有机化学.绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,教学和谐进步,有 机 化 学,只有平时多流汗，才能战时少流血。,斯大林,2,.,作业,每人准备两本作业本（全班使用统一的作业本）。,布置作业后一周内上交当次作业。,作业要认真、规范、字迹工整、版面整洁。,作业情况是平时成绩的重要依椐，避免拖交和旷交作业，拖交作业,2,次记为,1,次旷交，每旷交一次在期末总评中扣,1,分。,要求,1.,上课,不迟到，不早退，不旷课。旷课,1,次在总评成绩中,扣,2,分，,迟到或早退达,2,次记为,1,次旷课。,遵守,课堂纪律，认真听讲。,坚持课前预习，课后及时复习。,3.,做好课堂笔记。课堂笔记也是,平时成绩的重要依椐，课程结束前检查评分。,第一章 绪 论,1.1,有机化合物和有机化学,1.2,共价键,一、共价键的形成,二、共价键的属性,三、共价键的断裂和有机反应的类型,1.3,分子式和结构式,1.4,分子间相互作用力,1.5,酸碱的概念,1.6,有机化合物的分类,1.7,有机化合物的研究程序,1.8,学习内容,1.9,怎样才能学好有机化学,1.1,有机化合物和有机化学,一、概念,有机化合物,为,碳化合物,（,CO,CO,2,碳酸盐等例外），或,碳氢化合物及其衍生物,。,（,还有一些不含碳元素的有机化合物，如硅氧烷等有机硅类化合物。）,有机化合物的组成：,基本元素：,C,其它元素：,H, N, O, X, S, P, Si,等,“,有机”,(,Organic,) “,有机体”,(,Organism),的来源,有机化学的研究内容：,有机化合物,来源和制备,组成和结构,应用、有关理论和方法学,性质及变化规律,研究的重点是结构与性质之间的关系,1806,年，瑞典化学家,J.Berzelius,首次提出了“有机化学”这个名词，,二、有机化学的产生和发展,1,.,1828年以前的有机化学,（ 称为前期有机化学，或有机化学童年期）,“生命力”论 支配有机化学，有一种蒙昧感，神秘感。,停留在提取、分离、提纯阶段,2,.,1828年,1945年,（称为有机化学的青年期）,130,年间两大事件：,（1） 1828年德国化学家,Wohler,F.,发表了划时代的著名论文：“论尿素的人工制成”。,他第一次完全用无机化合物在实验室合成了尿素,NH,4,Cl + AgCNO AgCl +NH,4,CNO,动摇了“生命力”论的基础，从此有机化合物的合成进入大发展,（2）有机理论的建立和发展,1857,年,Kekule(,德)和,Couper(,英)独立分别的提出了,碳原子是四价的,1861,年布特列洛夫对有机化合物的结构提出了较完整的的概念，提出原子之间存在着相互的影响。,1865年,Kekule(,德)提出了,苯的结构,1874,年,Vaur Hoff,和,Le Bel,分别提出,碳四面体构型,学说,1885,年,Baeyer,提出,张力学说,至此，经典的有机理论基本建立。,Heitler,和,London,建立了,量子化学,鲍林提出了价键理论,诱导效应和共轭效应及共振论的建立,3,.,1945年至今（有机化学的成年期）,（,1,）研究手段的大发展,各种光谱技术的应用,分离技术,合成技术 1950年青霉素 1951年可的松,（,2,）天然产物的合成,1954年胆固醇、马钱子碱 利血平,1960年叶绿素 、秋水仙碱,1965年头孢菌素 ， 1972年维生素,B,12,1973,年前列腺素,F,22,198,9,年海葵毒素,19012009,年，诺贝尔化学奖共,101,项，其中有机化学方面的化学奖,62,项，占化学奖,61%,有机化学是一门发展迅速的学科,现已形成了许多边缘学科和交叉学科：,1.,有机化学与人民生活，国民经济和国防建设等方面都有着密切的关系。