有机化学 - 第一章 - 绪论.ppt

1、,有机化学,主讲 祁争健,教科书： 有机化学（第四版） 汪小兰编 高教出版社 2004. 主要参考书： 1) 有机化学莫里森 科学出版社 2）有机化学 徐寿昌 华东化工学院 3） Organic Chemistry T.W.Graham Solomons (sixth edition). 4) 基础有机化学习题解答与解题示例 邢其毅等编 北京大学出版社 1998.,有机化学成绩评定（理论课）,项目,分(%),1. 考勤 2. 作业、课堂练习 3. 课堂讨论、课程 小论文 4. 期中考试 5. 期末考试,5 10 10 15 60,第一章 绪论 一. 有机化合物和有机化学 1. 有机化合物 2.

2、 有机化学 3. 有机化学的发展与研究热点 二. 有机化合物的结构 1. 共价键的概念 Lewis电子结构式 2. 价键理论 3. 分子轨道理论 4. 共价键的属性 5. 分子间作用力 三. 共价键的断裂和有机反应的类型 四. 有机分子结构构造式的几种表示方法 1. 短线式（蛛网式） 2. 普通式（结构简式） 3. 键线式 五. 有机化合物的研究程序 六. 酸碱概念,一. 有机化合物和有机化学,1. 有机化合物：碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。,2. 有机化学：研究有机化合物来源、制备、结构、性能、应用 以及有关理论、变化规律和方法学科学。,三项内容：分离、结构、反应和合成,分离 从自然界或反

3、应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、 升华等操作孤立出单一纯净的有机物。,结构 对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明 其结构和特性。,反应和合成 从某一有机化合物(原料)经过一系列反应转 化成一已知的或新的有机化合物(产物)。,3. 有机化学的发展及其研究热点。,“有机”(Organic) “有机体”(Organism) 的来源,1828年，德国化学家魏勒(Whler,F.)制尿素：,1845年，柯尔伯(H.kolber) 制得醋酸； 1854年，柏赛罗(M.berthelot)合成油脂类化合物； 尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；., 有机物可来源于生物体也可由无机物转化而来。 迄今

4、已知的化合物超过2000万(主要通过人工合成 )，其中绝 大多数是有机化合物。,有机化学是一门迅速发展的学科,19011998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的 化学奖55项，占化学奖61%, 当代有机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合。 1980年(DNA) 1997年(ATP)与生命科学有关的化学诺贝尔奖 八项； 有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成 为现代生物化学和化学生物学的理论基础； 在蛋白质、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，有机化学为分子生物学的建立和发展 开辟了道路； 确定DNA为生物体遗传物质, 是由生物学家

5、和化学家共同完成； 人类基因组“工作框架图”组装后基因组计划序列基因 (Sequence Genomics)结构基因(Structural Genomics),功能基因(Functional Genomics)。 有机化学特别是生物有机化学参与研究项目： 研究信息分子和受体识别的机制; 发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律; 作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究; 发展提供结构多样性分子的组合化学; 对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术，等等。 有机化学中，有机合成占有独特的核心地位。 1989年美国Harvard大学kishi教授等完成海葵毒素(palytoxin) 的

6、全合成。,Woodward等完成VB12全合成,树脂糖苷(Tricolorin)及高抗癌活性的甾体皂甙(OSW-1)：,从20世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元 素，而是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子。 一徐光宪一,21世纪，要实现“理想的”合成法。强调实用、环境友好、 资源可持续利用。 简单原料、温和条件，经过简单步骤，快速、高选择性、高效 地转化为目标分子。 绿色合成,2001年诺贝尔化学奖 “手性催化氢化反应”、“手性催化氧化反应”,独特功能分子（各种性能材料、生理活性分子、天然产物） 的全合成。,计算机技术引入，结构测定、分子设计和合成设计。,有机新材料(分子材料)化学

7、。 1. 化学结构种类多； 2. 能够有目的地改变功能分子的结构， 进行功能组合和集成；3. 能够在分子层次上组装功能分子， 调控材料的性能。 当前研究的热点领域： 1. 具有潜在光、电、磁等功能的有机分子的合成和组装 2. 分子材料中的电子、能量转移和一些快速反应过程的研究； 3. 研究分子结构、排列方式与材料性能的关系，发展新的分子 组装的方法，探讨产生特殊光电磁现象的机制； 4. 探索新型分子材料在光电子学和微电子学中的应用等,参考文献 1 徐光宪“21世纪化学的前瞻” 大学化学，2001， 16（1）： 16 2 张礼和“生命科学进展中的化学研究机遇”大学化学 2001，16（1）：1

