有机化合物的结构与性质1.ppt

1、有机化学,主讲：李侃社 蔡会武,使用教材：徐寿昌主编有机化学第二版（国优教材）,参考书： 基础有机化学、刑其毅、徐瑞秋、周政编，高等教育出版社。 有机化学提要、例题和习题王永梅、王桂林编，天津大学出版社。 有机化学美RT莫里森编，科学出版社。 有机化学曾昭琼主编，高等教育出版社，第三版。 有机化学反应机理指南英P赛克斯著，科学出版社。 课堂要求 着装整齐，精神饱满。 按时到课，迟到一次在期末总评中扣二分，旷课一次在期末总评中扣三分。 课前预习，课后复习。 按时完成作业。 作业要求 每人准备两本作业本（全班使用统一的作业本）。 课后24小时内上交当次作业 作业要认真、规范，字迹要恭正，版面要整洁

2、。 作业情况是平时成绩的重要依椐，要避免拖交和旷交作业的现象，拖交作业三次记为一次旷交，旷交作业达三次者，每旷交一次在期末总评中扣一分。,第一章有机化合物的结构与性质,学习要求 1掌握共价键理论的要点、共价键的属性及重要参数。2掌握主要官能团的式子。 3. 掌握共价键的均裂、异裂。4理解有机化合物的特点，从中弄清与无机化合物的主要区别。5理解有机化合物的分类原则。 6. 理解有机化学中的酸硷概念。 7了解有机化合物和有机化学的涵义。8了解有机化学的发展简史。9了解有机化合物的研究程序和方法。,第一章 绪 论,（一） 重点 1共价键的一些基本概念 诱导效应 有机化合物的研究方法,（二） 难点 1

3、共价键理论 2分子轨道理论 3共价键的键参数 4诱导效应,有机物可来源于生物体也可由无机物转化而来。 迄今已知的化合物超过2000万(主要通过人工合成 )，其中绝 大多数是有机化合物。,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

4、的有机化合物(产物)。,1.1 有机化合物和有机化学,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：,在十九世纪初期发展了定量测定有机化合物组成的方法，并分析了许多有机化合物。十九世纪中期以后，开始把有机化合物看作是碳化合物，有机化学看作碳化合物化学。有机化学成为一门科学。 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；.,1857年，Kekule(德)提出碳原子的四价学说，在此基

5、础上发展了有机化合物结构学说，对有机化学的发展起了很大推动作用。,1874年，vantHoff(荷)和LeBel(法)提出碳的四面体构型学说，建立了分子的立体概念，开创了以立体观点来研究有机化合物的立体化学（stereochemistry）。 1917年，Lewis(美)用电子对来说明化学键的生成。 1931年Huckel(德)用量子化学的方法来解决不饱和化合物和芳烃的结构问题。 1933年，Ingold（英）用化学动力学方法研究饱和碳原子上亲核取代反应的机理。 60年代，Hoffman.福井谦一（日）发现分子轨道守恒原理，提出前线轨道理论。 80-90年代，Corey提出合成子概念，并合成出

6、许多复杂结构的具有生理活性的有机化合物。,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, 是由生物学家和化学家共同完成； 人类基因组“工作框

7、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) 的全合成。,21世纪，要实现“理想的”合

8、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。 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

9、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,1、有机化合物数量多。已知的化合物有一千多万种，其中有机化合物占绝大多数，而其余九十几种元素组成的无机化合物不过几十万种。而且每年还要新合成和发现几万到几十万种有机化合物。为什么有机化合物数量如此之多呢？有两个原因，一是组成有机化合物的碳原子可以是一个碳原子到几十万甚至几百万个碳原子；其二，有机化合物普遍存在异构现象使其数量大大增加。,为什么把含碳原子的化合物单独列为有机化合物？这是因为有机化合物具有自己的特点。其特点

