汪小兰有机化学第四版市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

有机化学有机化学 Organic Chemistry 张张 磊磊E-mail:Tel:[phone] 短号：短号：660826办公室：办公室：11幢幢415室室第1页有机化学有机化学 (第四版第四版)汪小兰汪小兰教教 材材基础有机化学基础有机化学 （第二版）（第二版）邢其毅邢其毅有机化学例题与习题有机化学例题与习题 裴伟伟裴伟伟参参 考考 书书第2页 有机化学学习方法浅谈有机化学学习方法浅谈有机化学学习方法浅谈有机化学学习方法浅谈*学好有机化学关键是要喜欢有机化学，对她感学好有机化学关键是要喜欢有机化学，对她感兴趣兴趣。喜欢有机化学过程：喜欢有机化学过程：认识认识好感好感 追求追求 成功成功好感好感 热爱热爱热爱热爱以下办法仅供参考：以下办法仅供参考：1.1.课前课前预习预习。2.2.好好好好听课听课 ，提升效率。，提升效率。3.3.课后课后复习复习，善于思索，必要练习。，善于思索，必要练习。4.4.要要了解了解了解了解记忆记忆，掌握反应机理。，掌握反应机理。5.5.要要把握规律把握规律如如结构与性能关系结构与性能关系 ，适当技巧。，适当技巧。第3页第一章第一章 绪论绪论1-1 1-1 有机化学研究对象及有机化合物特点有机化学研究对象及有机化合物特点1-2 1-2 有机化合物结构和共价键电子理论有机化合物结构和共价键电子理论1-3 1-3 共价键键参数共价键键参数 键长、键角、键能、键极性。键长、键角、键能、键极性。1-4 1-4 分子间作用力分子间作用力1-5 1-5 有机反应基本类型有机反应基本类型1-6 1-6 有机化合物分类有机化合物分类第4页有机化合物与古人有机化合物与古人有机化合物与古人有机化合物与古人类生活关系亲密类生活关系亲密类生活关系亲密类生活关系亲密有机化合物与当今有机化合物与当今有机化合物与当今有机化合物与当今人类生活关系亲密人类生活关系亲密人类生活关系亲密人类生活关系亲密一、一、一、一、有机化合物有机化合物有机化合物有机化合物棉、麻、丝、毛、合成纤维、皮草；棉、麻、丝、毛、合成纤维、皮草；淀粉、油脂、肉蛋奶、水果蔬菜；淀粉、油脂、肉蛋奶、水果蔬菜；合成药及中草药；合成药及中草药；洗涤剂、化装品；洗涤剂、化装品；涂料、家俱、文具纸张；涂料、家俱、文具纸张；橡胶及塑料制品；橡胶及塑料制品；能源、炸药、石油、化工、能源、炸药、石油、化工、化肥、农药；化肥、农药；新型电子、医药材料新型电子、医药材料酿酒、制醋、造纸、中草药酿酒、制醋、造纸、中草药衣食住行离衣食住行离衣食住行离衣食住行离不开有机物不开有机物不开有机物不开有机物1-1 1-1 1-1 1-1 有机化学研究对象及有机化合物特点有机化学研究对象及有机化合物特点有机化学研究对象及有机化合物特点有机化学研究对象及有机化合物特点国防与经济国防与经济国防与经济国防与经济建设离不开建设离不开建设离不开建设离不开有机物有机物有机物有机物第5页有机化合物就是有机化合物就是有机化合物就是有机化合物就是 含碳化合物含碳化合物含碳化合物含碳化合物有机化合物定义有机化合物定义有机化合物定义有机化合物定义定义定义1 1经过对众多有机物结构研究发觉：有机化合物共同经过对众多有机物结构研究发觉：有机化合物共同特点是分子中都含有碳元素。特点是分子中都含有碳元素。不过，一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金属氰化物、氰酸不过，一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金属氰化物、氰酸及其盐等含碳化合物结构简单，性质也不一样于有机物，及其盐等含碳化合物结构简单，性质也不一样于有机物，所以依然把它们归于无机物。所以依然把它们归于无机物。有机化合物就是有机化合物就是有机化合物就是有机化合物就是 碳氢化合物及其衍生物总称碳氢化合物及其衍生物总称碳氢化合物及其衍生物总称碳氢化合物及其衍生物总称定义定义2 2第6页1.1.2 1.1.2 有机化学有机化学有机化学有机化学 有机化学发展简史18，柏则里提出“有机化学”这一名词和“生命力”学说；1828年,维勒由氰酸铵NH4OCN合成尿素NH2CONH2；1845年，Kolbe合成醋酸;1854年，柏赛罗合成油脂；185019，合成有机化课时代，煤焦油化课时代；19001940年，有机化学工业时代，煤焦油染料、药品、炸药；1940年，石油化工时代，石油三大合成材料（橡胶、塑料、合成纤维）；1990年，有机化学与环境科学、生命科学、材料科学、能源工业、国防工业、电子工业、信息产业、无机非金属材料、各种轻工行业紧密联络，相互促进。