有机化学课件1第一章绪论.ppt

,（一）有机化合物和有机化学 （二）有机化合物的结构 （三）共价键的几个重要参数 （四）有机化合物的的分类和表示 （五）有机酸碱的概念 （六）有机化合物的结构测定 (七) 分子结构与物理性质,第一章 绪 论,广东药学院 主讲人: 申东升,1.1 有机化合物和有机化学,1.1.1 有机化合物： 一般指碳氢化合物及其衍生物。至2007年，化合物总数已达2400万种，并仍以100万种/年递增。 碳酸盐、金属氰化物等虽然含有C、H等元素，但具有典型无机化合物性质，不是有机化合物。 四氟乙烯、硼烷、氮化硼（B3N3)不含有C或H，但具有典型有机化合物性质，属有机化合物。,广东药学院 主讲人: 申东升,Organic Compound and Organic Chemistry,（1）有机物分子中原子之间主要通过共价键相连。 （2）多数有机化合物熔点低、蒸气压大而易挥发、易燃烧生成二氧化碳和水。CCl4例外，灭火剂） （3）大多有机化合物不溶于水。 （ 低分子量醇、醛酮、羧酸以及氨基酸、糖类化合物易溶于水） （4）大多数有机化合物反应速度慢、副反应多、产率低。硝基甲苯(TNT)可以进行爆炸式反应）,有机化合物的特点,广东药学院 主讲人: 申东升,1.1.2 有机化学的发生和发展： 研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的科学。 有机化学已由实验性学科发展成为实验、理论并重的学科。 发展为天然有机化学、物理有机化学、量子有机化学、有机合成化学、有机分析化学等许多分支学科。 形成了金属有机化学、有机催化化学、生物有机化学、计算化学等新学科。 以有机化学为基础的石油化工、医药化工、农药化工、涂料化工、合成材料等工业得到了极大发展。 有机化学将促进生命科学、材料科学、能源科学、环境科学等科学的大力发展。,广东药学院 主讲人: 申东升,1.1.3 有机化学的研究内容,（1）天然产物的研究 从天然产物中分离、提取纯粹的有机物。如分离昆虫信息素、咖啡因、激素、青蒿素、紫杉醇等。 （2）有机化合物的结构测定 确定纯化合物的元素组成、结构、理化性质，以及结构与性质的关系。 （3）有机合成 organic synthesis 从简单易得的有机物和无机物出发，按一定的方法合成出所需要的产物。包括天然产物、新化合物的合成和合成新方法的研究。 （4 ）反应机理的研究 反应的微观过程。包括动力学和热力学参数。,广东药学院 主讲人: 申东升,1.2 有机化合物的结构 structure 有机化合物的结构是指有机分子的组成，分子中各原子相互结合的顺序、方式和在空间中的相对位置，各原子中的电荷分配，分子转化过程中的能量变化等。 物质结构决定物质性质，物质性质反映物质结构 1.2.1 凯库勒结构理论 德国科学家Kekule认为: 碳原子为四价；可成碳链或碳环,广东药学院 主讲人: 申东升,（1）甲烷 (methane),（2）乙烷 (ethane),（3） 环己烷 (cyclohexane),广东药学院 主讲人: 申东升,荷兰科学家 Vant Hoff 和法国科学家 Le Bel 提出 饱和碳原子的正四面体结构,(c) 球棍模型 （d）比例模型,甲烷分子结构的立体模型,(a)碳原子的正四面体结构 (b)甲烷,1.2.2 化学键 美国化学家 Lewis 提出化学键的概念 离子键 共价键 配位键 形成键的电子对在成键以前是属于一个原子的。电子对给予体、接受体。,广东药学院 主讲人: 申东升,Lewis 结构式 用圆点表示电子的化学式,路易斯结构式 用电子对表示共价键的结构式。把所有的价电子都表示出来。 将凯库勒式改写成路易斯式,改写时，不要忘记加上孤电子对,广东药学院 主讲人: 申东升,写成,凯库勒式 路易斯式,1.2.3 现代共价键理论,分子结构：指分子中原子的成键次序和键合方式。,分子式相同： C2H6O 沸点： 78.2 -23,广东药学院 主讲人: 申东升,（1 ） 原子轨道和电子云 原子中电子的运动状态叫做原子轨道，用波函数表示。 是电子运动状态的空间坐标的函数。