汪小兰有机化学第四版112.pptx

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1、有机化学 (第四版)汪小兰教 材基础有机化学 （第二版）邢其毅有机化学例题与习题 裴伟伟参 考 书第1页/共42页 有机化学学习方法浅谈有机化学学习方法浅谈*学好有机化学的关键是要喜欢有机化学，对她感学好有机化学的关键是要喜欢有机化学，对她感兴趣兴趣。喜欢有机化学的过程：喜欢有机化学的过程：认识认识好感好感 追求追求 成功成功好感好感 热爱热爱热爱热爱以下措施仅供参考：以下措施仅供参考：1.1.课前课前预习预习。2.2.好好好好听课听课 ，提高效率。，提高效率。3.3.课后课后复习复习，善于思考，必要的练习。，善于思考，必要的练习。4.4.要要理解理解理解理解记忆记忆，掌握反应机理。，掌握反应

2、机理。5.5.要要把握规律把握规律如如结构与性能的关系结构与性能的关系 ，适当的技，适当的技巧。巧。第2页/共42页第一章第一章 绪论绪论1-1 1-1 有机化学研究对象及有机化合物的特点有机化学研究对象及有机化合物的特点1-2 1-2 有机化合物的结构和共价键电子理论有机化合物的结构和共价键电子理论1-3 1-3 共价键的键参数共价键的键参数 键长、键角、键能、键的极性。键长、键角、键能、键的极性。1-4 1-4 分子间作用力分子间作用力1-5 1-5 有机反应的基本类型有机反应的基本类型1-6 1-6 有机化合物的分类有机化合物的分类第3页/共42页有机化合物与古人有机化合物与古人类生活关

3、系密切类生活关系密切有机化合物与当今有机化合物与当今人类生活关系密切人类生活关系密切一、一、有机化合物有机化合物棉、麻、丝、毛、合成纤维、皮草；淀粉、油脂、肉蛋奶、水果蔬菜；合成药及中草药；洗涤剂、化妆品；涂料、家具、文具纸张；橡胶及塑料制品；能源、炸药、石油、化工、化肥、农药；新型电子、医药材料酿酒、制醋、造纸、中草药衣食住行离衣食住行离不开有机物不开有机物1-1 1-1 1-1 1-1 有机化学研究对象及有机化合物特点有机化学研究对象及有机化合物特点有机化学研究对象及有机化合物特点有机化学研究对象及有机化合物特点国防与经济国防与经济建设离不开建设离不开有机物有机物第4页/共42页有机化合物

4、就是有机化合物就是有机化合物就是有机化合物就是 含碳化合物含碳化合物含碳化合物含碳化合物有机化合物的定义有机化合物的定义定义定义1 1通过对众多有机物结构的研究发现：有机化合物的共同特点是分子中都含有碳元素。但是，一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金属氰化物、氰酸及其盐等含碳的化合物结构简单，性质也不同于有机物，所以仍然把它们归于无机物。有机化合物就是有机化合物就是有机化合物就是有机化合物就是 碳氢化合物及其衍生物的总称碳氢化合物及其衍生物的总称碳氢化合物及其衍生物的总称碳氢化合物及其衍生物的总称定义定义2 2第5页/共42页有机化学有机化学有机化学有机化学 有机化学发展简史有机化学发展简史有机化学

5、发展简史有机化学发展简史 18061806年年，柏柏则则里里提提出出“有有机机化化学学”这这一一名名词词和和“生生命命力力”学说；学说；18281828年年,维维勒勒由由氰氰酸酸铵铵NHNH4 4OCNOCN合合成成尿尿素素NHNH2 2CONHCONH2 2；18451845年，年，KolbeKolbe合成醋酸合成醋酸;18541854年，柏赛罗合成油脂；年，柏赛罗合成油脂；1850185019001900年，合成有机化学时代，煤焦油化学时代；年，合成有机化学时代，煤焦油化学时代；1900190019401940年年，有有机机化化学学工工业业时时代代，煤煤焦焦油油染染料料、药药物、炸药；物、

