应用有机化学绪论.ppt

1、绪 论,应用有机化学,研究有机化合物的化学，即研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法的科学。,一、有机化学定义：,建立有机化合物结构理论 (19世纪60年代),建立立体化学 (19世纪70年代),各分支学科的形成 (19世纪以后),分析天然有机化合物 (18世纪末19世纪初),人工合成有机物 (19世纪初),利用天然有机物 (18世纪前),分离天然有机化合物 (18世纪末),二、有机化学发展历史,瑞典化学家舍勒(17421786)首次从事天然产物的分离和有机合成，鉴定了氧和氯两种元素并把结晶操作用于一些植物的提取物，如从葡萄分离了酒石酸，从柠檬分离了柠檬酸，以及乳酸、尿

2、酸、草酸、甘油等，又从糖的氧化得到草酸，从而开始了有机化学的系统研究。,“有机化学”这一名词于1806年首次由贝采利乌斯提出。当时是作为“无机化学”的对立物而命名的。19世纪初，许多化学家相信，在生物体内由于存在所谓“生命力”，才能产生有机化合物，而在实验室里是不能由无机化合物合成的。,贝采利乌斯(Berzelius, Jons Jacob, 1779-1848)瑞典的化学大师，十九世纪上半叶化学权威。由外祖父和姨母教养成人,十八岁进入乌普萨拉大学医学系，半工半读，业余攻读化学，1802年获得医学博士学位。毕业后担任斯德哥尔摩大学助教，同时从事电化学的研究。1807年被提升为教授。1808年当

3、选为斯德哥尔摩科学院院士，1818年当选为科学院秘书。他又是英国皇家学会会员和被得堡科学院名誉院士。他的研究工作横跨许多领域。培养了许多学生：例如第一个合成尿素的维勒(Wohler)、在铁矿中发现新元素锂(lithium)的亚维森(Arfwedson)、发现新元素钒(vanadium)的沙弗斯顿(Sefstrom)、发现新元素斓(lanthanum)的孟珊乐(Mosander)、发现新元素鈇(holmium) 与锰(thulium)的尼尔逊(Nilsson)等。,1824年，德国化学家维勒从氰经水解制得草酸；1828年他无意中用加热的方法又使氰酸铵转化为尿素。氰和氰酸铵都是无机化合物，而草酸和

4、尿素都是有机化合物。维勒的实验结果给予“生命力”学说第一次冲击。此后，乙酸等有机化合物相继由碳、氢等元素合成，“生命力”学说才逐渐被人们抛弃。 从19世纪初到1858年提出价键概念之前是有机化学的萌芽时期。在这个时期，已经分离出许多有机化合物，制备了一些衍生物，并对它们作了定性描述。,法国化学家拉瓦锡发现，有机化合物燃烧后，产生二氧化碳和水。他的研究工作为有机化合物元素定量分析奠定了基础。1830年，德国化学家李比希发展了碳、氢分析法，1833年法国化学家杜马建立了氮的分析法。这些有机定量分析法的建立使化学家能够求得一个化合物的实验式。,碳、氢分析基本原理为让有机物在氧气流中燃烧，碳、氢分别氧

5、化为二氧化碳和水，然后用无水高氯酸镁吸收水，用烧碱石棉吸收二氧化碳。由各吸收剂增加的重量分别计算碳和氢的含量。,氮分析基本原理是样品在高温下燃烧，燃烧过程中产生混合气体，其中的干扰成分被一系列适当的吸收剂所吸收，混合气体中的氮氧化物被全部还原成分子氮，随后氮的含量被检测器检测。,有机化合物分子中各原子是如何排列和结合: 最初，有机化学用二元说来解决有机化合物的结构问题。二元说认为一个化合物的分子可分为带正电荷的部分和带负电荷的部分，二者靠静电力结合在一起。 早期的化学家根据某些化学反应认为，有机化合物分子由在反应中保持不变的基团和在反应中起变化的基团按异性电荷的静电力结合。但这个学说本身有很大

6、的矛盾。,“类型说”由法国化学家热拉尔和洛朗建立。此说否认有机化合物是由带正电荷和带负电荷的基团组成，而认为有机化合物是由一些可以发生取代的母体化合物衍生的，因而可以按这些母体化合物来分类。类型说把众多有机化合物按不同类型分类，根据它们的类型不仅可以解释化合物的一些性质，而且能够预言一些新化合物。但类型说未能回答有机化合物的结构问题。,从1858年价键学说的建立，到1916年价键的电子理论的引入，是经典有机化学时期。,1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出价键的概念，并第一次用短划“-”表示“键”。他们认为有机化合物分子是由其组成的原子通过键结合而成的。由于在所有已知的化合物中，一