例如，1s电子的波函数是电子与原子核之间的距离r的函数。 1s电子云的分布情况 2Pz轨道,广东药学院 主讲人: 申东升,（2 ） 价键法 两个原子互相接近生成共价键时，它们的原子轨道互相重叠，自旋相反的两个电子在原子轨道重叠的区域内为两个成键原子所共有。 键 电子云围绕键轴对称分布的共价键 键 电子云从侧面相互平行交盖形成的共价键 （3 ）杂化轨道理论（在烷、烯、炔、苯相应章节中讲解） 分子中各原子核以一定的方式排列，价电子分布在这些原子核周围。,广东药学院 主讲人: 申东升,1.3.1 共价键的几个重要参数 （1）键长 指成键原子核之间的距离,一些共价键的键长,1.3 共价键的几个重要参数和断裂方式,广东药学院 主讲人: 申东升,（2） 键角,乙醚,戊烷,甲烷,指键与键之间的夹角。,甲醛,广东药学院 主讲人: 申东升,甲烷C-H键键能（414kJ.mol-1)是上述解离能的平均值。 键能反映了共价键的强度，键能愈大则键愈牢固。,（3 ）键能 成键时体系释放的能量或断键时体系吸收的能量。多原子分子键能通常是键的解离能平均值。,广东药学院 主讲人: 申东升,一些共价键的键能,化学环境不同的相同共价键的键能是有差异的！,广东药学院 主讲人: 申东升,当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（-）；电负性小的原子带有部分正电荷（+）。键的极性强弱用偶极矩（）来衡量，它是电荷与电荷之间距离的乘积： =q.d（C.m)，,+ -,（4 ）键的极性和可极化性,=3.57x10-30（C.m),常见原子的电负性： H Li Be B C N O F 2.15 0.95 1.5 2.0 2.6 3.0 3.5 3.9 Na Mg Al Si P S Cl K Ca I 0.9 1.2 1.5 1.9 2.1 2.6 3.1 0.8 1.0 2.6,广东药学院 主讲人: 申东升,多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和,=0（C.m),=6.47x10-30（C.m),=3.28x10-30（C.m),偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零的分子是极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。,广东药学院 主讲人: 申东升,共价键的可极化性： 在外电场影响下，共价键内电子云分布发生改变，即分子的极性状态发生了改变，这种现象称为键的可极化性。不论是极性或非极性共价键，均有此性质。 键极化的难易程度称为极化度。 键的极化度大小主要决定于成键原子电子云的流动性，电子云流动性越大，键的极化度也就越大。 成键原子的体积越大、电负性越小，电子云流动性就越大。,广东药学院 主讲人: 申东升,+ + + -,（5）诱导效应 由于成键原子电负性不同，引起分子内电子云分布不均匀，这种影响沿分子链静电诱导地传递下去；这种分子内原子间相互影响的电子效应，称为诱导效应（inductive effect），用 I 表示。,诱导效应随分子链的增长而迅速衰减。,广东药学院 主讲人: 申东升,1.3.2 共价键的断裂和有机反应类型,离子型反应：亲电反应、亲核反应,广东药学院 主讲人: 申东升,1.4.1 按碳骨架分类 （1）开链化合物,1-丁烯 2-甲基丙醇,（2）脂环族化合物,环戊烷 环辛炔 环己醇,广东药学院 主讲人: 申东升,1.4 有机化合物的分类和表示方式,（3）芳香族化合物,苯酚 硝基苯 萘,（4）杂环 化合物,呋喃 吡啶 2-呋喃甲醛,广东药学院 主讲人: 申东升,1.4.2 按官能团分类,一些常见重要官能团,广东药学院 主讲人: 申东升,1-丙醇 环戊烷,短线式 缩简式 键线式,脂肪族化合物常用缩简式、环状化合物常用键线式！,1.4.3 结构式的书写,广东药学院 主讲人: 申东升,广东药学院 主讲人: 申东升,1.5 有机酸碱的概念,1.5.1 酸碱电离理论,阿累尼乌斯1884年指出，在水中能电离出质子持称为酸，能电离出氢氧负离子的称为碱。