最新大学有机化学第01章PPT课件.ppt

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1、1.1有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学1.1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学(Organic Compound and Organic Chemistry)Organic ：有机的、有生命的。Organic Compound的最初含义是指有生机之物。1828年，魏勒(Whler F.)在实验室用氰酸铵合成尿素： 尿素NH4OCNH2N CONH2氰酸铵 葛梅林(Gmelin L.)和凯库勒(Kekule A.)提出碳是有机化合物的基本元素，并把含碳化合物称为有机化合物有机化合物。 只含碳、氢两种元素的有机化合物称为烃烃，其它有机化合物都可以看成是烃的衍生物。有机化学有机化

2、学是研究烃及其衍生物的化学。1 绪论绪论元素周期表中有一百多种元素，为什么把含碳化合物同其它一百多种元素的化合物分开元素周期表中有一百多种元素，为什么把含碳化合物同其它一百多种元素的化合物分开来讨论？来讨论？ 含碳化合物数目庞大； 含碳化合物的结构、物理性质及其化学性质与其它化合物有很大区别。5 诱导效应诱导效应 由原子的电负性不同所引起的极性效应,通过化学键传递到分子的其它部分,这种作用称为诱导效应(inductive effect)。常用“I”表示 。 1 绪论绪论1.2.1 有机化合物中的共价键有机化合物中的共价键1.2.1.2 共价键性质共价键性质CCCCl 诱导效应通过化学键传递时，

3、随着传递的化学键增多，诱导效应迅速减弱。诱导效应是一种永久效应，它影响化合物的分子极性。诱导效应的比较标准是氢原子。 * 原子或基团的电负性小于氢的，叫给电子基，用“I”表示；反之叫吸电子基，用“I”表示。 * 常见的吸电子基有：卤素，NO2，CN，COOH，CF3 SO3H等。 * 烷基可能是吸电子基，也可能是供电子基，当与不饱和碳原子或电负性比碳原子大的原子相连时，烷基为供电子基；当与饱和碳原子相连时，烷基表现为较弱的吸电子基1 绪论绪论1.2.1 有机化合物中的共价键有机化合物中的共价键1.2.1.3 共价键的断裂共价键的断裂XRR XX-R+X+R-+ (均裂) 游离基反应 (异裂)

4、离子型反应 (异裂) 离子型反应1 绪论绪论1.2.2 有机化合物分子结构与性能有机化合物分子结构与性能1.2.2.1 分子结构与物理性质分子结构与物理性质分子结构与一些物理性质的关系物 理 性 质分子量分子极性分子对称性范德华引力氢键沸点(l g)正比正比与支链多少成反比正比正比熔点(s l)正比正比正比正比正比相 对 密 度正比正比正比正比正比溶解度(g/100g H2O)相似相溶偶极距正比反比1 绪论绪论1.2.2 有机化合物分子结构与性能有机化合物分子结构与性能1.2.2.2 分子结构与化学反应分子结构与化学反应化学性能是指化合物进行化学反应的能力。有机化合物的化学反应性能与化合物分子

5、结构有关。1.2.2.3 影响化学反应活性的因素影响化学反应活性的因素有机化学反应活性主要有三个影响因素：底物(反应物)的结构和特性;进攻试剂的性质;反应环境条件(温度,压强,溶剂,反应时间)化合物分子中电荷相对集中，化学键极性较大以及局部空间拥挤过度，都将使该化合物的稳定性降低，有利于外来原子或原子团的进攻。 1 绪论绪论1.2.3 有机化学中的官能团和有机化合物的分类有机化学中的官能团和有机化合物的分类1.2.3.1 有机化合物中的官能团有机化合物中的官能团官能团官能团 指有机化合物分子中容易起化学反应的一些原子或原子团。官能团决定化合物的主要性质;含相同官能团的化合物具有相似的物理和化学

6、性质。1.2.3.2 有机化合物的分类有机化合物的分类按碳链结合方式分类；按官能团分类。化合物类别官能团官能团名称实 例烷烃C-C单键CH3CH3 乙烷烯烃CC双键CH2CH2 乙烯炔烃CC叁键CHCH 乙炔卤代烃F,Cl,Br,I卤素CH2Cl2 二氯甲烷芳烃C6H5-,C10H7-苯环,萘环C6H6,C10H8 苯,萘醇-OH羟基C2H5OH 乙醇酚-OH,Ar-羟基,芳基C6H5OH 苯酚醚COC醚键C2H5OC2H5 乙醚醛-CHO甲酰基(醛基)CH3CHO 乙醛酮CO羰基(酮基)CH3COCH3 丙酮羧酸-COOH羧基CH3COOH 乙酸酯-COOR酯基CH3COOCH2CH3 乙酸

