第六章--有机化学绪论课件.ppt
教科书：有机化学（第三版）上册，胡宏纹主编 高教出版社 2006主要参考书：有机化学（第二版）徐寿昌主编 高教出版社 1994.有机化学（第三版）高鸿宾主编 高教出版社 1999,第六章 绪 论,6.1有机化合物和有机化学6.2.有机化合物的结构6.3 分子轨道6.4 有机化合物的结构测定6.5 有机反应中的酸碱概念6.6 有机反应中的热力学和动力学6.7 有机化合物的分类6.8 有机反应的类型,6.1 有机化合物和有机化学,一 有机化合物二 有机化学,一 有机化合物,1、有机化合物的定义和组成 主要由C、H、O、S、N、P等元素组成，可定义为:是C的化合物（除了CO、CO2、CaC2、CO3=、CS2等化合物）。或是C、H化合物及其衍生物（含CaC2O4）。,2、有机化合物的特点,结构上的特点,同分异构现象,种类繁多,有机物几百万种,无机物 几 万种,性质上的特点,反应慢、产物复杂、能燃烧、易挥发、低熔点、不（难）溶于水。,1950年 1985年 1990年 2000年,200万种 600万种 1000万种 2000万种,注：随着科学技术的发展无机、有机并没有真正的界限,二 有机化学 1、有机化学定义 就是碳化合物的化学，是研究有机化合物的组成、结构、性质、合成、应用的一门学科。2、有机化学研究的内容 1）天然产物的研究 天然产物的分离、提纯 如：维生素、激素（褪黑激素）、植物生长剂、肉碱等。2）有机化合物结构的测定、研究结构与性质的 关系,。,3）有机合成,合成天产物,合成新化合物,实 验,计算机设计,4）反应机理的研究,生命奥秘的揭示,药物、疾病的作用机理 锁钥合成,自然界生物、植物的反应模拟 生物合成,3、有机化学的分支,医药、农药、染料、香料、材料、生物、植物、高分子、日用化工等许多精细化工。,FH,有机化学是一门迅速发展的学科,19011998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的 化学奖55项，占化学奖61%,当代有机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合。1980年(DNA)1997年(ATP)与生命科学有关的化学诺贝尔奖 八项；有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成 为现代生物化学和化学生物学的理论基础；在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、合成方法的创建等方面，有机化学为分子生物学的建立和发展 开辟了道路；确定DNA为生物体遗传物质,是由生物学家和化学家共同完成；人类基因组“工作框架图”组装后基因组计划序列基因(Sequence Genomics)结构基因(Structural Genomics)功能基因(Functional Genomics)。,6.2 有机化合物的结构,一lewis电子结构式,原子的电子配对成键，形成稳定的电子构型。,共结合的价电子表示的电子结构式为lewis结构式。,表示出未共用价电子的结构式 lewis电子结构式,二 凯库勒结构式（早期结构）十九世纪后期人们已经知道C为四价，它们相互可以间接成C链或C环；也可与其它原子连结成杂环；C原子可以以单键、双键、三键相互连接或与其它原子链接，常用下列结构式表示：H H H H H HH-C-H H-C-C-H H-C=C-H H-CC-H H-C-O-H H H H H 这种化学式称为凯库勒结构式，只表示原子的连接次序，不表示空间排列方式,凯库勒结构式经常简写为：CH4、C H3-CH3、C H2=CH2、HCCH、C H3-OH对于环状化合物和长链化合物，甚至将C、H都略去，三 有机化合物中的化学键 与无机化合物相同，有机化合物中的原子之间也是通过化学键连接在一起，也有离子键、共价键、配价键等三种类型 FH,6.3、分子轨道理论,认为成键不是轨道的重叠,原子轨道不再存在,而是通过线性组合形成分子轨道。同样认为 形成分子轨道的数目等于原子轨道的数目。分子轨道的能级之和等于原子轨道的能级和。进行线性组合的原子轨道必须能级相近。反键分子轨道 2 12 E=-1 2 E=原子轨道 原子轨道 成键分子轨道 1 12 E=+,轨道的形状如下图：,两个原子轨道线性组合成分子轨道时，形成以能量升高的反键轨道*或,能级为E=-和能级降低的成键轨道或，能级为E=。其中是原子轨道的能级，所以形成分子轨道后总的能级之和没有变。由于电子仍然按照三条规则排列在成键轨道上使体系能量降低，这就是化学键的键能，键能2（）2 2（为负值）对于全充满的原子轨道组合成分子轨道时，排在成键轨道和反键轨道的电子数目相同，键能为0，对形成分子无贡献。如内层电子、惰性元素。,说明：,1、分子轨道理论从整体上考虑了组成分子的各原子，更为合理。