有机化学第二版第一章徐伟亮.ppt

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1、有机化学有机化学48学时学时v 第一章第一章 绪绪 论论1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学1.2 有机化合物的特性有机化合物的特性1.3 分子结构和结构式分子结构和结构式(掌握表示方法掌握表示方法!)1.4 共价键共价键:1.4.1 共价键的形成共价键的形成(价键理论价键理论;轨道杂化轨道杂化Csp3;分子轨道理论分子轨道理论)1.4.2 共价键的属性共价键的属性(键长键长;键能键能;键角键角;键的极性和诱导效应键的极性和诱导效应I)共价键的断裂和有机反应的类型共价键的断裂和有机反应的类型;1.5 有机化合物的分类有机化合物的分类:1.5.1 按碳架分类按碳架分类;1.5.2 按

2、官能团分类按官能团分类1.6 有机化合物的研究程序有机化合物的研究程序1.7 如何学好有机化学如何学好有机化学重点重点邑大学五五v 五五.有机物研究程序、有机知识应用有机物研究程序、有机知识应用创新意识、创新意识、能力培养。能力培养。第一章第一章 绪论绪论 本章作为课程导言，其本章作为课程导言，其中心课题中心课题是讨论以下是讨论以下三个层面三个层面三个层面三个层面、五大问题五大问题五大问题五大问题一一.有机化合物有机化合物和和有机化学有机化学了解有机物产生历史了解有机物产生历史 和有机化学学科形成、发展以及重要作用和地位。和有机化学学科形成、发展以及重要作用和地位。二二.有机分子结构有机分子结

3、构及及表示方法表示方法三三.共价键共价键四四.有机化合物的分类有机化合物的分类重要基本知识重要基本知识!邑大学五五v 有机化合物有机化合物vAntoine Lavoisier(1743-1794):(法国化学法国化学家）家）“来自有生命机体的物质称为有机来自有生命机体的物质称为有机物。物。”1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 邑大学五五v 1769年，从葡萄汁中得到了纯的酒石酸；v 1773年，从尿中得到了尿素；v 1780年，从酸奶中得到了乳酸；v 1805年，从鸦片中得到了吗啡。v 1806年，瑞典化学权威Berzelius提出了“生命力学说”从有生命动植物体内得到的化合物称

4、为有机化合物。邑大学五五v v Jakob Berzelius(1779-1848)邑大学五五v n n 生命论与早期的有机化学生命论与早期的有机化学生命论与早期的有机化学生命论与早期的有机化学（1828182818281828年之前）年之前）年之前）年之前）有机化合物有机化合物有机化合物有机化合物最早的有机化合物来自最早的有机化合物来自最早的有机化合物来自最早的有机化合物来自于动植物体（有机体）于动植物体（有机体）于动植物体（有机体）于动植物体（有机体）生命论生命论生命论生命论(Vitalism)认为：认为：认为：认为：有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存有机化合物只能由有机体产生。无

5、机化合物则存有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。邑大学五五v 有机“有生命的物质”邑大学五五v ANIMALS邑大学五五v MICROBES邑大学五五v 1828年，Friedrich Whler(1800-1882)was a chemistry professor in Gttingen.将氰酸铵的水溶液加热得到了尿素。邑大学五五v 由氰酸铵由氰酸铵由氰酸铵由氰酸铵（无机物）（

6、无机物）（无机物）（无机物）制得尿素制得尿素制得尿素制得尿素（有机物）（有机物）（有机物）（有机物）inorganicinorganicorganicorganic邑大学五五v 1845年，德国科学家H.Kolbe（1816-1884）合成了醋酸；v 邑大学五五v 1854年，Marcellin Berthelot（1827-1907）Paris,France 合成了油脂类物质。v 有机化学（有机化学（Organic Chemistry）研究研究有机化合物有机化合物的结构的结构和性质的科学和性质的科学 有机化合物有机化合物 含碳的化合物含碳的化合物HCNOFPSClBrISiB有机化合物中常见