7、乙酯硝基化合物-NO2硝基CH3NO2 硝基甲烷胺-NH2 -NHR氨基 胺基C6H5NH2 苯胺 (CH3)2NH 二甲胺偶氮化合物-NN-偶氮基C6H5NNC6H5 偶氮苯重氮化合物-NN-重氮基C6H5NNcl 氯化重氮苯硫醇-SH巯基C2H5SH 乙硫醇磺酸-SO3H磺酸基C6H5SO3H 苯磺酸氨基酸-NH2 -COOH胺基,羧基H2NCHCOOH 甘氨酸糖-OH, -CO-羟基,羰基CH2OHCHOHCHO 甘油醛杂环化合物含杂原子环状物 呋喃,吡咯,吡啶1.2 有机化合物的结构和分类有机化合物的结构和分类1 绪论绪论1.2.3 有机化学中的官能团和有机化合物的分有机化学中的官能团

8、和有机化合物的分类类1.2.3.3 有机化合物构造式的表示方法有机化合物构造式的表示方法表示有机化合物分子中原子的排列次序和成键方式的结构表达式称为有机化合物的构造式。.CCCCHHHHHHHHHH:.CCCCHHHHHHHHHH蛛网式键线式电子式1.3 有机化合物的命名原则有机化合物的命名原则1 绪论绪论1.3.1 有机化合物的系统命名法有机化合物的系统命名法 1.3.1.1 命名步骤命名步骤 3 主链碳原子上其它支链全部作为取代基主链碳原子上其它支链全部作为取代基1 根据化合物中所含官能团的情况根据化合物中所含官能团的情况,确定母体确定母体.2 选取含母体官能团的最长碳链作为主链选取含母体

9、官能团的最长碳链作为主链1.3 有机化合物的命名原则有机化合物的命名原则1 绪论绪论1.3.1 有机化合物的系统命名法有机化合物的系统命名法 母体选择顺序母体选择顺序(排在前面的优先排在前面的优先)为：为：-+NR3(铵) -COOH(羧酸) -SO3H(磺酸) -COOR(酯) -COX(酰卤) -CONH2(酰胺) -CN(腈) -CHO(醛) -COR(酮) -OH(醇，酚) -NH2 (胺) -R(烷基) -OR(烷氧基) 按上述顺序排在前面的官能团为母体，排在后面的为取代基。 编号原则编号原则：从离母体官能团最近的一端开始，对主链碳原子进行编号并用阿拉伯数字标示。当具有相同长度的碳链

10、可作为主链时，应选择具有支链最多的碳链作为主链。当主链长度和支链数目相同时，应遵循最低系列原则最低系列原则： 逐个比较两种编号法中表示取代基位置的数字，最先遇到取代基位置较小者，逐个比较两种编号法中表示取代基位置的数字，最先遇到取代基位置较小者，定为最低系列定为最低系列。取代基有官能团基,烃基,芳基等.烃基和芳基分别是相应的烷(烯,炔)烃和芳烃去掉一个氢原子后所剩余的部分,分别称为某基.中文名称化学式英文代号中文名称化学式英文代号甲基CH3-Methyl乙基CH3CH2-Ethyl丙基CH3CH2CH2-n-Propyl异丙基(CH3)2CH-i-Propyl丁基CH3CH2CH2CH2-n-

11、Butyl异丁基(CH3)2CHCH2-i-Butyl叔丁基(CH3)3C-t-Butyl仲丁基CH3CH2(CH3)C-s-Butyl戊基CH3CH2CH2CH2CH2n-amyl乙烯基CH2=CH-vinyl烯丙基CH2=CHCH2-allyl丙烯基CH3CH=CH-propenal苯基C6H5-Phenyl 芳基 Ar-1.3 有机化合物的命名原则有机化合物的命名原则1 绪论绪论1.3.1 有机化合物的系统命名法有机化合物的系统命名法 1.3.1.2 化合物书写化合物书写1 书写时根据主链碳原子数目的多少进行命名.当主链碳原子数在10以内时,分别用甲,乙,丙,丁,戊,己,庚,辛,壬,癸表

