有机化学Cp01-绪论

1、杨 高 升,有 机 化 学Organic Chemistry,2013 年 2 月,(化学与材料科学学院 有机化学教研室),生化楼 前楼 502 室,Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 3632-3641,Chemistry isnt everything, but everything is nothing without chemistry 化学不能代替一切，但没有化学肯定没有一切 Chemistry is the future, and no future without chemistry 化学就是未来，没有化学就没有未来,化学是一

2、门中心学科,New Concept of Chemistry Two sets of three Ms Molecules, Materials, and Matter Make it, Measure it, and Model it,有机化学 Organic Chemistry,大学本科化学各专业的主要基础课程,无机化学 Inorganic Chemistry,分析化学 Analytical Chemistry,物理化学 Physical Chemistry,教材：李景宁 主编有机化学上、下册,第 一 学期 （ 54 学时） 第一章 绪论 （2 课时） 第二章 烷烃 （5 课时） 第三章

3、单烯烃 （6 课时） 第四章 炔烃和二烯烃（5 课时） 第五章 脂环烃 （2 课时） 第六章 对映异构 （6 课时） 第七章 芳烃 （7 课时） 第八章 现代物理实验 方法在有机化 学中的应用 （6 课时） 第九章 卤代烃 （9 课时） 第十章 醇、酚、醚 （6 课时）,第 二 学期 （ 48 学时） 第十一章 醛和酮 （11 课时） 第十二章 羧酸 （4 课时） 第十三章 羧酸衍生物 （8 课时） 第十四章 含氮有机 化合物 （10 课时） 第十五章 周环反应 （4 课时） 第十六章 杂环化合物 （5 课时） 第十七章 碳水化合物 （4 课时） 第十八章 蛋白质和 核酸 （1 课时） 第十九

4、章 萜类和 甾族化合物 （1 课时）,课时安排,教学形式：讲授、多媒体、课堂讨论,教 室：生化楼 2034，田楼 8101 (3月11, 25; 4月8, 22) 课 表：星期一 1, 2 两节 (双周)；星期三 3, 4 两节,考 试：闭卷（教考分离，非任课教师命题）,成绩计算：平时 25 %（考勤 10 %、课堂练习及作业 15 %） 期中考试 15 %（4月20日 期中考试） 期终考试 60 %,辅 导：生化楼 前楼 502 室,一、有机化学,研究有机化合物的化学,1 有机化学 (Organic Chemistry),二、有机化合物（有机物） Organic Compounds,第一章

5、绪 论Chapter 1 Introduction,1820 年：,1769 年：,1773 年：,1780 年：,1805 年：,奎宁,吗啡,乳酸,尿素,酒石酸,葡萄汁,尿液,酸牛奶,鸦片,金鸡纳树,1806年，J. Berzelius (柏则里)，“生命力” 学说,来源：从生物体中分离出来，只能由生物体内 的生命力制造出来,有生机之物,1、定义,分离,1848年，L. Gmelin（葛美林）定义,有机物碳的化合物,F. Whler,元素组成：所有有机化合物都含有碳,元素分析方法,有机物碳氢化合物及其衍生物,1874年，C. Schorlemmer（肖莱马）定义,经典有机结构学说,1857年

6、，A. Kekl（凯库勒）, A. Couper（库柏）,碳原子是四价的 碳原子能够相互结合成链或环,经典有机结构理论的核心,1874年，J. H. Vant Hoff（范特霍夫） J. A. LeBel（勒贝尔）,碳的四面体构型学说,J. H. van t Hoff,现代有机结构理论,1917年，G. N. Lewis（路易斯） 经典的价键理论 1927年，W. Heitler（海特勒） F. London（伦敦） 现代价键理论 1931年，L. C. Pauling（鲍林） 杂化轨道理论 1932年，R. S. Mulliken（密立根） F. Hund（洪特） 分子轨道理论,L. C.

7、Pauling,有机化合物,碳氢化合物及其衍生物,碳的化合物,2、特点（相对于无机化合物而言）,1）分子组成复杂，数量庞大（2000万以上）,组成有机分子的原子数目多,同分异构现象普遍,VB12： C63H90N14O14PCo,2）容易燃烧,3）熔点、沸点低,4）一般难溶于水,5）反应速度比较慢,6）反应复杂，副反应多,书写有机化学反应方程式的要求,反应物与产物之间要用箭头（），而不用 等号（=）,一般只写出主要反应及其有机产物（无机产 物可以不写）,在箭头之上要注明必需的反应条件，如催化 剂，温度、压力等,一般不要求配平，但在计算理论产量以及书 写热化学反应方程式时需要配平,三、有机化学的

