天津大学有机化学第一节讲课课件.ppt

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,*,有机化学,Organic Chemistry,一门博大精深，处于核心和主导地位的科学,1,第一章 绪 论,1.1,有机化合物和,有机化学,1.2,分子结构和结构式,1.3,共价键,1.3.1,共价键的形成,1.3.2,共价键的属性,1.3.3,共价键的断裂和有机反应的类型,1.4,分子间相互作用力,1.4.1,偶极,-,偶极相互作用,1.4.2 van der Waals,力,1.4.3,氢键,1.5,酸碱的概念,1.5.1 Br,nsted,酸碱理论,1.5.2 Lewis,酸碱理论,1.5.3,硬软酸碱原理,1.6,有机化合物的分类,1.6.1,按碳架分类,1.6.2,按官能团分类,2,2025/8/27 周三,1.1,有机化合物及有机化学,H,He,Li,Be,B,C,N,O,F,Ne,Na,Mg,Al,Si,P,S,Cl,Ar,K,Ca,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,As,Se,Br,Kr,Rb,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Te,I,Xe,Cs,Ba,La,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,Au,Hg,Tl,Pb,Bi,Po,At,Rn,Fr,Ra,Ac,Rf,Db,Sg,Bh,Hs,Mt,Uun,Uuu,Uub,Uuq,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Th,Pa,U,Np,Pu,Am,Cm,Bk,Cf,Es,Fm,Md,No,Lr,绝大多数有机化合物含有,碳氢,两种基本元素,有机化合物：,碳氢化合物及其衍生物,3,2025/8/27 周三,有机物和无机物的区別,有机化合物,无机化合物,数量,超过,8000,万种,不足,40,万种,构成元素,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,、,X,约,100,种全部元素,化学键,共价键为主,离子键为主,熔点,一般较低,一般较高,溶解性,一般溶于有机溶剂,一般溶于水,可燃性,多数易燃烧,不燃的较多,反应特点,反应复杂，副产物多，速率较慢，常需催化剂,副反应少，速率快,结构特性,复杂，常有异构現象,较简单，较少异构,4,2025/8/27 周三,有机物和无机物的区別,有机物 无机物,5,2025/8/27 周三,有机化学及研究内容,有机化学：,是研究有机化合物结构、性质、相互转化与应用的一门科学,有机化合物,结构,组成,性质,6,2025/8/27 周三,有机化学的重要性,衣：,棉花、化纤、染料,食：,脂肪、碳水化合物、蛋白质、维生素、药物,住：,建材、油漆、涂料、清洁剂,行：,化妆品、汽油、纸、墨、网络、电脑、手机等,7,2025/8/27 周三,如何学好有机化学？,1,、培养兴趣：,生动性、趣味性、丰富性、实用性,2,、别掉队,:,never let yourself get behind,！环环相扣,3,、把握知识点：,把,知识点,“,网络化,”,4,、及时独立作业：,看懂真懂,5,、记录所学、所想,：写机理、做合成,8,2025/8/27 周三,1.2,分子结构与结构式,分子,(molecules):,由原子按一定排列顺序，相互键合 相互影响结合而成的整体。,这种排列顺序和相互作用关系称为分子结构,(molecular structures),。,分子性质不仅取决于组成分子的原子种类和数目（分子式），更重要取决于分子结构。,C,2,H,6,9,2025/8/27 周三,分子的异构现象,分子式同为,C,2,H,6,O,两个化合物,乙醇,甲醚,分子式相同，结构不同的现象叫做,同分异构,。由原子之间键合次序不同而产生的异构现象叫,构造异构,，这在有机化学里非常普遍。随着组成分子的原子数目增加，构造异构体数目激增。例如：,C,4,H,10,O,就包含,7,种异构体。,10,2025/8/27 周三,分子结构的表示方式,短线式,(,dash formulas,),缩简式,(,condensed formulas,),键线式,(,bond-line formulas,),缩简式,正规、,键线式,便捷,11,2025/8/27 周三,1.3,共价键,共价键,是有机化合物中典型的化学键。,1.3.1,共价键的形成,离子键,(ionic bonds),：,成键电子完全归属于电负性大的原子。,共价键,(covalent bonds),：,由两个原子间共用一对或几对电子产生的化学键,12,2025/8/27 周三,(1),价键理论,(valence bond theory),共价键的形成,：,是成键原子的原子轨道,(,电子云,),相互交盖的结果,交盖区域内的共用电子增加了其对成键原子核吸引，降低了体系能量。