第7页 有机化学能够看作是碳氢化合物及其衍生物化学碳氢化合物及其衍生物化学，它包含天然有机化学、生物有机化学、元素及金属有机化学、应用有机化学、有机分析化学、有机合成化学、物理有机化学等分支。二、有机化学定义二、有机化学定义有机化学有机化学有机化学有机化学就是就是研究有机化合物即研究有机化合物即研究有机化合物即研究有机化合物即含碳化合物化学含碳化合物化学含碳化合物化学含碳化合物化学，或者说是或者说是研究碳氢化合物及其衍生物化学研究碳氢化合物及其衍生物化学研究碳氢化合物及其衍生物化学研究碳氢化合物及其衍生物化学。有机化学有机化学研究有机化合物起源、制备、结构、性质研究有机化合物起源、制备、结构、性质及其改变规律。及其改变规律。第8页 有机化学是化学学科主要组成部分有机化学是化学学科主要组成部分有机化学是化学学科主要组成部分有机化学是化学学科主要组成部分。200200多年来有机多年来有机化学发展，化学发展，揭示了各种有机物结构、有机分子中各原子揭示了各种有机物结构、有机分子中各原子揭示了各种有机物结构、有机分子中各原子揭示了各种有机物结构、有机分子中各原子间键合本质以及其相互转化规律间键合本质以及其相互转化规律间键合本质以及其相互转化规律间键合本质以及其相互转化规律，并，并设计合成了大量含设计合成了大量含设计合成了大量含设计合成了大量含有特定性质有机分子有特定性质有机分子有特定性质有机分子有特定性质有机分子；同时，；同时，它又为相关学科它又为相关学科它又为相关学科它又为相关学科(如环境科如环境科学、生命科学、材料科学等学、生命科学、材料科学等)发展提供了理论、技术和材发展提供了理论、技术和材发展提供了理论、技术和材发展提供了理论、技术和材料料料料。有机化学成就使煤、石油、天然气、农产品等自然。有机化学成就使煤、石油、天然气、农产品等自然资源得到了充分综合利用，为合成染料、医药、炸药等资源得到了充分综合利用，为合成染料、医药、炸药等工业奠定了基础。工业奠定了基础。今天，有机化学正处于蓬勃发展时期。今天，有机化学正处于蓬勃发展时期。今天，有机化学正处于蓬勃发展时期。今天，有机化学正处于蓬勃发展时期。对人类越来越发挥其主要作用。对人类越来越发挥其主要作用。对人类越来越发挥其主要作用。对人类越来越发挥其主要作用。第9页组成组成除除C、H以外，只含有以外，只含有O、N、S、P、X等少等少数元素。有机物数目繁多数元素。有机物数目繁多(1000万万)结构结构原子间通常以原子间通常以共价键共价键方式结合；方式结合；同分异构同分异构现象普遍现象普遍性质性质易燃、易爆；热稳定性差；熔、沸点低；易燃、易爆；热稳定性差；熔、沸点低；难溶于水，易溶于有机溶剂；反应速度慢，难溶于水，易溶于有机溶剂；反应速度慢，常伴有副反应常伴有副反应例：例：HOAc:m.p 16.1 b.p 116;HOAc:m.p 16.1 b.p 116;NaCl:m.p 800 b.p 1440 NaCl:m.p 800 b.p 1440 三、三、三、三、有机化合物普通特点有机化合物普通特点有机化合物普通特点有机化合物普通特点第10页1-2 1-2 有机化合物结构和共价键理论有机化合物结构和共价键理论一、有机化合物结构一、有机化合物结构概念概念1：化学结构（结构）化学结构（结构）：分子中原子相互结合分子中原子相互结合次序次序和和方式方式。乙烯乙烯乙醇乙醇甲醚甲醚第11页直链状支链状环状正丁烷CH3CH2CH2CH3或 CH3CH2CH2CH3环戊烷异丁烷第12页 同分异构现象：同分异构现象：分子式相同而结构式不一样现象。同分异构体：同分异构体：分子式相同而结构式不一样化合物。C2H6O乙醇（乙醇（b.p.=78.3b.p.=78.3）甲醚（甲醚（b.p.=-23.6b.p.=-23.6）概念概念2：同分异构现象和同分异构体同分异构现象和同分异构体第13页 有机化合物中普遍存在化学键是共价键共价键。共价键:原子经过共用电子对形成化学键。A +B A BxxC：1S22S22P2。凯库勒凯库勒平面结构式平面结构式路易斯结构式路易斯结构式甲甲 烷烷二、共价键电子理论二、共价键电子理论第14页1、原子轨道、原子轨道 描述原子核外电子运动状态，用波函数描述原子核外电子运动状态，用波函数表示。