南昌大学有机化学1绪论.ppt

有机化学 Organic Chemistry 南昌大学化学系 戴延凤博士 有机化学学习方法 w学好有机化学的关键是要走进有机化学，喜 欢有机化学。以下一些措施仅供参考： 课前预习，课后复习。 学会听课 ，及时发问，提高学习效率。 必要的记忆：如命名原则、某些重要的反应等 。通过必要的记忆，可以熟悉反应，发现规律 ，活跃思维，提高兴趣。 把握主线结构与性能的关系。 及时总结，按时完成作业 第一章 绪论 w1.1 有机化合物和有机化学 w1.2 有机化合物的结构 w1.3 原子轨道和分子轨道 w1.4 有机化合物的结构测定 w1.5 官能团和有机化合物的分类 1.1 有机化合物 w指碳氢化合物和他们的衍生物（化合物中的 某个原子（团）被其他的原子（团）取代后 衍生来得那些化合物）。 w有机化合物就是碳的化合物。习惯上仍把碳 和一些简单的碳化合物看作是无机化合物， 如CO、CO2、CS2、HCN等 w组成有机化合物的元素很简单,常见的有C， H，N，O，S，P，X，Si及一些金属元素 w有机化合物与人们的生活密切相关 有机化合物的一般特点 w数目庞大： 1999年12月，CA收录的化合物数目 已经达到2230万种，其中90%为有机化合物 w结构复杂，存在同分异构现象（如甲醚和乙醇） w易燃、易爆(如汽油、酒精等) w热稳定性差，受热(200300)易分解 w熔、沸点低，通常小于300 w难溶解于水，易溶解于有机物 w反应速率慢、反应复杂、副产物多：例如乙醇和 乙酸在无催化剂的条件下要60年才可以达到平衡 1.1 有机化学 w定义：有机化学是研究有机化合物的来源和组成 、结构、性质、变化规律、合成以及应用的科学 w研究内容： 天然有机化学-天然产物的研究 有机合成化学 元素有机及金属有机化学 有机分析化学 生物有机化学 有机化合物结构的测定 物理有机化学-反应机理的研究 应用有机化学 有机化学的发生和发展 w1777年，Bergman（瑞典）将化合物分为“ 无机”和“有机”两大类 w18世纪，Scheele（瑞典，17421786） 得到一系列的纯的化合物，如酒石酸，乳酸 等 w1806年Berzelius （瑞典）首先提出“有机化 学”(organic chemistry)和“生命力”学说 w有机化学作为一们学科在19世纪中叶形成 。 Scheele的主要提 纯工作 w从酒石中提取酒石酸 (1770) w从酸牛奶中提取乳酸 (1780) w从尿中提取尿酸 (1780) w从柠檬中提取柠檬酸 (1784) w从苹果中提取苹果酸 (1785) 其他化学家的分离 提纯工作 w由尿中发现尿素 (1773) w由鸦片中得到第一 个生物碱吗啡 (1805) w由植物叶中分离出 叶绿素(1818) w由植物中分离出马 钱子碱、辛可宁等 生物碱(1820) 有机合成的早期成就 w1828年F Wohler（德）加热无机化合物氰酸铵 (NH4CNO)溶液无意中得到有机化合物尿素 w1845年Kolbe （德）合成了醋酸 w1854年Berthelot（法）合成了油脂 w1861年布特列洛夫合成了糖 -动摇了生命力学说 ，开创了有机化学的新时代。今天人工合成的有 机物超过700万 w19世纪中叶，开始把有机化合物看作是碳的化合 物 有机化学理论的发生和发展 w1865年A Kekule（德）提出碳是四价的学 说，对有机化合物 的发展起了推动作用 w1874年J H vant Hoff（荷）和J A Le Bel（ 法）几乎同时提出了饱和碳原子的四面体学 说开创了有机化合物的立体化学研究 w1917年，Lewis（美）用电子对的方法说明 了化学键的生成 w1931年Huckel（德）芳香结构理论 w1933年Ingold（英）用化学动力学方法研究了饱 和碳上取代反应的机理 有机化学理论的发生和发展 w1965，WoodwardHoffmann分子轨道对 称守恒原理 w1967，Corey逆合成分析原理 w1972，Olah碳正离子的系统概念 w1978，Lehn超分子化学（主客体化学） w近代波谱技术（IR，NMR，MS）测定有机 化合物分子结构，促进了有机化合物的研究 。 有机化学化工的发展 w18501900，合成有机化学时代，煤焦油 化学时代 w19001940，有机化学工业时代，煤焦油 染料、药物、炸药； w1940，石油化工时代，石油三大合成 材料（橡胶、塑料、合成纤维） w1990，有机化学与生命科学、环境科学 、材料科学、能源、国防、电子、信息产业 、无机非金属材料等行业紧密联系，相互促 进 自 然 界 中 碳 的 循 环 1.2 有机化合物的结构 w结构(structure) 分子中原子间的排列次 序，原子相互间的立体位置、化学键的结合 状态以及分子中电子的分布状况等各项内容 的总和。 