有机化学第一章绪论.ppt
2023/5/24,1,1,Organic Chemistry,有机化学,杨祥 18971199306qq：1046880789,2023/5/24,2,2,主 要 参 考 书,美R.T.莫里森、R.N.博伊德著有机化学上、下册 科学出版社 1980年 邢其毅等编著 基础有机化学上、下册（第三版）高等教育出版社 2007年 王积涛等编著 有机化学南开大学出版社 1993年,2023/5/24,3,3,教 学 要 求,1.掌握重要的典型有机物的命名方法、结构、性质，了解它们的应用；2用化学键理论和电子效应、空间效应解释一些简单有机化合物结构与性能的关系；3掌握简单有机物的典型反应和重要的合成方法，掌握各类化合物相互转变的基本规律；4了解典型的、简单的反应历程、过渡态理论和活性中间体,2023/5/24,4,4,教 学 说 明,教学安排,考试和成绩 考试（80%）+平时（20%）,习题考勤,答疑,2023/5/24,5,第一次作业,查阅有机化学在所学专业中的应用情况的文献5篇。阅读后总结出有机化学在所学专业中所发挥的作用。,2023/5/24,6,第一章 绪论,有机化学的研究对象与任务 化学键与分子结构 共价键的键参数 分子间的力 有机化合物的一般特点 有机化合物的分类,2023/5/24,7,有机化学的研究对象与任务,有机化学 研究对象 分类 前沿研究领域,有机化合物 定义 特点 分类,2023/5/24,8,有机化学的研究对象,1808年首次由贝采里乌斯提出。,无机化学Inorganic chemistry,2023/5/24,9,什么是有机化合物呢？,来自有生命机体的物质,2023/5/24,10,在生物体内由于存在“生命力”，才能产生有机化合物；不能由无机化合物合成出来。,生命力论,柏则里,格曼林和贝采里乌斯,2023/5/24,11,2NH4Cl+AgCNONH4CNO+AgCl,（NH2）2CO,弗里得里希维勒（18001882）,2023/5/24,12,从组成上看主要含有C、H,但CO、CO2、Na2CO3、KCN 等为无机化合物。组成还有 O、N、X、S、P 等。,什么是有机化合物呢,含碳化合物不一定是有机化合物，但有机化合物一定是含碳化合物。,1874年肖莱马（Schorlemmer.C.18341892）：将有机化合物定义为“碳氢化合物及其衍生物”,2023/5/24,13,有机化学 研究碳氢化合物及其衍生物的来源、组成、制备、结构、性质及其变化规律的科学。,2023/5/24,14,脑白金（Melatonine),2023/5/24,15,感冒药物,快克，康泰克，白加黑，康必得，速效感冒胶囊，泰诺主要成份为对乙酰氨基酚,对乙酰氨基酚能抑制前列腺素的合成而产生解热作用,2023/5/24,16,白加黑,成份:每片含 日用片 夜用片对乙酰氨基酚 325mg 325mg盐酸伪麻黄碱 30mg 30mg无水氢溴酸右美沙芬 15mg 15mg盐酸苯海拉明-25mg,解热镇痛止咳药,2023/5/24,17,2023/5/24,18,N，N-二甲基-2-（二苯甲氧基）乙胺盐酸盐，能竟争性阻断阻胺H1受体而产生抗组胺作用，有镇静，防晕动，止吐作用，可缓解支气管平滑肌痉挛。抗过敏药物,N-甲基-3-甲氧基吗啡烃，有镇痛作用，但没有吗啡的成瘾性和吗啡样的其它副作用。,2023/5/24,19,有机化学的分类及前沿,有机化学的迅速发展产生了不少分支学科，包括有机合成化学金属有机化学元素有机化学天然产物有机化学物理有机化学有机催化化学有机分析化学有机立体化学有机光化学生物有机化学,2023/5/24,20,英国科学家文卡特拉曼-拉马克里希南(Venkatraman Ramakrishnan)、美国科学家托马斯-施泰茨(Thomas A.Steitz)和以色列科学家阿达-约纳特(Ada E.Yonath)因在核糖体的结构和功能研究中做出突出贡献而获得该奖项。,2009 诺贝尔化学奖,2023/5/24,21,有机化合物的特点,分子种类繁多，结构复杂,维生素B12,分子式:C63H88N14O14Co,吗啡是鸦片中最主要的生物碱（含量约10-15%），1805年法国化学家F泽尔蒂纳首次从鸦片中分离出来。