南昌大学有机化学1绪论.ppt

有机化学OrganicChemistry,南昌大学化学系戴延凤博士yfdai,有机化学学习方法,学好有机化学的关键是要走进有机化学，喜欢有机化学。以下一些措施仅供参考：课前预习，课后复习。学会听课，及时发问，提高学习效率。必要的记忆：如命名原则、某些重要的反应等。通过必要的记忆，可以熟悉反应，发现规律，活跃思维，提高兴趣。把握主线结构与性能的关系。及时总结，按时完成作业,第一章绪论,1.1有机化合物和有机化学1.2有机化合物的结构1.3原子轨道和分子轨道1.4有机化合物的结构测定1.5官能团和有机化合物的分类,1.1有机化合物,指碳氢化合物和他们的衍生物（化合物中的某个原子（团）被其他的原子（团）取代后衍生来得那些化合物）。有机化合物就是碳的化合物。习惯上仍把碳和一些简单的碳化合物看作是无机化合物，如CO、CO2、CS2、HCN等组成有机化合物的元素很简单,常见的有C，H，N，O，S，P，X，Si及一些金属元素有机化合物与人们的生活密切相关,有机化合物的一般特点,数目庞大：1999年12月，CA收录的化合物数目已经达到2230万种，其中90%为有机化合物结构复杂，存在同分异构现象（如甲醚和乙醇）易燃、易爆(如汽油、酒精等)热稳定性差，受热(200300)易分解熔、沸点低，通常小于300难溶解于水，易溶解于有机物反应速率慢、反应复杂、副产物多：例如乙醇和乙酸在无催化剂的条件下要60年才可以达到平衡,1.1有机化学,定义：有机化学是研究有机化合物的来源和组成、结构、性质、变化规律、合成以及应用的科学研究内容：天然有机化学-天然产物的研究有机合成化学元素有机及金属有机化学有机分析化学生物有机化学有机化合物结构的测定物理有机化学-反应机理的研究应用有机化学,有机化学的发生和发展,1777年，Bergman（瑞典）将化合物分为“无机”和“有机”两大类18世纪，Scheele（瑞典，17421786）得到一系列的纯的化合物，如酒石酸，乳酸等1806年Berzelius（瑞典）首先提出“有机化学”(organicchemistry)和“生命力”学说有机化学作为一们学科在19世纪中叶形成。,Scheele的主要提纯工作,从酒石中提取酒石酸(1770)从酸牛奶中提取乳酸(1780)从尿中提取尿酸(1780)从柠檬中提取柠檬酸(1784)从苹果中提取苹果酸(1785),其他化学家的分离提纯工作,由尿中发现尿素(1773)由鸦片中得到第一个生物碱吗啡(1805)由植物叶中分离出叶绿素(1818)由植物中分离出马钱子碱、辛可宁等生物碱(1820),有机合成的早期成就,1828年FWohler（德）加热无机化合物氰酸铵(NH4CNO)溶液无意中得到有机化合物尿素1845年Kolbe（德）合成了醋酸1854年Berthelot（法）合成了油脂1861年布特列洛夫合成了糖-动摇了生命力学说，开创了有机化学的新时代。今天人工合成的有机物超过700万19世纪中叶，开始把有机化合物看作是碳的化合物,有机化学理论的发生和发展,1865年AKekule（德）提出碳是四价的学说，对有机化合物的发展起了推动作用1874年JHvantHoff（荷）和JALeBel（法）几乎同时提出了饱和碳原子的四面体学说开创了有机化合物的立体化学研究1917年，Lewis（美）用电子对的方法说明了化学键的生成1931年Huckel（德）芳香结构理论1933年Ingold（英）用化学动力学方法研究了饱和碳上取代反应的机理,有机化学理论的发生和发展,1965，WoodwardHoffmann分子轨道对称守恒原理1967，Corey逆合成分析原理1972，Olah碳正离子的系统概念1978，Lehn超分子化学（主客体化学）近代波谱技术（IR，NMR，MS）测定有机化合物分子结构，促进了有机化合物的研究。,有机化学化工的发展,18501900，合成有机化学时代，煤焦油化学时代19001940，有机化学工业时代，煤焦油染料、药物、炸药；1940，石油化工时代，石油三大合成材料（橡胶、塑料、合成纤维）1990，有机化学与生命科学、环境科学、材料科学、能源、国防、电子、信息产业、无机非金属材料等行业紧密联系，相互促进,自然界中碳的循环,1.2有机化合物的结构,结构(structure)分子中原子间的排列次序，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况等各项内容的总和。分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决于分子的结构。“结构决定性质，性质反映结构”，这是有机化学教与学的主线。构造分子中原子间相互连接的顺序叫做分子的构造。