7、的元素有机化合物中常见的元素邑大学五五v 有机化合物有机化合物 性质性质 性质的变化规律性质的变化规律 结构与反应结构与反应性之间的关系性之间的关系 组成组成结构结构 有机化学的研究内容：有机化学的研究内容：有机反应有机反应 应用应用有机合成有机合成 邑大学五五v 1.2 有机化合物的特性有机化合物的特性1.3 分子结构和结构式分子结构和结构式 分子分子(molecules):组成的原子按一定的排列顺组成的原子按一定的排列顺 序相互影响、相互作用而结合的整体序相互影响、相互作用而结合的整体 分子结构分子结构(molecular structures):原子排列的顺序和相互作用原子排列的顺序和相

8、互作用邑大学五五 共价键结合共价键结合 有机化合物数量庞大，异构现象普遍有机化合物数量庞大，异构现象普遍 易燃烧易燃烧 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 反应速率一般较小反应速率一般较小 v 分子式分子式(molecular formulas):表示组成分子的原子种类和数目表示组成分子的原子种类和数目C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3乙醇乙醇二甲醚二甲醚 分子结构式分子结构式(molecular structural formulas):表示分子中原子连接的顺序表示分子中原子连接的顺序表示方式：表示方式：键线式键线式(bond-line formulas

9、):CH3CH2CH2CH3邑大学五五 短线式短线式(dash formulas):缩简式缩简式(condensed formulas):v 邑大学五五 有机化合物结构的常用表达方式有机化合物结构的常用表达方式有机化合物结构的常用表达方式有机化合物结构的常用表达方式Lewis Lewis 电子式电子式电子式电子式价键式价键式价键式价键式缩写式缩写式缩写式缩写式甲烷甲烷甲烷甲烷乙烯乙烯乙烯乙烯乙炔乙炔乙炔乙炔单键单键单键单键双键双键双键双键叁键叁键叁键叁键v 氯甲烷氯甲烷氯甲烷氯甲烷乙醇乙醇乙醇乙醇丙酮丙酮丙酮丙酮Lewis Lewis 电子式电子式电子式电子式价键式价键式价键式价键式缩写式缩写

10、式缩写式缩写式v 1.4 共价键共价键(covalent bonds)：有机化合物中典型的化学键：共价键有机化合物中典型的化学键：共价键 有机化合物的共同结构特征：共价键结合有机化合物的共同结构特征：共价键结合邑大学五五 由两个原子间共用一对电子产生的化学键。由两个原子间共用一对电子产生的化学键。Kecul 价键式价键式惰性气体构型惰性气体构型甲烷甲烷v Kekul,Friedrich August(1829-1896)德国波恩大学教授。v 1916:Lewis 结构式结构式最外层电子：最外层电子：H:2 电子；其它原子电子；其它原子:8 电子类似于电子类似于氖的稳定结构。氖的稳定结构。乙烯乙

11、烯乙炔乙炔 八隅体规则八隅体规则(octet rule)邑大学五五v Gilbert N.Lewis（18751946），美国加利福尼亚大学伯克利分校教授。v v 邑大学五五1.4.1 共价键的形成共价键的形成-1916:Lewis电子配对电子配对(1)价键理论价键理论(valence bond theory)是成键原子的原子轨道是成键原子的原子轨道(电子云电子云)相互交盖的结果相互交盖的结果HH+氢原子氢原子s 轨道轨道H H=氢分子氢分子轨道交盖轨道交盖v 成键电子处于成键原子之间成键电子处于成键原子之间定域观点定域观点 共价键的方向性共价键的方向性除除s 轨道外轨道外,其它从伸展方向交盖

