张小兰有机化学绪论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章第一章绪绪论论大庆师范学院化学化工学院大庆师范学院化学化工学院制作人：张浩制作人：张浩第1页教材及主要参考书：nA.教材：有机化学n 汪小兰 主编n 高等教育出版社n （第四版）第2页B.主要参考书：n基础有机化学n 邢其毅 主编n 高等教育出版社n （第三版）n有机化学n 曾昭琼 主编n 高等教育出版社n （第四版）第3页C.习题集：n1、有机化学习题精解 佘远山（译）n2、有机化学纲要与习题丁新腾n3、有机化学提要与习题李如松n4、有机化学例题与习题齐万山第4页绪绪 论论 首先，我们必须问自己：首先，我们必须问自己：什么是有机化学什么是有机化学“Organic“Organic Chemistry”Chemistry”？第5页第一节第一节 有机化学研究对象有机化学研究对象n 有机化学是化学一个分支，是研究有机化n合物化学。n一、有机化学起源与发展n（在1828年以前）n 首次定义有机化合物：18，瑞典化学家n柏则里，其原意为“有生机之物”n “生命力论”科学被浓重神权观念n统治，妨碍了有机化学发展第6页“生命力论（生命力论（VITALISM）”（十六世纪著名思想）（十六世纪著名思想）“生命力论生命力论”思想认为：思想认为：有机物有机物只能在有生命有机体中受到一个特殊力只能在有生命有机体中受到一个特殊力量量“生命力生命力”作用才会产生，人工合成是不可作用才会产生，人工合成是不可能；能；无机物无机物最初是从矿物质中得到，并能人工合成。最初是从矿物质中得到，并能人工合成。第一节第一节 有机化学研究对象有机化学研究对象第7页“生命力论生命力论”思想牢靠统治着有机化学思想牢靠统治着有机化学界，妨碍了有机化学发展，这一时期，有机物界，妨碍了有机化学发展，这一时期，有机物与无机物界限分明：与无机物界限分明：无机物无机物有机物有机物（来自于无生命矿物质）（来自于无生命矿物质）（来自于有生命动植物）（来自于有生命动植物）“生命力论生命力论”左右科学左右科学第一节第一节 有机化学研究对象有机化学研究对象第8页1828年年，德国化学家，德国化学家武勒武勒在用氰酸钾和氯化铵制备在用氰酸钾和氯化铵制备氰酸铵试验中，无意中得到了尿素：氰酸铵试验中，无意中得到了尿素：KOCN+NH4Cl NH4OCN+KCl NH4OCN 氰酸铵氰酸铵尿素尿素（无机物）（无机物）（有机物）（有机物）“生命力论生命力论”开始动摇开始动摇，并最终被彻底赶出了化学领域！，并最终被彻底赶出了化学领域！第一节第一节 有机化学研究对象有机化学研究对象第9页二、有机化学及有机化合物二、有机化学及有机化合物今天有机化学学说：今天有机化学学说：有机化学：研究有机化合物化学。有机化学：研究有机化合物化学。第一个观念：含碳化合物第一个观念：含碳化合物反例：反例：CO，CO2，碳酸化合物，碳酸化合物有机化合物定义有机化合物定义第二种观点：研究共价键化合物第二种观点：研究共价键化合物反例：反例：H2O,HCl为共价化合物为共价化合物第三种观点：碳氢化合物及其衍生物第三种观点：碳氢化合物及其衍生物有机化合物特点：有机化合物特点：从组成、结构、性质及数量上对有机物与无机物进从组成、结构、性质及数量上对有机物与无机物进行比较：行比较：第一节第一节 有机化学研究对象有机化学研究对象第10页第一节第一节 有机化学研究对象有机化学研究对象第11页注注 意意经过以上有机化合物与无机化合物特点比经过以上有机化合物与无机化合物特点比较，我们还应该知道：较，我们还应该知道：有机化合物与无机化合物之间并没有一条严有机化合物与无机化合物之间并没有一条严格界限，以上特点只是相对而言，个别化合物格界限，以上特点只是相对而言，个别化合物也有例外，如也有例外，如CClCCl4 4不但不燃，反而可灭火；各种不但不燃，反而可灭火；各种单糖、乙醇、乙酸等易溶于水；单糖、乙醇、乙酸等易溶于水；TNTTNT反应速度很反应速度很快等。自金属有机化合物及络合物出现以后，有快等。自金属有机化合物及络合物出现以后，有机化合物和无机化合物界限就愈加不显著了。机化合物和无机化合物界限就愈加不显著了。第一节第一节 有机化学研究对象有机化学研究对象第12页三、三、有机化学主要性有机化学主要性有机化学与当代人类生活息息相关有机化学与当代人类生活息息相关第一节第一节 有机化学研究对象有机化学研究对象第13页有机化学中最惯用共价键理论是价键理论（杂化有机化学中最惯用共价键理论是价键理论（杂化轨道理论）、分子轨道理论和共振论。