浙大有机化学讲义省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

有机化学涵义其发展简史；有机化合物结构、特征和分类有机化合物结构、特征和分类；共价键理论、共价键参数及其应用；共价键理论、共价键参数及其应用；研究有机物普通方法；研究有机物普通方法；有机物分类。有机物分类。有机化合物特征有机化合物特征，共价键参数。，共价键参数。第一章第一章 绪论绪论第2页1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学(1)有机化合物有机化合物 v1848年年L.Gmelin：有机化合物定义为含碳化合物。：有机化合物定义为含碳化合物。v十几年后，十几年后，C.Schorlemmer：有机化合物是碳氢化合物有机化合物是碳氢化合物及其衍生物。及其衍生物。v有机化合物中除有机化合物中除C、H以外，还含有以外，还含有O、N、S、P、卤素、卤素等少数几个元素。等少数几个元素。v碳和简单碳化合物，如碳和简单碳化合物，如CO、CO2、CS2、HCN等等习惯习惯上仍归属为无机化合物。上仍归属为无机化合物。1-1有机化学研究对象第3页v有机化合物与人们生活亲密相关有机化合物与人们生活亲密相关：v有机化合物种类繁多，数量巨大，且增加很快。有机化合物种类繁多，数量巨大，且增加很快。19651970年，年均新增26.2万种，1995，年均新增130万种。n衣、食、住、行都离不开有机化合物。衣、食、住、行都离不开有机化合物。n动植物体和人类本身也是由有机化合物组成。动植物体和人类本身也是由有机化合物组成。第4页(2)有机化学有机化学 v研究有机化合物起源、制备、结构、性能、应用，以及研究有机化合物起源、制备、结构、性能、应用，以及相关理论、改变规律和方法科学。相关理论、改变规律和方法科学。v有机化学有机化学主要研究内容：主要研究内容：n分离：从自然界或反应产物中，分离：从自然界或反应产物中，得到单一纯净有机物；得到单一纯净有机物；惯惯用蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作。用蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作。n结构：对分离出有机物进行化学和物理行为了解，说明结构：对分离出有机物进行化学和物理行为了解，说明其结构和特征。其结构和特征。n反应和合成：从原料经过一系列反应，转化成已知或反应和合成：从原料经过一系列反应，转化成已知或新有机化合物新有机化合物(产物产物)。第5页v有机化学是一门快速发展学科。有机化学是一门快速发展学科。n与有机化学有亲密关系：与有机化学有亲密关系：n主要分支：有机合成化学、天然有机化学、生物有机化主要分支：有机合成化学、天然有机化学、生物有机化学、元素有机化学、物理有机化学、有机分析化学等。学、元素有机化学、物理有机化学、有机分析化学等。1901，Nobel化学奖共91项，其中有机化学方面有56项，占61.5%。r药品化学、香料化学、农药化学、食品化学等学科，以及药品化学、香料化学、农药化学、食品化学等学科，以及生命科学、材料科学、环境科学。生命科学、材料科学、环境科学。r能源、工业、农业等方面。能源、工业、农业等方面。第6页v有机化学正处于富有活力发展时期，趋势和特点是：有机化学正处于富有活力发展时期，趋势和特点是：与生命科学亲密结合。与生命科学亲密结合。n有机化学为分子生物学建立和发展开辟了道路：有机化学为分子生物学建立和发展开辟了道路：n价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理，成为当价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理，成为当代生物化学和化学生物学理论基础。代生物化学和化学生物学理论基础。r确定确定DNA为生物体遗传物质，是由生物学家和有机化为生物体遗传物质，是由生物学家和有机化学家共同完成。学家共同完成。r蛋白质、核酸组成和结构研究，次序测定方法建立，合蛋白质、核酸组成和结构研究，次序测定方法建立，合成方法创建等。成方法创建等。第7页有机合成依然占有独特关键地位。有机合成依然占有独特关键地位。n1973年年Woodward等完成维生素等完成维生素B12全合成，分子式为全合成，分子式为C63H88CoN14O14P。n1989年年Kishi等完成海葵毒素全合成，海葵毒素结构非等完成海葵毒素全合成，海葵毒素结构非常复杂，分子式为常复杂，分子式为C129H223N3O54。