他用分离得到的白色粉末在狗和自己身上进行实验，结果狗吃下去后很快昏昏睡去，用强刺激法也无法使其兴奋苏醒；他本人吞下这些粉末后也长眠难醒。据此他用希腊神话中的睡眠之神吗啡斯（Morphus）的名字将这些物质命名为“吗啡”。,2023/5/24,23,叶绿素,1818年，由植物叶中分离出叶绿素。,2023/5/24,24,原因（1）C-C 结合力强（2）碳与碳之间可以多种方式结合（3）同分异构体的存在,2023/5/24,25,有机化合物的特点,易燃烧,但CCl4 不但不燃烧，而且可以作灭火剂,2023/5/24,26,有机化合物的特点,难溶于水，易溶于非极性有机溶剂,如：易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。,但CH3COOH、C2H5OH等易溶于水,2023/5/24,27,原子间主要以共价键结合；,反应速度慢、副反应多。,2023/5/24,28,较简单，较少异构現象,复杂，常有异构現象,构造,较无副反应，且反应速率较快,常有副反应的可能，所以较复杂，但因非离子反应，所以速率较慢，故常需催化剂,反应及速率,一般为电解质，常为离子反应,一般为非电解质，所以多数为非离子反应,离子反应,不燃的较多,在空气中多数会燃烧,可燃性,一般溶于水，但不溶于有机溶剂,一般不溶于水，但溶于有机溶剂,溶解性,一般较高,一般较低,熔点,离子结合多,共价结合多,化学结合,约100种全部元素,主要C、H、O、N、P、S、X,构成元素,比较少（100万种）,非常多（约3000万种）,种类,无机化合物,有机化合物,有机化合物和无机化合物的差別,2023/5/24,29,一、按碳架分类,有机化合物的分类,1 开链化合物,2 碳环化合物,3 杂环化合物,（脂环族化合物）,（芳香族化合物）,2023/5/24,30,二、按官能团分类,能决定化合物的特性的原子或原子团称为官能团。,烃,卤代烃,醇,酚,醚,醛,酮,羧酸,有机化合物,2023/5/24,31,有机化合物的结构,为什么要了解有机化合物的结构?有机化学中的“结构”有什么内涵？怎样了解有机化合物的结构?,构造构型构象,物理性质化学性质,分子中各原子间相互结合的方式：顺序、方式、相对位置。,原子的排列顺序和成键方式,原子和基团在空间的相对位置,由于单键旋转致使原子和基团在空间的排列方式发生改变的现象。,2023/5/24,32,有机化合物分子中各原子之间一般是以共价键连接起来的。对于共价键形成的理论解释，常用的有两种方法。,共价键的电子理论,（1）价键理论（2）分子轨道理论,2023/5/24,33,（1）价 键 理 论,共价键的形成，是原子轨道的重叠或电子配对的结果。,2023/5/24,34,共价键具有饱和性。原子核外未成对电子数就是该原子可能形成的共价键数目。共价键具有方向性。电子云重迭的程度越大，形成的价键越稳定，因此原子轨道要尽可能在键轴方向上实现最大程度的重迭。,2023/5/24,35,形成共价键时，在两个原子核间距离（键长）一定的条件下，轨道总是尽可能地达到最大程度的重叠这就是轨道最大重叠原理。轨道重叠得越多，共价键就越牢固。,2023/5/24,36,杂化轨道理论,杂化：原子内部能量相近的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的过程。杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道杂化轨道类型：sp、sp2、sp3、sp3d2杂化结果：重新分配能量和空间方向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道,2023/5/24,37,1、SP3杂化,杂化后四个轨道分别指向正四面体的每一个顶点，具有一定的方向性，轨道彼此间保持一定的角度，109.5度，以使每个轨道达到最低干扰的程度。