有机化学--绪论.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,供医学类专业用,有机化学,（第,7,版主编吕以仙）,主讲李英秀,第1页,第一章 绪论,（,Introduction）,目标：,为了系统学习有机化学准备必需基本知识,详细掌握内容：,什么是有机化学？什么是有机化合物？,共价键价键理论，共价键参数及其意义,共价键断裂方式和有机化合物反应类型,有机化合物结构式表示方法,有机化学是医学课程中一门主要基础课，也是生命科学不可缺乏化学基础。,第2页,第一节 有机化合物和有机化学,1828年德国化学家,F.Whler,（魏勒）在试验室里合成了尿素（1773年从尿液中分离出），这是一个含有划时代意义发觉，它为近代有机化合物概念确实立奠定了基础。,17,世纪中期,把从自然界中取得各种物质,按照起源分为,:,动物物质,植物物质,矿物物质,随即又将矿物物质称为,无机物,而将动物物质和植物物质称为,有机物,。,在化学发展史长河中曾经有过一段时期,有机化合物被认为只能起源于有生命机体,不可能由无机物合成。,第3页,直到1848年,L.Gmelin(,格梅林,),依据,F.Whler,试验和越来越多有机合成事实,.1845,年德国化学家,H.Kolber,(,柯尔柏）,合成了醋酸，1854年法国化学家,M.Berthelot,（,拜特洛）,合成了油脂等。确立了有机化合物新概念。,有机化合物是,含碳化合物（碳氢化合物及其衍生物）,，,有机化学是,研究碳化合物化学,。(,CO、CO,2,及碳酸盐除外）,第4页,有机化合物除含碳原子外，绝大多数含有氢，其次含有,O、N、S、X,等。至今已知含碳化合物数目已经有万左右,，,而无机化合物只有几十万种。95%药品都是有机化合物。,人类衣、食、住、行和生、老、病、死都伴伴随有机化学。,最近2来，有机化学已经发展成一门庞大学科，仅1995年一年化学家就创造了100万个以上新化合物。以,C,60,和,C,70,为代表全碳球状原子簇富勒烯（,fullerene,）发觉是,20,世纪自然科学史最重大结果之一。现在，从结构复杂多样生物大分子合成到模拟生物过程模型确实立，标志有机合成技术已经到达了相当高境界。,第5页,第二节 共价键,一、路易斯共价键理论,化学键是描述组成份子中原子怎样结合在一起力。可分为两种基本类型，即,离子键,和,共价键,。,共价键概念是由,G.N.Lewis,于19首先提出来，第一次指出原子间共有电子满足“,八隅体,”（即原子外层满足8电子结构，氢原子外层满足2电子结构）即能够生成共价键。,有机化合物分子中原子键合本质是共价键。,（碳在周期表中是第主族元素）,第6页,Lewis,结构式：用共享电子对表示有机化合物结构式。,配位键：共价键一对电子是由两成键原子中一个提供，可用表示。,第7页,二、当代共价键理论基本关键点,每个原子所形成共价键数目取决该原子单电子数目，故共价键含有,饱和性,；共价键是由参加成键电子电子云重合形成，电子云重合越多，形成共价键越稳定，这就决定了共价键含有,方向性,。,共价键理论基本关键点：,（1）匹配原理,（,2）原子轨道最大重合原理,共价键特征：,（,1,）共价键饱和性,（,2,）共价键方向性,第8页,三、碳杂化轨道理论,甲烷中碳原子为四价，空间形状为正四面体，键角为,10928，,为何？,杂化：,重新组合成新原子轨道，叫做,杂化轨道,特点：杂化前后轨道能量、形状、方向改变，但数目不变。,碳原子在形成共价键时，有3种杂化轨道，即,sp,3,、sp,2,、,和,sp,杂化轨道。,2S,轨道,2P,轨道,碳原子核外电子排布为,1s,2,2s,2,2p,2,第9页,（一）,sp,3,杂化轨道,参加杂化轨道,轨道形状,能量,夹角,空间形状,1,S+3P,葫芦形,1/4,S+3/4P,10928,正四面体形,第10页,第11页,第12页,（二）,sp,2,杂化轨道,参加杂化轨道,轨道形状,能量,夹角,空间形状,1,S+2P,葫芦形,1/3,S+2/3P,120,平面正三角形,第13页,第14页,第15页,（三）,sp,杂化轨道,参加杂化轨道,轨道形状,能量,夹角,空间形状,1,S+1P,葫芦形,1/2,S+1/2P,180,直线形,第16页,第17页,第18页,甲烷分子结构和,键,甲烷(,CH,4,),分子，是由1个碳原子和4个氢原子组成，其中碳原子是,sp,3,杂化，4个氢原子与同一个碳原子以共价键相连结，形成4个,Csp,3,-H1s,键（,轨道沿着键轴方向以,“头碰头”,方式进行重合形成共价键称为,键）,。