,广东药学院 主讲人: 申东升,1.5.2 酸碱质子理论,勃朗斯德酸碱理论 给出质子为酸，接受质子为碱。,广东药学院 主讲人: 申东升,酸的强度用Ka或 pKa表示， pKa越小，酸性越大。,中心原子电负性影响,广东药学院 主讲人: 申东升,中心原子大小（原子半径）的影响,广东药学院 主讲人: 申东升,1.5.3 路易斯酸碱理论,常见的Lewis酸：,1. 6 有机化合物的结构测定 1.6.1 分离提纯 从有机合成的粗产物或天然产物中，经物理或化学过程除去杂质得到纯粹物质。 这些分离方法有： 蒸 馏 常压蒸馏、减压蒸馏、精密分馏、分子蒸馏、 反应蒸馏、萃取蒸馏、水蒸气蒸馏、共沸蒸馏等 结 晶 单溶剂重结晶 、多元溶剂重结晶 、分步冷冻结晶 萃 取 加压萃取、减压萃取、超临界萃取、液液萃取、液固萃取 色谱法 薄板色谱、纸色谱、柱色谱、气相色谱、液相色谱 升 华 减压升华、常压升华 膜分离 反渗透膜、超渗透膜、浓差极化 电泳分离,广东药学院 主讲人: 申东升,广东药学院 主讲人: 申东升,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 60.00/12.01 = 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。,1.6.3 经验式和分子式的确定,1.6.2 元素定性分析和定量分析,广东药学院 主讲人: 申东升,1.6.4 有机化合物的结构测定,红外光谱、核磁共振光谱、 紫外光谱、质谱的运用 （专章讲解）,反映物质固态时晶格之间力的大小。 在晶格中，分子间力取决于分子的大小、晶格排列的对称性，以及晶格的疏密度。 对称性好，晶格排列紧密，熔点就高。 同系物中，熔点随分子量的增大而增高。 支链烷烃由于位阻，晶格排列疏松，分子间作用力小，熔点较直链烷烃低。 支链烷烃若具有高度对称性，其熔点就高。 试比较熔点： 正戊烷、异戊烷、新戊烷,广东药学院 主讲人: 申东升,1.7 分子结构与物理性质,有机物的物理性质包括状态、气味、颜色、熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、旋光度及红外谱、核磁共振谱、紫外谱、质谱等性质。 1、熔点,2、沸点 反映物质在液态时分子之间力的大小。 分子间的吸引力叫内聚力，包括色散力（范德华力）、氢键。 非极性分子间的吸引力叫色散力（范德华力），它是由于分子中的电子在运动过程中产生瞬时偶极，在某一瞬间分子的一端有较多电子云，两个偶极间产生微弱的吸引力。 色散力的大小与分子中的原子数目成正比。 分子中的原子越多，色散力越大，分子就越不容易脱离液相而挥发。因此，分子量越大，沸点越高。 有支链的分子，由于支链的阻碍，分子不能紧密地靠在一起（位阻），色散力小一些，沸点就相应地低一些。 试比较沸点： （1）丙烷与正丁烷 （2）正丁烷与异丁烷,广东药学院 主讲人: 申东升,3、比重,反映分子间力的大小 分子量增大，比重增大 分子的不饱和度增大，比重增大 卤代烃的比重大于其母体烃，与碳数成反比 RI RBr RCl RF RH 形成氢键能力愈大，比重愈大 RCOOH RCH2OH RNH2 ROR RH 比重是温度的函数 试比较溶液比重： 四氯化碳、氯仿、二氯甲烷,广东药学院 主讲人: 申东升,4、折射率,衡量分子的极化程度 物质分子中电子的移动或极化会降低光线前进速度，电子极化程度愈大，光速减低愈大 电子与原子核结合愈松（原子半径大），极化度愈大 分子中有不饱和键时，电子易移动，极化度愈大 折射率是温度的函数 试比较折射率： 苯、环己烷 CHBr3 1.5960 CHCl3 1.4460,广东药学院 主讲人: 申东升,5、溶解度,反映溶质与溶剂之间的作用力。 相似相溶规则： 结构相似的化合物，分子间的作用力相近，相互能溶解。 极性物质溶于极性溶剂，非极性物质溶于非极性溶剂,广东药学院 主讲人: 申东升,广东药学院 主讲人: 申东升,广东药学院 主讲人: 申东升,