第一章绪论 “没有理论上的总结和提高，几乎 所有的研究工作只能是低水平上的模 General Introduction 仿或简单的重复”。 高等有机化学 理论 1797年，法国化学家 有机化学 Joseph Louis Proust (1754 机分析化 1826)提出定比定建，当时 天然产物（有机）化学 人们便认为具有相同组成的 合物波背化学 化合物具有相同的性质。 元素有机化学 有机化学 。这一错误观点直到1822~1828年间 生物有机化学 才被新的发现所否定。 1828年， 德化学家 后来，F.Vhler和Justus von Liebig Friedrich Wohler 试图使氯化 分别证实了氰酸(HOCN)和异酸 铵溶液与氯酸银反应来制备氰 (HNCO) 酸铵，但得到的确却是组成相 同但性质不同的尿素。 (1800-1882 零.hler在无机物与有机物之间架起 丁桥梁。 为同分异构体的发现打下了基础
7 第一章 绪 论 General Introduction 8 “没有理论上的总结和提高，几乎 所有的研究工作只能是低水平上的模 仿或简单的重复”。 LI Ligeng 9 高等有机化学 Advanced Organic Chemistry 有机化合物结构（价健）理论 有机反应历程（机理） 立体有机化学 有机合成化学 有机分析化学 天然产物（有机）化学 有机化合物波谱学 高分子（聚合物）化学 元素有机化学 金属有机化学 生物化学 生物有机化学 10 ☞ 这一错误观点直到 1822～1828 年间 才被新的发现所否定。 1797 年 ， 法 国 化 学家 Joseph Louis Proust（1754- 1826）提出定比定律，当时 人们便认为具有相同组成的 化合物具有相同的性质。 11 1828 年 ， 德 国 化 学 家 Friedrich Wǒhler 试图使氯化 铵溶液与氰酸银反应来制备氰 酸铵，但得到的确却是组成相 同但性质不同的尿素。 ☞ F. Wǒhler 在无机物与有机物之间架起 了桥梁。 （1800-1882） 12 后来，F. Wǒhler 和 Justus von Liebig 分 别 证 实 了 氰 酸 （ HOCN ） 和 异 氰 酸 （HNCO）、氰酸银（AgOCN）和异氰酸银 （AgNCO）的不同性质。 J. Von Liebig （1803-1873, Germany） ☞ 为同分异构体的发现打下了基础
1832年.Liebig提出了分子结构的概 Liebig的学生F.A.Kekule发展了分子 念，为有机化学的发展指明了方向。 结构的概念。 分子结构的概念是有机化学中最重要最 基本 F.A.Kekule 分子结构不但可以表示出原子的数目， (1829-1896,Germany） 而且可以表示出各种原子在分子中的排列次 序和结合关系。 型用来 释化 后成 ★在分子组成、结构以及性质之间速立了 年提出苯具 决了有机物 联系。 中最重要的 卡分子的结 1848年，法国化学家L 1861年，俄国化学家A.M.Butlerov在德 Pasteur在显微镜下用镊子将 国自然科学代表大会上作了《论物质化学结 右旋和左旋酒石酸拆分。 构》的报告，建立了化学结构学说。 > 。当时推测可能是由于分 子中的原子在三维空间的排 列不同而引起的。 A.M.Butlero 1860年，L.Pasteur认识到：可能是分 子内部缺少对称性而引起旋光性的。 一说明了产生回分异控现象的原因：化学结 构的不同。 1874年，荷兰化学家J.Hvam'tHo和法 1931年，类国化学家A.Piuling提出了杂 国化字家.A.eB分别独立腿出了 “碳原子 化轨道理论(hybrid orbital)，从而解决了价 正四面体假说”，创立了立体化学的基础。 键的方向性问题。 1954 Nobel Prize Winner 一指出： 甲烷分子中 ,而碳位于四面 ructure of complex sub
13 1832 年 J. v Liebig 提出了分子结构的概 念，为有机化学的发展指明了方向。 分子结构的概念是有机化学中最重要最 基本的概念。 分子结构不但可以表示出原子的数目， 而且可以表示出各种原子在分子中的排列次 序和结合关系。 ★ 在分子组成、结构以及性质之间建立了 联系。 14 Liebig 的学生 F. A. Kekule 发展了分子 结构的概念。 ☞ 1861 年 Kekule 设计了一些有机化合物 的结构模型用来解释化学反应，并在 1865 年提出苯具有环状结构，初步解决了有机物 中最重要的分子—苯分子的结构。 F. A. Kekule （1829-1896, Germany） 15 1860年，L. Pasteur 认识到：可能是分 子内部缺少对称性而引起旋光性的。 Louis Pasteur （France） 1848年，法国化学家 L. Pasteur在显微镜下用镊子将 右旋和左旋酒石酸拆分。 ☞ 当时推测可能是由于分 子中的原子在三维空间的排 列不同而引起的。 16 1861年，俄国化学家 A. M. Butlerov 在德 国自然科学代表大会上作了《 论物质化学结 构 》的报告，建立了化学结构学说。 A. M. Butlerov （Russia） ☞ 说明了产生同分异构现象的原因：化学结 构的不同。 17 1874 年，荷兰化学家 J. H. van’t Hoff 和法 国化学家 J. A. LeBel 分别独立提出了 “ 碳原子 正四面体假说”，创立了立体化学的基础。 J. H. Van’t Hoff （Holand） 1901 Nobel Prize Winner ☞ 指出：甲烷分子中碳的四个化学键向空中 伸展，指向正四面体的顶点，而碳位于四面体 的中心。 J. A. LeBel （France） 18 1931年，美国化学家 A. Páuling 提出了杂 化轨道理论（hybrid orbital），从而解决了价 键的方向性问题。 A. Páuling （USA） 1954 Nobel Prize Winner “For his research into the nature of the chemical bond and its application to the elucidation of the structure of complex substances
