暨大有机化学课件ppt第一章_绪论

1、有 机 化 学（化工/生物/生态）课程说明n 1.任课教师曾向潮n 2.课时72学时n 3.课程类别必修课4.考试及成绩n 闭卷考试n 平时成绩（30%）n 期末考试（70 %）n 5. 教材及参考书n 教材：有机化学（第二版），郭书好等编n 教学参考书：n 有机化学，R T 莫里森，科学。n Organic Chemistry,seventh edition, Graham Solomons,John Wiley & Sons, Inc.n 基础有机化学， 邢其毅等编,科学，2003。第一章 绪论一. 有机化合物和有机化学二. 有机化合物的特点三. 有机化合物的结构1. 共价键的概念 Lew

2、is电子结构式2. 价键理论3. 共价键的属性4. 分子间作用力四. 共价键的断裂和有机反应的类型五. 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. 键线式六. 酸碱概念七. 有机化合物分类学习提要n 学习有机化合物与有机化学的定义，了解有机化合物的特点同分异构与性质特征n 掌握有机化合物的结构特点，熟悉共价键的性质及意义，根据共价键理论进一步理解有机化合物的特点n 掌握共价键的断裂方式与有机反应类型，熟悉有机反应中间体n 学习理解有机化学中的酸碱概念n 学习有机化合物的分类本章重点n 凯库勒(kekul)结构式和Lewis 结构式的书写， 有机构造式的不同

3、表示方式n 价键理论和共价键的属性n Lewis酸碱理论及Bronsted酸碱理论的区别n 有机化合物的分类一、有机化合物和有机化学有机化合物的定义：含有碳的化合物或碳氢化合物及其衍生物。有机化学这个名词是在1806年由瑞典化学家J. Berzelins首先提出来的。意思是指“有生机之物”。n 1. 当时所有已知有机物都是从生物体内分离出来的，如：1769-1785年：葡萄汁酒石酸，苹果苹果酸，柠檬汁柠檬酸，酸牛奶乳酸，尿尿素1802-1805年：分离出植物生物碱类药物金鸡纳碱、辛 可宁、（从分离）等1815年：动物脂肪胆固醇n 2. 人们认识到，有机物与矿石、金属盐等物质在组成、结构上有很大

4、的区别。n 3. 当时人们对生命现象的本质没有认识，认为有机物只能在生物细胞中受一种特殊力量的作用才能产生出来，是“生命力”创造的。n 1828年，德国化学家F.Wohler发现无机物酸银很容易转化为尿素。AgOCN+NH4ClNH4OCN O+AgClNH4OCNH2NCNH2n 1845年，德国人H.Kolber合成了醋酸。他从C + S开始经5步反应得到了产物。C+SCH3CO2Hn 1854年，法国人M.Berthlot 合成了油脂。1850-1900年，更多的有机物如药品、染料等被合成出来。这就打破了有机 物的“有生机之物”的含意。由于历史和习惯的原因，仍 然保留了有机这个名词。n

5、有机化学的定义是研究碳的化学。(Gmelin，1848)n 有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。（ C.Schorlemmer ，1874）n 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。 （ 现在）有机化合物与人们今天的物质生活息息相关，例如：胶卷染料液晶显示材料合成香料染料石油有机化合物高分子材料涂料杀虫剂中草药、西药肥料、除草剂2CH CH二、有机化合物的特点2.1 有机物性质上的一些共同特点（1） 可燃烧（先碳化变黑，最后得 CO2 + H2O），可用以区别有机物和无机物；（2） 在水中溶解度一般较小；（3）m.p.较低，一般在300以下；2CH