,成键电子定域在两个原子核之间。,H,H,+,H,H,=,氢原子,氢原子的,s,轨道交盖形成氢分子,H,2,轨道交盖,氢原子,氢分子,13,2025/8/27 周三,(2),轨道杂化,C:,2s,2,2p,x,1,2p,y,1,2p,z,0,碳原子在基态时的价电子构型：,14,2025/8/27 周三,(2),轨道杂化,C:,2s,2,2p,x,1,2p,y,1,2p,z,0,碳原子在基态时的价电子构型：,碳原子的基态电子构型只能形成两个共价键，与实际上碳是四价的特征不符。,15,2025/8/27 周三,杂化轨道理论,(hybrid orbital theory),杂化,：混合后再重新分配,原始的原子轨道,(,基态,),激发态,sp,3,杂化轨道,(a)sp,3,杂化,16,2025/8/27 周三,杂化轨道的形状,原始的原子轨道,(,基态,),激发态,sp,3,杂化轨道,17,2025/8/27 周三,杂化轨道,4,个,sp,3,杂化轨道指向四面体的顶点，夹角,109.5,o,18,2025/8/27 周三,(b),碳原子的,sp,2,杂化,19,2025/8/27 周三,(b),碳原子的,sp,2,杂化,府视图,20,2025/8/27 周三,(c),碳原子的,sp,杂化,21,2025/8/27 周三,(b),碳原子的,sp,杂化,22,2025/8/27 周三,(3),分子轨道理论,(molecular orbital theory),分子轨道,(MO),：由原子轨道线性组合而成。,氢分子轨道形成示意图,成键电子在整个分子轨道中运动。,节面,+,+,-,*,+,+,+,+,+,1,2,1,2,反键轨道,成键轨道,23,2025/8/27 周三,氢原子形成氢分子的轨道能级图,分子轨道,原子轨道,原子轨道,24,2025/8/27 周三,原子轨道组成分子轨道的条件,能级相近,交盖程度越大，形成的键越稳定,对称性,(,位相,),相同,原子轨道的交盖与对称性,+,+,-,x,y,x,y,+,-,+,25,2025/8/27 周三,1.3.2,共价键的属性,(1),键长,(,bond lengths,),：,成键原子的原子核间的平均距离。,同种共价键因受其它键的影响不同，长度并不一致。,(2),键能,(bond energy,):,形成共价键时体系释放的能量,或断裂共价键时体系吸收的能量。,键能反映了共价键的强度，键能越大，则键越牢固。,26,2025/8/27 周三,Bond Lengths and Energies(,(kJ/mol,)of Commonly Chemical Bonds,27,2025/8/27 周三,Bond Lengths and Energies(,(kJ/mol,)of Commonly Chemical Bonds,28,2025/8/27 周三,(3),键角,(Bond angles),键角：,两价以上的原子在与其它原子成键时，键与键之间的夹角。,键角反映了分子的空间结构,29,2025/8/27 周三,(4),键的极性和诱导效应,共价键的类型：,两个相同的原子成键,电子云对称分布在两个原子之间，所形成的键叫做非极性共价键。,非极性共价键,(nonpolar covalent bonds),：,30,2025/8/27 周三,极性共价键,(polar covalent bonds):,电负性不同的原子成键时，电子云偏向电负性较大原子一侧。,共价键的极性大小是用,偶极矩,(,),来度量的。,=,q,.,d,q,:,电荷电量,d,:,正负电荷之间的距离,:,单位为,Cm(,库,仑,米,),=3.57 10,-30,Cm,31,2025/8/27 周三,元素电负性,(Electronegativity),H,2.1,He,Li,1.0,Be,1.5,B,2.0,C,2.5,N,3.0,O,3.5,F,4.0,Ne,Na,0.9,Mg1.2,Al,1.5,Si,1.8,P,2.1,S,2.5,Cl,3.0,Ar,K,0.8,Ca1.0,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,1.8,Co,1.9,Ni,1.9,Cu,1.9,Zn,1.6,Ga,Ge,As,Se,Br,2.8,Kr,Rb,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,2.2,Rh,2.3,Pd,2.2,Ag,1.9,Cd,1.9,In,Sn,Sb,Te,I,2.5,Xe,Cs,Ba,La,Hf,Ta,W,Re,Os,2.2,Ir,2.2,Pt,2.3,Au,2.5,Hg,2.0,Tl,Pb,Bi,Po,At,Rn,Fr,Ra,Ac,Rf,Db,Sg,Bh,Hs,Mt,Uun,Uuu,Uub,Uuq,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Th,Pa,U,Np,Pu,Am,Cm,Bk,Cf,Es,Fm,Md,No,Lr,32,2025/8/27 