n选择性反应，尤其是不对称合成，已成为有机化学热点选择性反应，尤其是不对称合成，已成为有机化学热点和前沿领域。和前沿领域。从20世纪下半叶起，化学主要任务不再是发觉新元素，而是合成新分子，尤其是人们感兴趣明星分子。徐光宪第8页r分子式：分子式：C129H223N3O54r有有64个手性中心，个手性中心，r可能异构体可能异构体271。海葵毒素海葵毒素第9页分子识别和分子设计正在渗透到有机化学各领域。分子识别和分子设计正在渗透到有机化学各领域。n计算机技术引入，在结构测定、分子设计和合成设计等计算机技术引入，在结构测定、分子设计和合成设计等方面，都发挥着主要作用。方面，都发挥着主要作用。有机化学在农用化学品、药品和医用化学品，以及分子有机化学在农用化学品、药品和医用化学品，以及分子电子材料开发中，起着主导作用。电子材料开发中，起着主导作用。绿色有机合成：原料简单、条件温和，经过简单步骤，绿色有机合成：原料简单、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。快速、高选择性、高效地转化为目标分子。n使用环境友好催化剂和介质，采取洁净电合成技术，发使用环境友好催化剂和介质，采取洁净电合成技术，发展和应用安全化学产品。展和应用安全化学产品。第10页有机化合物和无机化合物之间没有绝对分界。2 有机化合物特点有机化合物特点 v碳原子与其它原子成键，以共价键为主。碳原子与其它原子成键，以共价键为主。(1)结构上特点结构上特点n有机化学之所以成为化学中一个独立学科，是因为有机有机化学之所以成为化学中一个独立学科，是因为有机物确有其内在联络和特征。物确有其内在联络和特征。n经过与其它元素原子共用外层电子，而到达惰性气体电经过与其它元素原子共用外层电子，而到达惰性气体电子构型。子构型。第11页v已知有机化合物有已知有机化合物有多万种，其中绝大多数由碳、氢、氧、多万种，其中绝大多数由碳、氢、氧、氮等几个元素组成。氮等几个元素组成。n少数还含有卤素、硫、磷等元素和周期表中其它元素。少数还含有卤素、硫、磷等元素和周期表中其它元素。n原因：碳原子相互结合形成份子骨架，别元素原子就连原因：碳原子相互结合形成份子骨架，别元素原子就连在这个骨架上。在这个骨架上。r分子骨架有各种形式，有直链、支链、环状等。分子骨架有各种形式，有直链、支链、环状等。第12页v含含5个碳原子化合物，开链分子骨架有：个碳原子化合物，开链分子骨架有：n若三个骨架都和氢结合话，分子式是相同若三个骨架都和氢结合话，分子式是相同(C5H12)。v含有相同分子式而结构不一样化合物，称为同分异构体，含有相同分子式而结构不一样化合物，称为同分异构体，这种现象称为这种现象称为同分异构现象同分异构现象。n有机化学中，不能只用分子式来表示一个有机化合物，有机化学中，不能只用分子式来表示一个有机化合物，而必须用而必须用结构式结构式。第13页v有机化合物在物理性质方面表现为：有机化合物在物理性质方面表现为：n熔点、沸点低，熔点、沸点低，挥发性大；挥发性大；常温下多为气体，液体或常温下多为气体，液体或低熔点固体低熔点固体(mp.双键双键 三三键。键。0.1456nmv相同共价键键长随中心原子杂化状态不一样而不一样。相同共价键键长随中心原子杂化状态不一样而不一样。0.120nm 0.1510nm0.1530nm 0.134nm0.153nm第27页118(2)键角键角v三个或三个以上原子成键时，两个共价键之间夹角。三个或三个以上原子成键时，两个共价键之间夹角。n键角大小伴随分子结构不一样而有所改变，反应了分子键角大小伴随分子结构不一样而有所改变，反应了分子空间结构。空间结构。10928105121第28页n普通相同类型化学键键长越长，键能越小。普通相同类型化学键键长越长，键能越小。(3)键能键能v是化学键形成时放出能量，或化学键断裂时吸收能量，是化学键形成时放出能量，或化学键断裂时吸收能量，可用来标志化学键强度可用来标志化学键强度。n双原子分子键能和键解离能数值相等；多原子分子如双原子分子键能和键解离能数值相等；多原子分子如CH4键能为相同键平均解离能键能为相同键平均解离能。第29页n一些共价键键能：一些共价键键能：r键能能够用热化学法、光谱法等方法来测定。键能能够用热化学法、光谱法等方法来测定。第30页n破裂键：破裂键：n生成键：生成键：反应热为：反应热为：687.5-862-183.5 kJmol-1 v利用共价键键能，能够估算反应中热效应。利用共价键键能，能够估算反应中热效应。第31页(4)键极性键极性v不一样原子形成共价键含有极性，用不一样原子形成共价键含有极性，用偶极矩偶极矩表示表示。n偶极矩为矢量，偶极矩为矢量，方向从正电荷指向负电荷方向从正电荷指向负电荷。