有机化学绪论全.ppt

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1、,绪 论 有机化合物与有机化学 有机化合物的特点 共价键的形成及其属性 有机化学反应的类型和试剂的分类 有机化合物的结构 有机化合物的分类 研究有机化合物的一般步骤 酸碱理论,【必须掌握的内容】,1.有机化合物及有机化学。,2.有机化合物构造式的表示方法。,3.共价键的形成价键法（sp3、sp2 sp杂化、键与键）和分子轨道法。,4.共价键的基本属性及诱导效应。,5.共价键的断键方式及有机反应中间体。,6.有机化合物的酸碱概念。,共价键的形成及共价键的属性、诱导效应。,【本章重点】,第一章 绪 论,有机化合物与有机化学,1、有机化合物：烃及其衍生物(烃：碳氢化合物)2、有机化学：研究有机化合物

2、来源、制备、结构、性能、应用及其变化规律的科学。3.有机化合物的研究对象 有机化学是从分子水平上研究物质世界最丰富多彩的部分 有机化合物。简单有机小分子化合物（组成、价键、结构、性质、鉴定、反应、合成）复杂有机化合物（结构、鉴定、合成）大分子化合物（结构、鉴定、合成、相互作用）超分子（分子识别、分子组装、功能）三项内容：分离、结构、反应和合成,分离 从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作孤立出单一纯净的有机物。结构 对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明 其结构和特性。反应和合成 从某一有机化合物(原料)经过一系列反应转化成一已知的或新的有机化合物(产物)。4、有机化

3、学的产生和发展 有机化学作为一门学科诞生于：19世纪初有生机之物 碳化合物 碳氢化合物。十八世纪前，利用天然有机物。我国古代对天然有机物的利用：植物染料、酿酒、制醋、中草药（神农本草经，汉末）、造纸（汉朝）其他国家，如古代印度、巴比伦、埃及、希腊和罗马也都在染色、酿酒对天然有机物进行了利用。埃及人用靛蓝和茜素作木乃伊裹布的染料，古犹太人祈祷者披巾上的蓝色是从一种地中海鱼中提取出来的。,十八世纪，分离天然有机物。瑞典化学家舍勒（Scheele，K.W）酒石+硫酸酒石酸晶体（1770年，第一篇论文）柠檬柠檬酸（1784年）苹果苹果酸（1785年）酸牛奶乳酸（1780年）五倍子五倍子酸（1786）焦

4、性没食子酸。其他人的工作：尿尿素（1773年）马尿马尿酸（1829）脂肪胆固醇（1815年）鸦片吗啡（1805年）植物中生物碱、金鸡钠碱、辛可宁（1820年）1675年 法国勒梅里（N.Lemery）法国化学家首次提出 有机化合物1806年 瑞典 贝齐里乌斯（J.Berzelius）首次引用有机化提出了有机化学的概念 提出生命力学说,1828年 德国化学家 FWohler(魏勒)由无机物氰酸氨合成出有机物尿素。,Wohler给瑞典化学家JBerzelius的信中这样写到：,我应当告诉您的是：我制造出尿素，而且不求助于肾或动物无论是人或犬。,1845年，柯尔伯(H.kolber)制得醋酸；用碳、

5、硫磺、氯气和水为原料。实现了从单质到有机物的完全合成 生命力学说逐渐被抛弃1854年柏赛罗(M.berthelot)合成了油脂、1861年布特列洛夫合成了糖类。有机元素分析方法 有机化合物均含有：碳和氢,1781年 法国 拉瓦锡（A.Lavoisier）,1830年 德国 李比希（J.Liebiy）,19世纪中期进入了煤焦油合成时代20世纪40年代至今 石油和天然气合成时代，合成了许多复杂的有机化合物有机物可来源于生物体也可由无机物转化而来。迄今已知的化合物超过2000万(主要通过人工合成)，其中绝大多数是有机化合物。在有机分析和合成发展的同时，有机结构理论得到了迅速的发展和完善。1857年凯