7、个氢原子只能与一个别的元素的原子结合，氢就选作价的单位。一种元素的价数就是能够与这种元素的一个原子结合的氢原子的个数。凯库勒还提出，在一个分子中碳原子之间可以互相结合这一重要的概念。,1848年巴斯德分离到两种酒石酸结晶，一种半面晶向左，一种半面晶向右。前者能使平面偏振光向左旋转，后者则使之向右旋转，角度相同。在对乳酸的研究中也遇到类似现象。为此，1874年法国化学家勒贝尔和荷兰化学家范托夫分别提出一个新的概念，圆满地解释了这种异构现象。 他们认为：分子是个三维实体，碳的四个价键在空间是对称的，分别指向一个正四面体的四个顶点，碳原子则位于正四面体的中心。当碳原子与四个不同的原子或基团连接时，就

8、产生一对异构体，它们互为实物和镜像，或左手和右手的手性关系，这一对化合物互为旋光异构体。勒贝尔和范托夫的学说，是有机化学中立体化学的基础。,1900年第一个自由基，三苯甲基自由基被发现，这是个长寿命的自由基。不稳定自由基的存在也于1929年得到了证实。,现代有机化学时期 在物理学家发现电子，并阐明原子结构的基础上，美国物理化学家路易斯等人于1916年提出价键的电子理论。 1927年以后，海特勒和伦敦等用量子力学，处理分子结构问题，建立了价键理论，为化学键提出了一个数学模型。后来马利肯用分子轨道理论处理分子结构，其结果与价键的电子理论所得的大体一致，由于计算简便，解决了许多当时不能回答的问题。,

9、无机化学,有机化学,物理化学,高分子化学,分析化学,化学工程及工业化学,环境化学,化学,有机化学的分支,申报指南 国家自然基金委员会,精细化学品：凡能增进或赋于一种(类)产品以特定功能或本身拥有特定功能的小批量，高纯度的化学品。 国外提出下将精细化学品分为35类： 医药、农药、合成染料、有机颜料、涂料、粘合剂、香料、化妆品、表面活性剂、印刷油墨、增塑剂、稳定剂、橡胶助剂、感光材料、催化剂、试剂、高分子凝聚剂、水处理剂、石油添加剂、食品添加剂、兽药、饲料添加剂、造纸化学品、金属表面处理剂、塑料助剂、汽车用化学品、芳香消臭剂、工业杀菌防霉剂、脂肪酸、健康食品、有机电子材料、功能高分子、生命化学品和

10、生化酶、稀土金属化合物、精细陶瓷,三、有机化合物的应用,大宗化学品：数量大的化学品，如溶剂等,四、有机化学的发展前沿和研究热点 1 有机化学的重要分支： (1)有机合成化学(2)金属有机化学和有机催化 (3)天然有机化学 (4)物理有机化学 (5)生物有机化学 (6)有机功能材料,有机功能材料的研究背景,20世纪70年代：发现有机导体 20世纪80年代：发现有机超导体 20世纪90年代：发现有机铁磁体和高效的有机发光材料 IUPAC认为基于有机（ 高 ）分子的光、电、磁功能材料的研究是21世纪化学的重要研究方向之一,有机化合物具有优良的分子剪裁性与可修饰性 (在坚固性与稳定性等方面具有明显的缺

11、点)。,2 有机功能材料的分类,有机功能材料主要研究功能有机分子和高分子的合成、组装及其凝聚态的结构，光电磁等物理功能和现象及其产生的机制，以及由此形成的有机和高分子功能材料在光电子、微电子等器件方面的应用，并探索实现新一代分子器件的方法和途径。,（1）有机半导体、光导体 有机半导体己有40多年的发展历史，对其电导、光导和其他物 理性能及结构进行了详细研究。 虽然现有理论对无机半导体材料的研究和应用探索等方面起了 指导作用，并己被实践证明是成功的，但在解释有机半导体和 光导体现象上仍有许多不适用的地方，主要原因是有机固体在 化学上和结构上往往较复杂，所以有机半导体理论还有待于进 一步发展。,有

12、机光导体最成功的应用例子是作为复印机和激光打印机的光导鼓材料。据报道，在日本激光打印机产品中有机材料占了90以上。 此外，有机半导体材料正逐步被用于大屏幕显示、各种敏感元件、开关元件、光盘及太阳能电池等方面。,（2）有机导体和有机超导体,1973年，美国科学家发现有机晶体TTFTCNQ具有金属电导性以来，有机导体的研究得到了飞速发展。 这类有机导体都属于电荷转移复合物类型，给体分子和受体分子在晶体中面对面紧密有序堆砌成柱，沿着电子重叠方向有着类似金属性的电导。诸如电开关、温度显示和光盘等方面的研究已有了一定的进展。,TTF：四硫富瓦烯；,TCNQ：7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷,1980年

