有机化学-绪论.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,有机化学,Click to edit Master title style,*,课程说明,课程性质：专业基础课,学 分：,3,学分,学 时：,48,学时,周学时数：,3,学时（周二、周三（双周）上课）,教 材：,汪小兰主编，,有机化学,（第四版）高等教育出版社,主要参考书：,邢其毅等主编，,基础有机化学,（第三版）高等教育出版社,高鸿宾主编，,有机化学,（第三版）高等教育出版社,傅建熙主编，,有机化学,（第二版）高等教育出版社,2025/11/5 周三,有机化学的学习,课前复习、预习,认真听课、,记笔记,善于整理、归纳、总结,理解的基础上勤记忆；,掌握结构的特点；从结构上去理解该类化合物的反应性；,了解一般规律，要选择重点记一些重要的特殊性质,；,4.,独立、认真做习题（巩固）,非常重要！,讨论及答疑，遇到问题及时解决。,有机化学实验,学好有机化学的几个重要环节,切记：,不要死记硬背 不要临时抱佛脚！,2025/11/5 周三,关于习题,每节课后根据教学内容安排一定量的练习,一般每学完一章交一次作业（,5,实验楼,107,室）,未布置的习题自行完成,鼓励开拓思路，多多练习课外习题,2025/11/5 周三,第一章 绪 论,一、有机化学的研究对象与任务,有机化学（,Organic Chemistry,）,研究,有机化合物,的科学（,即研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法的科学）。,2025/11/5 周三,有机化合物,含碳的化合物，或者碳氢化合物及其衍生物。可含,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,等元素。,H,C,N,O,F,P,S,Cl,Br,I,Si,B,有机化合物中常见的元素,2025/11/5 周三,有机化合物及有机化学概念的演变,2,、从有机体内提取纯的有机化合物,（,1773 1805,）,矿物无机物、有机体有机物,1773,年，首次由尿内取得纯的尿素；,1805,年，由鸦片内取得第一个生物碱,吗啡；,1,、有机化合物在生产和生活中的应用由来已久。,1806,年，柏则里提出“有机化学”这一名词和“生命力”学说；,有机化学：,研究有机物的化学。,“生命力”学说：,有机物只有在动植物体内的生命力作用下才能形成。,J.Berzelius,（,17791848,）,蔗糖、染料、药物、香料,2025/11/5 周三,4,、定量测定有机化合物组成方法的确立,18,世纪末,19,世纪初，拉瓦锡等发现有机化合物都含碳，大多数还含氢。,1848,年，葛美林（,L Gmelin,）,定义有机化合物就是含碳化合物；,1879,年，肖莱马提出“有机化合物是,碳氢化合物及其衍生物”,的定义。,有机化学可以看作是,碳氢化合物及其衍生物,的化学。,3,、进入有机化合物合成时代,1828,年，德国化学家,(F.Wohler),魏勒,合成了尿素。,1854,年，柏赛罗,(M.berthelot),合成油脂。,1845,年，柯尔伯（,H.kolbe),合成醋酸；（水、活性碳、氯气、硫磺）,2025/11/5 周三,有机化学是一门迅速发展的学科,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%,2025/11/5 周三,2,、任务,（,1,）分离、提取天然有机物，测定结构、性质从而加以利用。,（,2,）物理有机化学研究：有机物结构与性质的关系；,反应历程径；影响反应因素等。,（,3,）由简单原料合成所需复杂化合物：,维生素、药物、染料、高分子化合物等。,（,3,）,（,4,）,2025/11/5 周三,化学键,离子键 通过,正负离子相互作用而形成的,化合物,共价键 原子间通过共用电子对形成的化合物,2,4,C,既不易得,4,个电子，也不易失,4,个电子。,C,在周期表中的位置,决定,C,原子一般采用,共用电子对的形式,和其它原子结合，形成共价键。,二、化学键与分子结构,1,、化学键,金属键 使金属原子结合成金属晶体的化学键,2025/11/5 周三,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。