OrganicChemistry有机化学第一章绪论wgl.ppt

v主讲：王桂良 （兰州城市学院化学系） （有机教研室王桂良） 主要参考 书 1、东北师范大学、 华南师范大学 、上海师 范大学 、 苏州大学、 广西师范大学合编 ，有机化学第四版，高等教育出版社 2、胡宏纹主编，有机化学第二版，上、 下册，高等教育出版社，1990，北京。 3、邢其毅、徐瑞秋、周政、裴伟伟，基础 有机化学第二版，上、下册，高等教育 出版社，1993，北京。 第一章 绪论 第一节 有机化学的研究对象 一、有机化合物和有机化学的涵 义 二、有机化合物的特点 三、有机化学的昨天、今天和明 天 四、 有机化学的重要性 如何学 好 有机化学 第二节第二节 共价键的一些基本概念共价键的一些基本概念 一、 价键理论 二、 共价键参数 三、 共价键的断裂及有机反应的分类 四、 诱导效应 第三节第三节 研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物的一般步骤 第四节第四节 有机化合物的分类有机化合物的分类 一、 按碳架分来 二、 按官能团分类 第一章 绪论（Introduction） 第一节 有机化学的研究对象 一、有机化合物和有机化学的涵义 有机化合物的特点 1. 数量多 迄今已知的3000万种化合物 中，绝大多数属有机化合物，原因一 是碳与碳结合的能力很强，二是同分 异构现象非常普遍。 2. 熔点、沸点低 3. 易燃，难溶 4. 反应速度慢、副反应多 同分异构现象： 具有相同分子式但结构不同的化合物称为 同分异构体，这种现象称为同分异构现象。如 ：C2H6O 存在乙醇和甲醚两种同分异构体 乙醇甲醚 二、有机化学的产生和发展 人们对有机物的认识是逐渐由浅入深的，最初 有机物指由动植物有机体得到的物质。例如：糖、染 料、酒和醋等。在我国古代，周朝已知用胶，汉朝发 明了造纸。这是对有机物的最初人认识，它只是对其 性质的一种运用，并不了解其结构与性质，并且这些 均为混合物，对有机物纯物质的认识是近代的事。十 八世纪，人们逐渐获得了一些 纯物质，例如：从葡萄 汁中获得了酒石酸，从尿中获得尿素，从酸牛奶中取 得了乳酸等。由于这些物质均为从有生命的物体中获 得，（同无机物，例如：矿石、金属相比）并且由于 当时的条件所限制，不能用人工合成，“有机”这一词 便由此而生。 著名化学家柏则里，首先引用了“有机化学”这一名字，目的是区别于其 他矿物质的化学无机化学。但他认为有机物只能由生物细胞受一种 特殊力量生活力的作用才会产生出来，人工是不能合成的，这一思 想曾一度统治了有机化学界，阻碍了有机化学的发展。1828年，魏勒（ Whler）第一次人工合成了尿素，但是这一重要发现，并没有得到柏则 里等化学家的承认。随着科学的发展，更多的有机物被合成，生活力才 彻底被否定，从此有机化学进入了合成的时代。 著名化学家柏则里，首先引用了“有机化学”这一名字，目的是区别于其 他矿物质的化学无机化学。但他认为有机物只能由生物细胞受一种 特殊力量生活力的作用才会产生出来，人工是不能合成的，这一思 想曾一度统治了有机化学界，阻碍了有机化学的发展。1828年，魏勒（ Whler）第一次人工合成了尿素，但是这一重要发现，并没有得到柏则 里等化学家的承认。随着科学的发展，更多的有机物被合成，生活力才 彻底被否定，从此有机化学进入了合成的时代。 中期（19世纪中叶20世纪初）：简单合 成时期和经典结构理论创立时期。随着 Lavoisier和Liebig有机分析方法的建立 ，合成方法和结构理论得到了发展。1857年 ，Kekule和Couper独立提出了碳四价理论； 1865年Kekule提出了苯的结构式；1874年， vant Hoff和Le Bel分别提出了碳四面体结 构学说；1885年，Von Baeyer提出张力学说 。 现代（20世纪）以量子力学为基础的现代 结构理论的建立、现代物理测试方法、复杂 天然物的合成，有机合成工业。 结构理论：共价键理论、分子轨道理论 对称守恒原理 不对称合成、复杂天然物的合成、生物 系统的模拟如叶绿素、血红素、胆固醇、 VB12、牛胰岛素的全合成（中国、1965年） 1916年德国化学家柯赛尔和美国化学家路易 斯创立了经典的电价理论和共价理论从 1927年量子力学应用于化学开始化学健理 论发展很快，已建立起比较完整的体系，成 为化学的重要基础理论现代化学健理论 。它将揭示物质的性质和结构之间的本质联 系，为研制新材料，探索新能减研究生命现 象，模拟生命体内的化学变化等各方面提供 充实的理论依据。美国杰出的化学家两次获 得诺贝尔奖的鲍林指出：“化学键理论是化学 家手中的金钥匙” 1931年，德国化学家Huckel提出芳香结构 理论。1933年，英国Ingold提出化学动力 学饱和碳原子的亲核取代。1962年，日 本福井谦一，前线轨道理论。1965年， WoodwardHoffmann分子轨道对称守恒原 理。1967年，Corey逆合成分析原理。1972 年，Olah碳正离子的系统概念。1978年， Lehn超分子化学（主客体化学）。 四、有机化学的重要性 有机化学与人民生活、国民经济和国防建设等方 面都有密切关系。是化学工业的理论基础。 有机化学是一门基础学科，对其它学科的发展也 有很大的影响，尤其是对生物学、医学、材料科 学等。 21世纪的有机化学 近两个世纪以来，有机化学学科的发展，揭示了构成物质世 界的有机化合物分子中原子键合的本质以及有机分子转移的规 律，并设计合成了具有特定性能的有机分子；它又为相关学科 （如材料科学、生命科学、环境科学等）的发展提供了理论、 技术和材料。