第一章-有机化学概述ppt课件.ppt

有机化学主主 讲：讲： 金金 淑淑 惠惠 电电 话：话： 62733003E-mail: 时时 间间 : 2009年年2月月6月月学学 时时: 56 1. 汪小兰汪小兰 . 有机化学（第四版）有机化学（第四版）2. 刑其毅刑其毅 . 基础有机化学（第三版）基础有机化学（第三版）3 . R T 莫里森莫里森. 有机化学，中英文版有机化学，中英文版教教 材材: 李楠李楠. 有机化学，第二版有机化学，第二版 中国农业出版社中国农业出版社主要参考书：主要参考书：有机化学概论有机化学概论1.1 有机化学的产生和发展有机化学的产生和发展1.2 有机化合物的特点有机化合物的特点1.3 研究有机化合物的一般方法研究有机化合物的一般方法1.4 有机化学中的化学键有机化学中的化学键1.5 共价键的性质共价键的性质提提 纲纲 1.6 1.6 分子间作用力分子间作用力 1.7 1.7 有机化合物的分子表达式有机化合物的分子表达式 1.8 1.8 酸碱概念酸碱概念 1.9 1.9 有机反应主要类型有机反应主要类型 1.10 1.10 有机化合物有机化合物的分类的分类提提 纲纲 1685年法国的年法国的Leremy将物质分为：将物质分为： 无机物无机物： 有机物有机物： 从非生物体或矿物中得到的从非生物体或矿物中得到的从生物体（植物或动物）中得到的从生物体（植物或动物）中得到的Berzelius 于于1806年首先引用年首先引用“有机化学有机化学”名称名称 生命力学说生命力学说：“有机物只能在生物体内神有机物只能在生物体内神秘的生命力影响下才能制造，不能用人工方法秘的生命力影响下才能制造，不能用人工方法制造。制造。”1.1 有机化学的产生和发展有机化学的产生和发展KOCNNH4C（氰酸钾）lNH4OCNKC （无机物）（有机物）（尿素）（氰酸铵）H2NCONH2l1828 年年 Gottingen 大学的大学的Friedrich W hler教授教授蒸发氰酸铵蒸发氰酸铵世界上第一个人工合成的世界上第一个人工合成的 有机物有机物19世纪下半叶世纪下半叶 有机合成迅猛发展有机合成迅猛发展 18501900 由煤焦油合成药品、燃料、炸药由煤焦油合成药品、燃料、炸药. 20世纪世纪40年代年代 石油合成合成纤维、合成橡胶石油合成合成纤维、合成橡胶 此后，此后，1845年，年，Kolbe 合成了醋酸合成了醋酸 1854年，年，Berthelot 合成了油脂合成了油脂 “生命力学说生命力学说”瓦解。瓦解。有机化学由提取进入有机化学由提取进入提取与合成并举的时代。提取与合成并举的时代。有机化合物和有机化学定义有机化合物和有机化学定义 有机化合物有机化合物是指是指含碳含碳化合物或化合物或碳碳、氢氢化合物及其衍生物。化合物及其衍生物。 有机化学有机化学是研究含碳化合物的是研究含碳化合物的组成、组成、结构、性质及其相互转化结构、性质及其相互转化的一门科学的一门科学 学科建设学科建设 （1） 制备了几千万种有机化合物（制备了几千万种有机化合物（2001年，年，CA 收录约收录约2500万个）。万个）。 （2） 建立了一套系统鉴定和测定有机化合物的方建立了一套系统鉴定和测定有机化合物的方法。法。 （3） 逐步建立和完善了有机化学的理论。逐步建立和完善了有机化学的理论。 学术成就学术成就 诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖20世纪（世纪（46项重大发明，项重大发明，8项与有机化学有关）。