6、炸药；19401940年年，石石油油化化工工时时代代，石石油油三三大大合合成成材材料料（橡橡胶胶、塑料、合成纤维）；塑料、合成纤维）；19901990年，有机化学与环境科学、生命科学、材料科学、年，有机化学与环境科学、生命科学、材料科学、能源工业、国防工业、电子工业、信息产业、无机非金属能源工业、国防工业、电子工业、信息产业、无机非金属材料、各种轻工行业紧密联系，相互促进。材料、各种轻工行业紧密联系，相互促进。第6页/共42页 有机化学可以看作是碳氢化合物及其衍生物的化学碳氢化合物及其衍生物的化学，它包括天然有机化学、生物有机化学、元素及金属有机化学、应用有机化学、有机分析化学、有机合成化学、

7、物理有机化学等分支。二、有机化学的定义二、有机化学的定义有机化学有机化学有机化学有机化学就是就是研究有机化合物即研究有机化合物即研究有机化合物即研究有机化合物即含碳化合物的化学含碳化合物的化学含碳化合物的化学含碳化合物的化学，或者说是或者说是研究碳氢化合物及其衍生物的化学研究碳氢化合物及其衍生物的化学研究碳氢化合物及其衍生物的化学研究碳氢化合物及其衍生物的化学。有机化学有机化学研究有机化合物的来源、制备、结构、性质研究有机化合物的来源、制备、结构、性质及其变化规律。及其变化规律。第7页/共42页 有机化学是化学学科的重要组成部分有机化学是化学学科的重要组成部分有机化学是化学学科的重要组成部分有

8、机化学是化学学科的重要组成部分。200200多年来有多年来有机化学的发展，机化学的发展，揭示了各种有机物结构、有机分子中各揭示了各种有机物结构、有机分子中各揭示了各种有机物结构、有机分子中各揭示了各种有机物结构、有机分子中各原子间键合本质以及其相互转化的规律原子间键合本质以及其相互转化的规律原子间键合本质以及其相互转化的规律原子间键合本质以及其相互转化的规律，并，并设计合成了设计合成了设计合成了设计合成了大量具有特定性质的有机分子大量具有特定性质的有机分子大量具有特定性质的有机分子大量具有特定性质的有机分子；同时，；同时，它又为相关学科它又为相关学科它又为相关学科它又为相关学科(如环境科学、生

9、命科学、材料科学等如环境科学、生命科学、材料科学等)的发展提供了理论、的发展提供了理论、的发展提供了理论、的发展提供了理论、技术和材料技术和材料技术和材料技术和材料。有机化学的成就使煤、石油、天然气、农。有机化学的成就使煤、石油、天然气、农产品等自然资源得到了充分的综合利用，为合成染料、产品等自然资源得到了充分的综合利用，为合成染料、医药、炸药等工业奠定了基础。医药、炸药等工业奠定了基础。今天，有机化学正处于蓬勃发展的时期。今天，有机化学正处于蓬勃发展的时期。今天，有机化学正处于蓬勃发展的时期。今天，有机化学正处于蓬勃发展的时期。对人类越来越发挥其重要作用。对人类越来越发挥其重要作用。对人类越

10、来越发挥其重要作用。对人类越来越发挥其重要作用。第8页/共42页组成组成除C、H以外，只含有O、N、S、P、X等少数元素。有机物数目繁多(1000万)结构结构原子间通常以共价键的方式结合；同分异构现象普遍性质性质易燃、易爆；热稳定性差；熔、沸点低；难溶于水，易溶于有机溶剂；反应速度慢，常伴有副反应例：HOAc:m.p 16.1 b.p 116;HOAc:m.p 16.1 b.p 116;NaCl:m.p 800 b.p 1440 NaCl:m.p 800 b.p 1440 三、三、三、三、有机化合物的一般特点有机化合物的一般特点有机化合物的一般特点有机化合物的一般特点第9页/共42页1-2 1

11、-2 有机化合物的结构和共价键理论有机化合物的结构和共价键理论一、有机化合物的结构一、有机化合物的结构概念1：化学结构（构造）：分子中原子相互结合的分子中原子相互结合的顺序顺序和和方式方式。乙烯乙醇甲醚第10页/共42页直链状支链状环状正丁烷CH3CH2CH2CH3或 CH3CH2CH2CH3环戊烷异丁烷第11页/共42页 同分异构现象：分子式相同而结构式不同的现象。同分异构体：分子式相同而结构式不同的化合物。C2H6O乙醇（b.p.=78.3b.p.=78.3）甲醚（b.p.=-23.6b.p.=-23.6）概念概念2：同分异构现象和同分异构体同分异构现象和同分异构体第12页/共42页 有机