8、316 3 吴毓林“中国有机合成化学家的攀登”化学通报， 1999，12，2532 4 国家自然科学基金委员会编，有机化学，科学出版社 ， 1994 5 杜灿屏 “21世纪中国有机化学发展战略研讨会纪 要” 化学进展，2001，13，2，323-327 6 张滂“有机化学与诺贝尔奖” 化学通讯，2002，2，13,二. 有机化合物的结构,1. 共价键的概念lewis电子结构式,原子的电子配对成键，形成稳定的电子构型。,共价结合的价电子表示的电子结构式为lewis结构式。,表示出未共用价电子的结构式 lewis电子结构式,凯库勒(kekul)结构式,写出下列化合物的lewis电子式,Lewis电

9、子式中的价电子数之和应等于所有单个原子的价电 子数之和。,讨论,下列 lewis电子式如果带电荷，请在该原子上标明：,不带电荷,中性,净电荷数=分子中所有单个原子的价电子数之和 电子式 中价电子数之和,2. 价键理论,共价键的形成在于成键原子的原子轨道的相互交盖。,共价键具有方向性。,共价键具有饱和性。,（电子配对）,杂化轨道概念,四个SP3杂化轨道：,价键理论，电子定域,3. 分子轨道理论,电子在整个分子中的运动状态。波函数,成键原子的原子轨道相互接近、相互作用，重新组合成整体 分子轨道。,组合时：轨道数目不变, 原子轨道数目等于分子轨道数目。 轨道能量改变: 低于、高于、等于两原子轨道能量

10、。,1 2,* (* ),1 2, (),=1-2 *,=1+2 ,原子轨道组合成分子轨道必备条件：能量相近、电子云最大 重叠、对称性相同。,分子轨道理论，电子离域。,4. 共价键的属性,1) 键长,成键原子的原子核之间的平均距离。nm。,2) 键角,两个共价键之间的夹角。,3)键能,形成共价键过程中体系释放的能量或共价键断裂过程中体系 吸收的能量。,C-H键键能 = 415kJ/mol,键能反映共价键的强度，键能愈大则键愈稳定。,4) 键的极性,非极性共价键 极性共价键,H-H Cl-Cl H-Cl,+ -,+ 部分正电荷 - 部分负电荷,偶极矩()有方向性,箭头由正端指向负端、指向 电负性

11、更大的原子。,净偶极矩指向,多原子分子的偶极矩，是各键的偶极矩向量和。,5）分子间作用力,(1) 偶极-偶极作用力,极性分子间的相互作用力。,- + + -,- + + -,- + + -,一分子偶极正端对另一分子偶极负端的相互吸引作用。,(2) 色散力,瞬时偶极. 大小与分子的极化率、分子的接触面积有关。,例：卤代烷的极化率 RI RBr RCl RF,(3) 氢键,较小原子半径、电负性强、有未共用电子对的原子。,氢键用虚线表示： XH-Y,氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关。,元素的电负性越大、原子半径越小，形成的氢键越强。,氢键具有方向性、饱和性。,分子间力的大小顺序：,氢键 偶极偶

12、极作用力 色散力,思考题,1. 解释下列物质的沸点为何不同？,2. 举例说明分子间非共价弱相互作用 力对物质性能的影响。,三.共价键的断裂和有机反应的类型,1.均裂,成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团,自由基（游离基）,2.异裂,成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所有， 形成正、负离子。,有机反应的活性中间体:自由基、碳正离子、碳负离子等。,周环反应：,通过环状过渡态进行的反应。,四. 有机分子结构构造式的几种表示方法,构造：,分子中原子间的连接顺序或成键的顺序。,1.短线式（蛛网式）,2.普通式（结构简式）,3. 键线式,注意,1）C、H 原子不写，写出其它原子或基团；,2

13、）线与线之间夹角120o ,叁键两边的碳用直线表示。,讨论,1）将普通式改写成键线式,2）将键线式改写成普通式,五. 有机化合物的研究顺序,1. 分离提纯,2. 元素分析和实验式确定,3. 相对分子质量的确定及分子式的确定,例:实验式C6H11Cl，相对分子质量237，得分子式 C12H22Cl2,4. 有机化合物结构测定,化学方法 官能团分析、化学降解及合成,红外(IR)、紫外(UV)、核磁(NMR)、质谱(MS)、气液色 谱和X衍射等。,物理方法,六. 酸碱概念,1. 勃朗斯德(Brnsted)酸碱质子论,酸是质子的给予体，碱是质子的接受体,酸碱可以带正电荷或带负电荷或为中心分子, 在一个反应中是 酸，而在另一个反应中可以是碱。,平衡主要趋向形成更弱的酸和更弱的碱。,酸碱强度表示：,酸或碱越强，其pK值越小（离解常数K值越大）。,酸性越强，解离出质子后的共轭碱的碱性越弱。,如何判