轨道理论）、分子轨道理论和共振论。一、杂化轨道理论一、杂化轨道理论1、价键形成可看成是原子轨道重合或电子配价键形成可看成是原子轨道重合或电子配正确结果正确结果两个原子假如都有未成键电子，而且自两个原子假如都有未成键电子，而且自旋相反，就能配对，也就是原子轨道可重合形成共价键。旋相反，就能配对，也就是原子轨道可重合形成共价键。2、共价键饱和性共价键饱和性原子价键数目等于它未原子价键数目等于它未成键电子数，当原子未成键一个电子与某原子成键电子数，当原子未成键一个电子与某原子一个电子配对后，就不能再与第三个电子配对。一个电子配对后，就不能再与第三个电子配对。3、共价键方向性共价键方向性原子轨道在空间有一定取原子轨道在空间有一定取向，只有以某一方向相互靠近，使原子轨道最大程度重向，只有以某一方向相互靠近，使原子轨道最大程度重叠，形成共价键才越牢靠。叠，形成共价键才越牢靠。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第14页以碳原子杂化加以说明：以碳原子杂化加以说明：第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念类别类别实实例例碳原个碳原个杂化类型杂化类型用于杂化用于杂化原子轨道原子轨道杂化轨道杂化轨道数目数目杂化轨道杂化轨道夹角夹角几何构型几何构型烷烯炔甲烷乙烯乙炔sp3sp2sp1个s3个p1个s2个p1个s1个p4个sp33个sp22个sp10928120180正四面体正三角形直线形第15页二、共价键键参数二、共价键键参数有机化合物中原子主要是以共价键相结合。共有机化合物中原子主要是以共价键相结合。共价键属性即共价键主要性质，表现于键长、键角、价键属性即共价键主要性质，表现于键长、键角、键能和键偶极矩（键矩）等，又称为键能和键偶极矩（键矩）等，又称为“键参数键参数”。1、键长、键长键长键长是成键原子核间距离。是成键原子核间距离。同一类型共价键键长，同一类型共价键键长，在不一样类型化合物中是不一样在不一样类型化合物中是不一样。但在饱和化合物中改变很小，。但在饱和化合物中改变很小，如如C-H键键长都靠近于键键长都靠近于0.109nm。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第16页例：例：H-CH3H-C2H5H-CH2ClH-CH2OHH-CH2SHH-CH2NH2(pm)109.1110.7111.0109.6110.4109.3不过，原子轨道杂化状态对键长有显著影响。不过，原子轨道杂化状态对键长有显著影响。如：如：H-CH3H-CH=CH2H-CCH(pm)109.1107.0105.6一些常见共价键键长见下表。一些常见共价键键长见下表。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念键键键键长长(pm)键键能能(kJ/mol键键)键键键键长长(pm)键键能能(kJ/mol键键)C-H109413.82C-N147305.14C-O143359.48C-S271.70C-F484.88C-Cl176338.58C-Br194284.24C-I214213.18C-C154346.94C=C134610.28CC120836.00C=O122735.68C=N130614.46CN116890.34O-H96463.98N-H100388.74第17页2、键能与离解能、键能与离解能两个原于两个原于(气态气态)以共价键相结合，形成以共价键相结合，形成1摩尔分子摩尔分子(气态气态)时放出时放出能量，或者能量，或者1摩尔双原子分子摩尔双原子分子(气态气态)解离为原子解离为原子(气态气态)时所需能量时所需能量叫做叫做键能键能。对于对于多原子分子多原子分子，共价键键能是指同一类共价键，共价键键能是指同一类共价键离解能离解能平均值平均值。比如：。比如：1摩尔甲烷分解为摩尔甲烷分解为4摩尔氢原子及摩尔氢原子及1摩尔碳原子，需摩尔碳原子，需要吸收要吸收1661kJ.mol-1。而甲烷分子中含有四个同一类型。而甲烷分子中含有四个同一类型C-H键，键，所以所以C-H键平均键能为键平均键能为415kJ.mol-1。平均键能并不等于离解能，。平均键能并不等于离解能，离解能是指断裂分子中某一个键时所需能量。