,农 业,医 药 卫 生,国 防,工 业,三、研究意义和发展趋势,(4),有机化学为相关学科（如材料科学、生命科学、环境科学）的发展提供了理论、技术和材料。,(1),人们的衣、食、住、行、医疗、保健、美容、化妆都离不开有机化合物。（能源）,(2),有机化学是化学工业、能源工业、材料工业和国防工业的基础。有机化学在为推动科技发展、社会进步、控制人口、提高人类的生活质量、改善人类生存环境的努力中，已经并将继续显现出它的高度开创性和解决重大问题的巨大能力。,(3),有机化学为农业的发展提供了重要手段。如农药、肥料、动植物生长调节剂、昆虫性息物质研发等。,一百多年来，随着有机化学的发展，我们的物质世界发生了一场大革命。例如，天然的石头，石油，水，空气和盐可以变成布匹和人造羊毛等，这在一百多年以前是不可想象的事情。上世纪四十年代新兴的高分子技术，使人类开始进入了征服材料的时代。目前，布匹，皮革和各种生活用具，无不可以从高分子原料合成。有机导体、有机超导、有机磁性材料、有机光学材料和光电转换材料正在代替传统材料而迅速发展，成为当今有机化学的前沿领域并展现美好的前景。随着生物技术的发展，“基因工程”取得较大的进展，在此基础上产生的杂交水稻大大缓解了因人口增长带来的粮食短缺问题。,2.,发展及趋势,然而，有机化学的发展远没有中止，人类已经向有机化学提出了更新更严峻的挑战。目前，世界人口仍不断增加，自然资源不断减少。因此，制造人类食物以代替天然蛋白质，淀粉等食物是摆在有机化学工作者面前的一个紧迫任务。目前，人类受到各种疾病的袭击，有些疾病，例如癌症及艾滋病，人类对它们还是束手无策。人类还不能战胜衰老和死亡。,有机化学和生物学的密切配合而形成的分子生物学可望对治疗疾病，控制遗传和延长人类生命,等方面起着巨大的作用。,全球,气候变暖，环境恶化，,人类生存已经受到严重威胁。,2009,年胡锦涛指出：,“加快推进生态文明建设，深入实施可持续发展战略，大力推进资源节约型、环境友好型社会建设，加快推进节能减排，加快污染防治，加快建立资源节约型技术体系和生产体系，加快实施生态工程，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。”,因此，开发高效温和的仿生催化剂使传统工业向绿色工业或,低碳,工业转化。高效无毒的农药及无污染的燃料等急需加快研究、开发、推广应用。,成就辉煌,任重道远,有机化学,社会的发展无疑需要有机化学的深入发展和更多更广的研究成果。因此，我们必须紧紧抓住新一轮世界科技革命带来的战略机遇，学好有机化学这一门基础学科，为经济建设作出贡献，为迎接世界范围内的新技术革命浪潮的到来作好准备。,1.,结构方面的特点,（,1,）,*碳原子总是四价的，碳原子间以共价键相互结合，形成碳链和碳环。,C,：,1s,2,2s,2,2p,2,，,因此，碳原子间以共价键相互结合，形成碳链和碳环，有机物分子中普遍存在共价键。,（,2,）,同分异构现象普遍,（有机物数量庞大的主要原因）。,2.,性质方面的特点,（,1,）易燃烧。,（,2,）熔点、沸点较低。,（,3,）难溶于水，易溶于有机溶剂。,（,4,）反应慢，有副反应，产物复杂。,四、有机化合物的特点,（,1,）,共,价键的形成,两原子如果都有未成对的电子，并且自旋方向相反，就能通过,原子轨道重叠，使电子配对形成共价键。