w分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决 于分子的结构。“结构决定性质，性质反映 结构”，这是有机化学教与学的主线。 w构造分子中原子间相互连接的顺序叫做 分子的构造。 1.2 有机化合物的结构 w凯库勒结构式（化学键 、价键式、蛛网式） w结构简式 1.2 有机化合物的结构 w键线式w路易斯结构式（价 电子，包括孤对电 子） 1.2 有机化合物的结构 立体模型(球棍模型、比例模型） 1.3 原子轨道 w原子轨道:原子中电子的运动状态，用波函 数表示。 w表示方法：电子云的形状和疏密、界面图的 大小和疏密s, p, d, f (形状、伸展方向） 电子云 1.3 原子轨道 w核外电子排布规律-Pauli不相容、能量最 低、Hund规则、八电子规则 w现代价键理论电子定域论： （1）价键的形成可看成是原子轨道重叠或电子 配对的结果。条件：未成对电子，自旋相反 （2）共价键的饱和性：价键数 = 单电子数 （3）共价键的方向性：原子轨道重叠程度大小 决定共价键的牢固程度。头碰头重叠（键） ；肩并肩重叠（键） 1.3 杂化轨道 w1931年，Pauling（美）提出原子轨道杂化理论： 能量相等的杂化轨道使成键能力更强，体系能量 降低，成键后可达到最稳定的分子状态。（杂化 轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目） sp杂化： 如 BeCl2 直线型分子 sp2 杂化：如 BF3 平面型分子 sp3 杂化：如 CH4 正四面体结构 w1954年获诺贝尔化学奖，1963年获诺贝尔和平奖 杂化轨道 + + + - - - s轨道p轨道d轨道 sp2杂化 Pauling 碳原子的sp3杂化 碳原子的sp2杂化 碳原子的sp杂化 CH4、C2H4、C2H2的形成 1.3 分子轨道理论 w分子中电子运动状态，即分子轨道，用波函数 表示。分子轨道也有不同能层，电子的填充也应 遵循三个原理。 w原子轨道数目与形成的分子轨道数目相等（原子 轨道线形组合法） 成键分子轨道：波相相同，波函数相加而成，能量低于 相应的原子轨道；两核间电子云密度大；稳定分子 反键分子轨道：波相相反，波函数相减而成，能量高于 相应的原子轨道；两核间区域以外电子云密度大，不稳 定 1.3 分子轨道理论 w组成分子轨道的原子轨道，能量应大致相近 ，对称性相同，并能最大程度地重叠，这样 形成的分子轨道能量最低 w分子轨道理论主要用来处理p电子或电子 ，如乙烯分子中有两个未参加杂化的p轨道 ，这两个p轨道可通过线性组合（加加减减 ）而形成两个分子轨道(轨道)： ( ) (* ) 键和键 w按成键原子轨道重叠方向不同，共价键又可 分为键和键 w两个成键原子轨道沿对称轴方向相互重叠（ “头碰头”）而形成的键叫键。电子云分布 近似圆柱形。以键连接的原子或基团可以 绕键轴自由旋转，键不发生断裂，重叠程度 大，键比较牢固。键存在于一切共价键之 中 键和键 w两个成键原子轨道以对称轴相平行互相重叠 （两个p轨道从侧面“肩并肩”重叠 ）而形成 的键叫键。键不能单独存在，必须与键 共存。键形成后，限制了键的自由旋转 。电子云重叠程度较小，键电子云分散暴 露在两核连线的上下两方呈平面对称，离原 子核较远，受核约束较小。因此键电子云 具有较大的流动性，易受外界影响而发生极 化，具有较强的化学活性，发生化学反应时 ，键易断裂。 键 键 共价键的键参数 w共价键最基本特点是具有饱和性和方向性 w键长：成键原子的平衡核间距，单位nm（ 10-9m），键长越短，键越牢固。 w键角：键与键之间的夹角。 平均值：423+439+448+347)4=414KJ/mol CH的键能为414KJ/mol。 w键能：键的平均解离能，键能越大，键越牢固 。 共价键的键参数 w键的极性：由成键原子 的电负性不同引起。用 偶极矩(键矩)来度量： qd 的单位：Cm(库仑米) q正、负电中心的电荷， d 电荷中心之间的距离 例：HCl CH3Cl w一般地， 成键原子 电负性差 大于1.7， 形成离子 键，成键 原子电负 性差为0.5 1.6，形 成极性共 价键 共价键的键参数 w分子的极性：用分子偶极距衡量，即分子中 各键键距的矢量和。如： w分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解 度等 1.4 有机化合物结构的测定 w分离提纯-蒸馏、分馏、精馏、重结晶、色 谱法 w物理常数的测定 w元素定性分析-如，钠熔法 w元素定量分析和实验式的确定-如，燃烧法 1.4 有机化合物结构的测定 w相对分子质量的测定和分子式的确定-由质 谱法确定有机化合物的分子量。如化学实验 式为CH2O，分子量为60，则其分子式为 C2H4O2 w结构的确定 官能团分析 化学降解及合成 物理方法的应用-如，NMR、IR、MS、UV- Vis 1.5 官能团和