Barton和Hassel因发展了立体化学的理 论而获得了1969年度的Nobel化学奖。 体，提出了构象的念 英国化学家D.HB n在0.的 研究 a山 后应 e and Oslo University. "For their contributions to the developmentf the concept its application 1965年，Woodward和Hoffmann提出 1981年，Hoffmann和Kenichi Fukui因提 了分子轨道对称守恒原理(Conservation of 出分子轨道对称守恒理论及前线轨进理论的贡 orbital symmetry）。 献获得本年度的Nobel化学奖。 R B Wood ald。 Kenichi Fuk ”在解释和预示化学反应进行的难易程度以 Cornell University,USA Kyoto University.Japa 及了解分子结构方面具有重要的指导意义，特 "For their theories 别是促进了VB的合成研究。 至此，有关有机化合物结构方 立体化学(stereochemistry): 面的理论基本上完整，能够解释绝 研究有机化合物分子在三维空间的构 大数有机化合物的立体构型以及预 型及其对其物理、化学性质的影响。 测反应产物的立体结构等。 牛中
19 1943年，挪威化学家 O. Hassel 用电子衍 射法发现环已烷具有椅式和船式两种构象异构 体，提出了构象的概念。 英国化学家 D. H. Barton 在 O. Hassel 的 研究基础上提出了构象分析方法，对于解释有 机化合物的某些物理特征、反应取向和反应机 理起了重要作用。 20 Barton 和 Hassel 因发展了立体化学的理 论而获得了1969 年度的 Nobel 化学奖。 Derek H. Barton Imperial College of Science and Technology, Great Britain Odd Hassel Oslo University, Norway “For their contributions to the development of the concept of conformation and its application in chemistry". 21 1965 年，Woodward 和 Hoffmann 提出 了分子轨道对称守恒原理（Conservation of orbital symmetry）。 R. B. Woodward （USA） 1965 Nobel Prize Winner ☞ 在解释和预示化学反应进行的难易程度以 及了解分子结构方面具有重要的指导意义，特 别是促进了VB12的合成研究。 22 1981年，Hoffmann 和 Kenichi Fukui 因提 出分子轨道对称守恒理论及前线轨道理论的贡 献获得本年度的 Nobel 化学奖。 Roald Hoffmann Cornell University, USA Kenichi Fukui Kyoto University, Japan “For their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions”. 23 至此，有关有机化合物结构方 面的理论基本上完整，能够解释绝 大数有机化合物的立体构型以及预 测反应产物的立体结构等。 24 立体化学（stereochemistry）： 研究有机化合物分子在三维空间的构 型及其对其物理、化学性质的影响
构型(configuration): Se产化学 try 指分子的立体构型，简称构型。 静态立体化学 动态立体化学 即分子在三维空间的结构，或分子中的 原子、基团在三维空间的相对位置或排列方 研究处于来反盛 研究分子的立体结构 状态的分子的立体结 式。 构及其与物理性质的 花化学性质的影响， 关系等。 进政的断 -1UPAC,1979 的取向，设计化学反应按 特定的立体途径进行等， 一个化合物只有在“化学允许”且 “空间允许”的条件下，才有可能存在。 r一个化合物能否存在，取决于其“结 指分子中备限 构的正确性”。 式和雁序 对位量，即空间构 型或立体构型 用化学键理论来解释 用立体化学理论来解彩 无论是在有机化合物分子结构 立体化学在有机合成化学、天然 的研究方面，还是在有机化合物的性 产物化学、药物化学、高分子化 质和反应机理探球方面，都离不开立 学、生物大分子化学（蛋白质、 体化学的理论和实验方法。 酶、核酸)等研究领域起着非常重 要、必不可少的作用