,1.,价键理论,1.2,共价键,一、 共价键的形成,原子轨道,原子中每个电子的运动状态都可以用一个单电子的,波函数,（,x,，,y,，,z,）来描述,. ,称为原子轨道,原子轨道是核外电子运动的一个区域（或范围），有,s,、,p,等原子轨道。,（,2,）,最大重叠原理,:,成键,电子的原子轨道的重叠部分越大,形成的共价键就越牢固,。（解释共价键的方向性）,氢原子的,s,轨道重叠形成氢分子,H,H,+,H,H,=,氢原子 轨道重叠 氢分子,如果一个原子的未成对的电子已经配对，它就不能再与其它原子的未成对电子配对。（解释共价键的饱和性）,2p,1s,y,x,1s,2p,y,x,（,a,）,x,轴方向结合成键,（,b,）非,x,轴方向重叠较小不能形成键,共价键,:,两原子自旋相反的未成对电子通过原子轨道重叠（交盖）使电子配对形成的化学键称为,共价键。,共价键的类型,:,键和,键,2.,杂化轨道理论,价键理论,不能解释分子的空间结构，如,CH,4,分子。,(1),杂化和杂化轨道,(2),杂化轨道数目 参加杂化的原子轨道数目,(3),杂化轨道具有更强的成键能力，形成的分子更稳定。,(4),杂化轨道成键时要满足原子轨道最大重叠原理和化学键间最小斥力原则。,以甲烷分子的形成为例讲解,基态,2p,2s,1s,电子,跃迁,激发态,2p,2s,1s,sp,3,-,杂化态,杂,化,1s,sp,3,sp,3,杂化轨道形成过程示意图,碳原子在基态时的电子构型：,C,：,1s,2,2s,2,2p,x,1,2p,y,1,2p,z,0,原子中电子排布规则：,保里不相容原理，能量最低原理，洪特规则。,sp,3,杂化,在甲烷分子中，,C,原子是,sp,3,杂化。,s,轨道成分：,1/4,；,p,轨道成分：,3/4,。,sp,3,杂化轨道,sp,3,-1s ,键,4,个,C,H ,键,甲烷的结构,sp,3,杂化的碳原子,四面体,四面体,碳原子轨道的,sp,2,杂化,sp,杂化,(,见第三章,),3,、 分子轨道理论,(,略,),分子轨道,(,MO,),：电子在分子中运动的状态函数,（,1,）分子中的电子在整个分子内运动,(,离域,),，分别处于各种不同的分子轨道中。,+,+,-,节面,*,+,+,+,+,+,氢分子轨道形成示意图,1,2,1,2,（,2,）分子轨道由原子轨道线型组合而成,分子轨道数目等于参与组合的原子轨道数目,原子轨道组成分子轨道必须满足的条件：,能级相近,交盖程度越大，形成的键越稳定,对称性,(,位相,),相同,+,+,-,x,y,x,y,+,-,+,原子轨道的交盖与对称性,1,*,2,分子轨道,原子轨道,原子轨道,能,量,氢原子形成分子的轨道能级图,（,3,）电子在分子轨道中填充遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。,1.,键能,键能反映了共价键的强度，键能越大则键越牢固。,表,1.1,一些共价键的键能,共价键,键能,/kJmol,-1,共价键,键能,/kJmol,-1,形成共价键时体系释放的能量；,或断裂共价键时体系吸收的能量。,键能：,二、 共价键的属性,2.,键长,成键原子的原子核间的平均距离,共价键,键长,/nm,共价键,键长,/nm,表,1.2,一些共价键的键长,键能与键长决定键的稳定性。,3.,键角,键角：,两价以上的原子在与其它原子成键时，,键与键之间的夹角,。,甲烷 乙醚 甲醛,键角与键长决定分子的空间结构,4.,键的极性和极化,（,1,）,键的极性,非极性共价键,：两个相同的原子成键,电子云对称分布在两个原子之间，,正、负电荷中心重合。