有机化学 - 第一章 - 绪论.ppt

《有机化学 - 第一章 - 绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机化学 - 第一章 - 绪论.ppt（37页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 教科书：教科书：有机化学有机化学（第四版）（第四版）汪小兰编汪小兰编 高教出版社高教出版社 2004.2004.主要参考书：主要参考书：1)1)有机化学有机化学莫里森莫里森 科学出版社科学出版社 2）有机化学有机化学 徐寿昌徐寿昌 华东化工学院华东化工学院 3 3）Organic ChemistryOrganic Chemistry T.W.Graham T.W.Graham SolomonsSolomons(sixth (sixth edition).edition).4)4)基础有机化学习题解答与解题示例基础有机化学习题解答与解题示例 邢其毅等编邢其毅等编 北京大学出版社北京大学出版社

2、1998.1998.有机化学成绩评定（理论课）有机化学成绩评定（理论课）项目项目分分(%)1.考勤考勤 2.作业、课堂练习作业、课堂练习 3.课堂讨论、课程课堂讨论、课程 小论文小论文 4.期中考试期中考试 5.期末考试期末考试5 51010101015156060 第一章第一章 绪论绪论 一一.有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 1.有机化合物有机化合物 2.有机化学有机化学 3.有机化学的发展与研究热点有机化学的发展与研究热点 二二.有机化合物的结构有机化合物的结构 1.共价键的概念共价键的概念 Lewis电子结构式电子结构式 2.价键理论价键理论 3.分子轨道理论分子轨道理论 4.

3、共价键的属性共价键的属性 5.分子间作用力分子间作用力 三三.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 四四.有机分子结构有机分子结构构造式的几种表示方法构造式的几种表示方法 1.短线式（蛛网式）短线式（蛛网式）2.普通式（结构简式）普通式（结构简式）3.键线式键线式 五五.有机化合物的研究程序有机化合物的研究程序 六六.酸碱概念酸碱概念 一一.有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 1.有机化合物：碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。有机化合物：碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。2.有机化学：研究有机化合物来源、制备、结构、性能、应用有机化学：研究有机化合物来源、制备、结构、性能

4、、应用 以及有关理论、变化规律和方法学科学。以及有关理论、变化规律和方法学科学。三项内容：分离、结构、反应和合成三项内容：分离、结构、反应和合成 分离分离 从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作孤立出单一纯净的有机物。升华等操作孤立出单一纯净的有机物。结构结构 对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明 其结构和特性。其结构和特性。反应和合成反应和合成 从某一有机化合物从某一有机化合物(原料原料)经过一系列反应转经过一系列反应转 化成一已知的或新的有机化合物化成一已知的或新的有机化

5、合物(产物产物)。3.有机化学的发展及其研究热点。有机化学的发展及其研究热点。“有机有机”(Organic)“有机体有机体”(Organism)的来源的来源 1828年，德国化学家魏勒年，德国化学家魏勒(Whler,F.)制尿素：制尿素：1845年，柯尔伯年，柯尔伯(H.kolber)制得醋酸；制得醋酸；1854年，柏赛罗年，柏赛罗(M.berthelot)合成油脂类化合物；合成油脂类化合物；尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；.有机物可来源于生物体也可由无机物转化而来。有机物可来源于生物体也可由无机物转化而来。迄今已知的化合物超过迄今已知的化合物超过2000万

6、万(主要通过人工合成主要通过人工合成)，其中绝，其中绝 大多数是有机化合物。大多数是有机化合物。有机化学是一门迅速发展的学科有机化学是一门迅速发展的学科 19011998年，诺贝尔化学奖共年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的项，其中有机化学方面的 化学奖化学奖55项，占化学奖项，占化学奖61%当代有机化学发展的一个重要趋势：当代有机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合。与生命科学的结合。1980年年(DNA)1997年年(ATP)与生命科学有关的化学诺贝尔奖与生命科学有关的化学诺贝尔奖 八项；八项；有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成有机化学以其价键理论、构象理论