10、如下：,1.2 有机化合物的特点,3、有机化合物大多数不溶于水，当然这是对大多数有机化合物而言，也有的有机化合物与水混溶。,4、大多数有机化合物易燃烧，也有例外，比如四氯化碳，不但不燃，而且可以灭火。,2、有机化合物普遍存在异构现象，虽然无机化合物也有异构现象，但是没有有机化物普遍和复杂。,比如，含以八个碳原子为主的汽油，已经确认的碳氢化合物就有二百种以上。,5、大多数有机化合物发生的有机化学反应速度比较慢，不像无机反应可以瞬间完成。当然有的有机反应速度很快，比如炸药的爆炸，反应速度很快。,6、大多数有机化学反应都有副反应，反应不是定量进行的，所以一般情况下有机化学反应式不用配平，只要写出主要

11、产物就可以。,7、大多数有机化合物熔点较低，超过3000C 以上很少。 8、大多数有机化合物分解温度比较低，超过4000C的很少。当然有例外，如碳纤维30000C还稳定。,1.3有机化合物中共价键理论,1）价键理论 （1） 价键的形成可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果，如： （形成键的电子对在成键前是属于一个原子时，形成的键称配价键，存在电子得失时则形成离子键。） 共用两对电子形成双键，其余类推：,（2） 共价键的饱和性：原子中未成键电子与另一原子中的某一电子配对后，不能再与第三个电子配对。 （3） 方向性。,2. 分子轨道理论,分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子的运动状态

12、，认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的，该理论认为化学键是原子轨道重叠产生的，任何数目的原子轨道重叠可以形成同样数目的分子轨道，如 H2 的形成：,2（反键轨道） =A -B A B HA HB 1（成键轨道） =A +B,A -B * A B A +B ,图：氢分子的分子轨道,S 和P 原子轨道之间的成键包括了S 轨道以P 轨道的轴线方向相互接近而与P 轨道的一端发生最大程度的重叠，同样形成一对成键和反键*分子轨道，例 HF：,*,* H1s F2Px ,图2 二个不同的原子轨道组成分子轨道的能量关系,P 轨道与P 轨道能形成分子轨道，例F2：,F: 2Px F: 2Px,*,但是，当两

13、个互相平行的P轨道在侧面重叠形成分子轨道时，如Py-Py or Pz-Pz所形成的分子轨道称轨道。轨道还保留着对称面（基面）。例：,Py（Pz）,Py（Pz）,*,原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个原则：,a） 对称性匹配原则 b） 原子轨道重叠部分要最大 c） 能量相近原则,1.4共价键的键参数,1）键长：单位nm，一定的共价键的键长是一定的。 2）键角：键角大小随分子结构不同而改变，它反映了分子的空间结构。 3）键能：双原子分子的离域能便是键能。 键能愈大，键愈牢固，一个分子中不同的键其离域能是不同的，对多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键离域能的平均值。,A（气） + B（气）

14、AB（气） + 键能,4）键距：,例： CH3+ Cl- 键距 = ed e: 中心电荷 d：正负电荷中心的距离 分子的偶极距是各键的键距向量和: =0 =0 =1.94D Cl-Cl ( 键距为零),1.5共价键的断裂,1）均裂 （一对电子平均分给两个原子或原子团）,2）异裂,离子型反应分为亲核与亲电反应: R+, CH3+ 碳正离子 R-, CH3- 碳负离子,+,1.6 诱导效应,定义：诱导效应是指在有机化合物中由于电负性不同的取代基的影响，使整个分子中成键电子云按取代基团的电负性所决定的方向而偏移的效应。,-I效应：,CH3+-CH2+-CH2+Cl-,+I效应：,诱导效应在没有外加电

15、场影响下也存在，它体现的是分子自身的性质。诱导效应一般用 I 表示，饱和 C-H 键的诱导效应规定为零。,当一个原子或原子团与碳原子成键后，电子云偏离碳原子，称为-I 效应。,例：,一般来说，原子吸电子能力越强，-I效应就越大。例：,-F-Cl-Br-I ， -F-OR-NR2 ， -O+R2-N+R3,+I诱导效应与-I诱导效应相反。具有+I效应的原子或原子团与碳原子成键后，可使电子云偏向该碳原子。正诱导效应用+I表示。例：,具有+I效应的原子团主要是烷基，并只有在与不饱和碳相连时才呈+I效应:,（CH3）3C-（CH3）2CH- CH3CH2- CH3-,上面为静态分子中所表现出来的诱导效