13、，有机超导体(TMTST)2PF6的出现震动了整个科学界，结束了多年来关于有机超导体是否存在的争议。 有机超导体的最高临界温度己超过了12K。特别是C60经掺杂，超导临界温度已达47K。 室温有机超导体是否存在以及它与生物神经传导和信息处理的可能关系，引起了广大科学家的极大兴趣和注意。 新的有机导体的设计、合成，提高有机超导体临界温度，试探高聚物超导体和室温超导体的可能性等仍是有机导体和有机超导体今后的研究方向。,（3）导电高聚物,1977年，由美国化学家MacDiarmid、物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首先发现掺碘的聚乙炔具有金属特性，从此导电聚合物受到了各国科学家、产

14、业界和政府的高度重视。导电高聚物的出现，不仅打破了聚合物仅为绝缘体的传统概念，为分子电子学打下基础，这方面的研究具有重要的科学意义。,导电高聚物的导电机理不同于金属和无机半导体。自由电子是金属导电的载流子，电子和空穴是无机半导体的载流子，而导电高聚物的载流子是由孤立子、极化子和双极化子等构成。由于导电高聚物具有电子共轭结构，因此，导电高聚物都具有快速响应(10-13 S)。导电高聚物可以具有与金属相比拟的高电导率，同时具有结构多样化、可加工和相对密度低等特点。,（4）有机与高分子非线性光学材料,目前研究的有机非线性光学材料可分为三类：有机晶体、聚合物和LB 膜。 非线性有机晶体从其化学结构来分

15、有五种：尿素及其衍生物；间二取代苯的衍生物；芳香硝基化合物；有机盐；聚二乙炔单晶。,在光通信、光信息处理方面有着较好的应用前景。,5有机铁磁体,6分子器件,. . . . . .,附件1： 与有机化学有关的著名期刊简介,1. Science,1880年，电灯的发明人、 世界最著名的科学家之一 托马斯爱迪生 (Thomas Alva Edison) 创办了Science 周刊。 如今， Science 周刊已成为世界上订户最多的综合性科学刊物。 Science 周刊每星期都以高超的编辑手段， 向世界各地的16万订户提供两种不同的科学信息：该星期有关科学和科学政策的最重要的新闻报道以及报告全球科学

16、研究最显著突破的精选论文。 在这个意义上， Science 周刊既是一个传统的学术刊物也是一个新闻杂志。,Publisher:the American Association for the Advancement of Science,(Impact factor:28.103),2. Nature,一共有十一种刊物在Nature 这个大家族里：周刊Nature（1869年创刊）；月刊Nature Genetics（1992创刊）；Nature Structural Biology (1994创刊)；Nature Medicine (1995创刊)； Nature Biotechnology

17、（1996创刊）；,Nature Neuroscience (1998创刊)；Nature Cell Biology (1999创刊)；Nature Immunology (2000创刊)；及另外三份综述性期刊Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Molecular Cell Biology and Nature Reviews Neuroscience (2000创刊)。创办这些期刊最主要的目的是要发表业界内最高质量的科学论文-任何有很大潜力的科学领域的文章。同时也发表一些评论性文章，新故事，简述等。投稿形式也可以是信件，新闻，综述等。,Publis

18、her:Nature Publishing Group,(Impact factor:31.434),3. J.A.C.S.,J.A.C.S.创刊的宗旨是想通过发表全世界化学领域最好的论文，来追踪化学领域的最新前沿,其中包括对一些重要问题的应用性方法论，新的合成方法，新奇的理论发展和有关重要结构和反应的新进展。 J.A.C.S. 创刊于1879年，是the American Chemical Society的,旗舰刊物，在业界有极高的声誉。每年可以发表13,000有关化学的科学论文。作为一份周刊，J.A.C.S.对化学领域做出的贡献的不可磨灭的。主要发表科学论文，通讯，新书综述，及电脑软件综述

19、。,Publisher:American Chemical Society,(Impact factor:8.091),4 Angew. Chem. Int. Ed,(Impact factor: 10.897),5. Tetrahedron,Tetrahedron 发表的是具有重要性和及时性的实验及理论研究结果，主要是在有机化学及其相关应用领域特别是生物有机化学。期刊包含领域为有机合成，有机反应，天然产物化学，机理研究,及各种光谱研究。来稿必须是全文，且是原著。同时也发表一些综述性文章。,Publisher: Elsevier Science,(Impact factor:2.897),6.