12、化合物中普遍存在的化学键是共价键。共价键:原子通过共用电子对形成的化学键。A +B A BxxC：1S22S22P2。凯库勒凯库勒平面结构式平面结构式路易斯结构式路易斯结构式甲甲 烷烷二、共价键的电子理论二、共价键的电子理论第13页/共42页1、原子轨道 描述原子核外电子的运动状态，用波函数描述原子核外电子的运动状态，用波函数表示。表示。1s1s；2s2s，2p2p；3s3s，3p3p，3d3d；4s4s，4p4p，4d4d，4f4f；s s轨道：1 1个；p p轨道：3 3个；d d轨道：5 5个；f f轨道：7 7个。轨道能级：1s2s2p3s3p4s3d第14页/共42页第15页/共42

13、页1s轨道xyz 在有机化学中参与成键的主要是s轨道和p轨道。第16页/共42页 正负号是代数符号，只代表位相的不同，与电荷无关。只有位相相同位相相同的原子轨道重叠才能有效的成键。p p轨道第17页/共42页原子核外电子排布规律：1 1、鲍里不相容原理：每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反配对。2 2、能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的轨道。1s2s2p3s3p4s3 3、洪特规则：有几个简并轨道而无足够的电子填充时，必须在几个简并轨道逐一地各填充一个自旋平行的电子后，才能容纳第二个电子。C、N、O、F 核外电子排布？第18页/共42页第19页/共42页2、价键理论 共价键是两个原子的

14、未成对而又自旋相反的电子偶 合配对的结果。（电子配对法）两个电子的配合成对也就是两个原 子轨道相互重叠，重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。第20页/共42页 共价键具有饱和性：未成对电子已配对成键后不能再与其它原子的未成对电子配对成键。A A+2 B+2 B BAB B-A-B BAB B-A-B 2 2 A A AA A=A AA A=A 共价键有：单键单键 C-C C-H C-C C-H 双键双键 C=C C=OC=C C=O 叁键叁键 CCCC CN CN第21页/共42页 共价键具有方向性：两成键轨道的电子云必须最大程度的重叠，键才牢固、稳定。两成键轨道的电子云必须最大程度的重叠，键

15、才牢固、稳定。第22页/共42页 共价键的类型:键键 键键.“头碰头头碰头”键键“肩并肩肩并肩”键键第23页/共42页3.3.分子轨道理论 形成化学键的电子是在整个分子中运动。分子轨道：描述分子中电子运动状态，用波函数 表示。波函数可用原子轨道线性组合法近似求得。例如氢分子轨道波函数可用下式表示：=1 2 分子轨道数目与原子轨道数目相等。n个原子轨道组 合产生n个分子轨道。第24页/共42页反键轨道成键轨道能量 成键轨道1=1+21 反键轨道2=1-22氢原子形成氢分子的轨道能级图氢分子轨道的形成（分子轨道）第25页/共42页成键轨道反键轨道 分子分子轨道的形成轨道的形成能量 成键轨道：分子轨

16、道能量低于原子轨道能量。反键轨道：分子轨道能量高于原子轨道能量。非键轨道：分子轨道能量等于原子轨道能量。第26页/共42页1-3 1-3 共价键的键参数共价键的键参数 决定共价键性质的重要键参数有：键长、键能、键角、键的极性一、键长：形成共价键的两原子核间的距离。单位：pm、nm(1pm=10-3nm)键长与原子半径（共价半径）有关；与共价键的类型有关；与原子所连接的基团也有 一定的关系。第27页/共42页一些共价键的键长（一些共价键的键长（pm）键键长键键长CH109OH96CO143CC154CC134CC120H3CCH3154H3CCHCH2150H3CCCH146H2CCHCHCH2

17、148第28页/共42页CHHHH109.5。CCH3HCH3H112。CH2CH2H2C60。甲烷丙烷环丙烷二、键角：两个共价键之间的夹角。键角反映了分子的空间结构。键角的大小与成键的中心原子有关。与所连接的原子或基团有关。第29页/共42页化合物的键角105o水111o甲醚第30页/共42页三、键能 共价键形成时会放出能量，而共价键断裂时会吸收能量。键的离解能：在标况下在标况下(101325Pa,298K),1mol气态气态A-BA-B分子完分子完全离解为气态的全离解为气态的A、B原子所吸收的能量。原子所吸收的能量。双原子分子：键能等于键的离解能。H +H H=+435kj/molCl +