周三,分子偶极矩,双原子分子偶极矩共价键的偶极矩,多原子分子偶极矩各个共价键偶极矩矢量和,0,每个,C,Cl,键的偶极矩,分子偶极矩,33,2025/8/27 周三,单个共价键的偶极矩,6.47x10,-30,C.m,3.28x10,-30,C.m,分子偶极矩,34,2025/8/27 周三,诱导效应,(Inductive effect),由于分子内成键原子的电负性不同，而引起分子内电子云密度分布不均匀。这种影响沿分子链静电诱导地传递下去，这种分子内原子相互影响的电子效应,诱导效应,(,I,),诱导效应,特点：,沿饱和键链依次传递，沿不饱和键链交替传递,诱导效应：随距离增加迅速衰减，超过,4,个化学键就可以忽略。,35,2025/8/27 周三,诱导效应,(Inductive effect),诱导效应,特点：,沿饱和键链依次传递，沿不饱和键链交替传递,诱导效应：随距离增加迅速衰减，超过,4,个化学键就可以忽略。,2.85,4.05,4.59,4.81,pKa:,36,2025/8/27 周三,1.3.3,共价键的断裂和有机反应的类型,共价键断裂的方式：,有机反应的本质,：旧键的断裂和新键的生成,均裂,(homolytic bond cleavage),异裂,(heterolytic bond cleavage),37,2025/8/27 周三,均裂,(homolytic bond cleavage),自由基,(radicals),自由基是有机反应活性中间体。,经过自由基进行的反应叫做,自由基反应。,38,2025/8/27 周三,异裂,(heterolytic bond cleavage),碳正离子,(carbocation),碳负离子,(carbanion),碳正离子、碳负离子是有机反应活性中间体。；,经过碳正离子、碳负离子进行的反应叫做,离子型反应,。,39,2025/8/27 周三,1.4,分子间相互作用力,1.4.1,偶极,偶极相互作用,极性分子带部分正电荷的一端与另一个分子带部分负电荷的一端的静电吸引作用。,极性分子之间强的偶极作用导致其沸点较相近分子量的非极性分子高。例如：丙酮沸点,58,o,C,；丁烷：,-0.5,o,C,40,2025/8/27 周三,1.4.2 van der Waals,力,非极性分子之间存在的吸引力,van der Waals,(,范德华,),力：,瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引,-,-,-,-,-,-,-,-,41,2025/8/27 周三,1.4.3,氢键,(hydrogen bonds),Y:,电负性很强，原子半径较小,两个甲醇分子之间形成的氢键：,分子间作用力大小顺序为：,氢键,偶极,-,偶极吸引力,van der Waals,力,42,2025/8/27 周三,1.5,酸碱的概念,1.5.1 Br,nsted,酸碱理论,Br,nsted,定义：,酸：,给出质子的分子或离子,碱：,接受质子的分子或离子,共轭碱,共轭酸,(currency=proton),酸,碱,酸,碱,43,2025/8/27 周三,共轭酸与共轭碱,弱酸的共轭碱是强碱：,强酸的共轭碱是弱碱：,弱碱,强酸,弱酸,强碱,44,2025/8/27 周三,化合物名称,酸的分子式,p,K,a,共轭碱的分子式,乙烷,CH,3,CH,3,51,CH,3,CH,2,-,甲烷,CH,4,48,CH,3,-,乙烯,CH,2,CH,2,44,CH,2,CH,-,氨,NH,3,38,-,NH,2,氢气,H,2,35,H,-,乙炔,CHCH,25,CHC,-,丙酮,CH,3,COCH,3,19.2,CH,3,COCH,2,-,叔丁醇,(CH,3,),3,CO,H,18,(CH,3,),3,CO,-,乙醇,CH,3,CH,2,O,H,15.9,CH,3,CH,2,O,-,水,H,2,O,15.7,HO,-,甲铵离子,CH,3,N,H,3,+,10.64,CH,3,NH,2,碳酸氢根离子,HCO,3,-,10.33,CO,3,2-,苯酚,C,6,H,5,O,H,9.95,C,6,H,5,O,-,铵离子,NH,4,+,9.24,NH,3,乙酰丙酮,CH,3,COC,H,2,COCH,3,9.0,(CH,3,COCHCOCH,3,),-,硫化氢,H,2,S,7.04,HS,-,一,些,常,见,化,合,物,的,p,K,a,值,45,2025/8/27 