,C:1s22s22p2,2023/5/24,38,如:甲烷,2023/5/24,39,2、SP2杂化,2023/5/24,40,键,键,2023/5/24,41,2023/5/24,42,3、SP杂化,跃迁,原子轨道重组,直线型,2023/5/24,43,乙炔,2023/5/24,44,分子轨道理论认为共价键的形成是由于成键原子的原子轨道相互重叠后，重新组合成整体的分子轨道的结果。,分子轨道理论与价键理论的不同之处是成键电子不再定域在个别原子上，也不定域在两个成键原子之间，而是离域到整个分子中运动。,两个原子轨道充分接近后，能通过原子轨道的线性组合，形成两个分子轨道。其中，能量低于原来原子轨道的分子轨道叫成键轨道，能量高于原来原子轨道的分子轨道叫反键轨道。,分子轨道理论,2023/5/24,45,由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件：,a、对称匹配（对称性相同）,b、原子轨道重叠部分要最大,c、能量相近,2023/5/24,46,1、键长2、键角3、键能4、键的极性,共价键的键参数,2023/5/24,47,1、键长,两核之间最远和最近距离的平均值称为键长。,2023/5/24,48,6-1-3键角,2、键角,已知分子的键长和键角,就可确定分子的几何构型。,2023/5/24,49,6-1-1键能,3、键能,如,键能越大，化学键越牢固,2023/5/24,50,对多原子分子,键能=逐级解离能的平均值 H2O(g)H(g)+OH(g)D(HOH)=498 kJmol-1 OH(g)H(g)+O(g)D(OH)=428 kJmol-1E(OH)=D(HOH)+D(OH)/2=463kJmol-1,2023/5/24,51,4、键的极性,-,+,具有极性,为什么？,是由于两个原子的电负性不同,2023/5/24,52,元素的电负性（X）,鲍林(L.Pauling)：电负性就是表示某元素原子在化合物分子中吸引成键电子能力大小的相对数值。根据热化学数据建立了元素的定量标度，指定氟的电负性为4.0，然后求出其它元素的电负性。,2023/5/24,53,2023/5/24,54,1.7 离子键,1.7 极性键,=0 非极性键,电负性差值,2023/5/24,55,偶极矩,正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的乘积，叫做偶极矩=rq。偶极矩的单位是库仑米（Cm）。它是一个矢量，方向规定为从正电荷中心指向负电荷中心。,2023/5/24,56,双原子分子的极性就是其键的极性：,多原子分子的极性是各个价键极性的矢量和。,2023/5/24,57,有机化学反应类型共 价 键 的 断 裂,两种方式：均裂和异裂,均裂：成键的一对电子平均分给两个原子或原子团。均裂生成的带单电子的原子或原子团，称为游离基（或自由基），经过均裂生成游离基的反应，称为游离基反应（自由基反应）。,A:B A+B Cl:Cl(光照)Cl+Cl CH4+Cl CH3+H:Cl,2023/5/24,58,异裂：成键的一对电子为某一原子或原子团所占有，经过异裂生成离子的反应称为离子型反应（分为亲电和亲核反应两种）。,A:B A+B-(CH3)3C:Cl(CH3)3C+Cl-,2023/5/24,59,分子间作用力,非极性分子,-,+,+-,极性分子,分子的极化,-,+,诱导偶极,诱导偶极矩,2023/5/24,60,一、van der Waals力,分子间存在着一种只有化学键能1/10到1/100强度的作用力，它最早由荷兰的物理学家van der Waals提出，故称为van derWaals力，它还可分为取向力、诱导力和色散力三种。,2023/5/24,61,(一)取向力,取向力的本质是静电作用。极性分子的分子电偶极矩越大，取向力就越大。,2023/5/24,62,(二)诱导力,在极性分子的永久偶极与非极性分子的诱导偶极之间产生的相互作用力称为诱导力。,当极性分子与非极性分子接近时，因极性分子的永久偶极相当于一个外电埸，使非极性分子极化而产生诱导偶极，永久偶极与诱导偶极之间就会产生吸引。,2023/5/24,63,(三)色散力 非极性分子的电子在不断运动，原子核在不停的振动，在运动过程中它们之间会发生瞬时的相对位移，在一瞬间分子的正、负电荷中心不重合，从而产生瞬间偶极。