有机化合物与有机化学.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,*,【,必须掌握的内容,】,1.有机化合物及有机化学。,2.有机化合物构造式的表示方法。,3.,共价键的形成价键法（,sp,3,、,sp,2,sp,杂化、,键与,键）和分子轨道法。,4.共价键的基本属性及诱导效应。,5.共价键的断键方式及有机反应中间体。,6.有机化合物的酸碱概念。,共价键的形成及共价键的属性、诱导效应。,【本章重点】,第一章 绪 论,有机化合物与有机化学,1、有机化合物：,烃及其衍生物,(烃：碳氢化合物),2、有机化学：,研究有机化合物,来源、制备、结构、性能、应用及其变化规律,的科学。,3.,有机化合物的研究对象,有机化学是从,分子水平,上研究物质世界最丰富多彩的部分,有机化合物。,简单有机小分子化合物,（组成、价键、结构、性质、鉴定、反应、合成）,复杂有机化合物,（结构、鉴定、合成）,大分子化合物,（,结构、鉴定、合成、相互作用）,超分子,（,分子识别、分子组装、功能）,三项内容：,分离、结构、反应和合成,分离,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。,结构,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。,反应和合成,从某一有机化合物,(,原料,),经过一系列反应转化成一已知的或新的有机化合物,(,产物,),。,4、有机化学的产生和发展,有机化学作为一门学科诞生于：,19,世纪初,有生机之物 碳化合物 碳氢化合物。,十八世纪前，利用天然有机物。,我国古代对天然有机物的利用：植物染料、酿酒、制醋、中草药（神农本草经，汉末）、造纸（汉朝）,其他国家，如古代印度、巴比伦、埃及、希腊和罗马也都在染色、酿酒对天然有机物进行了利用。埃及人用靛蓝和茜素作木乃伊裹布的染料，古犹太人祈祷者披巾上的蓝色是从一种地中海鱼中提取出来的。,1781,年,法国,拉瓦锡,（,A.Lavoisier,）,1830,年,德国,李比希,（,J.Liebiy,）,19,世纪中期进入了煤焦油合成时代,20,世纪,40,年代至今,石油和天然气合成时代，,合成了许多复杂的有机化合物,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2000万(主要通过人工合成)，其中绝大多数是有机化合物。,在有机分析和合成发展的同时，有机结构理论得到了迅速的发展和完善。,1857,年凯库勒和库帕各自独立提出有机化合物中,碳原子都是四价,的，相互结合成碳链,1861,年布特列洛夫提出了,化学结构,，结构决定性质，性质可推出结构,1865,年凯库勒提出了,苯的构造式,。,1874,年范特霍夫和勒贝尔分别提出了,碳的四面体结构,，建立了分子的立体概念，说明了旋光异构现象。,1885年拜尔提出了,张力学说,，至此，有机结构理论基本建立起来。,20,世纪初建立了价键理论,。,20,世纪,30,年代建立了量子化学理论：,化学键的微观本质,诱导效应,、共轭效应、及共振论,20,世纪,60,年代将现代物理方法用到测定分子结构上,，确定了许多复杂有机化合物的结构：糖、蛋白质、氨基酸、胆甾醇、血红素、叶绿素等,有机化学的各,分支学科,形成,药物化学、香料化学、染料化学、农药化学、环境化学、有机新材料化学,等学科。,19011998,年，诺贝尔化学奖共,90,项，其中有机化学方面的,化学奖,55,项，占化学奖,61%,。,当今世界有机化学：,1、很多复杂的分子结构被阐明，其中很多具有强烈的生理作用，为其他学科提出了大量研究课题,2、合成与天然物完全相同的分子,3、对天然分子进行改性,4、用计算机进行有机合成的设计工作,当代有机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合。,1980年(DNA)1997年(ATP)与生命科学有关的化学诺贝尔奖八项；,1、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为现代生物化学和化学生物学的理论基础；,2、对蛋白质、氨基酸的分离、提取，开创了研究生命物质的新时代。,3、,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;,4、发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律,;,5、,作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究,;,6、发展提供结构多样性分子的组合化学,;,7、对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术。