6、库勒和库帕各自独立提出有机化合物中碳原子都是四价的，相互结合成碳链1861年布特列洛夫提出了化学结构，结构决定性质，性质可推出结构1865年凯库勒提出了苯的构造式。1874年范特霍夫和勒贝尔分别提出了碳的四面体结构，建立了分子的立体概念，说明了旋光异构现象。1885年拜尔提出了张力学说，至此，有机结构理论基本建立起来。20世纪初建立了价键理论。,20世纪30年代建立了量子化学理论：化学键的微观本质 诱导效应、共轭效应、及共振论 20世纪60年代将现代物理方法用到测定分子结构上，确定了许多复杂有机化合物的结构：糖、蛋白质、氨基酸、胆甾醇、血红素、叶绿素等有机化学的各分支学科形成 药物化学、香料化

7、学、染料化学、农药化学、环境化学、有机新材料化学等学科。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%。,当今世界有机化学：1、很多复杂的分子结构被阐明，其中很多具有强烈的生理作用，为其他学科提出了大量研究课题2、合成与天然物完全相同的分子3、对天然分子进行改性4、用计算机进行有机合成的设计工作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；1、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；2、对蛋白质、氨基酸的分离、提取，开创了

8、研究生命物质的新时代。3、有机化学特别是生物有机化学参与研究项目：研究信息分子和受体识别的机制;4、发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律;5、作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究;6、发展提供结构多样性分子的组合化学;7、对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术。,有机化学中，有机合成占有独特的核心地位。1989年美国Harvard大学kishi教授等完成海葵毒素(palytoxin)的全合成。21世纪，要实现“理想的”合成法。强调实用、环境友好、资源可持续利用。简单原料、条件温和，经过简单步骤，快速、高选择性、高效地转化为目标分子。绿色合成 有机新材料(分子材料)化学。1、

9、化学结构种类多；2、能够有目的地改变功能分子的结构，进行功能组合和集成；3、能够在分子层次上组装功能分子，调控材料的性能。当前研究的热点领域：1.具有潜在光、电、磁等功能的有机分子的合成和组装2.分子材料中的电子、能量转移和一些快速反应过程的研究；3.研究分子结构、排列方式与材料性能的关系，发展新的分子组装的方法，探讨产生特殊光电磁现象的机制；探索新型分子材料在光电子学和微电子学中的应用,我国的有机化学：我国古代对天然有机物的利用：植物染料、酿酒、制醋、中草药（神农本草经，汉末）、造纸（汉朝）1965年，我国在世界上第一次合成了具有生命活性的蛋白质结晶牛胰岛素，突破了一般有机物和生物高分子的界

10、限 1981年，我国又完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成，为探索人类的生命奥秘及防止疾病迈出了可喜的一步。,5、有机化学的重要性有机化学是许多现代科学技术的基础生命科学（生物化学，分子生物学等）医药学（药物化学，病理学，生化分析等）农业（农业化学，农用化学品等）石油（石油化工等）材料科学（高分子化学，功能材料等）食品（食品化学，营养学，添加剂等）日用化工（染料，涂料，化装品等）,有机化学的任务1发现新现象（新的有机物，有机物的新的来源、新的合成方法、合成技巧，新的有机反应等）2研究新的规律（结构与性质的关系，反应机理等）3提供新材料（提供新的高科技材料，推动国民经济和科学技术的发展）4探索

11、生命的奥秘（生命与有机化学的结合）。,6、学习有机化学的要求1）、认真听课，作好笔记。2）、勤思考、多提问，再理解的基础上记忆。3）、学完每章，应归纳、总结。掌握该章的重点、难点和规律。4）、按时独立的完成作业。5）、参阅有关的资料（参考书、杂志）。6）、重视有机实验，以实验促进学习。,7、教学参考书：1、基础有机化学（第二版），邢其毅等编，高教出版社2、基础有机化学习题解答与解题示例 邢其毅等编，北京大学出版社3、有机化学（第二版），郓魁宏主编，高等教育出版社4、有机化学学习及解题指导,华北、东北九所高等师范院校合编，科学教育出版社出版5、有机化学提要、例题和习题,王永梅、王桂林主编，天津大