12、示,而当主链碳原子数超过10时,则直接用中文数字表示.2 母体官能团所在位置用阿拉伯数字标明,放在母体名前面.数字与母体名称用连子符连结.如果母体编号为1, 则1”字省略不写.3 取代基书写和命名时,放在母体名称的前面.取代基与表明母体官能团位置的阿拉伯数字之间用连字符连结;取代基在主链上的位置用阿拉伯数字标明,阿拉伯数字与取代基名称用连字符连结.4 如果在一个主链上同时连有多个取代基,应分别按取代基次序逐个标明.书写时,按取代基优先顺序取代基优先顺序书写. 如果在主链上有多个相同取代基,可合并书写.其位置数字应分别用阿拉伯数字表明,取代基个数用中文数字标明.中文数字放在取代基名称前面.CH3

13、CHOHCH2CHCH3CH34-甲基-2-戊醇CH3CH2CHCH3CHCH2CH3CHCH3CH2CH2CH2CH33,5-二甲基-4-乙基壬烷1234567891.3 有机化合物的命名原则有机化合物的命名原则1 绪论绪论1.3.1 有机化合物的系统命名法有机化合物的系统命名法 1.3.1.2 化合物书写化合物书写取代基优先顺序确定的原则取代基优先顺序确定的原则: 与主链相连的原子质量(原子序数)越大,排的顺序越优先;如果与主链相连的第一个原子质量相同,则逐个向下比较;如果取代基为不饱和基团,应把双键或叁键原子看作是它以单键和多个原子相连接.取代基优先顺序如下取代基优先顺序如下: -H,

14、-D, -CH3, -CH2CH3, -CH2CH2CH3, -CH2(CH2)2CH3, -CH2(CH2)3CH3, -CH2(CH2)4CH3, -CH2CH2CH(CH3)2, -CH2C(CH3)3, -CH2C6H5, -CH(CH3)2, -CH=CH2, -C(CH3)3, -CCH, -C6H5, -CH2OH, -CHROH, -CR2OH, -CHO, -COR, -COOR, -COCl, -Ccl3, -NH2, -NHR, -NHCOR, -NR2, -NO2, -OH, -OR, -OOCR, -F, -SH, -SR, -SO2R, -Cl, -Br, -I C

15、HCH2C1(C,C,H) C2(C,H,H)CCHC1(C,C,C) C2(C,C,H)1 21 2当作当作C2C1(C)(C)(C)(C)HC2C1HH(C)(C)H1.3 有机化合物的命名原则有机化合物的命名原则1 绪论绪论1.2.5 有机化合物的其它命名法有机化合物的其它命名法1.2.5.1 习惯命名法习惯命名法 1.2.5.2 衍生命名法衍生命名法 1.2.5.3 音译法音译法 1.3 有机化合物的命名原则有机化合物的命名原则1 绪论绪论用系统命名法命名下列化合物用系统命名法命名下列化合物 COOHCH3NO2CH3CH2CHCH3CHCH2CH3CHCH2CH2CH3CH2CH2C

16、H2CH31.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.1 紫外光谱紫外光谱 bcIIA0lgA10.5200 250 300 / nm紫外光谱测定有机化合物中双键结构的一种重要方法紫外光谱测定有机化合物中双键结构的一种重要方法 随着共轭双键的增加，吸收带迅速向波长增加的方向移动，这种现象叫红移随着共轭双键的增加，吸收带迅速向波长增加的方向移动，这种现象叫红移 有机化合物分子中的共轭效应，无论是吸电子共轭效应还是供电子共轭效有机化合物分子中的共轭效应，无论是吸电子共轭效应还是供电子共轭效应，都使应，都使 max和和 max增加。增加化合物分子中的共轭双键，或是对双键共轭增加。增加

17、化合物分子中的共轭双键，或是对双键共轭作用有利的结构因素，都将使作用有利的结构因素，都将使 max和和 max增加。随着共轭链长度的增加，增加。随着共轭链长度的增加， max和和 max都增加。如果分子中处于共轭体系的原子或原子团由于空间障碍都增加。如果分子中处于共轭体系的原子或原子团由于空间障碍而不能处于同一平面时，共轭作用减弱或消失，在紫外吸收光谱上表现为而不能处于同一平面时，共轭作用减弱或消失，在紫外吸收光谱上表现为吸收波长蓝移和吸收强度减弱。吸收波长蓝移和吸收强度减弱。 1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.2 红外光谱红外光谱 红外光谱是一种振动光谱红外光谱是一