12、其它从伸展方向交盖 共价键的饱和性共价键的饱和性一个原子的每一个未成对电子只一个原子的每一个未成对电子只 能形成一个共价键能形成一个共价键-故故价键理论价键理论称为称为电子配对法电子配对法 价键理论的局限性价键理论的局限性邑大学五五v(2)杂化轨道理论杂化轨道理论(hybrid orbital theory):Linus CPauling 美国斯坦福大学教授美国斯坦福大学教授(1901-1994)，1954年诺贝尔化学奖，年诺贝尔化学奖，1963年诺贝尔和平奖。年诺贝尔和平奖。邑大学五五v 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0C在基态时的电子构型：在基态时的电子构型：邑大学五五(a)碳

13、原子轨道的碳原子轨道的sp3杂化杂化基态基态2p2s1s激发态激发态2p2s1ssp3 杂化态杂化态1ssp3杂化杂化杂化：混合后再重新分配杂化：混合后再重新分配能量相等能量相等电子电子跃迁跃迁解释了有机化合物的结构特征：解释了有机化合物的结构特征：C原子为原子为4价价!v l 甲烷甲烷(CH4)的的 成键示意成键示意s s s s 键键键键轴对称方式交叠轴对称方式交叠邑大学五五v 1.1.(b)(b)spsp2 2杂化杂化杂化杂化 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组 3个个sp2轨道轨道 2pz平面型平面型平面型平面型邑大学五五v l

14、乙烯乙烯(CH2=CH2)的成键示意的成键示意p p 键键 侧面交叠侧面交叠（电子云结合较松散）（电子云结合较松散）邑大学五五v 1.1.(c)(c)spsp杂化杂化杂化杂化 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组sp 2py 2pz直线型直线型直线型直线型邑大学五五v l乙炔乙炔(CH CH)的成键示意的成键示意:邑大学五五v 1.4.2 共价键的特性共价键的特性v（1）键长（）键长（Bond Length）v分子中成键两原子间的平均距离。分子中成键两原子间的平均距离。邑大学五五v 表1.1 常见共价键的键长共价键 键长/nm 共价键 键长

15、/nm 共价键 键长/nmC-H 0.109 C=C 0.134 C=C 0.120C-C 0.154 C=N 0.128 CN 0.116C-N 0.147 C=O 0.120 H-N 0.107C-O 0.141 H-O 0.096C-F 0.142C-Cl 0.177C-Br 0.191C-I 0.213键长数据可通过分子光谱或单晶体X-射线衍射等实验手段测得，还可用量子力学的近似方法，从已知热力学数据算得。邑大学五五v（2）键角）键角(bond angle)：v两个共价键之间的夹角称之。两个共价键之间的夹角称之。v键角数据也是通过分子光谱和X-射线衍射法确定的。邑大学五五v（3）键能）

16、键能(bond energy)v 形成共价键时体系释放的能量，或断裂形成共价键时体系释放的能量，或断裂共价键共价键 时体系吸收的能量。时体系吸收的能量。v 键能反映了共价键的强度，键能越大则键能反映了共价键的强度，键能越大则键越牢固。气态双原子分子键能也是离解能；键越牢固。气态双原子分子键能也是离解能；多原子分子键能与离解能不完全一致。多原子分子键能与离解能不完全一致。邑大学五五v 表表1.2 一些共价键的键能一些共价键的键能共价键共价键键能键能/kJmol-1共价键共价键键能键能/kJmol-1CH4 各各C-H键键Ed分别为分别为:423;439;448；347.平均为平均为414邑大学五

17、五v（4）键的极性）键的极性+-CH3 Cl非极性共价键（非极性共价键（nonpolar bond）：）：当两个相同原子形成共价键时，成键电子云是对称分布于两原子之间，这样的键没有极性，称非极性共价键。非极性共价键。极性共价键（极性共价键（polarized covalent bond）两个不同的原子结合形成共价键时，成键电子云不完全对称而呈现极性的共价键，称极性共价键，极性共价键，如：邑大学五五v 常见共价键的偶极矩共价键 u/10-30C.m 共价键 u/10-30C.m 共价键 u/10-30C.mH-C 1.33 C-N 0.73 C=O 7.67 H-N 4.34 C-O 2.47

