《有机化学 绪论》PPT课件.ppt

第一章绪论 exit 第一节有机化学的产生和发展第二节有机化合物的结构表示第三节有机反应的类型和试剂的分类第四节溶剂的分类及溶剂化作用第五节研究有机化合物的一般步骤第六节有机化合物的分类 本章提纲 第一节有机化学的产生和发展 一有机化合物和有机化学organiccompoundandorganicchemistry1848年 葛美林 肖莱马等提出 有机化合物就是碳 氢 化合物及其衍生物 除CO2 CO 碳酸盐 有机化学就是研究碳氢化合物及其衍生物的组成 结构 性质及变化规律的科学 组成元素少 但数量庞大 同分异构现象 用结构式表示 易燃 熔沸点低 难溶于水 易溶于油 有机溶剂 相似相溶反应慢 且产物复杂 方程式用箭头表示 二有机化合物特点 三产生和发展 从有机体内提取有机物 1773 1805 酒石酸 尿素 乳酸 代表人物 Berzelius由提取进入到提取合成并举的时代 1806 1828 1848 尿素 代表人物 F Wohler进入合成时代 1849 1900 2001 醋酸 油脂 代表人物 Kolbe Berthelot 1806年Berzelius生命力学说1828年F Wohler 维勒 将氰酸铵的水溶液加热得到尿素 NH4OCN NH2CONH2说明有机物可以在实验室合成 在十九世纪初期拉瓦锡 李比希 法拉第发展了定量测定有机化合物组成的方法 并分析了许多有机化合物 在1857年 Kekule 德 提出碳原子的四价学说 范特霍夫 勒贝尔提出碳四面体学说 在此基础上发展了有机化合物结构学说 对有机化学的发展起了很大推动作用 学科建设制备了几千万种有机化合物 1990年 1000万种 建立了一套系统鉴定和测定有机化合物的方法 逐步建立和完善了有机化学的理论 学术成就诺贝尔化学奖 1901 2002 92届 70届与有机化学有关 二十世纪 46项重大发明 8项与有机化学有关 研究思路深入 巧妙 与其它学科广泛交叉渗透 也渗透到人类活动各方面 一 分子结构和结构式表示法 第二节有机化合物的结构表示 分子结构 指分子中原子的成键次序和键合方式 分子式 C2H6O沸点 78 2 23 短线式缩简式键线式 1 丙醇环戊烷 脂肪族链状化合物常用缩简式 环状化合物常用键线式 结构式表示法 二 共价键的一些基本概念共价键理论 价键理论要点 原子轨道重叠 共用电子对可形成价键 形成键的电子对在成键前是属于一个原子时 形成的键称配价键 存在电子得失时则形成离子键 共用两对电子形成双键 其余类推 共价键具有饱和性 原子中未成键电子与另一原子中的某一电子配对后 不能再与第三个电子配对 共价键具有方向性 除S轨道外 其它原子轨道都有一定的方向性 两原子轨道只有沿着一定的方向才能达到最大重叠 杂化轨道理论能量相近的原子轨道 可进行杂化 组成能量相等的杂化轨道 SP3杂化 为了使SP3轨道 彼此达到最大的距离及最小的干扰 以碳原子为中心 四个轨道分别指向正四面体的每一个顶点 所以碳原子的四个轨道都有一定的方向性 轨道彼此间保持一定的角度 按照计算 这个角度应该是109 5度 这样可以使每个轨道达到最低干扰的程度 如 甲烷 SP2杂化 一个S轨道与两个P轨道形成三个SP2轨道 三个SP2的轨道 对称地分布在碳原子的周围 处于同一个平面上 三者之间的夹角是120度 键的形成 SP杂化 一个S轨道和一个P轨道形成两个SP杂化轨道 如乙炔 分子轨道理论 分子中电子的运动状态 即分子轨道 用波函数 来表示 分子轨道法中目前最广泛应用的是原子轨道线性组合法例如 两个原子轨道组成两个分子轨道 分子轨道是由两原子轨道的波函数相加组成 1 1 2 2 1 2 分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子的运动状态 认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的 A B 节面 抵消 原子轨道没有重叠 两核间电子云密度极小 不能成键 A B 相加 原子轨道重叠 两核间电子云密度加大 形成共价键 分子轨道电子填充 服从鲍里原理 能量最低原理 洪特规则 由原子轨道组成分子轨道时 必须符合三个条件 对称匹配 就是对称性相同 原子轨道重叠部分要最大 能量相近 三 共价键的属性 键长指成键原子核之间的距离 反映了共价键的强度 一些共价键的键长 原子的杂化状态及分子中其它键对键长的影响 键角两个共价键之间的夹角 键角大小随分子结构不同而改变 它反映了分子的空间结构 甲烷 戊烷 乙醚 甲醛 键能 当A和B两个原子 气态 结合生成A B分子 气态 时 所放出的能量或共价键断裂成两个原子所吸收的能量称为键能 