有机化学第一章资料课件

第一章第一章 绪绪 论论主讲人：主讲人：邓前军邓前军v邢其毅等邢其毅等邢其毅等邢其毅等基基基基础础有机化学有机化学有机化学有机化学（第二版），高等（第二版），高等（第二版），高等（第二版），高等教育出版社教育出版社教育出版社教育出版社 v莫里森等莫里森等莫里森等莫里森等 美美美美有机化学有机化学有机化学有机化学（第二版），科（第二版），科（第二版），科（第二版），科学出版社学出版社学出版社学出版社v胡宏胡宏胡宏胡宏纹纹等，等，等，等，有机化学有机化学有机化学有机化学（第二版），人民教（第二版），人民教（第二版），人民教（第二版），人民教学出版社学出版社学出版社学出版社v荣国斌等荣国斌等荣国斌等荣国斌等 大学有机化学基大学有机化学基大学有机化学基大学有机化学基础础，华东华东理工大理工大理工大理工大学出版社学出版社学出版社学出版社v魏荣宝等魏荣宝等魏荣宝等魏荣宝等 有机化学有机化学有机化学有机化学，天津大学出版社，天津大学出版社，天津大学出版社，天津大学出版社v初玉霞等初玉霞等初玉霞等初玉霞等 有机化学有机化学有机化学有机化学，化学工，化学工，化学工，化学工业业出版社出版社出版社出版社主要参考书主要参考书第一节第一节 有机化学的研究对象有机化学的研究对象1 1、有机化学、有机化合物的、有机化学、有机化合物的、有机化学、有机化合物的、有机化学、有机化合物的定义定义定义定义 有机化学（有机化学（有机化学（有机化学（organic chemistryorganic chemistry）是研究有机化合物）是研究有机化合物）是研究有机化合物）是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的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法学的科学。法学的科学。法学的科学。法学的科学。自从自从自从自从拉瓦锡拉瓦锡拉瓦锡拉瓦锡（Lavoisier.A.LLavoisier.A.L)和和和和李比希李比希李比希李比希（Von Von Liebig.J.FLiebig.J.F)创造有机化合物的分析方法之后，发现有机化合物均含创造有机化合物的分析方法之后，发现有机化合物均含创造有机化合物的分析方法之后，发现有机化合物均含创造有机化合物的分析方法之后，发现有机化合物均含有碳元素，绝大多数的含氢元素，此外，很多的有机化有碳元素，绝大多数的含氢元素，此外，很多的有机化有碳元素，绝大多数的含氢元素，此外，很多的有机化有碳元素，绝大多数的含氢元素，此外，很多的有机化合物还含氧、硫、氮等元素。合物还含氧、硫、氮等元素。合物还含氧、硫、氮等元素。合物还含氧、硫、氮等元素。葛美林葛美林葛美林葛美林（Gmelin.LGmelin.L)凯库勒凯库勒凯库勒凯库勒(KeKuleKeKule.A).A)认为碳是有机认为碳是有机认为碳是有机认为碳是有机化合物的基本元素，把化合物的基本元素，把化合物的基本元素，把化合物的基本元素，把“碳化合物称为有机化合物碳化合物称为有机化合物碳化合物称为有机化合物碳化合物称为有机化合物”，“有机化学定义为碳化合物的化学有机化学定义为碳化合物的化学有机化学定义为碳化合物的化学有机化学定义为碳化合物的化学”。肖莱马肖莱马肖莱马肖莱马（Schorlemmer,cSchorlemmer,c.).)在此基础上发展了这个观在此基础上发展了这个观在此基础上发展了这个观在此基础上发展了这个观点，认为碳的四个价键除自己相连之外，其余与氢结点，认为碳的四个价键除自己相连之外，其余与氢结点，认为碳的四个价键除自己相连之外，其余与氢结点，认为碳的四个价键除自己相连之外，其余与氢结合，于是就形成了各种各样的碳氢化合物合，于是就形成了各种各样的碳氢化合物合，于是就形成了各种各样的碳氢化合物合，于是就形成了各种各样的碳氢化合物-烃，其他烃，其他烃，其他烃，其他有机化合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生出来的。