6、 CH OH（4）有机反应速度慢，且产物往往较复杂，如：3H+2+CH3CH2OCH2CH32.2 结构上的特点同分异构现象：4个碳原子以上的烷烃存在碳链异构体例：CH3CH2CH2CH3正丁烷bp: -0.5Cmp:-135 CCH3CH3CHCH3异丁烷bp: -11.2Cmp:-135 C随碳原子数增加，异构体数目迅速增加, 戊烷有3个同分异构体, 而庚烷有9个, 癸烷则有75个。3.1 共价键（Covalent bond）的概念Lewis电子结构式三、有机化合物的结构原子的电子配对成键，形成稳定的电子构型(八偶体)。H4 H+CHCH HHHCH H这种用电子对表示共价键结构的化学式称

7、为Lewis结构式。HHHCC HHHHCCHHCC HHC CH有时还表示出未共用电子对的结构式Lewis电子结构式:HOHHOHHCCCHHCCCHHNHHNHHHHHHH凯库勒(kekul)结构式HOHHHCCOHHCOCHHHH写出下列化合物的Lewis电子式OO1) NH32) CH3COCCH33) H2SO4HNH HHOHCC HOHOCCHHOHOSOH OLewis电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。第三及更高周期中的元素，可以获得多于8个的 价电子。H H3.2 价键理论Valence Bond Theory+1s1s轨道交盖氢分子价键的形成看成是原子

8、轨道的重叠或电子配对的结果。两 个原子的未成对电子，若自旋相反，就能配对。y yx2py - 2pyyx1s - 2px最大重叠原理共价键具有方向性共价键具有饱和性价键理论， 电子离域3.3 碳原子的杂化碳原子基态时的电子构型： 1S2 2S2 2Px1 2py1 2pz0E2P 2S激发2P 2Ssp3杂化sp2杂化sp3sp2sp3sp2sp3sp2sp3p基态激发态sp杂化ppspsp3.4 共价键的属性1） 键长成键两原子核之间的距离。nm or pmCCCCC CCH nm0.1540.1340.1200.1102） 键角两个共价键之间的夹角。HCH3. ooO109 5 CH112

9、CHoH3Co111CH3HH3） 键能CH3H106形成共价键过程中体系释放的能量或共价键裂解成原子时 体系吸收的能量。Basic Shapes ofMoleculesABA LINEARAABorBAAAABond angle = 180?AAABATRIGONAL PLANARBond Angles = 120?AABA AATETRAHEDRALBond angles = 109?28AAABAAATRIGONAL BIPYRAMIDOCTAHEDRALBond angles = 120? 90?Bond angles = 90?Ed/kJmol-1CH4CH3+H435CH3CH2+

10、H443CH2CH+H443CHC+H339C-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。kJ/mol-1CCCHCNCOCF 347415305360485CClCBrCICCC C 3392852186118374） 键的极性：键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的非极性共价键极性共价键H-HCl-ClH-Cl+ -HCl+ 部分正电荷- 部分负电荷偶极矩(m)有方向性箭头由正端指向负端、指向m = e d单位：DH3CCH3 CC电负性更大的原子。HClBrBrCH CHOCH CH3223净偶极矩指向多原子分子的偶极矩，是各键偶极矩的向量和（分子的形

11、状）5） 键的极化度n 在外电场作用下，共价键的极性发生变化称做键的极 化性。n 键的极化性用极化来度量，它表示成键电子被成键原 子核电荷约束的相对程度。极化度与成键原子的体积、电负性、键的种类以及外电场的强度有关。例如：极化度： CI CBr CCl CF； CO CO；II BrBr ClCl；小结：n 绝大多数有机物分子中都存在共价键。n 共价键的键能和键长反映了键的强度， 即分子的热稳定性；n 键角反映了分子的空间形象；n 键的偶极矩和键的极化性反映了分子的化学反应活性和它们的物理性质。3.5 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。-+ + -ClCH2CH2Cl-

