有机化学第一章.ppt

1、1,有机化学 第一章 绪论,有 机 化 学,主讲：安丽平（理学院有机教研室）; (shuijing_) （手机 课时：56学时，每周4学时。基础课,欢迎同学们学习本课程！,2,有机化学 第一章 绪论, 课程教学要求：所有的同学必须准时到 场听课，不许迟到和早退！按时完成作业。 本课程包括理论学习（56学时）、实验（32学时）两个部分；两部分单独计算成绩。, 考试及成绩：期末考试为主，兼顾平时 成绩（主要包括作业、出勤、学习态度等）；期末闭卷考试（A, B卷），百分制。,3,有机化学 第一章 绪论, 教学参考书 1. 有机化学，汪小兰主编，第三版，高教出版社； 2.

2、基础有机化学，邢其毅等编，第三版，高教出版社；, 教材： 有机化学，孙景琦主编，第一版。中国农业出版社； 教材配套的习题解题丛书： 有机化学解题指导,理学院有机教研室编写。10元/本,4,有机化学 第一章 绪论,主要内容,一 有机化合物和有机化学 二 有机化学与生命科学的关系 三 有机化合物的特点和特性 四 有机化合物中的共价键 五 有机化学中的酸碱概念 六 有机化合物的一般研究方法 七 有机化合物的分类,第一章 绪 论(2学时),5,有机化学 第一章 绪论,一 有机化合物和有机化学,1有机化合物,a. 有机合成物认识简史： 中国古代曾制取得到一些含有有机化合物的物质，如：酿酒、制醋、制糖、造

3、纸和天然药物和染料的利用等。,古代酿酒图,汉代造纸工艺流程图,6,有机化学 第一章 绪论,1806年，瑞典化学家柏齐利乌斯（柏则里）首次提出“有机化学”这个名次；他也是“生命力学说” 的创造者和倡导者。这一错误的学说极大的阻止了有机化学的发展。,（只有有生命的事物才能合成出有机物）,有生机之物,无机物,动物 植物,矿物质,生命力学说,7,有机化学 第一章 绪论,1828年，德国化学家伍勒F.Wohler：合成尿素 从无机物合成得到有机物（第一次）。,1844年，H. Kolbe 合成了醋酸。 1854年，Berthelot合成了油脂 并且陆续和成了乙酸、酒石酸和柠檬酸等,彻底打破 “生命力学说

4、”，有机化学进入合成时代！,“我应当告诉您，我制造出尿素并不求助于肾和动物无论是人或犬。”,8,有机化学 第一章 绪论,b. 有机化合物（凯库勒） 有机化合物：碳氢化合物（烃）及其衍生物的总称。,9,有机化学 第一章 绪论,2 有机化学的定义 一维定义：有机化学是研究有机化合物的科学。研究“碳氢化合物（烃）及其衍生物称之”。 二维定义：有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、应用以及有关理论和方法学的科学。,10,有机化学 第一章 绪论,二 有机化学与生命科学的关系,11,有机化学 第一章 绪论,三 有机化合物的特点和特性,1. 有机化合物的组成和结构上的特点,主要： C， H 其次

5、：O，S，P，N. 特点： 元素种类单一，但种类繁多,迄今为止已知的1000万个化合物中，绝大多数是有机物。,A. 组成上的特点：,12,有机化学 第一章 绪论,B. 结构上的特点：,主要元素 C：1s22s22p2,（1）碳原子序数小，半径小，易形成稳定共价键 碳原子相互结合能力强，它们之间通过共价 键可相互结合成碳链或碳环。 （2）碳碳之间可以是单键、双键和三键。 （3）同分异构现象。,13,有机化学 第一章 绪论,2. 有机化合物的特性,（1）熔、沸点低： 有机物为共价化合物，分子晶体排列主要是范德华力，因此，熔、沸点低，易挥发。mp400；,（2）难溶于水，易溶于有机溶剂： “相似相溶