甲烷C H键键能 414kJ mol 1 是上述解离能的平均值 一些共价键的键能 化学环境不同的相同共价键的键能是有差异的 当成键原子电负性不同时 电负性大的原子带部分负电荷 电负性小的原子带有部分负电荷 键的极性强弱用偶极矩 来衡量 它是电荷中心的电荷值 q 与电荷之间距离 d 的乘积 q d C m 键的极性和诱导效应键的极性 3 57x10 30 C m 德拜 多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和 0 C m 6 47x10 30 C m 3 28x10 30 C m 偶极矩为零的分子是非极性分子 偶极矩不为零的分子是极性分子 偶极矩越大 分子极性越强 诱导效应 由于成键原子电负性不同 引起分子内电子云分布不均匀 这种影响沿分子链静电诱导的传递下去 这种分子内原子间相互影响的电子效应 称为诱导效应 inductiveeffect 用I表示 诱导效应随分子链的增长而迅速衰减 I效应 I效应 Y C I 0 C H 当一个原子或原子团与碳原子成键后 电子云偏离碳原子 称为 I效应 反之称为 I效应 一般来说 原子吸电子能力越强 I效应就越大 例 F Cl Br I F OR NR2 O R2 N R3 I诱导效应与 I诱导效应相反 具有 I效应的原子或原子团与碳原子成键后 可使电子云偏向该碳原子 正诱导效应用 I表示 例 具有 I效应的原子团主要是烷基 并只有在与不饱和碳相连时才呈 I效应 CH3 3C CH3 2CH CH3CH2 CH3 上面为静态分子中所表现出来的诱导效应 称静态诱导效应 它仅与键本身的极性有关 另外 在化学反应中 由于分子受到许多外界条件的影响 例如另一分子的影响 其它进攻试剂的影响 溶剂的影响等等 在外界电场的作用下 分子会发生诱导极化 这种在外界电场影响下在化学反应时才表现出来的诱导效应称为动态诱导效应 动态诱导效应往往是有机反应得以实现的决定性因素 共价键的断裂和反应类型 离子型反应 亲电反应 亲核反应 第三节有机反应的类型和试剂 溶剂的分类 自由基型反应 协同反应 反应中间体的概念 碳正离子 carbocation 碳负离子 carbanion 自由基 freeradical 来自于共价键的异裂和均裂 碳正离子 碳负离子 自由基 SP2杂化 平面结构 SP3杂化 四面体结构 SP2杂化 SP3杂化 平面结构 四面体结构 试剂的分类 自由基试剂 离子试剂 亲电试剂electrophilicreagent 亲核试剂nucleophilicreagent 过氧化物 偶氮化物 亲电试剂 亲核试剂 试剂与酸碱 路易斯酸是亲电试剂 路易斯碱是亲核试剂 但亲电与亲核试剂的概念比路易斯酸碱的概念要广 传统的酸碱理论 Arrlennius 1848年提出 在水中电离出氢离子的为酸在水中电离出氢氧根离子的为碱 质子酸碱理论 J N Bronsted 给出质子的为酸接受质子的为碱 电子酸碱理论 Lewis 接受电子对的为酸给出电子对的为碱 为亲核反应 试剂是亲核 亲电或自由基试剂不是绝对的 取决反应条件 判断反应是亲电或亲核反应 标准是最先与碳原子形成共价键的试剂是哪种类型 如 溶剂的分类 按溶剂的性质分类 按溶剂的结构分类 介电常数 15F m 1的为极性溶剂 15F m 1为非极性溶剂 质子性溶剂 可以作为氢键给体O H N H键 同时也是氢键受体 H2O C2H5OH非质子性溶剂 不是氢键给体 有些是氢键受体CH3COCH3 HCON CH3 2 C6H6 n C6H14 第四节溶剂的分类及溶剂化作用 溶剂化作用 溶质被溶剂包围的现象称为溶剂化 极性分子带有正负电荷的两端分别与溶剂的负正两端发生离子 偶极作用 使离子稳定 降低了其反应活性 离子 偶极作用是溶剂化的本质 除此之外 还存在氢键作用 第五节研究有机化合物的一般步骤 1 分离提纯 保证样品纯度 分离提纯的方法 重结晶 升华 蒸馏 层析法以及离子交换法等 2 纯度的检验纯的有机物有固定的物理常数 如 熔点 沸点 密度 折射率等 研究一个新的有机化合物一般要经过下列步骤 3 元素分析和分子式的确定通过元素的定性分析 找出分子中存在哪几种原子 通过元素的定量分析 找出各种原子的相对数目 即确定经验式 实验式 测定分子量 确定分子式 4 结构式的确定根据红外光谱 紫外光谱 核磁共振谱 质谱等确定结构式 第六节有机化合物的分类 一 按碳架分类 1 开链化合物 2 碳环化合物脂环化合物 芳香环化合物 杂环化合物 官能团 NO2 NH2 SO3H SH SHC S C 二 按官能团分类 烃 卤代烃 醇 酚 醚 醛 酮 羧酸 有机化合物 胺 硫醇 硫