20、 Tetrahedron Letters,Tetrahedron Letters 集中了所有体现有机化学领域的最新进展的文章。期刊属于周刊，囊括了实验和理论有机化学在技术，结构，方法研究的最新进展。研究结果的快速发表使得研究者们可以在全世界范围内迅速交流科学资讯，从而推动研究的深入进行。,Publisher: Elsevier Science,(Impact factor:2.538),7. J.O.C.,创办The Journal of Organic Chemistry 的目的是为了与最新的激动人心的有机进展保持一致，从而向全世界的化学工作者展示有关有机化学领域的所有的最先进研究结果。 J

21、.O.C.收录除了正规的论文，还有小的专题综述及国际会议文集。,Publisher:American Chemical Society,(Impact factor:3.952),8. Synthesis,Synthesis 是一份报导有机合成进展的国际性刊物。主要发表有关有机合成的综述和论文，包括金属有机，杂原子有机，光化学，药物和生物有机，天然产物，有机高分子和材料。有关机理，光谱研究，分离技术的发展等能对有机合成造成影响的内容也是Synthesis 感兴趣的方面。,Publisher:Georg Thieme Verlag,(Impact factor:2.47),9. SYNLETT,

22、SYNLETT 报导有机合成研究结果和趋势，短篇幅的个人综述和快速的工作简报。所有有机合成领域的成果都在被收录的范畴内。,Publisher:Georg Thieme Verlag,(Impact factor:2.752),10. Organic Letters,Organic Letters 是提供最新有关有机化学重大研究的简报，它的内容是所有有机化学领域最先进发展的浓缩，包括生物有机和药物化学，物理和理论有机化学，天然产物分离及合成，新的合成方法，金属有机和材料化学。,Publisher:American Chemical Society,(Impact factor:5.128),11

23、. Natural Product Reports,(Impact factor:4.406),NPR 是双月刊，主要目的是通过发表对生物碱，类固醇，脂肪酸及杂环类的，脂肪族的，芳香类的，酯环类等天然产物的研究结果，来刺激对天然产物的研究。为了反映天然产物与各学科之间日益加强的渗透，它也收录有关光谱的最新发展和生物学研究的综述。另外，某些著名科学家的前瞻性的论文也被收录。,Publisher:the Royal Society Chemistry,12. Polymer,Polymer 发表所有高分子科学技术领域的原创性的研究成果，其重点在于对分子结构解释的研究。新兴领域的研究成果也是 Pol

24、ymer 喜欢发表的文章类型。除了正规的文章和通讯外，它也发表综述类文章，但通常是由编辑约稿。,(Impact factor:1.27),Publisher:Elsevier Science,13. Chemical Reviews,(Impact factor:23.592),Chemical Reviews 的宗旨在于发表广泛，专业，可读性强的研究成果，这些工作涉及有机，无机，物理，分析，理论及生物化学等各个化学领域，其文章来自于全球的化学工作者。它从1985年也开始发表有关某一主题或方向的研究综述。目前生物题材的综述不多，但是其主编表示今后会逐渐增加这一重要领域文章的比例。,Publis

25、her:American Chemical Society,14. Organometallics,(Impact factor:3.815),Organometallics 被誉为世界上最好的有关金属有机的期刊。收录的是有机金属，无机，有机和材料化学等最活跃,领域的文章。其形式包含论文，通讯， 小综述，内容涉及合成，结构，成键，化 学反应和反应机理及有机金属化合物的应 用。应用范围包括有机和高分子合成，催 化过程及材料化学的合成方面的问题。,Publisher: American Chemical Society,15. Carbohydrate Research,(Impact facto

26、r: 1.354),1965年创刊，Carbohydrate Research 以它发表高标准和宽范围的论文而被业界称道。范围包括碳氢化学和生物化学。主要内容是化学合成，结构和光谱研究，反应机理，天然产物分离，大分子活性，酶的活性，酶的催化机理等。文章形式包括论文，展望，快报和综述。,Publisher: Elsevier Science,1965年创刊，Carbohydrate Research 以它发表高标准和宽范围的论文而被业界称道。范围包括碳氢化学和生物化学。主要内容是化学合成，结构和光谱研究，反应机理，天然产物分离，大分子活性，酶的活性，酶的催化机理等。文章形式包括论文，展望，快报和

