、环保的溶剂体系水作为溶剂（水相反应）；剂现代催化体系包括过渡金属催化、酶催化、有机小分子催化等例如，超临界CO₂作为非极性溶剂；离子液体作为可设计溶剂；生物基溶剂如乙酸不对称催化可高选择性地合成单一对映异构体，避免了拆分过程中一半产物乙酯、乳酸乙酯等；或完全无溶剂反应这些替代溶剂不仅对环境友好，在的浪费；C-H键活化催化可直接官能团化，减少预官能团化步骤某些情况下还能改善反应效率和选择性总结与展望基础理论重要性有机化学是理解生命科学的基础工业应用广泛2从医药到材料无处不在未来发展方向绿色化学与可持续发展有机化学是化学学科中最丰富多彩的分支之一，研究的核心是含碳化合物的结构、性质、合成和应用通过本课程的学习，我们系统回顾了从基本烃类到复杂生物分子的各类有机化合物，理解了它们的结构特点、物理化学性质、制备方法和应用领域有机化学不仅是一门独立的学科，也是生命科学、医药学、材料科学等领域的基础随着科学技术的发展，有机化学正朝着更加绿色、高效、精准的方向发展新的合成方法如C-H键活化、光催化、电化学合成等不断涌现；计算化学和人工智能辅助的反应设计正成为新趋势；生物有机化学和化学生物学的交叉融合也为生命科学研究提供了新工具未来，有机化学将继续在解决能源、环境、健康等人类面临的重大挑战中发挥关键作用。