12、+ + -ClCH2CH2Cl-+ + -ClCH2CH2Cl一分子偶极正端对另一分子偶极负端的相互吸引作用。2） 色散力瞬时偶极之间的相互作用。大小与分子的极化率（分子的 变形）、分子的接触面积有关。例：卤代烷的极化率RI RBr RCl RF3） 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：XHY氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关, 例如:氢键键能 KJ molFHF 28.0OHO 18.8NHN 5.4NHF 20.9元素的电负性越大、原子半径越小，形成的氢键越强。 常见的氢键还有：OH-N、NH-O。氢键具有方向性、饱和性。 分子间力的大小顺序：氢键 偶极偶

13、极作用力 色散力1. 解释下列物质的沸点为何不同？CH3CH2OHCH3CH2FCH3CH2CH3 78oC46oC42oC2. 举例说明分子间非共价弱相互作用力对物质性能的影响。四、共价键的断裂和有机反应的类型1. 均裂：发生均裂的反应条件是光照、辐射、加热或有过氧化物存在。 成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团均裂自由基（游离基）RLR+L(单电子原子或基团)2. 异裂发生异裂的反应条件是有催化剂、极性试剂、极性溶剂存在。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: -+C+YCY异裂碳负离子-C+Y碳正离子CH3CHCH3CBr CH3CHCH NOCH3

14、B-CH3C+Br- CH3-322HCH3CHCH2NO2+H B有机反应的活性中间体：自由基、碳正离子、碳负离子等。离子型反应自由基反应周环反应取代反应加成反应消除反应重排反应氧化还原反应3. 有机反应的类型（ Types of Organic Reaction ）自由基反应自由基取代自由基加成烷烃的卤代、烯烃的a- 卤代烯烃的反马式加成有机反应类型离子型反应亲电反应亲核反应亲电取代亲电加成亲核取代亲核加成苯环上的“”反应 烯烃水合、炔烃加卤素等卤代烃的水解、解等醛、酮加HCN、NaHSO3等周环反应双烯合成等消除反应卤代烃脱HX、醇脱水等4. 有机反应试剂的分类n 自由基试剂：X2、过氧

15、化物(R-O-O-R)、偶氮化物（R-N=N-R） 等。n 亲核试剂：OH-、NH2-、CN-、H3CO-、H2O、NH3等。n 有负电荷或孤对电子。n 亲核试剂在进行化学反应时，进攻反应对象的正电中心。n 亲电试剂：H+、Cl+、Br+、SO3、BF3、AlCl3、+NO2等。n 亲电试剂的特点：有正电荷或空轨道。n 亲电试剂在进行化学反应时，进攻反应对象的负电中心。五、有机分子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）HHH HCCC HHHCCHHHHOHCCOH H2. 普通式（结构简式）CH3CH2CH2CH=CH2CH3COOH3. 键线

16、式OHCOOHHOOH前列腺素F1a注意1） C、H 原子不写，但要写出其它原子或基团；2） 线与线之间夹角120o ，叁键两边的碳用直线表示。 1）将普通式改写成键线式CH3CH3CH3CCHCH H3COHCH3OH2）将键线式改写成普通式OCH3CH2CH2COOCH2CH3O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(A) 碱(B) + 质子(H+)HClH+ + Cl-NH3 + H+ NH +4酸共轭碱碱共轭酸+-HCl + CH3CH2OCH2CH3CH3CH2OCH2CH3 + ClH酸碱碱的共轭酸酸的共轭碱NH + + OH-

17、NH+ H O4HSO- + NH 32NH + + SO 2-4344OHOHOHO-+ H3O+ H2O+ OH-+ H2ONH2+NH3NH2NH2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。HCl(气) + H2O H3O+ + Cl-HOH + NH3NH+ + OH-4 酸碱强度表示：pKa 、pKb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。酸性： CH3COOHOHH2O共轭碱的碱性： CH COO-O-OH-3如何判断化合物的酸性强弱？化合物离解出H+后的