项与有机化学有关）。 研究思路与基本任务研究思路与基本任务1 从生物体中分离、提取后测定结构和性质，并从生物体中分离、提取后测定结构和性质，并加以利用；加以利用；2 物理有机化学研究：研究结构与性质的关系、物理有机化学研究：研究结构与性质的关系、反应的途径、影响反应的因素等。反应的途径、影响反应的因素等。3 以简单有机物为原料合成；以简单有机物为原料合成； 4 控制污染控制污染 ；5 分子水平研究生命现象分子水平研究生命现象 生命过程是许多生物分子间发生各种化学反应生命过程是许多生物分子间发生各种化学反应以及所引起的物质和能量转移的结果。以及所引起的物质和能量转移的结果。1 结构特点结构特点有机化合物种类极多。有机化合物种类极多。2.2 有机化合物的特点有机化合物的特点同分异构体同分异构体：具有相同分子式，具有相同分子式， 不同结构和性质的化合物。不同结构和性质的化合物。C2H6O CH3OCH3 CH3CH2OH2 2 性质特点：性质特点： 性质性质 离子型化合物离子型化合物 共价型化合物共价型化合物 可燃性可燃性 不易燃不易燃 易燃易燃 热稳定性热稳定性 稳定稳定 易分解熔点易分解熔点 熔点熔点 高高 多低于多低于400C 400C 极性极性 强强 弱弱 水溶性水溶性 大大 小小 化学反应化学反应 速度快速度快 速度慢速度慢 产物产物 单一单一 副产物多副产物多天然化合物合成化合物分离纯化、纯度检验（m.p. bp. d, n)纯净化合物元素分析（定性、定量）相对分子质量测定结构分析相对分子质量 Mr官能团分子式分子结构实验式1.3 研究有机化合物的一般方法研究有机化合物的一般方法 结晶、分馏、升华、结晶、分馏、升华、 萃取、层析法、萃取、层析法、 蒸馏蒸馏 （常压蒸馏、减压蒸馏、（常压蒸馏、减压蒸馏、 水蒸气蒸馏），等水蒸气蒸馏），等 薄层层析薄层层析 层析法层析法 柱层析柱层析 纸上层析纸上层析 气相色谱与高压液相色谱气相色谱与高压液相色谱1 1 提纯方法：提纯方法：2 元素分析元素分析 实验式实验式例：例： C: 70.4% H: 13.9% 求实验式？求实验式？W(O) = (100-70.4-13.9) % = 15.7% C: 70.4%/12.01 = 5.86 6 H: 13.9/1.008 = 13.78 0.98 = 14 O: 15.7/16 = 0.98 1则实验式为： C6H14O3 相对分子质量的测定相对分子质量的测定质谱法质谱法 以以 12C12.000000为基准为基准 用量：用量：0.1 mg 1 g 物理法：物理法：红外、紫外光谱、红外、紫外光谱、元素分析、元素分析、结构鉴定结构鉴定 核磁共振、质谱、核磁共振、质谱、X-X-射线射线 化学法：化学法：费时，准确性差费时，准确性差1.4 有机化合物中的化学键有机化合物中的化学键分子结构分子结构：组成分子的若干原子在分子：组成分子的若干原子在分子 内的内的连接顺序和结合方式连接顺序和结合方式。化学键化学键：将原子结合在一起的电子作用。：将原子结合在一起的电子作用。Kossel and Lewis 提出：提出： 离子键离子键：原子间通过电子转移：原子间通过电子转移化学键化学键 共价键共价键：原子间共用电子对：原子间共用电子对一一 Lewis电子结构式：电子结构式：. . .+ FFLi LiCH4 C+4HCHHHHORCHHHH单键（ 键）C2H4CCHHHHC C HHHH二二 、共价键理论、共价键理论 分子轨道理论（分子轨道理论（Molecular Orbital Theory , MO） 杂化轨道理论（杂化轨道理论（Hybridized Orbital ） 价键理论价键理论（Valence Bond Theory, VB）1 . 