n多原子分子偶极矩是分子中各键偶极矩矢量和。多原子分子偶极矩是分子中各键偶极矩矢量和。=0 0=q d第32页(1)两种断裂方式两种断裂方式 v均裂：成键电子平均分给两个原子或原子团。均裂：成键电子平均分给两个原子或原子团。3 共价键断裂共价键断裂 自由基自由基nCH3表示甲基自由基，表示甲基自由基，R表示烷基自由基。表示烷基自由基。第33页v异裂：成键电子全在一个碎片上，异裂有两种情况。异裂：成键电子全在一个碎片上，异裂有两种情况。v自由基、碳正离子、碳负离子都是有机反应进程中自由基、碳正离子、碳负离子都是有机反应进程中活活性中间体性中间体。碳正离子碳正离子 碳负离子碳负离子 第34页(2)有机反应类型有机反应类型 v自由基反应：反应活性中间体是自由基，经过共价键均自由基反应：反应活性中间体是自由基，经过共价键均裂进行反应，普通在光和热作用下进行。裂进行反应，普通在光和热作用下进行。v离子型反应：经过共价键异裂进行反应，普通在酸碱或离子型反应：经过共价键异裂进行反应，普通在酸碱或极性物质催化下进行。极性物质催化下进行。v周环反应周环反应：旧键断裂和新键生成同时发生。：旧键断裂和新键生成同时发生。n离子反应依据反应试剂类型不一样又可分为离子反应依据反应试剂类型不一样又可分为亲电反应亲电反应和和亲核反应亲核反应。第35页1 分离提纯分离提纯 2 纯度检测纯度检测v研究一个新有机化合物，首先要把它分离提纯。研究一个新有机化合物，首先要把它分离提纯。v纯有机化合物有固定物理常数，如熔点、沸点、相对密纯有机化合物有固定物理常数，如熔点、沸点、相对密度、折射率等。度、折射率等。v分离提纯方法惯用有：重结晶、蒸馏、升华、色谱法、分离提纯方法惯用有：重结晶、蒸馏、升华、色谱法、离子交换法等。离子交换法等。v测定有机化合物物理常数就能够检定它纯度。测定有机化合物物理常数就能够检定它纯度。1-3研究有机化合物普普通步骤第36页3 元素分析和分子式确定C质量质量=4.7412/44=1.29g H质量质量=1.922/18=0.213g O质量质量=3.261.290.213=1.76g 试验式为试验式为CH2O，分子式为分子式为C2H4O2。例：例：3.26g样品含样品含C、H、O三种元素，燃烧后得到三种元素，燃烧后得到CO2为为4.74g，H2O为为1.92g，测得相对分子量为，测得相对分子量为60。第37页4 结构确定 v分子结构包含分子结构、构型和构象。分子结构包含分子结构、构型和构象。n结构：分子中原子相互连结方式和次序。结构：分子中原子相互连结方式和次序。n构型：在结构式基础上，分子中原子空间排列方式。构型：在结构式基础上，分子中原子空间排列方式。n构象：因为围绕单键旋转而产生分子在空间不一样排列构象：因为围绕单键旋转而产生分子在空间不一样排列形式。形式。v确定有机化合物结构方法：化学方法，物理方法。确定有机化合物结构方法：化学方法，物理方法。第38页5 结构式写法结构式写法v价键式价键式(Kekul结构式结构式)：v点电子式点电子式(Lewis结构式结构式)：v在多数场所中，常使用价键式及其简略写法。在多数场所中，常使用价键式及其简略写法。第39页(2)碳环化合物：碳环化合物：含有完全由碳原子组成环。含有完全由碳原子组成环。n脂环化合物，性质上和开链化合物相同。脂环化合物，性质上和开链化合物相同。1 按碳架分类按碳架分类(1)开链化合物：开链化合物：碳原子相互结合形成链状。碳原子相互结合形成链状。1-4有机化合物分类丙烷丙烷 丙烯丙烯 乙醇乙醇 环戊烷环戊烷 环己烷环己烷 环己烯环己烯第40页n芳香族化合物，结构中大多含有苯环，性质上和脂环化芳香族化合物，结构中大多含有苯环，性质上和脂环化合物不一样。合物不一样。苯苯 甲苯甲苯 萘萘(3)杂环化合物，杂环化合物，分子中含有碳原子和其它原子组成杂环，分子中含有碳原子和其它原子组成杂环，它们母体与芳香族化合物有些相同。它们母体与芳香族化合物有些相同。呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡啶吡啶 第41页2 按官能团分类按官能团分类 v官能团是决定化合物经典性质原子团。官能团是决定化合物经典性质原子团。官能团官能团v含有相同官能团化合物化学性质相同，常作为同一类含有相同官能团化合物化学性质相同，常作为同一类化合物。化合物。n含碳碳双键含碳碳双键CCr主要反应发生在双键上：加成，氧化，聚合等反应。主要反应发生在双键上：加成，氧化，聚合等反应。烯烃烯烃第42页v按官能团分类，有利于学习和研究各类有机化合物结构按官能团分类，有利于学习和研究各类有机化合物结构和性质之间联络。和性质之间联络。第43页