18、负离子稳定性。负离子越稳定则原来的 化合物酸性越强。HCH3 HNH2 HOH HF pKa493415.73.2负离子稳定性： H3C- H2N- OH- H2CCH2 CH3CH3酸性： H2O H2S (2)(5) (6) (7)3） 共价键数目多的共振结构较稳定+_CH2=CHCHCH2CH2CHCHCH24） 在满足八隅体电子结构, 但有电荷分离的共振式中, 电负性大的原子带负电荷, 电负性小的原子带正电荷的共振结构较稳定。O_CH2CCH3_ OCH2CHCH3较稳定 共振杂化体能量比参与共振的任何一个极限结构能量都低。 共振降低的能量，称共振能 。 共振能越大，体系越稳定。4 共

19、振论的应用及其局限性（1）共振论的应用1）解释结构与性质间的关系例1：1,3-丁二烯分子中的键长平均化的趋势是由于存在 下列共振：CH2=CH-CH=CH2-CH2-CH=CH-CH2+CH2-CH=CH-CH2-4CH3CH=CH-CH24CH3CH-CH=CH2例2： 1,3-丁二烯既可以进行1,2-加成，又可以进行1,4-加成,是由于反应的活性中间体存在下列共振：+1231232） 判断反应能否顺利进行例如，由于存在下列共振，氯乙烯分子中的C-Cl键具有 部分双键性质，难以断裂，不易被取代：-+CH2=CH-ClCH2-CH=Cl3） 判断反应机理CH2=CH-CH2CH2-CH=CH2

20、由于下列共振存在，使得丙烯的-H易进行自由基卤代 反应：下列共振使得烯丙型卤代烃很容易进行SN1反应：+CH2=CH-CH2+CH2-CH=CH2（2）共振论的局限性由于共振论是在经典结构的基础上，又引入一些硬性的规定（如共振论所说的极限结构式是不存在的），从而其 应用具有一定的局限性。例如，根据共振论，由于下列共振的存在，环丁二烯和 环辛四烯应该很稳定：实际上这些化合物非常活泼、极不稳定，完全没有芳香性。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

21、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。（1） 分子的组成，（2） 分子中原子互相结合的顺序和方式，（3） 价键结构，分子中电子云分布，（4） 立体形象，空间相对位置和分子中原子或原子团之间相互影响等“结构决定性质，性质反映结构”有机化学简史n 1806年，柏则里乌斯提出“有机化学”这一名词和“生命力”学说；n 1828，F.Wohler由酸铵NH4OCN合成尿素NH2CONH2；n 1845年Kolbe合成醋酸；n 1854年，柏赛罗合成油脂；n 18501900年，合成有机化学时代，煤焦油化学时代；n 19001940年，有机化学工业时代，煤焦

22、油染料、药物、；n 1940年，石油化工时代，石油三大合成材料（橡胶、塑料、合成纤维）；n 1990年，有机化学与生命科学、环境科学、材料科学、能源工业、国防工业、电子工业、信息产业、无机非金属材料、各种轻工行业紧密联系，相互促进。 有机化学是一门迅速发展的学科有机合成化学天然有机化学生物有机化学金属与元素有机化学物理有机化学药物化学香料化学农药化学有机新材料化学生命科学 材料科学 环境科学 化学生物学.等学科能源、工业、农业有机分析化学.等方面19012002年，诺贝尔化学奖共94项，其中有机化学方面的 化学奖57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

23、年(DNA) 2002年(生物大分子结构分析的方法)与生命科学有关的化学诺贝尔奖九项；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 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的研究项目：|研究信息分子和受

24、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治疗新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;|仿生化学;|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。哈佛大学的Kishi小组于1994年最终完成这个化合物的合成。这是迄今为止通过 全合成获得的具有最大分子量、最多手性中心的次生代谢产物，堪称有机合成历史上最浩 大的工程之一，也是天然产物合成的一个里程碑。 JACS 1994，116，11205-11206； JACS 1989 111,7525-7533。Woodward等完成VB12全合成Pure Appl Chem,1968,17,519-547；Pure Appl Chem,1971,25,283-30 Pure Appl Chem,1973,33,145-177；Science 1977,1