,共价键具有饱和性：,一个电子最多只能和一个自旋方向相反电子配对,A+2 B BAB B-A-B,“头碰头”,键：,“肩并肩”,键：,2025/11/5 周三,键,沿轨道轴平行方向成键。重叠大、稳定、可沿键轴自由旋转。,键,沿轨道轴垂直方向成键。重叠小、不稳定、不能沿键轴旋转。,头碰头,肩并肩,共价键的类型,:,键与,键,键轴,键轴,键,键,存在情况,可以单独存在；存在于任何共价键中。,必须与,键共存；仅存在于不饱和键中。,成键情况,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,电子云集中于两原子核的连线上，呈圆柱形分布。,电子云分布在,键所在平面的上下两方，呈块状分布。,稳定性,稳定，不易极化,具有较大流动性，易极化,2025/11/5 周三,拓展：用,杂化轨道法,处理碳原子形成的共价键,在形成化学键时，原子的能级相近的价轨道进行“混合”，即“杂化”，形成新的价轨道，价电子的排布也随之改变，利用杂化轨道与其它原子形成共价键。轨道的“杂化”、“成键”等过程是同时完成的。,2025/11/5 周三,2s 2p,x,2p,y,2p,z,2s 2p,x,2p,y,2p,z,跃迁,原子轨道重组,4,个,sp,3,轨道,C:1s,2,2s,2,2p,2,碳原子的几种杂化方式,sp,3,杂化,四面体型,2025/11/5 周三,可形成四个 键,2025/11/5 周三,甲烷的,CH,键,杂化与成键同时完成,这是,C,能形成碳链和碳环的化学键的基础,2025/11/5 周三,sp,2,杂化,2s 2p,x,2p,y,2p,z,2s 2p,x,2p,y,2p,z,跃迁,原子轨道重组,3,个,sp,2,轨道,2p,z,平面型,2025/11/5 周三,可形成三个 键和一个,键,乙烯的分子结构,2025/11/5 周三,sp,杂化,2s 2p,x,2p,y,2p,z,2s 2p,x,2p,y,2p,z,跃迁,原子轨道重组,sp,2p,y,2p,z,直线型,2025/11/5 周三,可形成两个键和两个,键,乙炔的两个,键,2025/11/5 周三,sp,3,sp,2,sp,sp,3,、,sp,2,、,sp,轨道的比较：,sp3,、,sp2,、,sp,轨道的形状相似，都是轴对称。,sp3,、,sp2,、,sp,轨道可以自身和相互间形成,C-C,键，形成饱和的、不饱和的碳链或碳环如：,也与其它原子轨道形成,CX,、,CO,、,CN,等,键。,2025/11/5 周三,不等性杂化（了解）,sp,3,、,sp,2,、,sp,杂化,同一组杂化轨道中的,s,和,p,的成分相同，轨道的夹角也相等,，称为,等性杂化。,在形成某种分子如环丙烷时，,2s,与三个,2p,轨道杂化，得到的一组杂化轨道，,每个轨道中的,s,和,p,的成分不是相等的，轨道的能级、夹角也不完全相等,，这一组轨道称为,不等性杂化轨道。,这组轨道与相同原子形成的,键强度不全相等。,2025/11/5 周三,其它原子的杂化（了解）,不仅仅碳原子在形成化学键时发生轨道杂化，在有机化合物中，其它原子（杂原子）在形成化学键时也能发生,sp,3,、,sp,2,、,sp,杂化。如：,在,H,3,COCH,3,中，,O,为,sp,3,杂化,。,在,C,O,中，,C,是,sp,2,杂化，,O,也是,sp,2,杂化。,在,CN,中，,C,、,N,都是,sp,杂化。,2025/11/5 周三,2,、分子结构：,分子中原子相互结合的,顺序,和,方式,-,分子的结构包括分子的构造、构型和构象,同分异构体：,分子式相同而结构式不同的化合物,。,2025/11/5 周三,分子式：,C,2,H,6,O,乙醇（,b.p.=78.3,）,甲醚（,b.p.=-23.6,）,例如,:,2025/11/5 周三,分子式,只是,表示组成分子的原子种类和数目，不能准确表示物质的结构。,分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决于分子的结构。“,结构决定性质，性质反映结构,”，这是有机化学教与学的主线。,2025/11/5 周三,也称电子构造式。用两个圆点表示形成共价键的两个电子，放到成键两原子之间。这种表示优点是各原子的成键关系、价电子数清楚。,也称开库勒式。