OrganicChemistry有机化学绪论实用教案

1、主要(zhyo)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(zhu zhn)、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1页/共38页第一页，共39页。 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(rh)学好 有机化学第2页/共38页第二页，共39页。第3页/共38页第三页，共39页。第一

2、章 绪论(xln)（Introduction）第一节 有机化学(yu j hu xu)的研究对象一、有机化合物和有机化学(yu j hu xu)的涵义有 生 机 之 物（ 有 机 物 ）生 命 力 学 说有 机 化 学 发 展 初 期 有 机 物 还 不 能 人 工 合 成碳 化 合 物L a v o is ie r, L ie b ig 创 立 有 机 化 合 物 的 元 素 分 析G m e lin , K e k u le有 机 化 合 物结 构 学 说 S c h o rle m m e r第4页/共38页第四页，共39页。有机(yuj)化合物的特点 1. 数量多 迄今(qjn)已知的

3、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、副反应多第5页/共38页第五页，共39页。 同分异构现象： 具有相同(xin tn)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H CHHCHHO HH CHHO CHHH乙醇乙醇(y chn)甲醚甲醚第6页/共38页第六页，共39页。二、有机化学(yu j hu xu)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(zuch)有机物指由动植物有机体得到的物质。例如：

4、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(zuch)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。 第7页/共38页第七页，共39页。著名化学家柏则里，首先引用了著名化学家柏则里，首先引用了“有机化学有机化学”这一名字，目的这一名字，目的(md)是是

5、区别于其他矿物质的化学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。，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年年，魏勒（，魏勒（Whler）第一次人工合成了尿素，但是这一重要发现，并没有）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，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

6、，生活力才彻底被否定，从此有机化学进入了合成的时代。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，首先引用了著名化学家柏则里，首先引用了“有机化学有机化学”这一名字，目的这一名字，目的(md)是是区别于其他矿物质的化学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。，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年年，魏勒（，魏勒（Whler

7、）第一次人工合成了尿素，但是这一重要发现，并没有）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，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。生活力才彻底被否定，从此有机化学进入了合成的时代。第8页/共38页第八页，共39页。 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(su zhe)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Ke

8、kule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。第9页/共38页第九页，共39页。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(shngw)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） 第10页/共38页第十页，共39页。 1916年德国化学家柯赛尔和美国(mi u)化学家路易斯创立了经典的电价理论和共价理论从1927年

9、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(mi u)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” 第11页/共38页第十一页，共39页。19311931年，德国化学家HuckelHuckel提出芳香结构理论。19331933年，英国IngoldIngold提出化学动力学饱和碳原子的亲核取代。19621962年，日本福井谦一，前线轨道理论。19651965年，Woodwar

10、dWoodwardHoffmannHoffmann分子轨道对称守恒原理。19671967年，CoreyCorey逆合成(hchng)(hchng)分析原理。19721972年，OlahOlah碳正离子的系统概念。19781978年，LehnLehn超分子化学（主客体化学）。第12页/共38页第十二页，共39页。四、有机化学(yu j hu xu)的重要性 有机化学与人民生活、国民经济和国防建设等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方面都有密切关系。是化学工业的理论基础(jch)。有机化学是一门基础有机化学是一门基础(jch)学科，对其它学科学科，对其它

11、学科的发展也有很大的影响，尤其是对生物学、医学的发展也有很大的影响，尤其是对生物学、医学、材料科学等。、材料科学等。第13页/共38页第十三页，共39页。21世纪的有机化学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、（如材料科学、生命科学、环境科学等）的发

12、展提供了理论、技术技术(jsh)和材料。有机化学是一系列相关工业的基础，在能和材料。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。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

13、丰硕成果，维生素、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，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，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、金属有机化学提供了重要的手段。自由基化学、金属有机化学第14页/共

14、38页第十四页，共39页。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，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

15、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、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

16、合成成为可能。金属有机化学和元素有机化学性、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(yj)各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、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

17、更为迅速，同时，固相、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，而且也使高通量的使高通量的第15页/共38页第十五页，共39页。而且也使高通量的自动化合成成为现实。而且也使高通量的自动化合成成为现实。在在21世纪，有机化学面临世纪，有机化学面临(minlng)新的发展机遇，一方面随着新新的发展机遇，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

18、和研究手段化合物的性能、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。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，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。、农药化学、药物

19、化学、有机材料化学扥各方面得到发展。第16页/共38页第十六页，共39页。第二节 共价键的一些(yxi)基本概 念键的类型(lixng) Types of Bondingu离子键 Ionic bondingu电子(dinz)从金属原子转移到非金属原子electron is fully transferred from metal to non-metalu由静电吸引形成键ubinding is by electrostatic attraction.第17页/共38页第十七页，共39页。离子键离子键 Ionic Bonding NaFNaF第18页/共38页第十八页，共39页。共价键共价键 A

20、 SIMPLE COVALENT BOND 成键的两个(lin )原子共享一对电子 A pair of electrons is shared between the two bonded atoms.H.H.HH Bonded pair第19页/共38页第十九页，共39页。2) 共价键的饱和(boh)性3) 共价键的方向性H（1s) Cl(3px) H-Cl+第20页/共38页第二十页，共39页。 甲烷甲烷(ji wn) METHANECHHHH. .xxxxCHHHH第21页/共38页第二十一页，共39页。分子轨道(gudo)理论(Molecular Orbital Theory) 近似处

21、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(nngling)相近，2、对称性匹配，3、最大限度地重叠第22页/共38页第二十二页，共39页。 H.H.HH.HHHHbondingantibondings ss s* *第23页/共38页第二十三页，共39页。一、价键理论 Covalent Bond Theories 1.价键法 VB 2.分子(fnz)轨道理论 MOVB 法 1) 要点：价键的形成(xngchng)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，

22、若自旋相反，就能配对。 HH第24页/共38页第二十四页，共39页。p p-Bonding(Bonding molecular orbital) 第25页/共38页第二十五页，共39页。 p p* *- -Antibonding Orbital 第26页/共38页第二十六页，共39页。三、共价键的键参数(cnsh) Parameter of covalent bond 1、成键两原子核之间的距离2、两共价键之间的夹角(ji jio)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) 第27页/共38页第二十七

23、页，共39页。4. 键矩Polarity of Bond u=ed (unit:Debye, Abbreviation D)Polarity of moleculeCH3 Cl 第28页/共38页第二十八页，共39页。乙炔乙炔(y qu) Acetylene第29页/共38页第二十九页，共39页。三氟化硼三氟化硼 Boron Trifluoride第30页/共38页第三十页，共39页。四.有机(yuj)反应中共价键的断裂类型 homolytic cleavageA+ BAB共价键的断裂共价键的断裂(dun li)(dun li)有两种可能的方式，一有两种可能的方式，一种是均裂，另一种是异裂。种

24、是均裂，另一种是异裂。均裂反应形成自由基。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应物通过共享电子对完全(wnqun)(wnqun)转移来实现转移来实现的。的。ABhe te ro lytic clea vageA+ + B第31页/共38页第三十一页，共39页。BOND FISSION PROCESSESGeneration of carbon reactive intermediatesCARBANIONCARBOCATION +Y +YCCRADICALS+YC HOMOLYSISHETEROLYSIS YC均裂异裂碳正离子碳负离子自由基键断裂(dun li)过程第32页/共38页第三十二页，共39页。Types of Organic Reaction 自由基反应亲电反应亲核反应离子型反应有机反应协同(xitng)反应第33页/共38页第三十三页，共39页。五、诱导(yudo)效应（1) Inductive effectiveCH3CH2CH2ClYC CH CX+I