18、Cl H=+244kj/molCl2H2第31页/共42页C-HC-H键键能：键键能：(435+443+443+340)4=415kj/mol(435+443+443+340)4=415kj/mol 多原子分子：共价键的键能为同类键的离解能的平均值。注意：注意：离解能指的是离解特定共价键的键能。离解能指的是离解特定共价键的键能。键能则指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值。键能则指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值。CH4 CH3 +H D(CH3-H)=+435kj/mol CH3 CH2 +H D(CH2-H)=+443kj/mol CH2 CH +H D(CH-H)=+443k

19、j/mol CH C +H D(C-H)=+340kj/mol 第32页/共42页 常见共价键的平均键能可查表得到。共价键的键能越大，共价键越牢固，不易断裂。利用平均键能可以计算反应热。H2+Cl2 2HCl反应前：1个HH键（436kj/mol）；1个ClCl键（243kj/mol）。反应后：2个HCl键（431kj/mol）。H H 反应物反应物分子中键能的总和分子中键能的总和 产物产物分子中键能的总和分子中键能的总和 4362432431183kj/molHH：负值，放热反应；正值，吸热反应负值，放热反应；正值，吸热反应。没有考虑分子内其它原子对化学键键能的影响，结果是粗略的。第33页/

20、共42页四、键的极性 以偶极距（）表示，单位：库仑.米（C.mC.m），德拜（D D）1D=3.335641030库仑.米+-=1.03D=0=0偶极矩()是一个向量，有方向性：箭头由正端指向负端，即指向电负性大的原子。第34页/共42页 电负性：电负性：量度原子对成键电子吸引能力的相对大小。也可看作是原子形成负离子倾向相对大小的量度。当A和B两种原子结合成双原子分子AB时，若A的电负性大，则生成分子的极性是A-B+，即A原子带有较多的负电荷，B原子带有较多的正电荷。分子的极性愈大，离子键成分愈高。常见元素的电负性（鲍林）：F O Cl N Br I S C P H B Si 3.98 3.4

21、4 3.16 3.04 2.96 2.66 2.58 2.55 2.19 2.10 2.04 1.90第35页/共42页 多原子分子的偶极距是各个键的偶极距的向量和。第36页/共42页 偶极距的大小反映了有机分子极性的强弱。分子的极性对熔点、沸点和溶解度等物理性质有较 大影响。键的极性对化学反应起决定性作用。第37页/共42页1-4 1-4 分子间作用力分子间作用力 范德华力偶极力（偶极-偶极作用力）极性-极性分子间诱导力 极性-极性、非极性分子间色散力 所有分子间（由于电子运动产生瞬时偶极）氢键力 分子间作用力是影响物理性质的主要因素。分子形成氢键必备的两个条件:1.H原子与电负性很大的原子

22、相连，形成裸露的质子；2.具有电负性较大、原子半径较小、含孤电子对的原子(F、O、N)。+-+-+-FH-F*H第38页/共42页1-5 1-5 有机反应的基本类型有机反应的基本类型一、游离基反应（自由基反应）：通过游离基历程而进行的反应。通过游离基历程而进行的反应。均裂：均裂：A B A+B 游离基或自由基游离基或自由基 一般在热、一般在热、光或引发剂存在下进行。光或引发剂存在下进行。二、离子型反应：通过离子型中间体进行的反应。通过离子型中间体进行的反应。(正碳离子、负碳离子正碳离子、负碳离子)异裂：异裂：A BA+:B-正、负离子正、负离子 在酸、碱、极性溶剂中进行。在酸、碱、极性溶剂中进行。三、协同反应：不生成自由基或离子，键的断裂和生成同时发生。第39页/共42页1-6 1-6 有机化合物的分类有机化合物的分类一、按碳架分类1.开链化合物（脂肪族化合物）2.碳环化合物 （1）脂环族化合物 （2）芳香族化合物 （3）杂环化合物第40页/共42页二、按官能团分类 官能团：分子中比较活泼而容易发生反应的原子或原子团。一些重要官能团 CCCCCOHCO -X 卤素 -OH 羟基 C-O-C 醚键 双键叁键醛基酮基OHCO羧基-CN 氰基-NO2 硝基-NH2 氨基-SO3H 磺酸基官能团名 称官能团官能团第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页