12、学出版社出版6、有机化学（第三版），曾昭琼主编，高等教育出版社,有机化合物的特点,有机化合物的特点通常可用五个字概括：“多、燃、低、难、慢”。,1组成和结构之特点 有机化合物种类繁多、数目庞大（已知有七百多万种、且还在不但增加）但组成元素少（C，H，O，N，P，S，X等）原因：1）C原子自身相互结合能力强2)结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状）3)同分异构现象（构造异构、构型异构、构象异构）普遍例如，C2H6O就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物,2、性质上的特点A、物理性质方面特点 1)挥发性大，熔点、沸点低2)水溶性差（大多不容或难溶于水，易溶于有机溶剂B、化学性质方面的特点

13、1)易燃烧2)热稳定性差，易受热分解（许多化合物在200300度就分解）3)反应速度慢4)反应复杂，副反应多,共价键的形成及其属性,一、共价键的形成,共价键的成键条件；共价键的饱和性；共价键的方向性。,1价键理论：,2、杂化轨道理论,简介*要点*,sp3、sp2、*sp 杂化*,sp3杂化轨道 1个2s轨道和3个2p轨道进行线性组合，形成相同的4个sp3杂化轨道，指向正四面体的四个顶角与4个氢原子键合成CH4分子，H-C-H键角为109.5。,sp3,sp3,sp3,sp3,sp2杂化轨道 C原子的 1个2s轨道和2个2p轨道进行线性组合，得到3个等同的sp2杂化轨道，处于同一平面内，彼此之间

14、夹角为120o，剩下一个p轨道垂直于3个sp2杂化轨道所在的平面。,sp2,sp2,sp2,p,sp杂化轨道 C原子的 1个2s轨道和1个2p轨道进行线性组合，得到2个等同的sp杂化轨道，处在同一直线上，剩下的两个p轨道分别分布在X、Y轴上，与sp轨道互相垂直。,sp,sp,p,p,SP3杂化：,SP2杂化：,SP杂化：,原子轨道的重叠，形成键和键1s和1s、1s和2p、2p和2p、3p和3p沿轴向“头对头”重叠，形成键2p和2p相互平行，“肩并肩”重叠，形成键,在乙烷中，2个sp3杂化轨道组成C-C 键，其它sp3轨道与H原子形成键。乙烷中的每个H原子都能够被CH3或其它功能基替换，形成新的

15、化合物。,在乙烯(CH2CH2)分子中，两个碳原子以sp2杂化轨道相互重叠形成C-C 键，并以sp2杂化轨道分别与4个氢原子键合，生成的C-C和C-H键在同一平面内，彼此间的夹角为120o，未参与杂化的p轨道以肩并肩的方式重叠形成键。,在乙炔(CHCH)中，2个碳原子以sp杂化轨道互相重叠，形成C-C 键，并用另外的sp杂化轨道与氢原子键合，生成的C-C和C-H键在同一直线上，未参与杂化的2个p轨道以肩并肩的方式重叠形成键。,（1）不同杂化方式的轨道形状、s 成分的多寡及不同杂化碳原子的电负性是不同的。,着重强调两个问题：,（2）键与 键的差异：,二、共价键的属性,1、键长：以共价键键合的两个

16、原子核间的距离为键长。,2、键角：同一原子上的两个共价键之间的夹角。,3、键能：气态时原子A和原子B结合成1molA-B双原子分子（气态）所放出的能量。,4、键的极性和键矩 键矩：极性共价键正或负电荷中心的电荷（q）与两个电荷中心之间的距离（d）的乘积叫键矩（u）。,三、诱导效应：,由于成键原子电负性不同所引起的，电子云沿键链（包括键和键）按一定方向移动的效应，或者说是键的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为诱导效应（Inductive effects），通常用“I”表示。,从下面几组数据中找找规律：,+I 效应：(CH3)3C(CH3)2CH CH3CH2 CH3,-I 效应：F Cl Br