6、”原理,14,有机化学 第一章 绪论,（4）易燃： 一般有机物易燃烧，这与分子中含C、H有关；与氧结合生成二氧化碳和水。 卤代烃难燃，如，四氯化碳可灭火。,（3）反应速度慢，副反应多：,分子间反应，需要一定活化能，常需要加热、加催化剂 来加速反应，且在反应时常伴有副反应：,因此，制备有机物，需严格控制反应条件。,15,有机化学 第一章 绪论,四 有机化合物中的共价键（重点）,1、原子轨道 电子具有波粒二相性，符合薛定谔方程；（x,y,z):在三维空间内找到该电子的一个区域，这个区域就是原子轨道。,16,有机化学 第一章 绪论,测不准原理不可能同时精确测量电子在某一瞬间的位置和能量：无法绘制电子

7、围绕原子核的精确轨道。 电子云：核外电子出现的在某一区域中出现的概率大小用小黑点的疏密表示，得到的图形很像一团带有负电荷的“云雾”. 2代表原子核周围电子云出现的概率，电子在原子核外出现的概率与2成正比，电子出现概率大的地方电子云密度就大。,1s和2p的电子云示意图,17,有机化学 第一章 绪论,2、 共价键的形成,形成有机物时，原子之间一般以共价键与其它原子结合。,价键理论（电子配对法）：原子之间通过电子的共享（配对）而形成的。,基本要点： （i）形成共价键的两个电子，必须自旋方向相反； （ii）元素原子的共价数等于该原子的未成对电子数 （共价键具有饱和性）； （iii）最大重叠原理（共价键

8、具有方向性）。,Cl : Cl,18,有机化学 第一章 绪论,共价键的类型：,键： 特点：“头碰头”的方式重叠；重叠程度大；稳定。,键： 特点：“肩并肩”的方式重叠；重叠程度小；不稳定。,单键必是键；双键一个键，一个是键；叁键呢？,19,有机化学 第一章 绪论,3、 碳原子的杂化轨道 基本要点： （i）元素的原子在成键时可变成激发态，能量相近的原子轨道可以重新组合成新的原子轨道，称杂化轨道。 （ii）杂化轨道的数目等于参与杂化的原子轨道数目，并包含原子轨道的成分。 （iii）杂化轨道的方向性更强，成键能力增大。 碳原子的核外电子排布式： C: 1s22s22px12py12pz0,20,有机化

9、学 第一章 绪论,sp3杂化：,21,有机化学 第一章 绪论,sp2杂化：,22,有机化学 第一章 绪论,sp杂化：,23,有机化学 第一章 绪论,24,有机化学 第一章 绪论,25,有机化学 第一章 绪论,4、 共价键的几个重要参数,用于表征化学键性质的物理量称键参数。主要指键长、键角、键能和键的极性等。通过键参数，可以预测分子的构型，解释分子的稳定性和分子极性等性质。,（1）键长（bond length） 分子中成键两原子核间的距离称之。共价键的键长取决于键合原子的种类和分子中相邻原子或原子团。不同的共价键具有不同的键长。一般而言，在不同化合物中，两个原子以同一类型的键相互结合，它们的键长

10、基本相同。 如，甲烷中的C-H键和乙烷中的C-H键键长相同，都是109pm。,键长数据应用实例：甲烷的四个键长相等；,26,有机化学 第一章 绪论,常见共价键的键长,键长数据可通过分子光谱或单晶体X-射线衍射等实验手段测得，还可用量子力学的近似方法，从已知热力学数据算得。,27,有机化学 第一章 绪论,键角数据取决于中心原子的种类，有无孤对电子，中心原子所连基团有关； 甲烷H-C-H:10928; 丙烷中C-CH2-C112；乙醚中C-O-C111 键角可以用光谱、电子衍射方法测定。,（2）键角(bond angle)：,键长和键角决定着分子的立体形状。,相邻两个共价键之间的夹角称之。,28,