,甲烷分子为正四面体型，碳原子居于正四面体中心，4个氢原子居于正四面体4个顶点，,HCH,均为10928，此为甲烷分子构型。,杂化动力：重合程度增大；轨道之间距离增加，排斥降低。,共价键可分为两种基本类型，即,键,和,键,。,第19页,乙烯分子结构和,键,乙烯是一个平面结构，分子中全部原子核都在一个平面中，键角靠近120，证实乙烯中两个双键碳为,sp,2,杂化。,两个相互平行轨道以,“肩并肩”,方式进行重合形成共价键称为,键,。,第20页,乙炔分子结构,衍射和光谱试验数据已证实乙炔分子含有线型结构，即四个原子排列在一条直线上。两碳原子均为,sp,杂化,第21页,小 结,杂化类型,hybridization,杂化轨道数,number of hybrids,形 状,shape of hybrids,键类型 bonding,sp,3,4,四 面 体,4,sp,2,3,平面三角形,3+1,sp,2,直 线,2+2,电负性：,S SP,sp2 sp3,P,第22页,键和,键主要特点,键,键,可,单独存在,，存在于任何共价键中,不能单独存在,，只能在双键或叁键中与,键共存,成键轨道沿键轴,“头碰头”,重合，重合程度较大，键能较大，,键较稳定,成键轨道,“肩并肩”,平行重合，重合程度较小，键能较小，,键不稳定,电子云密集于两原子之间，受核约束较大，键,极化性小,电子云分布在平面上下方，受核约束小，键,极化性大,成键两个碳原子能够沿键轴“,自由”旋转,成键碳原子,不能沿着键轴自由旋转,第23页,四、共价键属性,（1）,键长,：成键两原子关键平均距离，其单位惯用,nm,或,pm,表示。,154,pm 134pm 120pm,110,pm 107pm 1O6pm,（2）,键角,：分子中同一原子形成两个共价键之间夹角。键角所给信息对讨论有机物分子,空间构型,含有十分主要意义。,第24页,（3）,键能：,从共价键生成或断裂能量原因来衡量共价键强度物理量。相同类型键其键能越大，键越稳定。,（4）,键极性和极化性：,键极性是因为成键原子,电负性,不一样引发。,极性,共价键,非极性,共价键,衡量化学键极性物理量是键偶极矩（简称键矩）。单位为,Cm（,库仑米和,D）,=qd,=qd,=qd,第25页,极化性,：因为外界电场（静电场）作用而引发共价键极性,改变,现象。,第三节 分子极性和分子间作用力,一、分子极性,分子偶极矩是分子中各个键矩矢量和。偶极矩是一个矢量，有大小和方向。其方向性用 表示。大小用偶极矩表示。,正常情况下,BrBr,键没有极性，,0,，但当外电场,E,+,靠近时，因为,E,+,诱导，引发正负电荷中心分离，出现了键矩,第26页,=0,非极性分子,=1.87D,极性分子,分子极性越大，分子间作用力就越大。,二、分子间作用力,1、,偶极-偶极作用力：产生于极性分子之间。,偶极偶极作用力,第27页,2、,氢键：实际上也是偶极-偶极作用力，它是分子间最强作用力，但最高不超出25,KJ/mol。,3、,色散力（,van der Waals,引力）,非极性分子内因为电子运动在某一瞬间使分子内电荷分布不均匀，而产生很小暂时（瞬间）偶极，其产生瞬间偶极作用力称,色散力,。,氢键,(,特强偶极偶极作用力,),较小原子半径、电负性强、有未共用电子正确原子可与氢原子形成氢键。常见原子,O,N,F,第28页,第四节 有机化合物功效基和反应类型,1,、功效基,决定有机化合物种类和特征原子或原子团，叫做,官能团,或,功效基,(,functional group,)。,1,.按,基本骨架,特征分类,2,.按,官能团,不一样分类,CH,3,CH,2,OCH,2,CH,3,链状化合物,碳环化合物,杂环化合物,第29页,(,二,),按官能团分类,30,邓健 制作 吕以仙 审校,第30页,2,、反应类型,离子型反应,亲电反应,亲核反应,协同反应,分类,自由基反应,本教材只讨论,自由基反应,和,离子型反应,。