有机化合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生出来的。有机化合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生出来的。有机化合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生出来的。把有机化学定义为研究烃及其衍生物的化学。把有机化学定义为研究烃及其衍生物的化学。把有机化学定义为研究烃及其衍生物的化学。把有机化学定义为研究烃及其衍生物的化学。2 2、有机化合物的有机化合物的有机化合物的有机化合物的特性特性特性特性对热不稳定，容易燃烧对热不稳定，容易燃烧对热不稳定，容易燃烧对热不稳定，容易燃烧熔点较低熔点较低熔点较低熔点较低难溶于水，易溶于有机溶剂难溶于水，易溶于有机溶剂难溶于水，易溶于有机溶剂难溶于水，易溶于有机溶剂反应速度比较慢反应速度比较慢反应速度比较慢反应速度比较慢发生副反应发生副反应发生副反应发生副反应同分异构体的存在很普遍同分异构体的存在很普遍同分异构体的存在很普遍同分异构体的存在很普遍二、有机化学的产生和发展二、有机化学的产生和发展l17731773年年年年 首次由尿内取得纯的尿素首次由尿内取得纯的尿素首次由尿内取得纯的尿素首次由尿内取得纯的尿素.l18051805年年年年 由鸦片内取得第一个生物碱由鸦片内取得第一个生物碱由鸦片内取得第一个生物碱由鸦片内取得第一个生物碱吗啡吗啡吗啡吗啡.l18281828年，德国化学家，年，德国化学家，年，德国化学家，年，德国化学家，维勒维勒维勒维勒（wohler,Fwohler,F）首次人工用）首次人工用）首次人工用）首次人工用氰酸铵合成了尿素。氰酸铵合成了尿素。氰酸铵合成了尿素。氰酸铵合成了尿素。l从从从从1919世纪初至中期有机化学成为一门学科，建立了世纪初至中期有机化学成为一门学科，建立了世纪初至中期有机化学成为一门学科，建立了世纪初至中期有机化学成为一门学科，建立了经典的有机结构理论。经典的有机结构理论。经典的有机结构理论。经典的有机结构理论。l18571857年年年年凯库勒凯库勒凯库勒凯库勒提出了碳是四价的学说提出了碳是四价的学说提出了碳是四价的学说提出了碳是四价的学说。l 18581858年，年，年，年，库帕库帕库帕库帕（Couper,ASCouper,AS）提出：）提出：）提出：）提出：“有机化合物分有机化合物分有机化合物分有机化合物分子中碳原子都是四价的，而且互相结合成碳链。子中碳原子都是四价的，而且互相结合成碳链。子中碳原子都是四价的，而且互相结合成碳链。子中碳原子都是四价的，而且互相结合成碳链。l18611861年，年，年，年，布特列洛夫布特列洛夫布特列洛夫布特列洛夫提出了化学结构的观点，指出提出了化学结构的观点，指出提出了化学结构的观点，指出提出了化学结构的观点，指出分子中各原子以一定化学力按照一定次序结合，这分子中各原子以一定化学力按照一定次序结合，这分子中各原子以一定化学力按照一定次序结合，这分子中各原子以一定化学力按照一定次序结合，这称为分子结构；一个有机化合物具有一定的结构，称为分子结构；一个有机化合物具有一定的结构，称为分子结构；一个有机化合物具有一定的结构，称为分子结构；一个有机化合物具有一定的结构，其结构决定了它的性质；分子中各原子之间存在着其结构决定了它的性质；分子中各原子之间存在着其结构决定了它的性质；分子中各原子之间存在着其结构决定了它的性质；分子中各原子之间存在着互相影响。