,极性共价键,：,不同的原子成键时，由于原子的电负性不同，使电负性较强原子一端的电子云密度较大，正、负电荷中心不重合。,共价键的极性大小是用偶极矩,(),来度量的。,=,q,.,d,q,:,电荷,d,:,正负电荷之间的距离,:,单位为,C,m ,库,(,仑,),米, =,3.57 10,-30,Cm,（,2,）,分子的极性,双原子分子：分子的极性与键的极性一致,非极性分子,极性分子,多原子分子：,键无极性，分子无极性。如,S,8,键有极性,分子空间构型对称，分子无极性，如,CH,4, CCl,4, CO,2,等；,分子空间构型不对称，分子有极性，如,H,2,O, CH,3,Cl,等。,分子极性的大小也用偶极矩,来衡量。,（,3,）,键的极化,在外电场的作用下，共价键的极性发生改变的现象，称为键的极化。,外电场可以是离子、极性分子等。键的极化对化学反应有重要影响。,有机反应的本质：,旧键的断裂和新键的生成,反应物,CCl,4,三、共价键的断裂和有机反应的类型,有机反应：,产物,溶剂,底物,试剂,（,1,）,共价键断裂的方式：,异裂,：,均裂,：,自由基：,具有未成对电子的原子或原子团,碳正离子,碳负离子,有机反应活性中间体：,碳正离子、碳负离子、自由基,自由基反应,：,由共价键均裂产生自由基而进行的反应。,离子型反应,：,由共价键异裂产生离子而进行的反应。,协同反应,：,有些有机反应过程没有明显分步的共价键均裂或异裂,只是通过一个环状的过渡态,化学键的断裂和新化学键的生成同时完成而得到产物,.,（,2,）有机反应的类型：,1.3,分子式和结构式,1.,概念,分子结构：,指分子中原子间的排列顺序,原子相互间的立体位置,化学键的结合状态以及分子中电子的分布状态等各项内容在内的总称,.,分子结构主要包括,构造,、,构型,和,构象,。,分子式：,表示组成分子的原子种类和数目的化学式,C,2,H,6,O,CH,3,CH,2,OH,CH,3,O,CH,3,乙醇,二甲醚,分子构造：指分子中的原子相互连接的顺序和方式。,2.,构造式表示方法,(1),价线式（蛛网式）,异丁烷,乙醇,分子构造式：,表示分子中各原子的连接顺序和方式的化学式叫构造式,(,结构式,),。,(2),简式或缩写式,:,相同氢原子合并，右下角注明其数目，相同基团也可合并，并加括号以示区别。,省去价线式中水平位置碳链之间单键的短线。,(3),键线式（环状化合物常用）,6-,甲基,-2-,庚烯,环丙烷,苯,呋喃,1.4,分子间力和氢键,一、 取向力,-,-,H,Cl,H,Cl,-,-,H,Cl,Cl,H,极性分子之间的一种相互作用,固有偶极,（永久偶极）：极性分子本身就存在的偶极。,诱导偶极：,非极性分子在外电场影响下，电子云与核之间发生相对位移，造成分子的外形发生变化，分子出现了偶极，这个偶极叫诱导偶极。,取向力：,两个极性分子间由固有偶极的相互作用而产生的分子间引力叫取向力。,-,-,-,-,-,-,-,-,二、 诱导力,极性分子固有偶极的电场能使其它分子极化，产生诱导偶极矩。固有偶极与诱导偶极之间产生的作用力叫诱导力。,三、 色散力,分子内部电子不断运动和核的振动，使某一瞬间分子的正负电荷中心不重合，形成瞬时偶极。分子间通过瞬时偶极产生的吸引力叫色散力。,四、氢键,Y:,电负性很强，原子半径较小,(,两个必要条件？