有机化学是一系列相关工业的基础，在能源、材 料、人口、环境、国防计划的实施中，在为推动科技发展，社 会进步，提高人类的生活质量，改善人类的生存环境的努力中 ，已经并将继续显示出它的高度开创性和解决重大问题的能力 。 有机化学是一门极具创新性的学科，在对重要的天然产物和 生命基础物质的研究中，有机化学取得了丰硕成果，维生素、 抗生素、甾体类、生物碱、碳水化合物、肽、核苷等的发现， 结构测定和合成，为学科本身的发展增添了丰富的内容，为人 类的医药卫生事业提供了有效的武器。高效低毒农药的开发， 动植物生长调节剂和昆虫信息物质的研究和开发为农业的发展 提供了重要的手段。自由基化学、金属有机化学 等的发展促进了高分子材料，特别是新功能材料的出现。有机 化学以共价键理论，构象理论及反应机理成为现代生物化学和化 学生物学的理论基础，有机化学在蛋白质和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的成就为分 子生物学的建立和发展奠定了基础。在有机化学的发展中它自身 的理论和方法也得到了长足的进步，建立在现代物理学（特别是 量子力学）和物理化学基础上的物理有机化学，在定量研究有机 化合物的结构、反应性和反应机理等方面所取得的成就，不仅指 导着有机合成化学而且对生命科学的发展也有重大意义。有机合 成化学在高选择性反应的研究特别是不对称催化方法上的发展， 使得更多具有高生理活性、结构新颖分子的合成成为可能。金属 有机化学和元素有机化学为有机合成化学提供了高选择性的反应 试剂和催化剂，以及各种特殊材料及其加工方法。有机化学以它 特有的分离、结构测定、合成等手段，已成为人类认识自然、改 造自然具有非凡能动性和创造力的武器。近年来，计算机技术的 引入，使有机化学在结构测定、分子设计和合成设计上如虎添翼 ，发展的更为迅速，同时，固相有机合成的发展不仅为有机合成 提出了一个新的研究内容，而且也使高通量的 而且也使高通量的自动化合成成为现实。 在21世纪，有机化学面临新的发展机遇，一方面随着新的分 析技术、物理方法以及生物学方法不断涌现，人类在了解有机 化合物的性能、反应以及合成方法方面将有更新的认识和研究 手段。另一方面材料科学如纳米材料，光电信息材料的发展， 生命科学如基因组和后基因组计划的深入以及人类对于环境和 能源的新要求，都给有机化学提出新的课题和挑战，有机化学 将在物理有机、有机合成、天然有机、金属有机、化学生物学 、有机分析和计算化学、农药化学、药物化学、有机材料化学 扥各方面得到发展。 第二节 共价键的一些基本概 念 键的类型 Types of Bonding u离子键 Ionic bonding u电子从金属原子转移到非金属原子 electron is fully transferred from metal to non -metal u由静电吸引形成键 binding is by electrostatic attraction. 离子键 Ionic Bonding 共价键 A SIMPLE COVALENT BOND 成键的两个原子共享一对电子 A pair of electrons is shared between the two bonded atoms. H . H . HH Bonded pair 2) 共价键的饱和性 3) 共价键的方向性 H（1s) Cl(3px) H-Cl 甲烷 METHANE CHH H H . . x x xx CHCH 4 4 2.分子轨道理论(Molecular Orbital Theory) 近似处理法 把分子轨道看成是原子轨道的线性组合 Linear Combination Of Atomic Orbitals 简称为：LCAO法 组成分子轨道的原子轨道必须1、能量相近， 2、对称性匹配，3、最大限度地重叠 H . H . H H . . H H H H bonding antibonding s s* 一、价键理论 Covalent Bond Theories 1.价键法 VB 2.分子轨道理论 MO VB 法 1) 要点：价键的形成看成是原子轨道的 重叠或电子配对的结果。两个原子的 未成对电子，若自旋相反，就能配对 。 p-Bonding (Bonding molecular orbital) p*-Antibonding Orbital 三、共价键的键参数 Parameter of covalent bond 1、成键两原子核之间的距离Bond length (nm) CH,0.109nm; CC，0.154 2、两共价键之间的夹角Bond angle 3、两气态原子结合成气态分子时放出的能量 Bond energy(kJ/mol) A(g) + B(g) AB(g) 4. 键矩Polarity of Bond u=ed (unit:Debye, Abbreviation D) Polarity of molecule CH3 Cl 乙炔 Acetylene 三氟化硼 Boron Trifluoride 四.有机反应中共价键的断裂类型 共价键的断裂有两种可能的方式，一种是均 裂，另一种是异裂。 均裂反应形成自由基。 异裂反应产生正、负离子。这类反应可以认为 是反应物通过共享电子对完全转移来实现的。 均裂异裂 碳正离子 碳负离子 自由基 键断裂过程 Types of Organic Reaction 协同反应 五、诱导效应（1) Inductive effective 定义：由于原子的电负性