表示。1s1s；2s2s，2p2p；3s3s，3p3p，3d3d；4s4s，4p4p，4d4d，4f4f；s s轨道：轨道：1 1个；个；p p轨道：轨道：3 3个；个；d d轨道：轨道：5 5个；个；f f轨道：轨道：7 7个。个。轨道能级：轨道能级：1s2s2p3s3p4s3d第15页第16页1s轨道轨道xyz 在有机化学中参加成键主要是s轨道轨道和p轨道轨道。第17页 正负号是代数符号，只代表位相位相不一样，与电荷无关。只有位相相同位相相同原子轨道重合才能有效成键。p p轨道轨道第18页原子核外电子排布规律：原子核外电子排布规律：1 1、鲍里不相容原理：、鲍里不相容原理：每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反配对。2 2、能量最低原理：、能量最低原理：电子尽可能占据能量最低轨道。1s2s2p3s3p4s3 3、洪特规则：、洪特规则：有几个简并轨道而无足够电子填充时，必须在几个简并轨道逐一地各填充一个自旋平行电子后，才能容纳第二个电子。C、N、O、F 核外电子排布？核外电子排布？第19页第20页2、价键理论、价键理论 共价键是两个原子未成对而又自旋相反电子偶 合配正确结果。（电子配对法）两个电子配合成对也就是两个原 子轨道相互重合，重合部分越大，形成共价键就越牢靠。第21页 共价键含有饱和性：未成对电子已配对成键后不能再与其它原子未成对电子配对成键。A A+2 B+2 B BAB B-A-B BAB B-A-B 2 2 A A AA A=A AA A=A 共价键有：单键单键 C-C C-H C-C C-H 双键双键 C=C C=O C=C C=O 叁键叁键 CCCC CN CN第22页 共价键含有方向性：两成键轨道电子云必须最大程度重合，键才牢靠、稳定。两成键轨道电子云必须最大程度重合，键才牢靠、稳定。第23页 共价键类型:键键 键键.“头碰头头碰头”键键“肩并肩肩并肩”键键第24页3.3.分子轨道理论分子轨道理论 形成化学键电子是在整个分子中运动。形成化学键电子是在整个分子中运动。分子轨道：分子轨道：描述分子中电子运动状态，用波函数描述分子中电子运动状态，用波函数 表示。表示。波函数可用原子轨道线性组正当近似求得。比如氢分子轨道波函数可用下式表示：=1 2 分子轨道数目与原子轨道数目相等。n个原子轨道组 合产生n个分子轨道。第25页反键轨道成键轨道能量 成键轨道1=1+21 反键轨道2=1-22氢原子形成氢分子轨道能级图氢原子形成氢分子轨道能级图氢分子轨道形成（氢分子轨道形成（分子轨道）分子轨道）第26页成键轨道反键轨道 分子分子分子分子轨道形成轨道形成轨道形成轨道形成能量 成键轨道：分子轨道能量低于原子轨道能量。反键轨道：分子轨道能量高于原子轨道能量。非键轨道：分子轨道能量等于原子轨道能量。第27页1-3 1-3 共价键键参数共价键键参数 决定共价键性质主要键参数有：键长、键能、键角、键极性键长、键能、键角、键极性一、键长：一、键长：形成共价键两原子核间距离。单位：pm、nm(1pm=10-3nm)键长与原子半径（共价半径）相关；与共价键类型相关；与原子所连接基团也有 一定关系。第28页一些共价键键长（一些共价键键长（pm）键键长键键长CH109OH96CO143CC154CC134CC120H3CCH3154H3CCHCH2150H3CCCH146H2CCHCHCH2148第29页CHHHH109.5。CCH3HCH3H112。CH2CH2H2C60。甲烷丙烷环丙烷二、键角：二、键角：两个共价键之间夹角。键角反应了分子空间结构。键角大小与成键中心原子相关。与所连接原子或基团相关。第30页化合物键角105o水水111o甲醚甲醚第31页三、键能三、键能 共价键形成时会放出能量，而共价键断裂时会吸收能量。键离解能：键离解能：在标况下在标况下(101325Pa,298K),1mol气态气态A-BA-B分子完全分子完全离解为气态离解为气态A、B原子所吸收能量。原子所吸收能量。双原子分子：键能等于键离解能。双原子分子：键能等于键离解能。H +H H=+435kj/molCl +Cl H=+244kj/molCl2H2第32页C-HC-H键键能：键键能：(435+443+443+340)4=415kj/mol(435+443+443+340)4=415kj/mol 多原子分子：共价键键能为同类键离解能平均值。