价键理论（电子配对理论）价键理论（电子配对理论）a. 只有只有自旋方向相反自旋方向相反的未成对电子互的未成对电子互相接近时，才能形成稳定的共价键。相接近时，才能形成稳定的共价键。b.如果一个原子的未成对电子已经配如果一个原子的未成对电子已经配对对,它就不能再与其它原子的未成对它就不能再与其它原子的未成对电子配对电子配对共价键饱和性共价键饱和性c.形成共价键实质上是形成共价键实质上是电子云重叠电子云重叠，重叠越多，共价键越强重叠越多，共价键越强H的1s和Cl的3px电子云重叠的方向性p轨道与轨道与s轨道轨道重叠形成重叠形成键键P轨道与轨道与p轨道轨道重叠形成重叠形成键键 键键：电子云沿键轴方向重叠而形成的电子云沿键轴方向重叠而形成的价键，电子云分布沿键轴呈圆柱形对称价键，电子云分布沿键轴呈圆柱形对称价键理论总结了很多化合物的性质、反应价键理论总结了很多化合物的性质、反应, 对化合物的结构与性能的关系有指导作用对化合物的结构与性能的关系有指导作用, 形象形象, 易于接受。易于接受。局限性局限性: 只能表示两个原子核区域内电只能表示两个原子核区域内电子的运动子的运动(电子定域电子定域), 不能解释共轭双不能解释共轭双键的性质键的性质.2 . 分子轨道理论分子轨道理论原子轨道原子轨道：原子中的电子运动状态，原子中的电子运动状态，用波函用波函 数数表示表示。分子轨道分子轨道：分子中电子的运动状态分子中电子的运动状态，用用表示。表示。分子轨道为分子轨道为原子轨道的线形组合原子轨道的线形组合。 1 1= = 1 1 +2 2 2 2= = 1 1 - -2 2体系能量大大体系能量大大降低降低 +H2+HH435KJ mol 两个氢原子两个氢原子 1S子轨道形子轨道形 成氢分子轨成氢分子轨 道的能极道的能极 图图 12221=+ 2 1 1_（两原子核间（两原子核间电子云密度增电子云密度增大）大） 成键轨道成键轨道+（两原子核间电（两原子核间电 子云密度减小）子云密度减小） 反键轨道反键轨道_分子轨道三原则分子轨道三原则：成 键不 能 成 键+ 1 2 11.1.能量相近原则能量相近原则 ：组成组成分子轨道的两个原子轨分子轨道的两个原子轨道能量差越小越好道能量差越小越好。2.2.最大交迭原则：最大交迭原则：原子轨道相互交迭原子轨道相互交迭的部分越大，成键越强。的部分越大，成键越强。3.3.对称性原则。对称性原则。+ 键键：两个两个p原子轨道彼此平行重叠组成的分子轨原子轨道彼此平行重叠组成的分子轨道叫道叫 分子轨道，生成的键叫分子轨道，生成的键叫 键键pxxpxpxxp+据分子光谱测定，分子轨道能量大小据分子光谱测定，分子轨道能量大小顺序顺序: 1s*1s2s*2s2px2py=2pz*2py= *2pzRBrRClRIRBrRClRFRF氢键氢键： H H与一个与一个原子半径较小原子半径较小，电负电负性很大性很大, ,并并带有未共用电子对带有未共用电子对的原子的原子Y,Y,如如F F，O, NO, N原子结合时，由于原子结合时，由于Y Y的极强拉的极强拉电子的作用，使电子的作用，使H HY Y间的电子集中在间的电子集中在Y Y端，端，H H几乎裸露质子呈正电性，与带负几乎裸露质子呈正电性，与带负电的电的Y Y以静电结合以静电结合, ,形成氢键。形成氢键。