16、应，称静态诱导效应，它仅与键本身的极性有关。另外，在化学反应中，由于分子受到许多外界条件的影响，例另一分子的影响，其它进攻试剂的影响，溶剂的影响等等。在外界电场的作用下，分子会发生诱导极化，这种在外界电场影响下在化学反应时才表现出来的诱导效应称为动态诱导效应。 动态诱导效应往往是有机反应得以实现的决定性因素。,1.7有机化合物的分类：,有机化合物数量巨大，我们在学习有机化学时不可能一个一个的研究，而是进行分类。同一类化合物具有相同的反应规律。只要学习具有代表性的化合物，就可以对同类化合物的各方面信息有所了解。对有机化合物的分类有两种方法，一种是按碳架分类，另一种方法是按官能团分类。,（一）、按

17、碳架分类：,、开链化合物脂肪族化合物，碳原子连成链状，不含碳环，脂肪具有这样结构，所以又叫脂肪族化合物。,、脂环族化合物，含有碳环结构，但是性质上类似脂肪族化合物。 、芳香族化合物，含有碳环结构，但是具有芳香性。 、杂环化合物，为有机环状化合物，组成环的原子除碳原子之外还有杂原子，所谓杂原子是指氧、硫、氮等。这本书上所指杂环化合物是指具有芳香性的杂环化合物。,（二）、按官能团分类：,所谓官能团是指有机化合物分子中比较活泼易发生反应的原子或原子团。,化合物的性质主要由官能团决定，反应主要发生在官能团及其相关部位，具有相同的官能团的化合物具有类似性质。常见的官能团有：,-C=C- 碳碳双键；C三C

18、- 碳碳叁键；OH 羟基； C-O-C 醚键；X(F,Cl,Br,I)卤原子； C=O 羰基；COOH 羧基；SO3H 磺酸基；NO2硝基；NH2氨基等。,$ 1.4 研究有机化合物的一般步骤,1活性初测，分离提纯。 2纯度检定：熔、沸点测定，薄层层析、气相色谱（GC）、高压液相色谱（HPLC）鉴定。 3元素定性分析和定量分析 4经验式和分子式的确定,5结构式的确定（四谱的运用）。 6. 该化合物的合成及构效关系研究。,例：某有机物，元素分析结果为： C：60.00 %；H：13.40 % （O：26.60 %）,百分含量 摩尔比 最小整数比（原子数目比） C 60.00 60.00/12.0

19、1 = 5.00 5.00/1.66 = 3 H 13.40 13.40/1.008 = 13.29 13.29/1.66 = 8 O 26.60 26.60/16.00 = 1.66 1.66/1.66 = 1 该化合物的实验式： C3H8O 分子式： （C3H8O）n = 分子量（可用质谱法、沸点升高法、熔点降低法、渗透压法等测定） 当分子量为60时，分子式为C3H8O。 当分子量为120时，分子式为C6H16O2 。,1.8、有机化学的重要性及其学习方法：,有机化学既然是一门基础课，就说明它是以后要学习的课程的基础。 另外有机化学还可以是一门专业课，可以直接应用于科学研究和生成实践。这门课也是考研究生常考的课程。对于有机化学的地位及重要性不再多讲。下面讲以下如何学好有机化学;, 要重视这门课，同时喜欢这门课才可能学好有机化学，你们在中学学过一点有机化学，因为中学的化学课中有机化学所占比例很小，所以认为有机化学很简单，所以开始不重视，把中学学的有机内容当成有机化学的全部，如果是这样，必将给这门课的学习带来很大的麻烦。有的学生在开始学有机化学时认为太简单，不认真学。当发现有机化学决不像中学化学那样简单时，已为时过晚。,要有个好的开端，每次课不缺席，及时完成作业，不欠帐。 认真完成每次作业。应该先复习