多原子分子：共价键键能为同类键离解能平均值。注意：注意：离解能指是离解特定共价键键能。离解能指是离解特定共价键键能。键能则指多原子分子中几个同类型键离解能平均值。键能则指多原子分子中几个同类型键离解能平均值。CH4 CH3 +H D(CH3-H)=+435kj/mol CH3 CH2 +H D(CH2-H)=+443kj/mol CH2 CH +H D(CH-H)=+443kj/mol CH C +H D(C-H)=+340kj/mol 第33页 常见共价键平均键能可查表得到。共价键键能越大，共价键越牢靠，不易断裂。利用平均键能能够计算反应热。H2+Cl2 2HCl反应前：1个HH键（436kj/mol）；1个ClCl键（243kj/mol）。反应后：2个HCl键（431kj/mol）。H H 反应物反应物分子中键能总和分子中键能总和 产物产物分子中键能总和分子中键能总和 4362432431183kj/molHH：负值，放热反应；正值，吸热反应负值，放热反应；正值，吸热反应。没有考虑分子内其它原子对化学键键能影响，结果是粗略。第34页四、键极性四、键极性 以偶极距（以偶极距（）表示，）表示，单位：库仑单位：库仑.米（米（C.mC.m），德拜（），德拜（D D）1D=3.335641030库仑库仑.米米+-=1.03D=0=0偶极矩偶极矩()是一个向量，有方向性：是一个向量，有方向性：箭头由正端指向负端，即指向电负性大原子。箭头由正端指向负端，即指向电负性大原子。第35页 电负性：电负性：量度原子对成键电子吸引能力相对大小。也可看作是原子形成负离子倾向相对大小量度。当A和B两种原子结合成双原子分子AB时，若A电负性大，则生成份子极性是A-B+，即A原子带有较多负电荷，B原子带有较多正电荷。分子极性愈大，离子键成份愈高。常见元素电负性（鲍林）：常见元素电负性（鲍林）：F O Cl N Br I S C P H B Si 3.98 3.44 3.16 3.04 2.96 2.66 2.58 2.55 2.19 2.10 2.04 1.90第36页 多原子分子偶极距是各个键偶极距向量和。第37页 偶极距大小反应了有机分子极性强弱。偶极距大小反应了有机分子极性强弱。分子极性对熔点、沸点和溶解度等物理性质有较分子极性对熔点、沸点和溶解度等物理性质有较 大影响。大影响。键极性对化学反应起决定性作用。键极性对化学反应起决定性作用。第38页1-4 1-4 分子间作用力分子间作用力 范德华力范德华力偶极力偶极力（偶极（偶极-偶极作用力）极性偶极作用力）极性-极性分子间极性分子间诱导力诱导力 极性极性-极性、非极性分子间极性、非极性分子间色散力色散力 全部分子间（因为电子运动产生瞬时偶极）全部分子间（因为电子运动产生瞬时偶极）氢键力氢键力 分子间作用力是影响物理性质主要原因。分子间作用力是影响物理性质主要原因。分子形成氢键必备两个条件分子形成氢键必备两个条件:1.H原子与电负性很大原子相连，形成裸露质子；原子与电负性很大原子相连，形成裸露质子；2.含有电负性较大、原子半径较小、含孤电子正确原子含有电负性较大、原子半径较小、含孤电子正确原子(F、O、N)。+-+-+-FH-F*H第39页1-5 1-5 有机反应基本类型有机反应基本类型一、游离基反应（自由基反应）：一、游离基反应（自由基反应）：经过游离基历程而进行反应。经过游离基历程而进行反应。均裂：均裂：A B A+B 游离基或自由基游离基或自由基 普通在热、普通在热、光或引发剂存在下进行。光或引发剂存在下进行。二、离子型反应：二、离子型反应：经过离子型中间体进行反应。经过离子型中间体进行反应。(正碳离子、负碳离子正碳离子、负碳离子)异裂：异裂：A BA+:B-正、负离子正、负离子 在酸、碱、极性溶剂中进行。在酸、碱、极性溶剂中进行。三、协同反应三、协同反应：不生成自由基或离子，键断裂和生成同时发生。第40页1-6 1-6 有机化合物分类有机化合物分类一、按碳架分类一、按碳架分类1.开链化合物（脂肪族化合物）2.碳环化合物 （1）脂环族化合物 （2）芳香族化合物 （3）杂环化合物第41页二、按官能团分类二、按官能团分类 官能团：分子中比较活泼而轻易发生反应原子或原子团。官能团：分子中比较活泼而轻易发生反应原子或原子团。一些主要官能团 CCCCCOHCO -X 卤素 -OH 羟基 C-O-C 醚键 双键叁键醛基酮基OHCO羧基-CN 氰基-NO2 硝基-NH2 氨基-SO3H 磺酸基官能团名 称官能团官能团第42页