周三,碳酸,H,2,CO,3,6.36,HCO,3,-,乙酸,CH,3,COO,H,4.76,CH,3,COO,-,苯铵离子,C,6,H,5,NH,3,+,4.63,C,6,H,5,NH,2,苯甲酸,C,6,H,5,COO,H,4.19,C,6,H,5,COO,-,甲酸,HCOO,H,3.75,HCOO,-,氢氟酸,HF,3.2,F,-,三氟乙酸,CF,3,COOH,0.18,CF,3,COO,-,磷酸,H,3,PO,4,2.1,H,2,PO,4,-,硝酸,HNO,3,-1.4,NO,3,-,水合氢离子,H,3,O,+,-1.74,H,2,O,甲醇合氢离子,CH,3,O,+,H,2,-2.5,CH,3,OH,丙酮合氢离子,(CH,3,),2,C,O,+,H,-3.8,(CH,3,),2,C,O,苯磺酸,C,6,H,5,SO,3,H,-6.5,C,6,H,5,SO,3,-,盐酸,HCl,-7,Cl,-,氢溴酸,HBr,-8,Br,-,硫酸,H,2,SO,4,-9,HSO,4,-,氢碘酸,HI,-9,I,-,六氟锑酸,HSbF,6,-12,SbF,6,-,一,些,常,见,化,合,物,的,p,K,a,值,续,上,表,46,2025/8/27 周三,1.5.2 Lewis,酸碱理论,Lewis,酸,(Lewis acid),：,能够接受未共用电子对的分子或离子,Lewis,碱,(Lewis bases),：,能够给出电子对的分子或离子,(currency=electron pair),47,2025/8/27 周三,常见,Lewis,酸碱,Lewis,碱：,Lewis,酸：,48,2025/8/27 周三,酸碱复合物,49,2025/8/27 周三,1.5.3,软硬酸碱原理,Pearson,将,Lewis,酸碱分为：,硬酸：接受体的体积小，带正电荷多，价电子层没有未共用电子对,.,软酸：接受体的原子体积大，带正电荷少，价电子层里有未共用电子对,.,50,2025/8/27 周三,硬碱与软碱,硬碱：给予体的原子体积小，电负性高，可极化性低，不易被氧化,软碱：给予体的原子体积大，电负性低，可极化性高，易被氧化,51,2025/8/27 周三,软硬酸碱原理,硬酸,硬碱,对外层电子（价电子）束缚牢固,软酸,软碱,对价电子束缚不牢,“,硬,”,、,“,软,”,是用来描述酸碱抓电子的松紧程度。,“,软亲软、硬亲硬,”,H,2,SO,4,比,H,2,SO,3,稳定,52,2025/8/27 周三,1.6,有机化合物的分类,1.6.1,按碳架分类,有,机,化,合,物,开链化合物,(,脂肪族化合物,),(aliphatic compounds),C,原子连接成链状,(2),脂环,(,族,),化合物,(cyclic compounds),C,原子连接成环状,(3),芳香族化合物,(aromatic compounds),含有芳环结构,(4),杂环化合物,(heterocyclic compounds),含有由,C,原子和其它原子,(,如,O,N,S),连接成环的化合物,53,2025/8/27 周三,1.6.1,按碳架分类,开链化合物,(,脂肪族化合物,),(2),脂环,(,族,),化合物,(3),芳香族化合物,(4),杂环化合物,乙烷,丁烯,丙炔,乙醇,54,2025/8/27 周三,1.6.1,按碳架分类,开链化合物,(,脂肪族化合物,),(2),脂环,(,族,),化合物,(3),芳香族化合物,(4),杂环化合物,环己烷,环戊二烯,环辛烯,环己醇,55,2025/8/27 周三,1.6.1,按碳架分类,开链化合物,(,脂肪族化合物,),(2),脂环,(,族,),化合物,(3),芳香族化合物,(4),杂环化合物,苯,萘,苯酚,氯苯,56,2025/8/27 周三,1.6.1,按碳架分类,开链化合物,(,脂肪族化合物,),(2),脂环,(,族,),化合物,(3),芳香族化合物,(4),杂环化合物,噻吩,吡啶,糠醛,四氢呋喃,57,2025/8/27 周三,1.6.2,按官能团分类,官能团,(functional groups):,容易发生反应的原子或基团,58,2025/8/27 周三,一些常见的重要官能团,化合物类型 化合物 官能团构造 官能团名称,59,2025/8/27 周三,小结,1,、,了解有机化学重要性,2,、,深刻理解,电负性,（诱导效应、氢键）、键长、,键能电负性,【,决定反应类型与机理,】,，,键能,【,决定反应成败,】,。,3,、,掌握有机酸碱理论，,Lewis,酸碱和软硬酸碱，,软硬酸碱,【,决定反应快慢！,】,60,2025/8/27 周三,参考书,(References):,1.Francis A.Carry,Organic chemistry,7,th,edition,2.John McMurry,Organic chemistry,5,th,edition,3.T.W.Graham Solomons,Organic chemistry,10,th,edition,4.,王积涛主编,有机化学,（第二版）,5.,邢其毅主编,基础有机化学,（第三版）,61,2025/8/27 周三,