11、有机化学 第一章 绪论,（3）键能（bond energy）: 共价键的强度用键能来衡量。 25时1mol气态分子中共价键断裂时所需要的能量，称该共价键的离解能。双原子分子来说，离解能就是它的键能。 分子中多个同类型的键时，常用它们离解能的平均值来表示，称之为键能 (KJ.mol-1)。,键能越大，键越牢固！,29,有机化学 第一章 绪论,常见共价键的平均键能（KJ/mol）,30,有机化学 第一章 绪论,（4）键的极性和元素的电负性,+ CH3 Cl,非极性共价键（nonpolar bond）： 当两个相同原子形成共价键时，成键电子云是对称分布于两原子之间，这样的键没有极性，称非极性共价键。

12、,极性共价键（polarized covalent bond） 两个不同的原子结合形成共价键时，成键电子云不完全对称而呈现极性的共价键，称极性共价键，如：,Cl Cl,31,有机化学 第一章 绪论,极性共价键的电荷分布不均匀，正、负电中心不相重叠，就构成了一个偶极，偶极的大小由偶极矩 表示。, qd,偶极矩是矢量：方向从正到负，是指向电负性大的原子。,偶极矩的单位是：Cm（库伦米）,键的极性决定整个分子的极性。分子极性是各个键极性的矢量和,32,有机化学 第一章 绪论,常见共价键的偶极矩,33,有机化学 第一章 绪论,元素吸引电子的能力，称电负性（electronegativity）。极性共价

13、键就是形成共价键的两个原子具有不同电负性引起的。两原子间电负性相差越大，共价键的极性越大。各元素电负性见表：,某些元素的电负性,34,有机化学 第一章 绪论,有机物发生化学反应时，总是伴随着一部分共价键的断裂和新共价键的形成。共价键的断裂有两种方式：,大多数有机反应属于以上两种类型。还有一种称“协同反应”，在反应过程中无明显的分布的共价键均裂或异裂，而是通过一个环状过渡态，旧键的断裂和新键的生成同时完成。,35,有机化学 第一章 绪论,1、酸碱的质子理论（Brnsted）： 酸碱质子理论要点：凡能给出质子(H+)的物质是酸，凡能接受质子的物质是碱。酸给出质子后，剩余的部分必有接受质子的能力。例

14、：,共轭酸碱对：,五 有机化学中的酸碱概念（重点）,36,有机化学 第一章 绪论,酸的强度用Ka或pKa表示，pKa越小，酸性越大；碱的强度用Kb或pKb表示，常见无机、有机酸的pKa值见P9 表1-3。,若酸为强酸，则其共轭碱为弱碱；反之，若碱为强碱，则其共轭酸为弱酸。（pKa + pKb = 14）,37,有机化学 第一章 绪论,一种物质呈现酸性或碱性，与它所在环境有关。同理，酸性或碱性的强弱也与它所处的环境有关。如：水的酸碱性：,38,有机化学 第一章 绪论,又如：CH3COOH,酸碱反应：,39,有机化学 第一章 绪论,2、酸碱电子概念(1923年路易斯Lewis G.N)： 凡是具有

15、孤电子对或电子的电子给予体皆称为碱；凡是具有空轨道能接受外来电子对的电子接受体皆称为酸。,酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体。酸碱通过电子对授受关系形成配位键，生成酸碱配合物。,如：,40,有机化学 第一章 绪论,介绍两个概念：亲电试剂（electropohile） 亲核试剂（nucleophile）,Lewis酸为缺电子物质，它在反应过程中有接近另一分子负电荷中心的倾向，称之有亲电性，此物质称为亲电试剂。如： H+, BF3, AlCl3。,Lewis碱为有孤电子对或电子云密度较高的物种,在反应过程中有亲近另一分子正电荷(即“核”)的倾向，称之有亲核性。此物种称亲核试剂。如：,41,有机化学 第一章 绪论,42,有机化学 第一章 绪论,六 有机化合物的一般研究方法,43,有机化学 第一章 绪论,分馏,蒸馏,44,有机化学 第一章 绪论,柱色谱法纯化有机物,45,有机化学 第一章 绪论,七 有机化合物的分类,链形化合物,1. 分类,46,有机化学 第一章 绪论,47,有机化学 第一章 绪论,2