由瞬间偶极而产生的分子间作用力称为色散力。,瞬间偶极存在时间极短，但它不断地重复出现，因此分子间色散力始终存在着。任何分子都有不断运动的电子和不停振动的原子核，都会产生瞬间偶极，因此，色散力存在于各种分子之间，并且在van der Waals力中占有相当大的比重。,+,-,+,-,2023/5/24,64,van der Waals力很弱，无方向性和饱和性，对于大多数分子来说，色散力是主要的，只有当分子的极性很大时，取向力才比较显著，而诱导力通常很小。,范德华力,色散力,诱导力,取向力,广泛存在,极性非极性分子、极性 极性分子,极性 极性分子,2023/5/24,65,二、氢键,(一）氢键的形成及其性质,H,X,+,方向性,饱和性,2023/5/24,66,分子间氢键,（二）氢键的分类,分子内氢键,2023/5/24,67,（三）氢键对物质性质的影响：1、氢键对物质熔、沸点的影响 由于破坏氢键需要消耗能量，所以，在同类化合物中能形成分子间氢键的物质，其熔、沸点比不能形成分子间氢键的要高。例如：A至A族元素氢化物中，NH3、H2O、HF的沸点比同族其它元素的氢化物高。分子内形成氢键，一般使化合物的熔点、沸点降低。,2023/5/24,68,2、氢键对物质溶解度的影响 如果溶质分子与溶剂分子之间形成氢键，将使溶质与溶剂分子之间的结合力增强，导致溶质的溶解度增大。若溶质分子生成分子内氢键，则在极性溶剂中的溶解度减小，而在非极性溶剂中的溶解度增大。,2023/5/24,69,分子间氢键,分子内氢键,在H2O（极性溶剂）中的溶解度：对-硝基苯酚 邻-硝基苯酚在CCl4（非极性溶剂）中的溶解度：邻-硝基苯酚 对-硝基苯酚,2023/5/24,70,本章小结,重要概念：多少个重要概念？重要理论：价键理论？有机化合物的结构性质之间的关系？,2023/5/24,71,思考题,各种不同X原子所形成的C-X键的极性顺序如何?乙醇（C2H5OH）与甲醚（CH3OCH3）互为同分异构体，为什么室温下乙醇为液体而甲醚为气体?化学键的极性与化合物的极性之间是什么关系?,2023/5/24,72,预习内容,饱和烃饱和烃的命名饱和烃的结构特征饱和烃的化学性质(游离基取代反应历程),2023/5/24,73,贝采利乌斯是当时很有名望的化学家。1779年8月20日生于东约特兰省的林雪平。1797年考上乌普萨拉大学医学系学习，1802年获医学博士学位。在该学院当讲座义务助手，业余功读化学。1807年任化学教授，。1835年皇帝查理十四晋封他为男爵。他把厨房改建为实验室进行科学研究工作。他的研究工作涉及许多领域：,在发展原子论方面，他发现了几种新元素：铈、硒、钍。他还制定出近代元素符号，沿用至今。在电化学方面，贝采利乌斯1814年提出了电化学二元论学说：在有机化学方面，贝采利乌斯在1808年最早提出“有机化学”这个名称。他还发现了肌乳酸（1806）、丙酮酸（1835）。在分析化学方面，他创始了重量分析，改进了有机元素分析方法。,贝采利乌斯(Berzelius.J.J.1779-1848 瑞典化学家),贝采利乌斯的主要特点是严密性与系统性，观察精确，描述清晰。他是生命力论的拥护者。,2023/5/24,74,肖莱马(Schorlemmer.C.18341892德国有机化学家),2023/5/24,75,75,维勒是因首先在实验室里从无机物合成了有机物-尿素而闻名于世。1800年7月31日生于德国法兰克福。1820年考入马尔堡大学医学院，1821年开始对化学感兴趣，1823年他决定放弃医学，在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一年。1825年维勒回国，在柏林化学和矿物学校和卡塞尔技术学校教化学。1836年维勒任格丁根大学化学教授。维勒在大学时代便致力于氰基化合物的研究，确定了异氰酸的组成，和李比希确定的雷酸结果一致，导致了对异构体的认识。维勒还鉴定出氰酸银,发现了安息香基、扁桃苷和氢醌。最早分离出元素铍并命名。1842年他制备了碳化钙。,维勒（Fwohler,18001882,德国化学家）,