,有机化学中，有机合成占有独特的核心地位。,1989,年美国,Harvard,大学,kishi,教授等完成,海葵毒素,(palytoxin),的全合成。,21世纪，要实现“理想的”合成法。强调,实用、环境友好、资源可持续利用。,简单原料、条件温和，经过简单步骤，快速、高选择性、高效地转化为目标分子。,绿色合成,有机新材料(分子材料)化学。,1.,1,、化学结构种类多；,2.,2,、,能够有目的地改变功能分子的结构，进行功能组合和集成；,3、能够在分子层次上组装功能分子，调控材料的性能。,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,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；,3.,研究分子结构、排列方式与材料性能的关系，发展新的分子组装的方法，探讨产生特殊光电磁现象的机制；,探索新型分子材料在光电子学和微电子学中的应用,我国的有机化学：,我国古代对天然有机物的利用：植物染料、酿酒、制醋、中草药（神农本草经，汉末）、造纸（汉朝）,1965,年，我国在世界上第一次合成了具有生命活性的蛋白质,结晶牛胰岛素，突破了一般有机物和生物高分子的界限,1981,年，我国又完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成，为探索人类的生命奥秘及防止疾病迈出了可喜的一步。,5、有机化学的重要性,有机化学是许多现代科学技术的基础,生命科学（生物化学，分子生物学等）,医药学（药物化学，病理学，生化分析等）,农业（农业化学，农用化学品等）,石油（石油化工等）,材料科学（高分子化学，功能材料等）,食品（食品化学，营养学，添加剂等）,日用化工（染料，涂料，化装品等,）,有机化学的任务,1,发现新现象（新的有机物，有机物的新的来源、新的合成方法、合成技巧，新的有机反应等）,2,研究新的规律（结构与性质的关系，反应机理等）,3,提供新材料,（提供新的高科技材料，推动国民经济和科学技术的发展）,4,探索生命的奥秘（生命与有机化学的结合）。,6、,学习有机化学的要求,1,）,、认真听课，作好笔记。,2,）,、勤思考、多提问，再理解的基础上记忆。,3,）,、学完每章，应归纳、总结。掌握该章的重点、难点和规律。,4,）,、按时独立的完成作业。,5,）,、参阅有关的资料（参考书、杂志）。,6,）、,重视有机实验，以实验促进学习。,7、教学参考书,：,1,、基础有机化学（第二版），邢其毅等编，高教出版社,2,、基础有机化学习题解答与解题示例 邢其毅等编，北京大学出版社,3、有机化学（第二版），郓魁宏主编，高等教育出版社,4,、有机化学学习及解题指导,华北、东北九所高等师范院校合编，科学教育出版社出版,5,、有机化学提要、例题和习题,王永梅、王桂林主编，天津大学出版社出版,6、,有机化学（第三版），曾昭琼主编，高等教育出版社,有机化合物的特点,有机化合物的特点通常可用五个字概括：,“多、燃、低、难、慢”。,1组成和结构之特点,有机化合物种类繁,多,、数目庞大（已知有七百多万种、且还在不但增加）,但组成元素少,（,C,，,H,，,O,，,N,，,P,，,S,，,X,等）,原因：,1,）,C,原子自身相互结合能力强,2),结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状）,3),同分异构现象,（构造异构、构型异构、构象异构）普遍,例如，,C,2,H,6,O,就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物,2,、,性质上的特点,A、,物理性质方面特点,1),挥发性大，熔点、沸点,低,2),水溶性差,（大多不容或,难,溶于水，易溶于有机溶剂,B、化学性质方面的特点,1),易,燃,烧,2),热稳定性差，易受热分解（许多化合物在,200300,度就分解）,3),反应速度,慢,4),反应复杂，副反应多,共价键的形成及其属性,一、共价键的形成,共价键的成键条件,；,共价键的饱和性,；,共价键的方向性,。,1,价键理论：,2、杂化轨道理论,简介,*,要点,*,sp,3,、,sp,2,、,*,sp,杂化,*,（1）不同杂化方式的轨道形状、,s,成分的多寡及不同杂化碳原子的电负性是不同的。,着重强调两个问题：,（,2,）,键与,键的差异：,键,键,存在的情况,1、可以单独存在。,2、,存在于任何共价键中。,1、必须与,键共存。,2、,仅存在于不饱和键中。