在甲烷分子中离解能是指断裂分子中某一个键时所需能量。在甲烷分子中断裂第一个断裂第一个C-H键键能键键能(离解能离解能)为为435kJ.mol-1断裂第二个断裂第二个C-H键键能键键能(离解能离解能)为为443kJ.mol-1断裂第三个断裂第三个C-H键键能键键能(离解能离解能)为为443kJ.mol-1断裂第四个断裂第四个C-H键键能键键能(离解能离解能)为为310kJ.mol-1所以，这里所以，这里C-H键键能键键能415kJ.mol-1，实际上是上述四个，实际上是上述四个C-H键离解能平均值。键离解能平均值。键能是化学键强度主要标志之一，它在一定程度上反应了键键能是化学键强度主要标志之一，它在一定程度上反应了键稳定性，相同类型键中，键能愈大，键愈稳定。稳定性，相同类型键中，键能愈大，键愈稳定。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第18页3、键角、键角分子中某一个原子与另外两个原子形成两个共价分子中某一个原子与另外两个原子形成两个共价键在空间所夹角度叫做键在空间所夹角度叫做键角键角。键长与键角决定着分子立体形状。在不一样化合物键长与键角决定着分子立体形状。在不一样化合物中，由相同原子形成键角不一定完全相同，这是因为中，由相同原子形成键角不一定完全相同，这是因为分子中各原子或基团相互影响结果。分子中各原子或基团相互影响结果。如：如：第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第19页4、键极性、键极性非极性键非极性键：相同原子成键时，其：相同原子成键时，其电子云对称分布电子云对称分布于于两个原子中间，这种键是无极性，通称非极性键。如两个原子中间，这种键是无极性，通称非极性键。如H2中中HH键。键。极极性性键键：两个不一样原子成键时，因为两种元：两个不一样原子成键时，因为两种元素电素电负性不一样，负性不一样，电子云不对称分布电子云不对称分布，靠近吸引力强、电负，靠近吸引力强、电负性性较大原子，使其带有部分负电荷（较大原子，使其带有部分负电荷（），而电负性），而电负性较小原子则带部分正电荷（较小原子则带部分正电荷（）。即在两标准之间）。即在两标准之间电子正确分布是不平均，这种键叫极性键（电子正确分布是不平均，这种键叫极性键（polarbond）。如）。如HCl中中HCl键。键。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第20页4、键极性、键极性键键 矩矩：表示键极性大小参数。其定义为正负电：表示键极性大小参数。其定义为正负电荷中心电荷（荷中心电荷（e e）与正负电荷中心之间距离（）与正负电荷中心之间距离（d d）乘积。即乘积。即 键矩键矩 eded。键矩单位是德拜键矩单位是德拜 （DebyeDebye），用，用D D表示。表示。键矩是有方向性，用键矩是有方向性，用表示，箭头方向是表示，箭头方向是从正电荷指向负电荷。从正电荷指向负电荷。键键矩越大，表示键极性越大。键键矩越大，表示键极性越大。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第21页4、键极性、键极性对于双原子分子来说对于双原子分子来说，分子极性和键极性，分子极性和键极性一致一致；对于多原子分子来说对于多原子分子来说，分子键矩是，分子键矩是各键键矩各键键矩向量和向量和。假如键有极性，分子空间结构。假如键有极性，分子空间结构对称对称，分子，分子无极无极性性；分子空间结构；分子空间结构不对称不对称，分子，分子有极性有极性。如：如：非极性分子非极性分子极性分子极性分子第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第22页4、键极性、键极性键极化：键极化：键极性与键极化不一样：键极性与键极化不一样：键极性决定于两个成键原子电负性，所以是键极性决定于两个成键原子电负性，所以是永永久现象久现象。一个。一个静态现象静态现象。键极化是受外界电场影响键极化是受外界电场影响暂时现象暂时现象，外界电场，外界电场消失，键极化也消失。一个消失，键极化也消失。一个动态现象动态现象。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第23页三、共价键断裂三、共价键断裂1、断裂、断裂共价键断裂有两种方式，一个是均裂，一个是异共价键断裂有两种方式，一个是均裂，一个是异裂。