,第31页,1、自由基型反应,游离基,(,自由基,),均裂,第32页,2、离子型反应,正碳离子（碳正离子）,carbonium ion,负碳离子（碳负离子）,carbanium ion,由,亲核试剂进攻正碳离子,反应称,亲核反应。,由,亲电试剂进攻负碳离子,反应称,亲电反应。,第33页,第五节 有机酸碱概念,一、布朗斯特（质子）酸碱理论,凡能,给出质子,物质是,酸,（质子给予体）；凡能,接 受质子,物质是,碱,（质子接收体）。,化合物酸碱性强度表示：,酸,Ka,或,pKa,来表示。,碱,K,b,或,pK,b,来表示。,第34页,共轭酸碱：酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。,HF HCI HBr,HI,酸性强度可用,pKa,表示，,pKa,越小，酸性越强。,如：,pKa,水：15.7 乙炔：25,酸性：水 乙炔,酸碱反应中平衡总是有利于生成较弱酸和较弱碱。即强酸置换弱酸。,第35页,二、,Lewis,酸碱概念,1,、酸碱定义：,凡能取得电子正确物质，叫做酸,。,凡能提供电子正确物质，叫做碱,Lewis,酸通常是正离子或缺电子分子(如,H,+,、Cl,+,、Br,+,、NO,2,+,、BF,3,、AlCl,3,等)。,Lewis,碱通常是负离子或带有未共用电子正确分子(如,H,2,O、ROH、NH,3,、RNH,2,、OH,-,、CN,-,等),2,、酸碱反应：,实质：是配位键形成并生成酸碱配合物。,即：酸,+,碱 酸碱配合物。,第36页,有机化合物结构表示方法,缩写式,价键式,骨架式,球棒式,投影式,第37页,有机物分子特征,有机物分子在结构上最大特征，就是原子之间多以共价键结合；因为碳原子彼此间或碳原子与其它原子间各种连接方式，故有机物普遍存在,同分异构现象,。（如：,C,2,H,6,O）,因为分子间力与离子间结协力（离子键）相比，普通是很弱，所以有机物,熔点通常较低,，超出300有机化合物极少。,有机物,易燃,，热稳定性差，,难溶或不溶于水,等，也都是人们公认有机物特征。,第38页,大多数有机反应速率较慢，需要一定时间才能完成反应。为了加速反应，经常要辅以外界条件，尤其需要催化剂参加。另外，在同一个反应体系中也往往因为反应路径不一样而有主反应产物和副反应产物，使得有机反应产率较低，也给分离、纯化工作带来许多麻烦。,第39页,化学合成,第六节 确定有机化合物结构步骤和方法,生物体中提取,混合物,分离提纯,色谱,蒸馏,重结晶,升华,元素分析,确定分子式,质谱,测定结构式,四谱联用,四谱：,红外光谱（,IR）、,紫外光谱（,UV）、,核磁共振（,NMR）、,质谱（,MS）,第40页,第七节 分子轨道和共振结构,一、分子轨道,分子轨道理论是从分子整体出发去研究分子中每个电子运动状态,认为形成化学键电子是在整个分子中运动,该理论认为化学键是原子轨道重合产生,任何数目标原子轨道重合能够形成一样数目标分子轨道，如,H,2,形成：,在普通情况下,分子反键轨道内没有电子，只有当分子呈激发状态时才有电子。,第41页,共振论基本内容,：,一个分子或离子能够用,2,个只是电子位置不一样,Lewis,结构式表示。,在共振理论中,每一个,Lewis,结构式称为,共振式,任何一个单一共振式并不能代表分子或离子真实结构,只有,共振式群体,或,共振杂化体,(resonance hybrid),能代表分子或离子真实结构。,硝基甲烷是一个含有两个结构特征单一化合物。也就是说硝基甲烷是上述两个共振式共振杂化体。,在共振杂化体中,两个氮氧键既不是单键,也不是双键,而是介于单键与双键之间两个完全相同键。,42,人民卫生电子音像出版社,第42页,问题,：,醋酸根,Lewis,结构式以下,请分别用共振式和共振杂化体两种形式写出醋酸根真实结构。,书写同一个化合物分子或离子不一样共振式时应注意：第一，全部原子相对位置不变，只有电子位置改变；第二,用双箭头,“,”,(,共振符号,),连接共振式。,43,邓健 制作 吕以仙 审校,第43页,第44页,