17、 I,取代羧酸的酸性与在烃基同一位置上引入-I基团的数目有关，数目越多，酸性越强。,取代羧酸的酸性与-I基团离羧基的距离有关，距离越远，影响越小。,吸电子诱导效应（-I）：,供电子诱导效应（+I）：,原子或基团的吸电子能力顺序如下：,有机化学反应的类型和试剂的分类,一、共价键的断裂方式：,1、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自由基，或游离基。,自由基不带电荷，呈电中性。有很高的化学活性。,自由基反应：通过共价键的均裂而进行的反应。自由基反应一般在光或热的作用下进行。,2、异裂：成键的一对电子保留在一个原子或原子团上。异裂生成了正离子或负离子。有

18、机化合物异裂生成碳正离子（R+）或碳负离子（R-）。,离子型反应：通过共价键的异裂而进行的反应。离子型反应一般在酸、碱等极性试剂的作用下进行。它又分为亲核反应和亲电反应。,二、有机中间体,自由基,碳正离子（R+）碳负离子（R-）。,三、有机试剂的类型：,试剂可分为自由基试剂、离子试剂。离子试剂又分为亲核试剂和亲电试剂,1、亲电试剂：在反应过程中接受电子或共用电子（这些电子原属于另一反应物分子的）的试剂。,2、亲核试剂：在反应过程中供给电子的试剂。,四、有机反应的基本类型：1、按共价键断裂的方式分类：1）自由基反应：通过共价键的均裂而进行的反应。自由基反应一般在光或热的作用下进行。2）离子型反应

19、：通过共价键的异裂而进行的反应。离子型反应一般在酸、碱等极性试剂的作用下进行。它又分为亲核反应和亲电反应。3）周环反应：通过环状过度态而进行的反应。,亲电反应和亲核反应：由亲电试剂进攻而发生的反应为亲电反应。由亲核试剂进攻而发生的反应为亲核反应。,有机化合物的结构,分子中原子之间相互连接的顺序叫做分子的构造。,表示分子构造的化学式叫做构造式。,无机化合物：一个分子式只代表一个化合物，如：H2SO4 只代表硫酸。,有机化合物：一个分子式可代表多个化合物，如：C2H5OH 即代表乙醇又代表甲醚。,有机化合物构造式的表示方法通常有：,较常用的为构造简式和键线式。如：,有机化合物的分类,一、按碳架分类

20、1、开链化合物：碳原子相互结合形成链状2、碳环化合物：含有碳原子组成的碳环1）、脂环化合物2）、芳香族化合物3、杂环化合物：是环状化合物，这种环是由碳原子和其他元素的原子共同组成二、按官能团分类官能团：是指有机化合物分子中特别能起化学反应的一些原子或原子团。它常常可以决定化合物的主要性质。,研究有机化合物的一般步骤1、分离提纯：重结晶、升华法、蒸馏法、色层分析法以及离子交换法等2、纯度的检定：测定熔点、沸点、相对密度和折射率等3、实验式和分子式的确定：元素定性分析和定量分析、测其分子量，确定实验式和分子式。4、结构式的确定：化学方法 官能团分析、化学降解及合成,物理方法 红外(IR)、紫外(U

21、V)、核磁(NMR)、质谱(MS)、气液色谱和X衍射等。,六.酸碱概念,1.勃朗斯德(Brnsted)酸碱质子论,酸是质子的给予体，碱是质子的接受体,酸碱可以带正电荷或带负电荷或为中心分子,在一个反应中是 酸，而在另一个反应中可以是碱。,平衡主要趋向形成更弱的酸和更弱的碱。,酸碱强度表示：,酸或碱越强，其pK值越小（离解常数K值越大）。,酸性越强，解离出质子后的共轭碱的碱性越弱。,如何判断化合物的酸性强弱？,主要取决于化合物离解出H+后的负离子稳定性。负离子越稳定则原来的化合物酸性越强。,负离子的稳定性与中心原子的电负性、原子半径的大小、与其相连的原子团的结构以及溶剂等因素有关。,2.路易斯(