裂。均裂均裂：成键一对电子平对分给两个原子或原子团。：成键一对电子平对分给两个原子或原子团。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第24页三、共价键断裂三、共价键断裂1、断裂、断裂共价键断裂有两种方式，一个是均裂，一个是异共价键断裂有两种方式，一个是均裂，一个是异裂。裂。异裂异裂：成键一对电子全部分给其中一个原子或：成键一对电子全部分给其中一个原子或原子团。原子团。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第25页C，C+，C-都是有机化学反应过程中生都是有机化学反应过程中生成活性中间体。成活性中间体。2、反应类型、反应类型自由基反应自由基反应：在有机反应过程中，由自由基中间体参加反应。：在有机反应过程中，由自由基中间体参加反应。特点特点在光和热作用下进行。在光和热作用下进行。离子型反应离子型反应：在有机反应过程中，凡是共价键异裂解反应。：在有机反应过程中，凡是共价键异裂解反应。特点特点酸碱或极性物质催化下进行。酸碱或极性物质催化下进行。依据反应试剂类型不一样，依据反应试剂类型不一样，又可分为亲电反应和亲核反应。又可分为亲电反应和亲核反应。亲电反应亲电反应：由亲电试剂进攻而发生反应。：由亲电试剂进攻而发生反应。亲核反应亲核反应：由亲核试剂进攻而发生反应。：由亲核试剂进攻而发生反应。协同反应协同反应：又称分子反应，是以分子状态发生反应。：又称分子反应，是以分子状态发生反应。特点特点反应过程中有过渡态，没有中间体，旧共价键断裂与新共价键反应过程中有过渡态，没有中间体，旧共价键断裂与新共价键形成同时协调进行，从动力学观点看，是一步完成反应。形成同时协调进行，从动力学观点看，是一步完成反应。第二节第二节 共价键一些基本概念共价键一些基本概念第26页电子效应电子效应：又叫极性效应，因为元素电负性不一样，：又叫极性效应，因为元素电负性不一样，电子云分布不均匀而引发分子性质改变。电子云分布不均匀而引发分子性质改变。电子效应分为电子效应分为诱导效应诱导效应和和共轭效应共轭效应两类。两类。电负性电负性：原子实对外层电子吸引能力。（原子实：原子实对外层电子吸引能力。（原子实即原子核与内层电子）即原子核与内层电子）同一周期增强同一周期增强HCNOF2.22.63.03.53.9同同SiPSCl一一1.92.12.63.1族族Br增增2.9强强I2.6第三节第三节 诱导效应诱导效应元素电负性：元素电负性：1、同一周期同一周期从左向右增强；从左向右增强；2、同同一一族族从下向上增强；从下向上增强；3、同一元素同一元素随杂化状态：随杂化状态：sp3sp2sp即杂化轨道中即杂化轨道中s成份所占成份所占百分比越多，元素电负百分比越多，元素电负性越大。性越大。第27页1、诱导效应、诱导效应定义定义：因为电负性不一样取代基团影响，使整个因为电负性不一样取代基团影响，使整个分子中成键电子云按取代基团电负性所决定方向而分子中成键电子云按取代基团电负性所决定方向而偏移效应。偏移效应。特征特征：1）这种影响以静电诱导方式沿碳链（分子链）传递；）这种影响以静电诱导方式沿碳链（分子链）传递；2）随链增加而快速减弱消失，经过三个原子影响）随链增加而快速减弱消失，经过三个原子影响极弱，超出五个原子影响消失；极弱，超出五个原子影响消失；3）没有外电场影响也存在。）没有外电场影响也存在。第三节第三节 诱导效应诱导效应第28页表示方法表示方法：以：以H原子作为比较标准原子作为比较标准推电子效应推电子效应吸电子效应吸电子效应含有诱导效应原子或原子团相对强度含有诱导效应原子或原子团相对强度：I效应效应：吸电子效应：吸电子效应同族元素：同族元素：FClBrI同周期元素：同周期元素：FORNR2O+R2N+R3不一样杂化碳原子：不一样杂化碳原子：CCRCRCR2CR2CR3第三节第三节 诱导效应诱导效应第29页I效应效应：推电子效应：推电子效应（CH3）3C(CH3)2CHCH3CH2CH32、共轭效应、共轭效应定义定义：在分子中因为共轭在分子中因为共轭键形成而引发分子性键形成而引发分子性质改变叫做共轭效应。质改变叫做共轭效应。共轭效应主要表现在分子能量、键长改变以及共轭效应主要表现在分子能量、键长改变以及分子反应性改变等方面。分子反应性改变等方面。共轭效应我们将在后续章节中继续讲解。共轭效应我们将在后续章节中继续讲解。