,1.2有机化合物的结构,凯库勒结构式（化学键、价键式、蛛网式）结构简式,1.2有机化合物的结构,键线式,路易斯结构式（价电子，包括孤对电子）,1.2有机化合物的结构,立体模型(球棍模型、比例模型）,1.3原子轨道,原子轨道:原子中电子的运动状态，用波函数表示。表示方法：电子云的形状和疏密、界面图的大小和疏密s,p,d,f(形状、伸展方向）,电子云,1.3原子轨道,核外电子排布规律-Pauli不相容、能量最低、Hund规则、八电子规则现代价键理论电子定域论：（1）价键的形成可看成是原子轨道重叠或电子配对的结果。条件：未成对电子，自旋相反（2）共价键的饱和性：价键数=单电子数（3）共价键的方向性：原子轨道重叠程度大小决定共价键的牢固程度。头碰头重叠（键）；肩并肩重叠（键）,1.3杂化轨道,1931年，Pauling（美）提出原子轨道杂化理论：能量相等的杂化轨道使成键能力更强，体系能量降低，成键后可达到最稳定的分子状态。（杂化轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目）sp杂化：如BeCl2直线型分子sp2杂化：如BF3平面型分子sp3杂化：如CH4正四面体结构1954年获诺贝尔化学奖，1963年获诺贝尔和平奖,杂化轨道,sp2杂化,Pauling,碳原子的sp3杂化,碳原子的sp2杂化,碳原子的sp杂化,CH4、C2H4、C2H2的形成,1.3分子轨道理论,分子中电子运动状态，即分子轨道，用波函数表示。分子轨道也有不同能层，电子的填充也应遵循三个原理。原子轨道数目与形成的分子轨道数目相等（原子轨道线形组合法）成键分子轨道：波相相同，波函数相加而成，能量低于相应的原子轨道；两核间电子云密度大；稳定分子反键分子轨道：波相相反，波函数相减而成，能量高于相应的原子轨道；两核间区域以外电子云密度大，不稳定,1.3分子轨道理论,组成分子轨道的原子轨道，能量应大致相近，对称性相同，并能最大程度地重叠，这样形成的分子轨道能量最低分子轨道理论主要用来处理p电子或电子，如乙烯分子中有两个未参加杂化的p轨道，这两个p轨道可通过线性组合（加加减减）而形成两个分子轨道(轨道)：,(),(*),键和键,按成键原子轨道重叠方向不同，共价键又可分为键和键两个成键原子轨道沿对称轴方向相互重叠（“头碰头”）而形成的键叫键。电子云分布近似圆柱形。以键连接的原子或基团可以绕键轴自由旋转，键不发生断裂，重叠程度大，键比较牢固。键存在于一切共价键之中,键和键,两个成键原子轨道以对称轴相平行互相重叠（两个p轨道从侧面“肩并肩”重叠）而形成的键叫键。键不能单独存在，必须与键共存。键形成后，限制了键的自由旋转。电子云重叠程度较小，键电子云分散暴露在两核连线的上下两方呈平面对称，离原子核较远，受核约束较小。因此键电子云具有较大的流动性，易受外界影响而发生极化，具有较强的化学活性，发生化学反应时，键易断裂。,键,键,共价键的键参数,共价键最基本特点是具有饱和性和方向性键长：成键原子的平衡核间距，单位nm（10-9m），键长越短，键越牢固。键角：键与键之间的夹角。,平均值：423+439+448+347)4=414KJ/molCH的键能为414KJ/mol。,键能：键的平均解离能，键能越大，键越牢固。,共价键的键参数,键的极性：由成键原子的电负性不同引起。用偶极矩(键矩)来度量：,qd的单位：Cm(库仑米)q正、负电中心的电荷，d电荷中心之间的距离例：HClCH3Cl,一般地，成键原子电负性差大于1.7，形成离子键，成键原子电负性差为0.51.6，形成极性共价键,共价键的键参数,分子的极性：用分子偶极距衡量，即分子中各键键距的矢量和。如：分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解度等,1.4有机化合物结构的测定,分离提纯-蒸馏、分馏、精馏、重结晶、色谱法物理常数的测定元素定性分析-如，钠熔法元素定量分析和实验式的确定-如，燃烧法,1.4有机化合物结构的测定,相对分子质量的测定和分子式的确定-由质谱法确定有机化合物的分子量。如化学实验式为CH2O，分子量为60，则其分子式为C2H4O2结构的确定官能团分析化学降解及合成物理方法的应用-如，NMR、IR、MS、UV-Vis,1.5官能团和有机化合物的分类,按碳链分类,官能团决定化合物典型性质的原子或原子团，含有相同官能团的化合物具有相似的化学性质按官能团分类,作业和考试,作业：有机化学有三大块内容，即课堂理论教学、习题作业、实验教学，相辅相成，缺一不可作业按章交给教师，每章全做全交；教师每次批改不少于12，并记录考试：有机化学实行教考分离，老师和学生是同一战壕的战友考试总成绩=平时成绩*0.3+期末成绩*0.7,