互相影响。互相影响。互相影响。l18651865年，年，年，年，凯库勒凯库勒凯库勒凯库勒提出了苯的构造式提出了苯的构造式提出了苯的构造式提出了苯的构造式。l18741874年，年，年，年，范特霍夫范特霍夫范特霍夫范特霍夫(VantVant Hoff.J.HHoff.J.H)和和和和勒贝尔勒贝尔勒贝尔勒贝尔(Le(Le Bel,J.ABel,J.A)分别提出碳四面体构型学说，建立了分子的立体概念，分别提出碳四面体构型学说，建立了分子的立体概念，分别提出碳四面体构型学说，建立了分子的立体概念，分别提出碳四面体构型学说，建立了分子的立体概念，说明了旋光异构现象。说明了旋光异构现象。说明了旋光异构现象。说明了旋光异构现象。l18851885年，年，年，年，拜尔拜尔拜尔拜尔（Von Von Baeyer.ABaeyer.A)提出张力学说。提出张力学说。提出张力学说。提出张力学说。l20世纪建立了世纪建立了现代有机结构理论现代有机结构理论现代有机结构理论现代有机结构理论。l1916年，年，路易斯路易斯（Lewis,G.N)提出了提出了共价键电子理论共价键电子理论共价键电子理论共价键电子理论。l2020世纪世纪世纪世纪3030年代，量子力学原理和方法引入化学领年代，量子力学原理和方法引入化学领年代，量子力学原理和方法引入化学领年代，量子力学原理和方法引入化学领域以后，建立了量子化学。域以后，建立了量子化学。域以后，建立了量子化学。域以后，建立了量子化学。l2020世纪世纪世纪世纪6060年代，合成了维生素年代，合成了维生素年代，合成了维生素年代，合成了维生素B B1212，发现了，发现了，发现了，发现了分子轨道守恒原理。分子轨道守恒原理。分子轨道守恒原理。分子轨道守恒原理。l2020世纪世纪世纪世纪9090年代初，合成了海葵毒素年代初，合成了海葵毒素年代初，合成了海葵毒素年代初，合成了海葵毒素。有机化学重要性有机化学重要性有机化学重要性有机化学重要性（1）在有机合成方法学有机合成方法学上，有可能出现我国独立发展的有价值的高选择性的新反应，在有机化学工业中特别是精细有机合成工业中出现我国发展的新流程。（2）在天然产物研究和传统医学的基础上以及在对生化过程深入了解后合理设计的基础上，将会出现一批我国独立（或合作）发展的新医药、新农药新医药、新农药。（3）在生物催化体系，寡糖及其缀合物的分离，结构测定和合成，生物信息的识别和传递生物信息的识别和传递等方面将出现有意义的结果。（4）有机功能材料，有机电子材料和分子器件有机功能材料，有机电子材料和分子器件等方面有可能得到有创见性的工作。三、有机化合物的来源三、有机化合物的来源1、动、植物2、煤3、石油4、甲烷水合物-可燃冰第二节第二节 研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物的一般步骤1、分离提纯、分离提纯 分离提纯的方法：重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。2、纯度的检验、纯度的检验 纯的有机物有固定的物理常数，如：熔点、沸点、比重、折射率等。3、实验式和分子式的确定、实验式和分子式的确定a、进行元素定性分析，找出分子中存在哪几种原子。b、进行元素定量分析，找出各种原子的相对数目，即决定经验式（实验式）。c、测定分子量，确定各种原子的确实数目，给出分子式。4、结构式的确定、结构式的确定 根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等确定结构式。