电子效应对我们学习有机化学，了解反应过程有重电子效应对我们学习有机化学，了解反应过程有重要意义。要意义。第三节第三节 诱导效应诱导效应第30页从自然界取得或人工合成物质，往往为混合物，为从自然界取得或人工合成物质，往往为混合物，为研究其结构和性质，研究其结构和性质，普通要经过以下步骤：普通要经过以下步骤：1 1、分离提纯、分离提纯 重结晶法、蒸馏法、升华法和层析法、高重结晶法、蒸馏法、升华法和层析法、高 压液相层析法等。压液相层析法等。2 2、纯度检定、纯度检定 经过对纯有机物固定物理常数测定经过对纯有机物固定物理常数测定 来检验。来检验。3 3、元素分析和试验式确实定、元素分析和试验式确实定 4 4、相对分子质量测定和分子式、相对分子质量测定和分子式5 5、结构确实定。、结构确实定。官能团分析官能团分析化学降解及合成化学降解及合成物理方法应用物理方法应用如质谱、红外光谱、紫外光谱、如质谱、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、气液色谱和核磁共振谱、气液色谱和X衍射等衍射等。第四节第四节 研究有机化合物普通步骤研究有机化合物普通步骤第31页分子结构包含：分子结构包含：结构结构是分子中原子成键次序和键性。是分子中原子成键次序和键性。构型构型是指含有一定结构分子中原子在空间排列是指含有一定结构分子中原子在空间排列情况。情况。构象构象是指在有一定结构分子经过单键旋转，形是指在有一定结构分子经过单键旋转，形成各原子或原子团空间排布。成各原子或原子团空间排布。甲烷结构式为：甲烷结构式为：构象和构型将在第二章中详细讲解。构象和构型将在第二章中详细讲解。第四节第四节 研究有机化合物普通步骤研究有机化合物普通步骤第32页第五节第五节 有机化合物分类有机化合物分类有机化合物数目庞大，为便于系统学习，我们对其有机化合物数目庞大，为便于系统学习，我们对其进进行行分分类类。有有机机化化合合物物普普通通有有两两种种分分类类方方法法：依依据据碳碳骨骨架架分分类类和和依据官能团分类。依据官能团分类。1、按碳架分类、按碳架分类1）开链化合物（脂肪族化合物）开链化合物（脂肪族化合物）这类化合物碳原子相互结合形成链状。如：这类化合物碳原子相互结合形成链状。如：正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷第33页第五节第五节 有机化合物分类有机化合物分类2）碳环化合物碳环化合物碳原子相互连结成环，它们又分为两种。碳原子相互连结成环，它们又分为两种。(1)脂环族化合物脂环族化合物这一类化合物碳原子相互连结成环，其性质与开这一类化合物碳原子相互连结成环，其性质与开链化合物链化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物)相同，所以实际上是脂肪族环状化合物。比如：相同，所以实际上是脂肪族环状化合物。比如：1,3-环戊二烯环戊二烯环已烷环已烷(2)芳芳香香族族化化合合物物这这类类化化合合物物经经典典概概念念是是指指含含有有苯苯环环化化合合物物，它它们们含含有特殊有特殊“芳香性芳香性”，与脂环族化合物性质有很大不一样。比如：，与脂环族化合物性质有很大不一样。比如：苯苯甲苯甲苯萘萘联苯联苯第34页第五节第五节 有机化合物分类有机化合物分类3 3）杂环化合物）杂环化合物碳原子和其它元素原子碳原子和其它元素原子(称为称为“杂原子杂原子”)如如O、S、N等共同组成环状化合物。比如：等共同组成环状化合物。比如：呋喃呋喃吡啶吡啶2 2、依据官能团分类、依据官能团分类 官能团是集中表现有机化合物化学性质基团，有官能团是集中表现有机化合物化学性质基团，有机化合物性质主要取决于所含官能团性质，含有相机化合物性质主要取决于所含官能团性质，含有相同官能团有机化合物表现出相同化学性质。所以，同官能团有机化合物表现出相同化学性质。所以，按官能团将有机化合物进行分类是一个简便而有效分按官能团将有机化合物进行分类是一个简便而有效分类方法。类方法。第35页主要官能团名称和式子主要官能团名称和式子分类普通先按碳架分类，再按官能团分类。分类普通先按碳架分类，再按官能团分类。后续章节讲解是按同类化合物性质进行分章分节讲解。后续章节讲解是按同类化合物性质进行分章分节讲解。第五节第五节 有机化合物分类有机化合物分类第36页绪绪 论论作业：问答题作业：问答题1 1、有机化学反应基本类型及其定义。、有机化学反应基本类型及其定义。第37页