,),两个甲醇分子之间形成的氢键：,氢键,分子间力,1.5,酸碱的概念,一、,Brnsted,酸碱理论,Brnsted,定义：,酸：给出质子的分子或离子,碱：接受质子的分子或离子,酸 碱 碱 酸,共轭酸,1,共轭碱,2,共轭碱,1,共轭酸,2,强酸的共轭碱是弱碱：,弱碱,强酸,弱酸的共轭碱是强碱：,弱酸,强碱,酸的酸性越强，其共轭碱的碱性越弱；,碱的碱性越强，其共轭酸的酸性越弱。,酸,电子对接受体,碱,电子对给予体,电子对的授受,Lewis,酸碱反应,二、,Lewis,酸碱理论,Lewis,酸,能接受电子对,（,或具有空轨道原子）的分子和正离子：,烯烃或芳香族化合物。,Lewis,酸,含孤电子对,（,或含,电子）的分子,或负离子：,能够给出电子对（对原子核有亲合作用）的物质叫,亲核试剂,。,Lewis,碱是亲核试剂。,亲电试剂和亲核试剂,能够接受电子对（对电子有亲合作用）的物质叫,亲电试剂,。,Lewis,酸是亲电试剂。,1.6,有机化合物的分类,有,机,化,合,物,开链化合物,(,脂肪族化合物,),C,原子连接成链状,(2),脂环,(,族,),化合物,C,原子连接成环状,(3),芳香族化合物,含有芳环结构,(,4),杂环化合物,含有由,C,原子和其它原子,(,如：,O,N,S,),连接成环的化合物,一、 按碳骨架分类,二、 按官能团分类,官能团是分子中比较活泼而又容易发生反应的原子或原子团（基团）。它决定化合物的主要化学性质。含有相同官能团的化合物在化学性质上基本是相同的。因此，只要研究该类化合物中的一个或几个化合物的性质后，即可了解该类其它化合物的性质。,按官能团可分为烷、烯、炔、脂环烃、芳香烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸及其衍生物、胺等。,表,1.3,一些常见的重要官能团及化合物类型,化合物类型 化合物 官能团构造 官能团名称,（,1,）分离提纯（方法：重结晶法、升华法、蒸馏法、萃取法、色谱法等）。,（,2,）检验纯度（方法：测物理常数，如熔点、沸点、折光率等）。,（,3,）进行元素分析，确定实验式。,（,4,）测定分子式，确定分子量。,（,5,）通过化学和物理方法，确定结构。,（,6,）研究有机化合物的合成、性质及其应用。,1.7,有机化合物的一般研究程序,1.8,学习内容,有机化合物的命名、结构、性质、合成以及反应机理。,重点掌握：,结构和性质的相关关系,以及有机化合物的,反应,和,合成,。,1.9,怎样才能学好有机化学,1.,理解,十个字,理解、记忆、思考、练习、总结,要及时弄懂和掌握各章节的重点内容及相互联系、主要问题、难题。,2.,记忆,机械记忆,和,理解记忆相结合，,在理解的基础上做必要的记忆。对有机化合物的,构造式、命名、基本性质,等在开始学习时，要象记外文单词那样反复的强化记忆。多看、多写、多练。当脑海中的材料积累多了，就会掌握内在规律，并上升为理解记忆。,4.,练习,认真做练习题是学好有机化学的重要环节，不仅对理解和巩固所学知识是最有效的，同时也是检验是否完成学习任务的必要方法，做习题要在系统复习的基础上进行，,切忌抄袭,，否则有百害而无一利。,3.,思考,遇到疑难问题先思考，再查书或求老师解疑，切忌不求甚解，煮夹生饭。疑难问题积累多了得不到解决则有学不下去的危险，因为,有机化学内容是前后连贯的，系统性很强，只有掌握了前面的知识，才能理解后面的内容,。,5.,总结,学会归纳总结，要总结化合物结构与性质的关系，以了解共性与个性。还要揭示各类化合物之间内在联系与相互转化关系。 某一类化合物的性质往往是另一类化合物的制法，熟练的掌握了这些关系，才能设计各种特定化合物的合成路线。要把每章新出现的名词、概念搞清楚，做到准确理解。应用自如。,