第三节第三节第三节第三节 共价键的一些基本概念及共价键的一些基本概念及共价键的一些基本概念及共价键的一些基本概念及分子结构与其物理性质的关系分子结构与其物理性质的关系分子结构与其物理性质的关系分子结构与其物理性质的关系一、价一、价一、价一、价键键理理理理论论1 1、价、价、价、价键键的形成可看作是原子的形成可看作是原子的形成可看作是原子的形成可看作是原子轨轨道的重叠或道的重叠或道的重叠或道的重叠或电电子配子配子配子配对对的的的的结结果。果。果。果。2 2、共价、共价、共价、共价键键的的的的饱饱和性和性和性和性3 3、共价、共价、共价、共价键键的方向性的方向性的方向性的方向性二、二、杂杂化化化化轨轨道道道道能量相近的原子能量相近的原子能量相近的原子能量相近的原子轨轨道，可道，可道，可道，可进进行行行行杂杂化，化，化，化，组组成能量相等的成能量相等的成能量相等的成能量相等的杂杂化化化化轨轨道。道。道。道。1 1、SPSP3 3杂杂化化化化 为为了使了使了使了使SPSP3 3轨轨道，彼此达到最大的道，彼此达到最大的道，彼此达到最大的道，彼此达到最大的距离距离距离距离及最小的及最小的及最小的及最小的干干干干扰扰，以碳原子，以碳原子，以碳原子，以碳原子为为中心，四个中心，四个中心，四个中心，四个轨轨道分道分道分道分别别指向正四指向正四指向正四指向正四面体的每一个面体的每一个面体的每一个面体的每一个顶顶点，所以碳原子的四个点，所以碳原子的四个点，所以碳原子的四个点，所以碳原子的四个轨轨道都有道都有道都有道都有一定的方向性，一定的方向性，一定的方向性，一定的方向性，轨轨道彼此道彼此道彼此道彼此间间保持一定的角度，按保持一定的角度，按保持一定的角度，按保持一定的角度，按照照照照计计算，算，算，算，这这个角度个角度个角度个角度应该应该是是是是109.5109.5度，度，度，度，这样这样可以使每可以使每可以使每可以使每个个个个轨轨道达到最低干道达到最低干道达到最低干道达到最低干扰扰的程度。如的程度。如的程度。如的程度。如:甲甲甲甲烷烷2、SP2杂化化 一个一个一个一个S S轨轨道与两个道与两个道与两个道与两个P P 轨轨道形成三个道形成三个道形成三个道形成三个SPSP2 2轨轨道。三个道。三个道。三个道。三个 SPSP2 2的的的的轨轨道，道，道，道，对对称地分布在碳原子的周称地分布在碳原子的周称地分布在碳原子的周称地分布在碳原子的周围围，处处 于同一个平面上，三者之于同一个平面上，三者之于同一个平面上，三者之于同一个平面上，三者之间间的的的的夹夹角是角是角是角是120120度。度。度。度。键的形成键的形成3 3、SPSP杂杂化化化化一个S轨道和一个P 轨道形成两个SP 杂化轨道，如乙炔乙炔1、分子分子轨道法中目前最广泛道法中目前最广泛应用的是用的是原子原子原子原子轨轨道道道道线线性性性性组组合法合法合法合法 例如：两个原子例如：两个原子轨道道组成成两个分子两个分子轨道，其中一个分子道，其中一个分子轨道是由两原道是由两原子子轨道的波函数相加道的波函数相加组成：成：1=1+2 另一另一个分子个分子轨道是由两个原子道是由两个原子轨道的波函数相加道的波函数相加组成：成：2=1-2 三、分子三、分子三、分子三、分子轨轨道理道理道理道理论论分子中分子中分子中分子中电电子的运子的运子的运子的运动动状状状状态态,即分子即分子即分子即分子轨轨道道道道,用用用用波波波波函数函数函数函数 来表示来表示来表示来表示.分子轨道电子云密度分布：分子分子分子分子轨轨道道道道电电子填充，服从子填充，服从子填充，服从子填充，服从鲍鲍里原理，能量最低里原理，能量最低里原理，能量最低里原理，能量最低原理，原理，原理，原理，洪特洪特洪特洪特规则规则2、由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件三个条件：b、原子轨道重叠部分要最大。、原子轨道重叠部分要最大。