,键的形成情况,成键轨道沿轴向在直线上相互重叠。,成键轨道对称轴平行，从侧面重叠。,电子云的分布情况,1、,电子云集中于两原子核的连,线上，呈圆柱形分布。,2、,键有一个对称轴，轴上电子,云密度最大。,1、,电子云分布在,键所在平面,的上下两方，呈块状分布,。,2、只有对称面，对称面上的电子,云密度最小（,=0,）,键的性质,1、,键能较大。,2、,键的旋转：以,键连接的两原,子可相对的自由旋转。,3、键的可极化度：较小。,1、键能较小。,2、,键的旋转：以,键连接的两原,子不能自由旋转。,3、键的可极化度：较大。,3、分子轨道理论,简介,*,要点,*,轨道电子轨道电子,实例：,1、,乙烯,2、,1，3-丁二烯,3、,苯,二、共价键的属性,1、,键长：,以共价键键合的两个原子核间的距离为键长。,2、,键角：,同一原子上的两个共价键之间的夹角。,3、,键能：,气态时原子A和原子B结合成1molA-B双原子分子（气态）所放出的能量。,4、,键的极性和键矩,键矩：极性共价键正或负电荷中心的电荷（q）与两个电荷中心之间的距离（d）的乘积叫键矩（u）。,三、,诱导效应：,由于成键原子,电负性不同,所引起的，,电子云,沿键链（包括键和键）,按,一定方向移动的效应,，或者说是键的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为诱导效应（,Inductive effects,），通常用“,I,”表示。,从下面几组数据中找找规律,：,+,I,效应：,(CH,3,),3,C,(,CH,3,),2,CH,CH,3,CH,2,CH,3,-,I,效应：,F,Cl Br I,取代羧酸的酸性与在烃基同一位置上引入-,I,基团的数目有关，数目越多，酸性越强。,取代羧酸的酸性与-,I,基团离羧基的距离有关，距离越远，影响越小。,吸电子诱导效应（-,I,）：,供电子诱导效应（+,I,）：,原子或基团的吸电子能力顺序如下：,有机化学反应的类型和试剂的分类,一、共价键的断裂方式：,1,、,均裂：,成键的一对电子平均分给两个原子或原子团。均裂生成的,带单电子的原子或原子团,称为,自由基,，或游离基。,自由基不带电荷，呈电中性。有很高的化学活性。,自由基反应：,通过共价键的,均裂,而进行的反应。,自由基反应一般在,光或热,的作用下进行。,2、,异裂：,成键的一对电子保留在一个原子或原子团上。异裂生成了,正离子,或,负离子,。有机化合物异裂生成,碳正离子（R+）,或,碳负离子（R-）,。,离子型反应：,通过共价键的,异裂,而进行的反应。离子型反应一般在,酸、碱等极性试剂,的作用下进行。它又分为,亲核反应,和,亲电反应。,二、有机中间体,自由基,碳正离子（R+）,碳负离子（R-）,。,三、有机试剂的类型：,试剂可分为,自由基试剂,、,离子试剂,。,离子试剂又分为,亲核试剂,和,亲电试剂,1、亲电试剂：,在反应过程中接受电子或共用电子（这些电子原属于另一反应物分子的）的试剂。,2、亲核试剂：,在反应过程中供给电子的试剂。,四、有机反应的基本类型：,1、按共价键断裂的方式分类：,1,）,自由基反应：,通过共价键的均裂而进行的反应。自由基反应一般在光或热的作用下进行。,2）离子型反应：,通过共价键的异裂而进行的反应。离子型反应一般在酸、碱等极性试剂的作用下进行。它又分为亲核反应和亲电反应。,3）周环反应：,通过环状过度态而进行的反应。,亲电反应和亲核反应：,由亲电试剂进攻而发生的反应为亲电反应。由亲核试剂进攻而发生的反应为亲核反应。,有机化合物的结构,分子中原子之间相互连接的顺序叫做分子的,构造。,表示分子构造的化学式叫做,构造式。,无机化合物,：,一个分子式只代表一个化合物，如：,H,2,SO,4,只代表硫酸。,有机化合物,：,一个分子式可代表多个化合物，如：C,2,H,5,OH 即代表乙醇又代表甲醚。,有机化合物构造式的表示方法通常有：,较常用的为,构造简式,和,键线式,。如：,有机化合物的分类,一、按碳架分类,1、开链化合物：,碳原子相互结合形成链状,2、碳环化合物：,含有碳原子组成的碳环,1）、脂环化合物,2）、芳香族化合物,3、杂环化合物：,是环状化合物，这种环是由碳原子和其他元素的原子共同组成,二、按官能团,分类,官能团：,是指有机化合物分子中,特别能起化学反应,的一些原子或原子团。它常常可以决定化合物的主要性质。,研究有机化合物的一般步骤,1、分离提纯：,重结晶、升华法、蒸馏法、色层分析法以及离子交换法等,2、纯度的检定：,测定熔点、沸点、相对密度和折射率等,3、实验式和分子式的确定：,元素定性分析和定量分析、测其分子量，确定实验式和分子式。