18、种振动光谱, 它表现出分子内部原子之间某些振动方面的信息。它表现出分子内部原子之间某些振动方面的信息。 10004000 3000 2500 2000 1500 1000 800 700 625波数(v /cm-1)50波长(/m)2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16T%)11(2121MMKCKXMMMMKv1303)(130321212121MMMM折合质量 有机化合物中的官能团在某一区域出现吸收谱带, 总的相对位置恒定, 不受或很少受分子中其它部位影响, 这种谱带称为相应官能团的特征吸收。 官能团特征吸收峰出现较多的部分是38001350cm-1之

19、间, 这个区域叫官能团区, 1350cm-1以下部分的吸收受整个分子结构影响较大, 它反映整个分子结构特征, 所以称为指纹区。 1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.2 红外光谱红外光谱 影响有机分子中化学键红外光谱吸收频率的因素有化学键键力常数K和参与振动的原子或原子团质量M1和M2。影响分子键力常数的主要结构因素有：共轭效应、诱导效应、立体效应和氢键。 例如，羰基化合物中存在下面的共振结构平衡：CRO+X-(1)CXROCXRO+-(2) (3) 结构式(1)中是三键结构，结构式(2)中是双键结构，而结构式(3)中是单键结构，三键的键力常数大于双键的键力常数，双键的键

20、力常数大于单键的键力常数。 如果化合物分子中存在有利于稳定结构式(3)的因素，将使共振结构式(3)的含量增加，并导致羰基振动频率vC=O降低。反之，如果化合物分子中存在有利于稳定结构式(1)的因素，将使共振结构式(1)的含量增加，并导致羰基振动频率vC=O增加。 1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.3 核磁共振谱核磁共振谱(NMR) 1、信号的数目：提供分子中质子类型信息2、信号的位置：提供质子的电子环境信息3、信号的强度：提供质子的个数4、信号分裂情况：提供这个质子周围相邻质子的种类及个数的信息 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 /ppm 溴乙烷的1HNM

21、RNMR的研究对象是有机化合物中原子序数为单数的原子。 它反映质子周围的电子环境。 质子周围的电子密度越大质子周围的电子密度越大, 化学位移化学位移值越小。值越小。 值变化规律如下:（1）值从R-CH3 R2CH2 R3C-H依次增加。 （R连在饱和碳原子上, -I效应）（2）值随邻近原子电负性的增加而增加（3）值随H原子与电负性基团距离的增大而减小（4）值从烷基、烯基、芳基依次增加: 值: RCH =CH ArH1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.3 核磁共振谱核磁共振谱(NMR) 1.4.3.1 核磁共振现象核磁共振现象 氢原子核（质子）的自旋有两种取向：+1/2和

22、-1/2, 质子两个自旋态的能量相等。两种取向的质子会产生两种不同取向的磁矩。在外加磁场H0中, 两种取向质子能量不同，与外磁场相同的取向能量较低。两个能级之差为E、E与外磁场强度H0成正比: 02HhrE r为核常数, 称为磁旋比, h为普朗克常数。若质子受到一定频率的电磁波辐射, 当辐射所提供的能量恰好等于质子两种取向的能级差E时，即： hHhr02质子就会吸收电磁辐射的能量, 从低能级跃迁到高能级, 这种现象叫核磁共振。在NMR仪器中，把物质放入一个辐射频率（v）恒定的电场中而改变磁场（H0）的强度，获得一个核磁共振谱。 1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.3 核

23、磁共振谱核磁共振谱(NMR) 1.4.3.2 化学位移化学位移 1.4.3.2.1 化学位移化学位移的形成的形成 H原子周围的电子云形成电子环流。在外加磁场中，电子环流产生与外加磁场方向相反的感应磁场，要抵消一部分外加磁场的强度。质子所感受到的磁场强度会低于外加磁场的强度。一般小于百万分之几, 即ppm。 这时, 我们说质子受到了屏蔽效应。不同类型质子周围电子环流所产生的感应磁场不一样。在质子周围的电子云密度越大, 屏蔽效应也越大, 质子必定在更高的外磁场强度下才发生共振。质子由于受到不同屏蔽效应而产生不同磁质子由于受到不同屏蔽效应而产生不同磁场强度的共振叫化学位移。场强度的共振叫化学位移。化