给出了键能的明确意义，并可通过理论计算得出键能，与实验测得比较吻合。2、分子轨道理论很好地解释了O2的顺磁性和N2的稳定性。但分子轨道理论仍有很大的局限性，只能用于简单的双原子分子，不能给出多原子分子的空间结构。在有机化学中我们将价键理论和分子轨道理论并举共用,相互补充。,共价键的性质,1)键长,成键原子的原子核之间的平均距离。nm。,2)键角,两个共价键之间的夹角。,3)键能,形成共价键过程中体系释放的能量或共价键断裂过程中体系吸收的能量。,C-H键键能=415kJ/mol,键能反映共价键的强度，键能愈大则键愈稳定。,4)键的极性,非极性共价键 极性共价键,H-H Cl-Cl H-Cl,+-,+部分正电荷-部分负电荷,偶极矩()有方向性,箭头由正端指向负端、指向电负性更大的原子。,净偶极矩指向,多原子分子的偶极矩，是各键的偶极矩向量和。,6.4 有机化合物的结构测定,一、分离提纯二、元素的定性和定量分析三、分子式的确定四、结构的确定 FH,一、分离提纯,1、常用分离提纯方法 蒸馏、分馏、精馏、萃取 结晶、重结晶、升华2、色谱法 纸色谱 薄层色谱 柱色谱 传统柱色谱 气相色谱 液相色谱 凝胶渗透色谱 裂解色谱 FH,二、元素的定性和定量分析,1、氧化法 由拉瓦锡、李必希等人发明。将有机化合物的C、H氧化转化成H2O、CO2进行分析。2、钠熔法 将有机化合物的X、S、N还原转化成X、S、CN等，用常规方法检验。3、现代仪器分析 如元素分析仪及其它仪器。FH,三、分子式的确定,由元素分析可得知各元素的百分含量，由此算出各种原子的最小整数比，叫经验式。若再测得分子量便可知道分子式。分子量的测定有如下几种方法：沸点升高法 凝固点降低法 渗透压法 质谱法 FH,四、结构的确定,四大谱是有机化合物结构确定的有效方法。红外光谱（IR):主要是官能团种类的确定 核磁共振谱（NMR):主要是官能团及位置的确定 紫外光谱（UV）：主要是定量分析 质谱（MS）：官能团及分子链的确定 FH,6.5 有机反应中的酸碱概念,一、布伦斯特酸碱（质子酸碱）能给出H+者为酸，能接受H+者为碱。二、路易斯酸碱（广义酸碱）能给出电子对者是碱，如：OH、NH3 等 在有机化学中叫亲核试剂（富电子试剂）能接受外来电子对者是酸，如：H+、Fe3+、Zn2+、BF3、AlCl3等 在有机化学中叫亲电试剂（缺电子试剂）FH,6.6 有机反应中的热力学和动力学,一、有机反应中的热力学 研究化学反应中平衡问题，及起点和终点，或反应的程度。符合热力学的一般规律。G=H T S=RTlnK二、有机反应中的动力学 研究反应过程、机理、反应速度等。1、碰撞理论 认为反应是通过分子碰撞而发生的，数学模型是阿伦尼乌斯(Arrhenius)速率公式 速率P Z e-Ea/RT,P：为碰撞取向几率，与碰撞的位置有关 Z：为碰撞频率，与浓度有关 e-Ea/RT：为能量几率，与温度有关，一般每升高 10 速率提高24倍 碰撞理论有许多不足之处：P的确定很困难 Ea的意义不明确,2、过渡态理论 认为反应是旧键的破坏，新建的形成。在此过程中有一个旧键未完全断裂、新键未完全形成的状态，叫过渡态。在此状态下能量最高。能量 过渡态 Ea是过渡态的能量与反应物的能量 活化能 之差，叫活化能。升高温度，反应 反应物物的平均 动能升高，活化能降低 生成物反应速率升高。反应进程,A+B-C 反应物,A B C 过渡态,A-B+C 反应物,过渡态理论很好的解释了活化能的意义，说明了温度升高反应速度加大的现象。但过渡态理论的缺点是非常重要的过渡态的结构无法确定（太短暂），活化能也就无法计算。3、哈蒙特（Hammond.G.S)假说 认为在基元反应中，过渡态的结构与能量更接近的那一端类似。及放热反应类似于反应物，吸热反应类似于生成物。FH,6.7 有机化合物的分类,一、按碳链结合的方式分类 开链化合物（无环化合物、脂肪族化合物）碳环化合物 脂环化合物 芳环化合物 杂环化合物 O二、按官能团分类 烃、卤代烃、醇、醛、酮、酸、胺等，这是本课本的主要分类方法。FH,6.8 有机反应的类型,有机反应按键断裂的方式分为：1、均裂反应 共价键电子对均匀断裂，形成自由基（游离基）光或高温 A-B A+B 自由基 或 游离基 自由基的活性很高可引发一系列反应如：自游基取代反应、自游基加成反应、自游基聚合反应。,2、异裂反应 共价键断裂时，电子对转移到一个原子上，形成带正（负）电荷的离子，常有正负离子中间体形成。如：极性溶剂 A-B 催化剂 A+B 带电荷的离子活性也较高，由它参与的反应叫离子型反应，可分为：1）亲电反应 带正电荷的A离子亲电试剂 亲电取代反应 亲电加成反应 阳离子聚合反应,2）亲核反应带负电荷的B离子亲核试剂 亲核取代反应 亲核加成反应 阴离子聚合反应3、协同反应（周环反应）在光和热的作用下，键的形成与破坏一步完成，没有活性中间体形成。如：光或热,