7、、各种反应及其反应机理成 为现代生物化学和化学生物学的理论基础；为现代生物化学和化学生物学的理论基础；在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、合成方法的创建等方面，有机化学为分子生物学的建立和发展合成方法的创建等方面，有机化学为分子生物学的建立和发展 开辟了道路；开辟了道路；确定确定DNA为生物体遗传为生物体遗传物质物质,是由生物学家和化学家共同完成是由生物学家和化学家共同完成；人类基因组人类基因组“工作框架图工作框架图”组装组装后基因组计划后基因组计划序列基因序列基因 (Sequence Genomics)结构基因结构基因(

8、Structural Genomics)功能基因功能基因(Functional Genomics)。有机化学特别是生物有机化学参与研究项目：有机化学特别是生物有机化学参与研究项目：研究信息分子和受体识别的机制研究信息分子和受体识别的机制;发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律;作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究;发展提供结构多样性分子的组合化学发展提供结构多样性分子的组合化学;对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术，等等。对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术，等等。有机化学中，有机

9、化学中，有机合成有机合成占有独特的核心地位。占有独特的核心地位。1989年美国年美国Harvard大学大学kishi教授等完成海葵毒素教授等完成海葵毒素(palytoxin)的全合成。的全合成。Woodward等完成等完成VB12全合成全合成树脂糖苷树脂糖苷(Tricolorin)及高抗癌活性的甾体皂甙及高抗癌活性的甾体皂甙(OSW-1)：从从20世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元 素，而是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子。素，而是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子。一徐光宪一一徐光宪一 21世纪，要实现世纪，要实现“理想的理想的”合

10、成法。强调实用、环境友好、合成法。强调实用、环境友好、资源可持续利用。资源可持续利用。简单原料、温和条件，经过简单步骤，快速、高选择性、高效简单原料、温和条件，经过简单步骤，快速、高选择性、高效 地转化为目标分子。地转化为目标分子。绿色合成绿色合成 2001年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 “手性催化氢化反应手性催化氢化反应”、“手性催化氧化反应手性催化氧化反应”独特功能分子（各种性能材料、生理活性分子、天然产物）独特功能分子（各种性能材料、生理活性分子、天然产物）的全合成。的全合成。计算机技术引入，结构测定、分子设计和合成设计。计算机技术引入，结构测定、分子设计和合成设计。有机新材料有机新材料(

11、分子材料分子材料)化学。化学。1.化学结构种类多；化学结构种类多；2.能够有目的地改变功能分子的结构，能够有目的地改变功能分子的结构，进行功能组合和集成；进行功能组合和集成；3.能够在分子层次上组装功能分子，能够在分子层次上组装功能分子，调控材料的性能。调控材料的性能。当前研究的热点领域：当前研究的热点领域：1.具有潜在光、电、磁等功能的有机分子的合成和组装具有潜在光、电、磁等功能的有机分子的合成和组装 2.分子材料中的电子、能量转移和一些快速反应过程的研究；分子材料中的电子、能量转移和一些快速反应过程的研究；3.研究分子结构、排列方式与材料性能的关系，发展新的分子研究分子结构、排列方式与材料

12、性能的关系，发展新的分子 组装的方法，探讨产生特殊光电磁现象的机制；组装的方法，探讨产生特殊光电磁现象的机制；4.探索新型分子材料在光电子学和微电子学中的应用等探索新型分子材料在光电子学和微电子学中的应用等 参考文献参考文献 1 徐光宪徐光宪“21世纪化学的前瞻世纪化学的前瞻”大学化学，大学化学，2001，16（1）：）：16 2 张礼和张礼和“生命科学进展中的化学研究机遇生命科学进展中的化学研究机遇”大学化学大学化学 2001，16（1）：）：1316 3 吴毓林吴毓林“中国有机合成化学家的攀登中国有机合成化学家的攀登”化学通报，化学通报，1999，12，2532 4 国家自然科学基金委员会

13、编，有机化学，科学出版社国家自然科学基金委员会编，有机化学，科学出版社，1994 5 杜灿屏杜灿屏“21世纪中国有机化学发展战略世纪中国有机化学发展战略研讨会纪研讨会纪 要要”化学进展，化学进展，2001，13，2，323-327 6 张滂张滂“有机化学与诺贝尔奖有机化学与诺贝尔奖”化学通讯，化学通讯，2002，2，13二二.有机化合物的结构有机化合物的结构1.共价键的概念共价键的概念lewis电子结构式电子结构式 原子的电子配对成键，形成稳定的电子构型。原子的电子配对成键，形成稳定的电子构型。共价结合的价电子表示的电子结构式为共价结合的价电子表示的电子结构式为lewis结构式。结构式。表示出