8、研究内容,有机化合物的 组成、结构、性质、合成 和 反应及其历程 等,四、有机化学的重要性,1、促进有机化学工业的发展，提供更多、更好 的化工产品，造福人类,2、促进其他学科的发展，尤其是生物学和医学 的发展。建立了生物化学、分子生物学等,3、对环境的影响,4、有机化学是化学各专业的一门重要的基础课， 有机化学的基础知识和实验技能对各专业都 是必需的,ETFE 膜： 乙烯-四氟乙烯共聚物,五、有机化学的发展,与有机化学有关的诺贝尔化学奖获奖名录,报道有机化学发展的主流杂志,六、我国有机化学研究的重大成就,1965年，牛胰岛素的合成,牛胰岛素的分子结构图,合成牛胰岛素的科学家们,1981年，酵母

9、 t-RNA 的合成,2011年度拉斯克奖公布获奖名单,中国科学家屠呦呦因发现并提炼出用以治疗疟疾的青蒿素而获得“临床医学奖”。一位中国人摘取有着诺贝尔奖风向标之美誉的拉斯克奖,把一种植物青蒿推到世界面前,有舆论称这是为反中医论者给出的最好证明；而实际上,青蒿素的研制跟中医的关联极其微弱,青蒿因为错误的煎熬方法导致价值尽失,一度被中医当 无用垃圾扔掉。有 人对此形容说：一 群科学家在中医垃 圾堆里发现了宝贝。,共价键的形成可看作是两个自旋方向相反的未 成对电子相互配对或原子轨道重叠的结果。成 键的电子只在键连的两个原子的区域内运动， 即价电子是定域的,2 共价键理论,一、价键理论,CH4,共价

10、键的饱和性,共价键的方向性,能量相近的原子轨道可以进行杂化，组成能量 相等的杂化轨道，这样可使原子的成键能力增 强，体系能量降低，从而形成更稳定的分子,键 和 键,键,键,最大重叠，结合成键,重叠少，不能成键,二、分子轨道理论,认为成键电子是在整个分子中运动的，即价电子 是离域的。分子中电子的运动状态可以用波函数 来描述，称做分子轨道。各分子轨道都有对应 的能量，通常称为分子轨道的能级,分子轨道（）是由原子轨道（）线性组合而成 的，有几个原子轨道参与组合就可以形成几个分 子轨道。其中能量比原来原子轨道低的称为成键 轨道，高的成为反键轨道，相等的称为非键轨道,1 = c11 1 + c12 2

11、2 = c21 1 c22 2,根据分子轨道的对称性的不同可以将其分为 轨道 和轨道,电子从原子轨道进入分子轨道时要遵循能量最低 原理、保里不相容原理和洪特规则。分子的总能 量为各电子占据的分子轨道的能量总和,电子从原子轨道进入成键分子轨道，形成化学键， 从而使体系能量减低，形成稳定分子。能量降低 愈多，形成的分子愈稳定,原子轨道要有效地组合成分子轨道，必须遵循以 下三条原则：（1）对称性匹配原则，（2）最大 重叠原则，（3）能量相近原则,轨道,原子轨道线性组合 方式一,能级,成键轨道 ,反键轨道 *,原子轨道,节面,轨道,原子轨道线性组合 方式二,能级,反键轨道 *,成键轨道 ,原子轨道,节

12、面,1、键长,2、键角,例如： CC CH C=C CO 键长： 0.154 nm 0.109 nm 0.134 nm 0.143 nm,三、共价键的属性,成键原子的平衡核间距。单位： nm 或 ,处于不同化学环境中的相同共价键的键长也稍有差异,一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开,不同的共价键有不同的键长,同一原子上的两个共价键之间的夹角,例如： H3CCH3 H3CCH=CH2 H2C=HCCH=CH2 键长：0.154 nm 0.151 nm 0.147 nm,3、键能（E）、键的离解能（Ed）,化学键的键能越大，键越牢固,多原子分子共价键的键能是同一类键的平均离解能,例如：,甲

13、烷中 CH 键的键能：415.3 kJ/mol,键能（E）,键的离解能（Ed）,4、键矩，分子的偶极矩,键矩：反映极性共价键的极性大小，单位为 D 或 C m,分子的偶极矩：分子的偶极矩是各键键矩的矢量和,= q d,q：电荷 d：正负电荷中心之间的距离,例如： CH3Cl CCl4 偶极矩（C m） 6.47 10-30 0,均裂,异 裂,四、共价键的断裂 与 有机反应的类型,自由基（游离基） Radical,碳正离子Carbocation,碳负离子Carbanion,+,自由基反应,离子型反应,反应经环状过渡态，旧键的断裂和新键的生成同时进行,1,3-丁二烯 乙烯 环状过渡态 环己烯,周环反应（协同反应）,Homolysis,Heterolysis,3 研究有机化合物的一般步骤,一、分离提纯,二、纯度