22、lewis)酸碱电子论,酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体。,lewis酸碱反应形成配位键，产生加合物。,lewis酸具有亲电性，lewis碱具有亲核性。,常见的lewis酸：,常见的lewis碱:,键矩：极性共价键正或负电荷中心的电荷（q）与两个电荷中心之间的距离（d）的乘积叫键矩（u）。,化学键的极性：以键矩又称偶极矩（）来量度。,偶极矩是向量，带有方向性，一般以“”来表示，箭头表示从正电荷到负电荷的方向。,多原子分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的向量和。,非极性共价键：两个相同原子组成的共价键，成键电子云均匀分布在两核周围。Cl2；H2 极性共价键：不同原子组成的共价键，成键电子云

23、均偏向电负性大的原子一边。HCl；H2O,键的极性：键的极性大小取决于成键两原子电负性的差值，与外界条件无关，是永久的性质。,键的极化性：键的极化性是共价键在外电场的作用下，使键的极性发生变化。键的极化性用键的极化度来度量，其大小除与成键原子的体积、电负性和键的种类有关外，还与外电场强度有关，是暂时的性质。,小结：,键长与键能反映了键的强度，即分子的热稳定性。,键角反映了分子的空间形象。,键矩和键的极化性反映了分子的化学反应活性，并影响它们的物理性质。,键的极性影响化学反应：分子的极性影响物性常数，如：沸点、熔点、溶解度,键能：气态时原子A和原子B结合成1molA-B双原子分子（气态）所放出的

24、能量。通常键能愈大，键愈牢固。,键的离解能：要使1molA-B双原子分子（气态）共价键解离为原子（气态）时所需的能量。H 0,吸热；常用符号 D（A-B）表示。HHH+H H=+436kJ/mol；D=436kJ/mol,A(气)+B(气)AB(气)ClClCl+Cl D=+242kJ/molCl+ClCl2 H=-242kJ/mol,键能与键的离解能的差异：,双原子分子：键能即是键的离解能。,多原子分子：键能则泛指分子中几个同类型键的离解能的平值。,对有机化学和农业化学有重要贡献。建立了有机化合物的元素分析方法，这个方法现在仍在使用。他是一位伟大的教育家，他非常重视实验。培养了一大批优秀的化

25、学家。如：霍夫曼、凯库勒、范特霍夫、阿累尼乌斯、拜尔等都是从李比希的学生。到1960年获诺贝尔化学奖的60人中有44人是出自李比希的门下。,1768年被选为法国科学院院士。同年当上了收税官。1793年11月法国逮捕所有的收税官（28名），1794年5月全部处死。著名数学家拉格朗日说：“他们可以一瞬间把他的头割下，而他那样的头，百年也许长不出一个来”他对化学的主要贡献有：1、用燃烧的氧化理论代替燃素学说。这是一场真正的革命。2、使化学具有空前的条理性。他的“化学命名法”和“化学纲要”两书的基本内容沿用至今。3、全面阐述了质量守恒定律。4、把燃烧理论用于有机分析。拉瓦锡知识渊博，是一位伟大的化学家

26、，近代化学的奠基人。,人工合成有机化合物的开创者。1824年人工合成了尿素，1828年发表论文论尿素的人工合成。此外他在化学上的成就有：1824年合成了草酸；1827年分离出了纯铝；发展了硅烷、硅氯仿；分析了大量的矿石，制备了多种稀有金属化合物；研究了醌、氢醌、醌氢醌等。他完成的实验研究工作数量多得惊人。,斯德哥尔摩学院院士，十九世纪上半叶化学界的最高权威。他对化学的突出贡献主要在两个方面：（1）测定原子量和制定元素符号；（2）提出电化二元论。1803年发现了铈、1817年发现了硒、1828年发现了钍。1806年开始使用“有机化学”这个名称，1827年指出“同分异构”现象的存在，1835年提出“催化”这一名词。,