14、未共用价电子的结构式表示出未共用价电子的结构式 lewis电子结构式电子结构式 凯库勒凯库勒(kekul)结构式结构式写出下列化合物的写出下列化合物的lewis电子式电子式Lewis电子式中的价电子数之和应等于所有单个原子的价电电子式中的价电子数之和应等于所有单个原子的价电子数之和。子数之和。下列下列 lewis电子式如果带电荷，请在该原子上标明：电子式如果带电荷，请在该原子上标明：不带电荷不带电荷 中性中性 净电荷数净电荷数=分子中所有单个原子的价电子数之和分子中所有单个原子的价电子数之和 电子式电子式 中价电子数之和中价电子数之和 2.价键理论价键理论 共价键的形成在于成键原子的原子轨道的

15、相互交盖。共价键的形成在于成键原子的原子轨道的相互交盖。共价键具有方向性。共价键具有方向性。共价键具有饱和性。共价键具有饱和性。（电子配对）（电子配对）杂化轨道概念杂化轨道概念四个四个SP3杂化轨道：杂化轨道：价键理论，电子定域价键理论，电子定域价键理论，电子定域价键理论，电子定域3.分子轨道理论分子轨道理论 电子在整个分子中的运动状态。波函数电子在整个分子中的运动状态。波函数 成键原子的原子轨道相互接近、相互作用，重新组合成整体成键原子的原子轨道相互接近、相互作用，重新组合成整体分子轨道。分子轨道。组合时：轨道数目不变组合时：轨道数目不变,原子轨道数目等于分子轨道数目。原子轨道数目等于分子轨

16、道数目。轨道能量改变轨道能量改变:低于、高于、等于两原子轨道能量。低于、高于、等于两原子轨道能量。1 2*(*)1 2 ()=1-2 *=1+2 原子轨道组合成分子轨道必备条件：能量相近、电子云最大原子轨道组合成分子轨道必备条件：能量相近、电子云最大重叠、对称性相同。重叠、对称性相同。分子轨道理论，电子离域。分子轨道理论，电子离域。4.共价键的属性共价键的属性1)键长键长 成键原子的原子核之间的平均距离。成键原子的原子核之间的平均距离。nm。2)键角键角两个共价键之间的夹角。两个共价键之间的夹角。3)键能键能形成共价键过程中体系释放的能量或共价键断裂过程中体系形成共价键过程中体系释放的能量或共

17、价键断裂过程中体系吸收的能量。吸收的能量。C-H键键能键键能=415kJ/mol 键能反映共价键的强度，键能愈大则键愈稳定。键能反映共价键的强度，键能愈大则键愈稳定。4)键的极性键的极性非极性共价键非极性共价键 极性共价键极性共价键 H-H Cl-Cl H-Cl+-+部分正电荷部分正电荷 -部分负电荷部分负电荷偶极矩偶极矩()有方向性有方向性箭头由正端指向负端、指向箭头由正端指向负端、指向电负性更大的原子。电负性更大的原子。净偶极矩指向净偶极矩指向多原子分子的偶极矩，是各键的偶极矩向量和。多原子分子的偶极矩，是各键的偶极矩向量和。5）分子间作用力）分子间作用力 (1)偶极偶极-偶极作用力偶极作

18、用力极性分子间的相互作用力。极性分子间的相互作用力。-+-+-+-一分子偶极正端对另一分子偶极负端的相互吸引作用。一分子偶极正端对另一分子偶极负端的相互吸引作用。(2)色散力色散力瞬时偶极瞬时偶极.大小与分子的极化率、分子的接触面积有关。大小与分子的极化率、分子的接触面积有关。例：卤代烷的极化率例：卤代烷的极化率 RI RBr RCl RF(3)氢键氢键较小原子半径较小原子半径、电负性强、有未共用电子对的原子。电负性强、有未共用电子对的原子。氢键用虚线表示：氢键用虚线表示：XH-Y氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关。氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关。元素的电负性越大、原子半径越小，形