a、对称匹配（就是对称性相同）、对称匹配（就是对称性相同）C、能量相近能量相近能量相近能量相近3 3、轨轨道和道和道和道和 轨轨道道道道轨道道四、共价四、共价四、共价四、共价键键的的的的键键参数参数参数参数1、键长键长是共价键结合的两个原子核核心之间的矩离。2、键角、键角两个共价键之间的夹角。3、键能、键能当当当当A A和和和和B B两个原子（气态）结合生成两个原子（气态）结合生成两个原子（气态）结合生成两个原子（气态）结合生成A-BA-B分子（气态）分子（气态）分子（气态）分子（气态）时，所放出的能量称为键能。时，所放出的能量称为键能。时，所放出的能量称为键能。时，所放出的能量称为键能。4 4、键矩、键矩、键矩、键矩正（或负）电荷中心的电荷值（正（或负）电荷中心的电荷值（正（或负）电荷中心的电荷值（正（或负）电荷中心的电荷值（e)e)与正负电荷中心之与正负电荷中心之与正负电荷中心之与正负电荷中心之间的矩离间的矩离间的矩离间的矩离(d)(d)的乘积的乘积的乘积的乘积:键矩键矩键矩键矩 =e*d=e*d共价共价键的断裂有两种方式：的断裂有两种方式：均裂均裂均裂均裂和和异裂异裂异裂异裂 五、共价五、共价五、共价五、共价键键的断裂的断裂的断裂的断裂均裂：均裂：均裂：均裂：A-BA+BA-BA+B（成键的一对电子平均分给两个原子或（成键的一对电子平均分给两个原子或（成键的一对电子平均分给两个原子或（成键的一对电子平均分给两个原子或原子团）均裂生成的带单电子的原子或原子团，称为游离原子团）均裂生成的带单电子的原子或原子团，称为游离原子团）均裂生成的带单电子的原子或原子团，称为游离原子团）均裂生成的带单电子的原子或原子团，称为游离基（或自由基）经过均裂生成游离基的反应，称为游离基基（或自由基）经过均裂生成游离基的反应，称为游离基基（或自由基）经过均裂生成游离基的反应，称为游离基基（或自由基）经过均裂生成游离基的反应，称为游离基反应（或自由基反应）反应（或自由基反应）反应（或自由基反应）反应（或自由基反应）异裂：异裂：异裂：异裂：A-BAA-BA+B+B-（成键的一对电子为某一原子或原子（成键的一对电子为某一原子或原子（成键的一对电子为某一原子或原子（成键的一对电子为某一原子或原子团所占有）经过异裂生成离子的反应称为离子型反应团所占有）经过异裂生成离子的反应称为离子型反应团所占有）经过异裂生成离子的反应称为离子型反应团所占有）经过异裂生成离子的反应称为离子型反应（分为亲电和亲核反应两种）（分为亲电和亲核反应两种）（分为亲电和亲核反应两种）（分为亲电和亲核反应两种）六、分子六、分子六、分子六、分子间间的作用力及其的作用力及其的作用力及其的作用力及其对对熔点、沸点、熔点、沸点、熔点、沸点、熔点、沸点、溶解度的影响溶解度的影响溶解度的影响溶解度的影响1 1、分子间的作用力、分子间的作用力、分子间的作用力、分子间的作用力 偶极偶极偶极偶极-偶极作用偶极作用偶极作用偶极作用(取向力取向力取向力取向力)极性分子间的相互作用，亦即偶极矩间的相互作用，极性分子间的相互作用，亦即偶极矩间的相互作用，极性分子间的相互作用，亦即偶极矩间的相互作用，极性分子间的相互作用，亦即偶极矩间的相互作用，称为偶极称为偶极称为偶极称为偶极-偶极作用，一个分子的偶极矩正端与一个分偶极作用，一个分子的偶极矩正端与一个分偶极作用，一个分子的偶极矩正端与一个分偶极作用，一个分子的偶极矩正端与一个分子的偶极矩负端间有相互吸引作用。子的偶极矩负端间有相互吸引作用。子的偶极矩负端间有相互吸引作用。子的偶极矩负端间有相互吸引作用。色散力色散力色散力色散力 瞬时偶极矩之间的相互作用，称瞬时偶极矩之间的相互作用，称瞬时偶极矩之间的相互作用，称瞬时偶极矩之间的相互作用，称色散力色散力色散力色散力。这种分子间的作用力，只有在分子比较接近时才存这种分子间的作用力，只有在分子比较接近时才存这种分子间的作用力，只有在分子比较接近时才存这种分子间的作用力，只有在分子比较接近时才存在，其大小与分子的极化率和分子的接触表面的大小在，其大小与分子的极化率和分子的接触表面的大小在，其大小与分子的极化率和分子的接触表面的大小在，其大小与分子的极化率和分子的接触表面的大小有关。这种作用力没有饱和性和方向性，在非极性分有关。这种作用力没有饱和性和方向性，在非极性分有关。这种作用力没有饱和性和方向性，在非极性分有关。这种作用力没有饱和性和方向性，在非极性分子中存在，在非极性分子中也存在，对于大多数分子子中存在，在非极性分子中也存在，对于大多数分子子中存在，在非极性分子中也存在，对于大多数分子子中存在，在非极性分子中也存在，对于大多数分子来说，这种作用力是主要的。来说，这种作用力是主要的。来说，这种作用力是主要的。来说，这种作用力是主要的。氢键氢键氢键氢键 特殊的分子之间作用力，有方向性和饱和性特殊的分子之间作用力，有方向性和饱和性特殊的分子之间作用力，有方向性和饱和性特殊的分子之间作用力，有方向性和饱和性。2 2、分子、分子、分子、分子间间的作用力的作用力的作用力的作用力对对物物物物质质的某些物理性的某些物理性的某些物理性的某些物理性质质的影响的影响的影响的影响对对沸点和熔点的影响沸点和熔点的影响沸点和熔点的影响沸点和熔点的影响 沸点沸点沸点沸点a a、分子极性愈大，偶极分子极性愈大，偶极分子极性愈大，偶极分子极性愈大，偶极-偶极作用愈大，沸点愈高。偶极作用愈大，沸点愈高。偶极作用愈大，沸点愈高。偶极作用愈大，沸点愈高。b b、如果分子极性相同，则分子量愈大，色散力也愈、如果分子极性相同，则分子量愈大，色散力也愈、如果分子极性相同，则分子量愈大，色散力也愈、如果分子极性相同，则分子量愈大，色散力也愈大，故沸点随分子量升高而升高。大，故沸点随分子量升高而升高。大，故沸点随分子量升高而升高。大，故沸点随分子量升高而升高。c、如果分子极性相同，分子量也相同，则分子间接触面积大的，色散力大，沸点高。d、分子量接近、分子量接近,分子内分子内OH键愈多键愈多,形成氢键愈多形成氢键愈多,沸点沸点愈高愈高.熔点熔点 分子分子对称性高称性高,排列比排列比较整整齐，熔点，熔点较高高.如如:正戊正戊烷 熔点熔点:-17度度,新戊新戊烷 熔点熔点:-160度度溶解度溶解度 相似的溶解相似的相似的溶解相似的七、七、电电子效子效应应-诱导诱导效效应应、共、共轭轭效效应应和超共和超共轭轭效效应应1、诱导效应 这种因某一原子或原子团的极性而引起电子沿着原子链向某一方向移动的效应，即键的电子移动，称为诱导效应。电电子的定域运子的定域运子的定域运子的定域运动动：如乙：如乙：如乙：如乙烯烯，键键的两个的两个的两个的两个P P 电电子子子子的运的运的运的运动动范范范范围围局限在两个原子之局限在两个原子之局限在两个原子之局限在两个原子之间间，这这叫做定域叫做定域叫做定域叫做定域的运的运的运的运动动 CHCH2 2=CH=CH2 2。电电子的离域子的离域子的离域子的离域现现象象象象2 2、共、共、共、共轭轭效效效效应应这种电子通过共轭体系的传递方式，叫做共共轭效效应。3 3、超共、超共、超共、超共轭轭效效效效应应这种键与键的共轭称为超共超共轭效效应.第四第四第四第四节节 有机化合物的分有机化合物的分有机化合物的分有机化合物的分类类一、按碳架分一、按碳架分类传统的有机化学家的分类方法是根据碳干的不同把它们分成三类：1、开链化合物：2、碳环化合物脂环化合物：芳香环化合物：杂环化合物：能决定化合物的特性的原子或原子能决定化合物的特性的原子或原子团称称为官官能能团（functional group).二、按官能二、按官能二、按官能二、按官能团团分分分分类类烃卤代烃醇酚醚醛酮羧酸有机化合物