HOHHOHHOH蛛网式蛛网式 CCCCCHHHHHHHHHHHH结构简式（缩写式）结构简式（缩写式）H3CCHCH2CH2CH3CH3键线式键线式OH1.7 有机化合物分子的表达方式有机化合物分子的表达方式 CH3CHCH2CH2CH2CH3CH3立体式立体式：CHHHHCHHHH第三节第三节 酸酸 碱碱 概概 念念 1 Brnsted1 Brnsted定义：定义： 凡是能凡是能给出质子给出质子的化合物叫的化合物叫酸酸 凡是能凡是能接受质子接受质子的化合物叫的化合物叫碱碱HCl + H2OH3+O Cl-+ 酸酸 碱碱 共轭酸共轭酸 共轭碱共轭碱 2 Lewis2 Lewis定义：定义： 凡能凡能接受接受电子对形成共价键电子对形成共价键的物质叫酸（缺电子）的物质叫酸（缺电子） 凡能凡能给出给出电子对形成共价键的物质电子对形成共价键的物质叫碱（富电子叫碱（富电子）碱碱HClHClLewis 酸酸F3BNH3F BFFNH3Lewis 酸酸碱碱酸碱加合物酸碱加合物加合物加合物缺电子的试剂（缺电子的试剂（LewisLewis酸）也称为酸）也称为亲电试剂。亲电试剂。 由亲电试剂进攻引起的反应属于由亲电试剂进攻引起的反应属于亲电型反应。亲电型反应。能给予电子对的试剂（能给予电子对的试剂（Lewis 碱）也称为碱）也称为亲核亲核试剂试剂。 由亲核试剂进攻引起的反应属于由亲核试剂进攻引起的反应属于亲核型反应。亲核型反应。 自由基反应（自由基反应（Free radical reaction) 离子型反应（离子型反应（Ionic reaction) 协同反应（协同反应（Concented reaction)1.9 有机化学反应的主要类型有机化学反应的主要类型按中间体分类按中间体分类C C C C CC C C C C能能量量能能量量均均裂裂( (homolysis) )AAACAC能能量量A碳碳负负离离子子(carboanion)自自由由基基碳碳正正离离子子( (carboanion) )ACC C C C C异裂（heterolysis）键的断裂方式键的断裂方式按参加反应的化合物分子的组成变按参加反应的化合物分子的组成变化分类：化分类： 加成反应加成反应 取代反应取代反应 消除反应消除反应 缩合反应缩合反应 氧化还原反应氧化还原反应 等等等等1.10 有机化合物的分类有机化合物的分类一一 按碳架分类按碳架分类链形化合物链形化合物环形化合物环形化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物)碳环化合物碳环化合物杂环化合物杂环化合物芳芳环环化化合合物物脂脂环环化化合合物物脂脂杂杂环环化化合合物物芳芳杂杂环环化化合合物物二二 按官能团分类按官能团分类 官能团：取代在碳骨架上并赋予有机物官能团：取代在碳骨架上并赋予有机物 特殊性质的原子或原子团；特殊性质的原子或原子团； 取代基：取代在碳骨架上但并不被看取代基：取代在碳骨架上但并不被看 作官能团的原子或原子团；作官能团的原子或原子团；化合物化合物分类分类官能团官能团结构结构官能团官能团名称名称酰卤、酰胺酰卤、酰胺CRO酰基酰基硝基化合物硝基化合物NO2硝基硝基胺胺N氨基氨基硫醇硫醇巯基巯基磺酸磺酸SHSO3H羧酸酯羧酸酯酯基酯基COO R腈腈氰基氰基C N磺酸基磺酸基CC双键双键烯烃烯烃炔烃炔烃CC叁键叁键卤代烃卤代烃化合物化合物分类分类官能团官能团结构结构官能团官能团名称名称CX卤原子卤原子醇和酚醇和酚OH羟基羟基醚醚O醚键醚键醛和酮醛和酮CO羰基羰基羧酸羧酸羧基羧基CO OH思考题思考题:P 14: 14