用一短线表示一个共价键，放在成键两原子间。其缺点是书写麻烦，占篇幅。,也称为：,结构简式。,把成键的两原子放在一起，必要时再用短线表示共价键，,这是目前使用较为普遍的书写方法。,只表示出碳链或碳环（统称碳架或分子骨架）和除碳氢原子以外的原子或基团与碳原子连接关系，在链或环的端点,、,折角处表示一个碳原 子，这种方法简便，表示清楚，被普遍接受。,3,、有机化合物的表示,-,构造式,2025/11/5 周三,三、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,1,、键长：,形成共价键的两原子核间的距离,单位：,pm,、,nm(1pm=10,-3,nm),d,：,a,、,b,两原子的键长,r,1,：,b,原子的范德华半径,r,2,:b,原子的共价半径,r,3,:a,原子的共价半径,r,4,:a,原子的范德华半径,2025/11/5 周三,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。,共价键,键长,/nm,共价键,键长,/nm,一些共价键的键长,2025/11/5 周三,不同原子成键，键长与原子半径有关。,相同原子成键键长：单键,双键,三键。,无论,CC,还是,CH,，键长都与,C,的杂化状态有关。,一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开。,影响键长的因素：,常见共价键的键长,2025/11/5 周三,2,、键能（键的牢固程度）,A,（气态）,+B,（气态）,A-B,（气态）,-D,由原子形成共价键所放出的能量，或共价键断裂成两个原子所吸收的能量称为该键的,键能,。后者又称,键的解离能,。键能的单位：,kJ/mol,。,或：在标况下，,1mol,气态,A-B,分子完全离解为气态的,A,、,B,原子所吸收的能量。,2025/11/5 周三,（,3,）,键能越大，说明两个原子结合得越牢固。,（,1,）,对双原子分子：离解能即键能。,（,2,）,对多原子分子：取平均离解能,2025/11/5 周三,3,、键角,-,两个共价键之间的夹角。,在其它烷烃分子中，由于碳原子连接的情况不尽相同，相互影响的结果，其键角也稍有差异。,丙烷分子中的,C-CH,2,-C,就不是,10928,，而是,112,。,-,键角反映了分子的空间形象,2025/11/5 周三,4,、键的极性,-,影响分子的物理、化学性质,如果形成共价键的两原子电负性相同，成键电子,均匀,分布在两原子周围，这种键无极性，称为,非极性共价键,。例：,HH,，,ClCl,，,CH,3,CH,3,等。,极性键和非极性键,两个电负性不同的原子形成共价键，成键的两电子的电子云,非均匀,分布在两原子的周围，电负性大的原子周围有较多的电子云，电负性小的原子周围有较少的电子云，即键的两端出现微小正、负电荷，常用,+,和,-,表示，这种现象称为键的极性，这种键称为,极性共价键,。,2025/11/5 周三,（,1,）成键的两个原子存在,电负性差异，形成的键有极性。,（,2,）键矩,=e*d,。,e,为电荷数，,d,为正负电荷中心的距离。,（,3,）键矩有方向：由正电荷指向负电荷,分子的偶极矩等于所有键的偶极矩的矢量和,（,4,）键的极性可引起分子的极性。,2025/11/5 周三,不同杂化方式的电负性：,拓展：,碳、氮元素在不同杂化状态下的电负性值：,2025/11/5 周三,1,、偶极,偶极作用力（定向力）,一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一个分子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用。,-,-,H,Cl,H,Cl,-,-,H,Cl,Cl,H,极性分子,之间的一种相互作用力,四、分子间的力,2025/11/5 周三,-,-,-,-,-,-,-,-,它是由于电子运动产生瞬时偶极而引起的极弱的引力。,2,、色散力,亦称,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,存在于所有分子中,2025/11/5 周三,分子形成氢键,必备,的两个条件,:,a.H,原子与电负性很大的原子相连，形成裸露的质子；,b.,具有电负性较大、原子半径较小、含孤电子对的原子,(F,、,O,、,N),。