,4、结构式的确定：,化学方法,官能团分析、化学降解及合成,物理方法,红外(IR)、紫外(UV)、核磁(NMR)、质谱(MS)、气液色谱和X衍射等。,六,.酸碱概念,1.勃朗斯德(Br,nsted),酸碱质子论,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,在一个反应中是,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。,酸碱强度表示：,酸或碱越强，其pK,值越小,（离解常数K值越大）。,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？,主要取决于化合物,离解出H,+,后的负离子稳定性,。,负离子越稳定,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,其相连的原子团的结构以及溶剂等因素有关,。,2.路易斯(lewis),酸碱电子论,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。,lewis,酸具有亲电性，,lewis,碱,具有亲核性。,常见的lewis酸：,常见的lewis碱:,键矩：极性共价键正或负电荷中心的电荷（q）与两个电荷中心之间的距离（d）的乘积叫键矩（u）。,化学键的极性：以键矩又称偶极矩（,）来量度。,偶极矩是向量，带有方向性，一般以“”来表示，箭头表示从正电荷到负电荷的方向。,多原子分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的向量和。,非极性共价键：两个相同原子组成的共价键，成键电子云均匀分布在两核周围。,Cl,2,；H,2,极性共价键：不同原子组成的共价键，成键电子云均偏向电负性大的原子一边。HCl ；H,2,O,键的极性,：,键的极性大小取决于成键两原子电负性的差值，与外界条件无关，是,永久,的性质。,键的极化性,：,键的极化性是共价键在外电场的作用下，使键的极性发生变化。键的极化性用键的极化度来度量，其大小除与成键原子的体积、电负性和键的种类有关外，还与外电场强度有关，是,暂时,的性质。,小结,：,键长与键能,反映了键的强度，即分子的热稳定性。,键角,反映了分子的空间形象。,键矩和键的极化性,反映了分子的化学反应活性，并影响它们的物理性质。,键的极性影响化学反应：,分子的极性影响物性常数，如：沸点、熔点、溶解度,键能：,气态时原子A和原子B结合成1molA-B双原子分子（气态）所放出的能量。通常键能愈大，键愈牢固。,键的离解能,：要使1molA-B双原子分子（气态）共价键解离为原子（气态）时所需的能量。,H 0,吸热；常用符号,D（A-B）表示。,HHH+H H=+436kJ/mol；D=436kJ/mol,A(气)+B(气)AB(气),ClClCl+Cl D=+242kJ/mol,Cl+ClCl2 H=-242kJ/mol,键能与键的离解能的差异：,双原子分子：,键能即是键的离解能。,多原子分子：,键能则泛指分子中几个同类型键的离解能的平值,。,对有机化学和农业化学有重要贡献。,建立了有机化合物的元素分析方法，这个方法现在仍在使用。,他是一位伟大的教育家，他非常重视实验。培养了一大批优秀的化学家。如：霍夫曼、凯库勒、范特霍夫、阿累尼乌斯、拜尔等都是从李比希的学生。到1960年获诺贝尔化学奖的60人中有44人是出自李比希的门下,。,1768年被选为法国科学院院士。同年当上了收税官。1793年11月法国逮捕所有的收税官（28名），1794年5月全部处死。,著名数学家拉格朗日说：“他们可以一瞬间把他的头割下，而他那样的头，百年也许长不出一个来”,他对化学的主要贡献有：,1、用燃烧的氧化理论代替燃素学说。这是一场真正的革命。,2、使化学具有空前的条理性。他的“化学命名法”和“化学纲要”两书的基本内容沿用至今。,3、全面阐述了质量守恒定律。,4、把燃烧理论用于有机分析。,拉瓦锡知识渊博，是一位伟大的化学家，近代化学的奠基人,。,人工合成有机化合物的开创者。1824年人工合成了尿素，1828年发表论文论尿素的人工合成。,此外他在化学上的成就有：,1824年合成了草酸；1827年分离出了纯铝；发展了硅烷、硅氯仿；分析了大量的矿石，制备了多种稀有金属化合物；研究了醌、氢醌、醌氢醌等。他完成的实验研究工作数量多得惊人,。,斯德哥尔摩学院院士，十九世纪上半叶化学界的最高权威。他对化学的突出贡献主要在两个方面：,（1）测定原子量和制定元素符号；,（2）提出电化二元论。,1803年发现了铈、1817年发现了硒、1828年发现了钍。,1806年开始使用“有机化学”这个名称，1827年指出“同分异构”现象的存在，1835年提出“催化”这一名词,。,