24、学位移的单位可以用Hz表示（频率单位）在NMR中会出现不同位置的信号, 这样, 化学位移的大小, 直接反映了质子周围的电子环境。1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.3 核磁共振谱核磁共振谱(NMR) 1.4.3.2 化学位移化学位移 1.4.3.2.2 化学位移化学位移的表示的表示 化学位移值, 是有机化合物的重要物理常数。)(610610)()(ppmTMSMHzHz仪器频率样品仪器所用频率观察到的位移NMR测定中, 采用与标准物质(CH3)4Si（TMS）比较的方法。在用Hz表示化学位移时, 必须说明核磁共振仪所用的频率。通常使用的核磁共振仪有60, 90, 100

25、, 220, 450 MHz。TMS的为0的大小在NMR谱图中, 由右至左逐渐增加, 与扫场的顺序相反（=0, 对应于高场）1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.3 核磁共振谱核磁共振谱(NMR) 18轮烯：环外质子=8.2ppm；环内质子值为负值(=-1.99ppm)。1.4.3.2 化学位移化学位移 1.4.3.2.2 化学位移化学位移的表示的表示 C=C, CC，PhH中电子产生感应磁场的方向: ：CCH =CH ArH双键和苯上的H原子, 正落在感应磁场方向与外加磁场H0方向相同的区域, 这样使质子受到的屏蔽效应减小, 值增加, 这种作用叫去屏蔽作用。1.4 现代

26、物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.3 核磁共振谱核磁共振谱(NMR) 1.4.3.3 NMR谱图中峰的强度与数目谱图中峰的强度与数目 1.4.3.3.1 峰的数目代表化学不等价质子种类（氢原子种类）峰的数目代表化学不等价质子种类（氢原子种类） 判断两个质子是否是化学等价的方法是将它们分别用相同的原子Z取代, 如两个质子被取代后得到同一结构, 或者是对映异构体, 这两个质子就是化学等价质子, 化学位移相同。 CH3CH3： 6个H是化学等价质子 C CHaHbClBrHa和Hb是化学不等价质子 1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.3 核磁共振谱核磁共振谱(N

27、MR) 1.4.3.3 NMR谱图中峰的强度与数目谱图中峰的强度与数目 1.4.3.3.2 峰面积之比代表质子数目比峰面积之比代表质子数目比 积分曲线反映质子的数目情况。高度(面积)之比就是产生各种信号的H原子个数之比。 1.4.3.4 峰的裂分与自旋偶合峰的裂分与自旋偶合 1.4.3.4.1 裂分与偶合裂分与偶合 裂分现象产生的原因是由于相邻两个碳原子上的质子之间的自旋偶合（自旋干扰）引起的。 + 1/2- 1/2H0两个Hb质子的情况, b质子的邻近只有一个a质子, a在外磁场中自旋有两种情况： 2个b质子对a质子的自旋偶合作用 + 1- 1H001.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1

28、 绪论绪论1.4.3.4 峰的裂分与自旋偶合峰的裂分与自旋偶合 1.4.3.4.2 裂分规律裂分规律（1）当自旋偶合的n个邻近H原子都相同时, 裂分数目为n+1, 峰的强度符合(a+b)n展开式系数关系。 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1（2）当自旋偶合的邻近H原子不相同时, 裂分的数目为(n+1)(n+1)(n+1)在(1+1)(1+1)的情况, 峰为四重峰, 例如, Cl2CHCH2CHBr2中CH2分裂成四重峰, 峰的强度相等, 对于其它情况, 峰的分裂分辨不出来, 统称为多重峰。 （3）相同的H原子之间不偶合, 例如-CH3中的H原子不相互偶合, CH3-CH3中

29、的H原子也不偶合。 1.4 现代物理分析方法现代物理分析方法1 绪论绪论1.4.3.4 峰的裂分与自旋偶合峰的裂分与自旋偶合 1.4.3.4.3 偶合常数偶合常数 多重峰中两个相邻峰之间的距离叫偶合常数, 用J表示。其单位为Hz, 偶合常数是一个很有用的量, 它表示两个质子间相互干扰的强度, 干扰越大, 偶合常数也越大。 1 相互干扰的两种质子相互干扰的两种质子, 其偶合常数必然相等其偶合常数必然相等3 偶合常数的大小决定于相偶合偶合常数的大小决定于相偶合的质子间的结构关系。的质子间的结构关系。2 相互偶合的两组峰在图形上都是从相互偶合的两组峰在图形上都是从最外面的一个峰开始逐渐向上倾斜。最外面的一个峰开始逐渐向上倾斜。 Jab=JbaCH3CHCl2第一章 作业1.1 1, 4, 6, 71.4 1.5