19、成的氢键越强。元素的电负性越大、原子半径越小，形成的氢键越强。氢键具有方向性、饱和性。氢键具有方向性、饱和性。分子间力的大小顺序：分子间力的大小顺序：氢键氢键 偶极偶极偶极作用力偶极作用力 色散力色散力1.解释下列物质的沸点为何不同？解释下列物质的沸点为何不同？2.举例说明分子间非共价弱相互作用举例说明分子间非共价弱相互作用 力对物质性能的影响。力对物质性能的影响。三三.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.均裂均裂 成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团自由基（游离基）自由基（游离基）2.异裂异裂成键的一对电子完全为成键原子中的

20、一个原子或基团所有，成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所有，形成正、负离子。形成正、负离子。有机反应的活性中间体有机反应的活性中间体:自由基、碳正离子、碳负离子等。自由基、碳正离子、碳负离子等。周环反应：周环反应：通过环状过渡态进行的反应。通过环状过渡态进行的反应。四四.有机分子结构有机分子结构构造式的几种表示方法构造式的几种表示方法构造：构造：分子中原子间的连接顺序或成键的顺序。分子中原子间的连接顺序或成键的顺序。1.短线式（蛛网式）短线式（蛛网式）2.普通式（结构简式）普通式（结构简式）3.键线式键线式注意注意1）C、H 原子不写，写出其它原子或基团；原子不写，写出其它原子或基

21、团；2）线与线之间夹角）线与线之间夹角120o,叁键两边的碳用直线表示。叁键两边的碳用直线表示。讨论讨论 1）将普通式改写成键线式）将普通式改写成键线式 2）将键线式改写成普通式）将键线式改写成普通式 五五.有机化合物的研究顺序有机化合物的研究顺序1.分离提纯分离提纯 2.元素分析和实验式确定元素分析和实验式确定 3.相对分子质量的确定及分子式的确定相对分子质量的确定及分子式的确定 例例:实验式实验式C6H11Cl，相对分子质量相对分子质量237，得分子式，得分子式 C12H22Cl2 4.有机化合物结构测定有机化合物结构测定 化学方法化学方法 官能团分析、化学降解及合成官能团分析、化学降解及

22、合成 红外红外(IR)、紫外紫外(UV)、核磁核磁(NMR)、质谱质谱(MS)、气液色气液色 谱和谱和X衍射等。衍射等。物理方法物理方法六六.酸碱概念酸碱概念1.勃朗斯德勃朗斯德(Brnsted)酸碱质子论酸碱质子论 酸是质子的给予体，碱是质子的接受体酸是质子的给予体，碱是质子的接受体 酸碱可以带正电荷或带负电荷或为中心分子酸碱可以带正电荷或带负电荷或为中心分子,在一个反应中是在一个反应中是 酸，而在另一个反应中可以是碱。酸，而在另一个反应中可以是碱。平衡主要趋向形成更弱的酸和更弱的碱。平衡主要趋向形成更弱的酸和更弱的碱。酸碱强度表示：酸碱强度表示：酸或碱越强，其酸或碱越强，其pK值越小（离解

23、常数值越小（离解常数K值越大）。值越大）。酸性越强，解离出质子后的共轭碱的碱性越弱。酸性越强，解离出质子后的共轭碱的碱性越弱。如何判断化合物的酸性强弱？如何判断化合物的酸性强弱？主要取决于化合物离解出主要取决于化合物离解出H+后的后的负离子稳定性。负离子越稳定负离子稳定性。负离子越稳定则原来的化合物酸性越强。则原来的化合物酸性越强。负离子的稳定性与中心原子的电负性、原子半径的大小、与负离子的稳定性与中心原子的电负性、原子半径的大小、与其相连的原子团的结构以及溶剂等因素有关。其相连的原子团的结构以及溶剂等因素有关。2.路易斯路易斯(lewis)酸碱电子酸碱电子论论酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体。酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体。lewis酸碱反应形成配位键，产生加合物。酸碱反应形成配位键，产生加合物。lewis酸具有亲电性，酸具有亲电性，lewis碱碱具有亲核性。具有亲核性。常见的常见的lewis酸：酸：常见的常见的lewis碱碱: