有机化学高教第二版ppt第一章绪论.ppt

第一章绪论 1 1有机化学研究的对象 1 2共价键 1 3有机化合物的分类 一 有机化学与有机化合物 1 1有机化学的研究对象 什么是有机化合物呢 C8H18 C15H32 C2H5OH C6H12O6 CH3COOH 涵义 有生机之物 瑞典化学家贝格曼 T D Bergman 于1777年将化学分为 无机 和 有机 两大类 从组成上看主要含有C H还有O N X S P等 有机化学 是由当时在世界上享有盛名的瑞典化学家贝采利乌斯 Berzelius J J 1979 1848 于1808年首先引用 以区别于矿物的化学 无机化学 其引用有机化学这个名词并将有机化学与无机化学绝对分开是基于 生命力论 1874年肖莱马 Schorlemmer C 1834 1892 将有机化合物定义为 碳氢化合物及其衍生物 1851年葛美林 Gmelin L 1788 1853 和凯库勒 Kekule A 1829 1896 等 含碳的化合物称为有机化合物 但CO CO2 Na2CO3 KCN等为无机化合物 所以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 有机化学 研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支 为什么有机化学要作为一门独立学科呢 C C结合力强 同分异构体的产生 碳与碳之间可以多种方式结合 碳与碳之间可以C C C C C C相互结合 并且可以形成链状或环状 性能特点 原子间主要以共价键结合 活化分子 增加分子热运动 反应速度慢 副反应多 有机和无机的差別 但对有机物纯物质的认识和制备 并发展成为化学领域的一个极其重要的学科 有机化学 迄今不足200年 古代 周朝 懂得造纸 酿酒 18世纪末期 开始制备分离 分离提纯阶段 第一阶段 二 有机化学的起源与发展 但这一成就未能立即给 生命力 以致命的打击 由于韦勒当时所用的氰酸铵是依赖有机物制成的 生命力 维护者争辩说 生命力 即在韦勒所用的氰酸铵中 1806年斯图萘尔 sert ner 首次从鸦片中分离出第一个生物碱 吗啡 直到1952年才确定了其结构 并为全合成所证实 这对于认识有机化合物无疑是一个重要阶段 但还未能用人工方法合成出有机化合物 因当时盛行的 生命论 从而阻碍了有机合成的发展 1854年柏赛罗 M Berthelot 合成了油脂 1845年德国有机化学家科尔伯 H Kolbe 从无可争辩的无机物制成了公认为有机物的醋酸 标志着有机化合物与无机化合物之间并没有绝然的界线 它们遵从着同一规律 因此 有机化合物和有机化学就失去了它原来的含义 1858年德国化学家凯库勒 F A Kekule 和英国有机化学家库帕 A S Couper 分别提出了 碳的四价概念 和 碳碳可以相互结合成键 的学说 为有机化学结构理论的建立奠定了基础 1861年俄国化学家布特洛夫 A M Butlerov 提出了 化学结构概念 认为有机分子中的原子不是机械堆积 而是按一定化学关系结合 化学结构决定化学性质 1874年荷兰化学家范霍夫 J H VantHoff 和法国化学家勒贝尔 J A Lebel 同时提出了组成有机化合物分子的 碳原子的四面体构型 学说 建立了有机立体化学的基础 并阐明了旋光异构体现象 1885年德国化学家拜尔 A Baeyer 提出了环状化合物的 张力学说 至此建立了有机化学经典结构理论 到了二十世纪20年代以来 随着量子力学的引入 近代分析方法和实验技术的不断发展及电子计算机的广泛应用 有机结构理论迅速发展 提出了 价键理论 分子轨道理论 和 分子轨道对称守恒原理 揭示了化学键的微观本质 建立了现代结构理论的基础 使理论有机化学沿着微观和定量的方向迅速发展 近年来由于生物学的发展 对于复杂的生命现象的研究已进入分子的水平 是分子的形成 运动及变化的过程 这些分子主要是有机分子 这些复杂分子结构 随着物理及化学的发展而被一一阐明 如胆甾醇 血红素 叶绿素等 尤其是对核酸 蛋白质的结构研究 现在也已进入一定程度 并了解到二者在控制遗传信息的传递 高等动物的记忆活动等许多方面的特殊作用 彻底揭开其结构的奥秘 将使生物体及生命现象的研究进入一个新水平 研究有机化学的深远意义之一是在于研究生物体及生命现象 我国在天然有机化合物的合成领域处于世界领先水平 1965年合成了具有生理活性的蛋白质 结晶牛胰岛素 化学通报 1965 5P257 285 1979年完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的半合成 1981年完成了全合成 化学通报 1982 12P28 有机化学是涉及大量天然物质和合成物质的独特的学科 这些物质直接关系到人类的衣 食 住 行 三 有机化学的重要性 有机化学与我们有着千丝万缕的关系 学习有机化学就是要改善我们的生活与生产 既然我们以化学为未来的事业贡献聪明才智 学习有机化学就有了巨大的动力和责任感 生物化工 功能材料 生物科学与有机化学结合 形成新的产业部门 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 一 价键理论 共价键的形成 可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果 1 2共价键 共价键的本质是在1927年由海特勒 Heitler 和伦敦 Lodon 用量子力学处理氢分子后才得以阐明的 假定分子的原子具有未成对电子且自旋方向相反 就可以配对偶合 每一对电子形成一个共价键 原子的未共用电子数就是它的原子价数 如果一个原子的未共用电子已经配对 它就不能再与其它未成对电子配对 这种性质叫做共价键的饱和性 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 这种性质叫做共价键的方向性 能量相近的原子轨道可进行杂化形成能量相近的杂化轨道 这样可加强其成键能力 成键后达到最稳定的状态 主要内容 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 二 分子轨道理论 三 共价键的属性 参数 共价键的键长 键角 键能和键的极性是共价键的基本性质 称为共价键的属性或共价键参数 同一类型的化合物连接不同的原子 基团 键角有所不同 键能是指一个共价键的强度 一般共价键结合得牢固 则其键能就大 键能是指破坏或形成某一个共价键所需的平均能量 一般来说 有机分子的键能越小 键就越活泼 键能越大 键就比较稳定 双原子分子键能也就是键的离解能 多原子分子同类型共价键的键能 是各个键离解能的平均值 4 键的极性与偶极矩 分子中以共价键相连的原子吸引电子的能力是不同的 电负性大 吸引电子能力大 电负性小 吸引电子能力小 共价键极性的大小是用键的偶极矩来量度的 键的极性大 偶极矩大 键的极性小 偶极矩小 分子的偶极矩可以是分子本身所固有的 也可在外界电场作用下产生 前者称为分子的永久性偶极矩 后者称为诱导偶极矩 0D 0D 双原子分子的极性就是其键的极性 可书写如下 多原子分子的极性是各个价键极性的矢量和 偶极矩是矢量 具有方向性 断裂方式 决定于分子结构和反应条件 四 共价键的断裂 共价键是有机物中的主要价键类型 有机化合物之间的化学变化大都涉及到共价键的断裂和形成 一 按碳架分类 1 3有机化合物的分类 如 以上分类只是从有机物母体 或碳干 形式分 并不反映其性质 实际也不反映其结构本质 二 按官能团分类 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 肖莱马 Schorlemmer C 1834 1892德国有机化学家 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 F wohler 1800 1882 德国化学家 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