25 构 型（configuration）: 指分子的立体构型，简称构型。 即分子在三维空间的结构，或分子中的 原子、基团在三维空间的相对位置或排列方 式。 —— IUPAC，1979 26 立体化学 Stereochemistry 静态立体化学 static stereochemistry 动态立体化学 dynamic stereochemistry 研究处于未反应 状态的分子的立体结 构及其与物理性质的 关系等。 研究分子的立体结构 对分子化学性质的影响， 如：化学键的断裂、生 成，进攻试剂和离去基团 的取向，设计化学反应按 特定的立体途径进行等。 27 用化学键理论来解释 用立体化学理论来解释 指分子中各原 子或基团连接的方 式和顺序 指分子中各原 子或基团之间的相 对位置，即空间构 型或立体构型 结 构 structure 内 在 结 构 intrinsic structure 外 在 结 构 extrinsic structure 28 一个化合物只有在 “化学允许” 且 “空间允许”的条件下，才有可能存在。 or: 一个化合物能否存在，取决于其“结 构的正确性”。 LI Ligeng 29 无论是在有机化合物分子结构 的研究方面，还是在有机化合物的性 质和反应机理探索方面，都离不开立 体化学的理论和实验方法。 30 立体化学 在有机合成化学、天然 产物化学、药物化学、高分子化 学、生物大分子化学（蛋白质、 酶、核酸）等研究领域起着非常重 要、必不可少的作用
关注： 985年，球(C0)的发开始在化华界超千层 在着名的 杂水上发表 直布他们发现 化学家于年共同 获1996年度 obel化学奖 C60是一个球形三十二面体结构的分子，60个碳原子 位大边形 个顶点」 原子只与其他由 连，分子中存在60个单健和30个共双健。 c70 有机化合物的数量巨大、结构类 异构(isomerism): 型繁多，原因就是由于其结构上的加 分子中原子或基团连接的方式、顺序 合性（同系性）和异构性。 或空间相对位置不同，而产生具有不同性 质的化合物的现象。 。其中，立体异构是最主要的原 因之一。 。异控是造成有机化合物数量巨大的主 原因
31 Biopolymers of Life: Computer-generated depiciting sections of DNA, t-RNA and a protein 32 1985年，球碳（C60）的发现开始在化学界激起千层浪。 英国科学家 H. W. Kroto、美国科学家 R. E. Smalley 和 R. F. Curl 在著名的 Nature 杂志上发表论文，宣布他们发现了C60 和 C70。“For their discovery of fullerenes”，上三 位化学家于年共同荣获1996年度的 Nobel 化学奖。 关 注 ： H. W. Kroto University of Sussex Great Britain R. E. Smalley Rice University USA R. F. Curl Rice University USA 33 C60 Fullerene C60 是一个球形三十二面体结构的分子，60个碳原子 位于三十二面体的60个顶点上。三十二面体由12个五边形 和20个六边形组成。每一个碳原子只与其他三个碳原子相 连。分子中存在60个单键和30个共轭双键。 R. W. Smalley 34 C60 C70 C20 C40 35 有机化合物的数量巨大、结构类 型繁多，原因就是由于其结构上的加 合性（同系性）和异构性。 ☞ 其中，立体异构 是最主要的原 因之一。 36 异 构（isomerism）： 分子中原子或基团连接的方式、顺序 或空间相对位置不同，而产生具有不同性 质的化合物的现象。 ☞ 异构是造成有机化合物数量巨大的主 要原因
碳架（链）异构 carbon chain iso 构造异构(constitutional Isomerism): 构造异构 官能团位置异构 position isomerism 分子中各原子或基团连接的方式和顺序 constitutional isomerism 官能团异构 functional group isomerism 不同产生的异构。 异构 *互变异构 isomerism tautomerization 构象异构 立体异构(stereoisomerism): conformarism 立体异构 顺反异构 (构型异构on 分子中各原子或基团连接的方式和顺序 stereoisomerism cis-trans isomerism 几何异构) 相同，但空间相对位置不同而产生的异构。 光学异构 optical isomerism 推荐参考教材 据文献报道，已确定结构的有机 《药物立体化学》 化合物超过1,000万个。 华唯一，化学工业出版社，2005。 《有机立体化学导论》 。现在平均每月有约7,000个左右 [美]希利亚R.巴克斯顿、斯坦利M 罗伯茨著，化学工业出版社，2007。 新化合物公开报道。 《基础有机立体化学》 邓并，科学出版社，2005。 版权所有谢绝转录
37 异 构 构造异构 立体异构 构象异构 conformarism 顺反异构 cis-trans isomerism 光学异构 optical isomerism 碳架(链)异构 carbon chain isomerism 官能团位置异构 position isomerism 官能团异构 functional group isomerism *互变异构 tautomerization constitutional isomerism isomerism stereoisomerism （构型异构or: 几何异构） 38 构造异构（constitutional Isomerism）： 分子中各原子或基团连接的方式和顺序 不同产生的异构。 立体异构（stereoisomerism）： 分子中各原子或基团连接的方式和顺序 相同，但空间相对位置不同而产生的异构。 39 据文献报道，已确定结构的有机 化合物超过 1,000 万个。 ☞ 现在平均每月有约 7,000 个左右 新化合物公开报道。 本节完 40 推荐参考教材 《药物立体化学》 华唯一，化学工业出版社，2005。 《有机立体化学导论》 [美] 希利亚 R. 巴克斯顿、斯坦利 M. 罗伯茨 著，化学工业出版社，2007。 《基础有机立体化学》 邓并，科学出版社，2005。 41 版权所有 谢绝转录