27、综述。,1965年创刊，Carbohydrate Research 以它发表高标准和宽范围的论文而被业界称道。范围包括碳氢化学和生物化学。主要内容是化学合成，结构和光谱研究，反应机理，天然产物分离，大分子活性，酶的活性，酶的催化机理等。文章形式包括论文，展望，快报和综述。,1965年创刊，Carbohydrate Research 以它发表高标准和宽范围的论文而被业界称道。范围包括碳氢化学和生物化学。主要内容是化学合成，结构和光谱研究，反应机理，天然产物分离，大分子活性，酶的活性，酶的催化机理等。文章形式包括论文，展望，快报和综述。,1965年创刊，Carbohydrate Research

28、以它发表高标准和宽范围的论文而被业界称道。范围包括碳氢化学和生物化学。主要内容是化学合成，结构和光谱研究，反应机理，天然产物分离，大分子活性，酶的活性，酶的催化机理等。文章形式包括论文，展望，快报和综述。,16. Heterocycles,(Impact factor: 0.831),从1973年创刊始，Heterocycles为有机化学，药物化学和分析化学等领域的杂环化合物研究提供了一个良好的平台。期刊发表综述，通讯及一般的科研论文。论文在被接受日起两个月内将被发表，这样就保证了科学工作者可以得到最新的有关杂环化合物的资讯。,Publisher: Elsevier Science,如何在 辽

29、宁大学 获得文献？,附件2：,一、常见的文献形式,图书 期刊杂志 科技报告 学位论文 会议资料 专利文献 技术标准,二、 文献在哪里？,1 在网上； 2 在图书馆；,三、怎么查文献,Internet上的化学化工资源,有 标记者为本校有，下同。,1 用搜索引擎搜索化学化工资源,YAHOO,GOOGLE,怎么利用查具体的文献？,Rao, N. V. Subba; Ratman, C. V. Osmania Univ., Hyderabad, Proceedings - Indian Academy of Sciences, Section A (1956), 43A 173-80.,百度,2 文摘

30、型数据库,CA创刊于1907年，由CAS即Chemical Abstracts Service, 美国化学文摘服务社创办。 CA被称为“世界化学化工文献的钥匙”，收录世界各国化学化工方面的出版物约16,000余种，包括期刊论文、会议录、资料汇编、报告、新书、专利等。,1） CA,CA封面,图书馆有基本全部纸质体 ！,SciFinder Scholar (SFS),CA网络版：,2） SCI的检索,General Search 一般检索： 主题 例：输入Robot* and (agricultural or fruit or orange or tomato or grape or strawb

31、erry or harvsting),检索结果的排序、标记和分析,检索结果可以重新按照以下方式进行排序： -最新更新日期 -被引用次数 -相关度 -第一作者字顺 -期刊标题字顺,打印保存,保存到文献管理工具,3 直接到数据库/网站去,美国化学会 /journals/query/subscriberSearch.jsp,已知具体文献,1,2,3,英国化学会 /Publishing/,德国化学会 ,elsevier ,施普林格 ,中国学术期刊数据库 0,中国博士学位论文全文数据库,中国优秀硕士学

32、位论文全文数据库,中国知识产权局 ,四、怎么拿到具体文献,1 自家有,A 图书馆,CA（创刊至今基本全） 1999年以前的大部分常用杂志 目前： Nature Science JACS Angew. Chem. International Edition Journal Dalton CC ,B ,2 投亲靠友,3 馆际互借,5 免费午餐,例 免费的Science、nature ,5 求,小木虫 ,子午学术论坛 ,作业的文献格式： 1 何 坚，孙宝国，香料化学与工艺学，化学工业出版社，1995，10-15. 2 陈贻炽，吴锦屏，顾惕人，李力，阻抗型聚合物湿度传感器HMPTACSt共聚物感湿膜的

33、感湿性能，精细化工，1998，15(5)，24-27. 3 Atwood, J. L.; Barbour, L. J.; Ness, T. J.; Raston, C. L.; Raston, P. L. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7192.,附件3：各种功能材料的定义,导电材料 导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材 料两大类。 电子导电材料的导电起源于电子的运动。电子导电材料 包括导体、半导体和超导体。 传统高分子材料是典型的绝缘体，但现在已研究出一类 高分子电子导电材料，如导电橡胶。 离子导电材料的导电机理则主要起源于离子的运动。,2 压电材料,具有压电效应的材料叫做压电材料，通过压电材料可以将机械能和电能相互转换。,3 热电材料,所谓热电材料就是把热转变为电的材料，如热电导材料（如热敏电阻）和热释电材料（如红外与热成像探测器）。,4 光电材料,光电材料是能把光能转变为电能的一类能量转换功能材料，如