18、CN 11.67H-O 5.04 C-S 3.00H-S 2.72 C-F 4.70H-Cl 3.60 C-Cl 4.78H-Br 2.60 C-Br 4.60H-I 1.27 C-I 3.97极性共价键的电荷分布不均匀，正、负电中心不相重叠，就构成了一个偶极，偶极的大小由偶极矩 表示。邑大学五五电负性值相差越大，共价键的极性也越大。物性物性:熔点、沸点、溶解度熔点、沸点、溶解度分子极性对分子极性对 都有影响都有影响 化性化性:化学反应性化学反应性多原子分子的偶极矩多原子分子的偶极矩各键的偶极矩的向量和各键的偶极矩的向量和邑大学五五v 1.4.3 共价键的共价键的断裂和有机反应的类型断裂和有机

19、反应的类型v v（1）均裂）均裂 断裂时，组成该键的两个原子各保留一个电子，自由基反应。A:B A B v（2）异裂）异裂 断裂时，组成该键的一对电子完全转移到一个原子上，离子型反应。A:B A :BA:B :A B邑大学五五v（3）协同反应协同反应v 在反应过程中无明显的分布的共价键均裂或异裂，而是通过一个环状过渡态环状过渡态，旧键的断裂和新键的生成同时完成。邑大学五五v 1.5 有机化合物的分类有机化合物的分类v 1.5.1 按碳架分类按碳架分类vv 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

20、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邑大学五五v 邑大学五五v 1.5.2 按功能团分类按功能团分类邑大学五五v 1.6 有机化合物的研究程序有机化合物的研究程序v 邑大学五五v1.7 如何学好有机化学如何学好有机化学v 1.1.1.1.课前预习课前预习课前预习课前预习2.2.2.2.听课、记笔记听课、记笔记听课、记笔记听课、记笔记3.3.3.3.整理、归纳、总结整理、归纳、总结整理、归纳、总结整理、归纳、总结4.4.4.4.做习题（巩固）做习题（巩固）做习题（巩固）做习题（巩固）非常重要！非常重要！非常重要！非常重要！5.5.5.5.讨论及答疑讨论

21、及答疑讨论及答疑讨论及答疑学好有机化学的几个重要环节学好有机化学的几个重要环节切记：切记：切记：切记：不要死记硬背不要死记硬背不要死记硬背不要死记硬背 不要临时抱佛脚不要临时抱佛脚不要临时抱佛脚不要临时抱佛脚邑大学五五v 反应物反应物反应物反应物产物产物产物产物学习中应注意的几个方面学习中应注意的几个方面1.1.有机化合物的有机化合物的有机化合物的有机化合物的结构结构结构结构与与与与反应反应反应反应反应反应反应反应性质性质性质性质结构结构结构结构2.2.有机有机有机有机反应反应反应反应与反应与反应与反应与反应机理机理机理机理有规律的反应有规律的反应有规律的反应有规律的反应特殊反应特殊反应特殊反

22、应特殊反应反应原理反应原理反应原理反应原理反应过程反应过程反应过程反应过程 机理机理机理机理反应规律反应规律反应规律反应规律3.3.有机反应的有机反应的有机反应的有机反应的应用应用应用应用有机合成有机合成有机合成有机合成简单化合物简单化合物简单化合物简单化合物多步反应多步反应多步反应多步反应复杂分子复杂分子复杂分子复杂分子?反应物反应物反应物反应物如何如何如何如何步骤最少步骤最少步骤最少步骤最少产率最好产率最好产率最好产率最好邑大学五五v 常见的有机产品邑大学五五v PLASTIC邑大学五五v DRUGS邑大学五五v ORGANIC CHEMICAL INDUSTRY石油化工石油化工乙烯产业衡量一个国家的有机乙烯产业衡量一个国家的有机化工产业水平！化工产业水平！邑大学五五