,3,、氢键力,分子间作用力大小顺序为：,氢键力,偶极,-,偶极吸引力,色散力,分子间作用力是影响物理性质的主要因素。,2025/11/5 周三,五、有机化合物的特点,1.,分子结构复杂，种类繁多，数量庞大。,维生素,B,12,，分子式为：,C,63,H,88,N,14,O,14,Co,。,M=1355,2025/11/5 周三,4.,难溶于水，易溶于有机溶剂。,2.,容易燃烧。,碳氢化合物,燃烧,CO,2,+H,2,0+,热量,3.,熔点低。,一般不超过,400,。,5.,反应速度慢，副产物多,2025/11/5 周三,较简单，较少异构现象,复杂，常有异构现象,构造,较无副反应，且反应速率较快,常有副反应的可能，所以较复杂，但因非离子反应，所以速率较慢，故常需催化剂,反应及速率,一般为电解质，常为离子反应,一般为非电解质，所以多数为非离子反应,离子反应,不燃的较多,在空气中多数会燃烧,可燃性,一般溶于水，但不溶于有机溶剂,一般不溶于水，但溶于有机溶剂,溶解性,一般较高,一般较低,熔点,离子键结合多,共价键结合多,化学结合,约,100,种全部元素,主要,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,、,X,构成元素,比较少（,40,万种）,非常多（约,1000,万种）,种类,无机化合物,有机化合物,有机化合物和无机化合物的差,别,2025/11/5 周三,有机反应的本质：旧键的断裂和新键的生成,产物,(product),溶剂,底物,(substrate),试剂,(reagent),反应物,(reactants),CCl,4,六、有机反应,(organic reactions):,的类型,有机反应中反应类型：,1,、均裂（,自由基反应,）,2,、异裂（,离子型反应,）；,3,、协同反应,2025/11/5 周三,发生均裂的反应条件是,光照、辐射、加热,或有,过氧化物,存在。,均裂的结果是产生了具有不成对电子的原子或原子团,自由基（游离基）。,有自由基参与的反应叫做,自由基反应（游离基反应）,或,均裂反应,。,1,、均裂,共价键断裂时形成共价键的两个电子平均分到形成共价键的两个原子或基团上,2025/11/5 周三,2,、异裂,发生异裂的反应条件是有,催化剂、极性试剂、极性溶剂,存在。,异裂的结果产生了带正电荷或负电荷的离子。,发生共价键异裂的反应，叫做,离子型反应,或,异裂反应,。,共价键断裂时，形成共价键的两个电子非均匀地分在形成共价键的两原子或基团上，形成带有一对电子的负离子和未带电子的正离子。,2025/11/5 周三,3,、协同反应（周环反应）,反应不生成自由基或离子，而是经环状过渡态，旧键的断裂和新键的生成,同时,进行。,例：,2025/11/5 周三,4,、有机反应的类型汇总,2025/11/5 周三,样品,分离提纯,元素定性定量,分子式 测定,结构式确定,合成,七、研究有机化合物的一般方法,2025/11/5 周三,八、有机化合物的分类,(1),按碳骨架分类,通用的是按,分子的碳架结构,和,有特征反应的官能团,两种分类方法。,2025/11/5 周三,官能团,决定化合物典型性质的原子或原子团。含有相同官能团的化合物具有相似的化学性质，是同类化合物。,一些重要官能团,C,C,C,C,C,O,H,C,O,-X,卤素,-OH,羟基,C-O-C,醚键,双键,叁键,醛基,酮基,O,H,C,O,羧基,-CN,氰基,-NO,2,硝基,-NH,2,氨基,-SO,3,H,磺酸基,官能团,名 称,官能团,官能团,(2),按官能团分类,2025/11/5 周三,2025/11/5 周三,这个表又称,官能团优先顺序表,，它的顺序要记牢命名时要用到。,2025/11/5 周三,小 结,研究对象和任务,化学键与分子结构,共价键的键参数,分子间的力,有机化合物的特性,研究有机化合物的一般方法,有机反应的类型,有机化合物的分类,2025/11/5 周三,本章复习重点,1.,共价键的类型、重要键参数。,2.,碳原子的杂化轨道,sp3,、,sp2,、,sp,轨道的形成、形状、电负性大小,3.,有机化合物构造式表示法（结构简式）,4.,有机反应的类型,5.,有机化合物的分类（官能团优先顺序表）,2025/11/5 周三,