有机化学第三版第一章.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,*,教学目的与要求,1掌握重要有机物的命名方法、结构 、性质，了解它们的应用,2掌握简单有机物的典型反应和重要合成方法，掌握各类化合物相互转变的基本规律,3理解用化学键理论和电子效应、空间效应,解释一些简单有机化合物结构与性能的关系,4.了解典型的、简单的反应历程,了解立体化学的基本知识和基本概念,5初步了解红外光谱及核磁共振谱的基本原理及在测定有机物结构中的应用,曾昭琼主编有机化学（第四版）高,等教育出版社，2007.4.,教 材,第一节 有机化学的研究对象,一、有机化合物和有机化学的涵义,1,.有机化学,(Organic Chemistry),有机化学:,是一门研究有机化合物的化学,2.有机化合物,(,Organic Compounds),早期:,1806年瑞典贝采利乌斯（Berzeliuus J.）,有机化学:,植物物质及动物物质,的化学,或是生命力影响下所制成的物质的化学,即,来自有机体的化合物称为“有生机之物”,中期:,1848年德葛美林（Gmelin L.)德,凯库勒（Kekl F A.):有机化合物,碳化合物(除,CO、CO,2,、碳酸及其盐、金属氰化物及氰酸盐等),有生机之物,碳化合物,烃和烃的衍生物,后期：,德肖莱马（Schorlemmer C.）:有机化合物是碳氢化合物（烃）及其衍生物,二.有机化学的产生和发展,1.建立时期（18世纪末19世纪中叶）,这一时期的特点,：,主要工作是从天然物中提取纯的有机化物,积累实验资料,建立分析方法,分析有机化合物的化学组成,最显著的人,瑞典药剂师舍勒（Scheele S.W.),1783年：橄榄油 甘油,1769年：葡萄汁 酒石酸,1776年：植物汁 草酸,1780年：酸牛奶 乳酸,1784年：柠檬 柠檬酸,1785年：苹果 苹果酸,1773年：尿液 尿素,1786年：五味子 没食子酸,其他化学家的主要工作：,1773年：牛和骆驼尿 马尿酸,1805年：鸦片 吗啡,1815年：动物脂肪 胆固醇,1820年之后 金鸡呐碱、番木鳖碱辛可宁碱等,分析方法的建立：,1781年：法拉瓦锡（Lavoisier)有机定性,分析的奠基人,植物物质主要由C、H、O 三种元素组成,动物物质则主要C、H、O、N四种元素组成,1814年：瑞典贝采利乌斯（Berzelius L.),有机定量分析的奠基人,创立了C.H.O的定量分析法,1831年：德李比息（Libig J.),建立了完善的有机分析方法，对有机化合物,中的元素分析可以得到精确的结果,19世纪中叶，随着实验资料的积累、分析方法的建立，有机化学形成了自己的体系，成为一门科学,有机合成的发展与“生命力”论的破产,1806年:贝采利乌斯（Berzilius L.）提出有机物,并寓意有生机之物,1828年：德维 勒（Whler F）加热氰酸铵得到尿素,1845年：柯尔贝（Kolbe H)合成了醋酸,1854年：贝洛特（Berthelot P E M)合成了油脂,2.发展时期（19世纪中 20世纪30年代）,这一时期的特点：对有机化合物进行理论的研究，建立经典的结构理论,代表人物,1857年：德凯库勒（KeKl F A.）英库帕（Couper A S)提出碳原子的四价以及碳原子之间结合成链的概念有机结构理论基础,1874年：荷兰Vant Hoff,j H 法勒.贝尔Le,Bel j A提出碳原子正四面体概念,开创了有机化合物,的立体学说,1931年:量子化学解决不饱和化合物和芳烃的结构,1917年:,英,Lewis用电子对说明化学键、费歇,尔（Fischer E）确定了许多碳水化合物的结构、,从蛋白水解产物分离氨基酸-开创了研究产然产,物新时代,3、近代有机化学（1926年以后）,经典的结构理论与量子力学相结合，及先进的物理方法手段引入之后发展起来的有机化学,（1）这一时期特点：理论比较严格，手段比较先进,现在的有机化学：构思巧妙、逻辑严密、理论,严格，比较成熟的近代科学,过去的有机化学：实验现象的记录，实验经验,的积累即“经验 技巧”的一门艺术,（,2）这一时期的“四个新”,新有机化合物和新有机反应层出不穷,当年有机物数量 年增加量,1900年：15万,1945年：110万 （2.1万）,1961年：175 （4万）,1972年：400万 （20万）,1984年：近800万 （33万）,1990年：1057.6万 （42万）,2000年：2343万 （128万）,部分重要合成,1960年:美伍德（Woodward)合成了VB,12,1965年：我国化学家合成了结晶牛胰岛素,1970年：美国化学家合成了人生长激素,1981年：我国合成了酵丙氨酸转移核糖核酸,1985年：发现足球烯C,60,.现在合成了C,76、,C,78、,C,84、,C,90、,C,94,等.将可用作高级润滑剂,新理论、新概念日新月异,1965年：美Woodward和Hoffmann 提出“分子轨道对称守恒原理”,发现的新活性中间体有阳离子自由基、阴离子自由基、叶立德、卡宾、苯炔等,20世纪80年代初：美赫尔顿（Herndon）提出“结构共振论，使得鲍林的共振论得以定量化,新方法新技术不断发展,新合成方法：光合成、电合成、超声波合成、,微波合成等,、,计算机设计合成,新的实验测试手段日益更新,最常用的测定手段：NMR、IR、UV、MS、顺磁共振、激光拉曼光谱、X射线衍射、中子衍射、电子自旋光谱、高倍电子显微镜、扫描隧道显微镜等,21世纪有机化学将在：,有机合成化学,“绿色合成”、尤其是有独特功能或天然产物的合成研究。,天然产物化学,重点是开展中草药药效的研究和海洋生物资源的研发。,农药化学,着重研究生物调控剂、仿生化学农药和植物防御、免疫激活剂，以及“绿色农药”等。,有机新材料化学,。,有机化学研究正在进入一个富有发展活力的新阶段。,有机化学发展中的两个事例：,富勒烯,Fullerenes,1985年，科学家英国的克罗托和美国斯莫利等意外地发现了碳的第三种同素异形体 C,60,。碳原子之间相互键联，形成一个由12个正五边形和20个正六边形组成的闭合系统。C,60,的发现将开辟有机化学的新纪元。,海葵毒素,(C,145,H,264,N,4,O,78,),1989年，Kishi经8年的努力，由24位研究生和博士后完成了全合成,。,海葵毒素是由海洋生物中分离得到的一个最复杂的天然有机物，也是目前最毒的化合物（LD,50,0.4,g/kg,，为河豚毒素的25倍)。有24个手性中心，可能存在2,71,个异构体。这一复杂立体专一的合成显示了有机合成界当今所具有的非凡的能力。,三、有机化学的任务与作用,任务：,发现和研究自然界存在的化合物，了解其结构和性能，总结规律，合成与天然化合物结构完全相同或类似但性能更好的化合物,作用：,建立一个更加丰富的物质世界，丰富、美化人,们的生活,有机化学与出行,有机化学与人类健康,合成药物,30年代中后期肺炎、脑膜炎、败血症等,抗菌素,青霉素,抗癌药物紫杉醇,手性药物,2/3以上开发中的药物为手性药物,市场上40%的手性药物为单一异构体,2002年全球手性药物市场1590亿美元,有机化学与材料,聚烯烃,:,2002年世界产量：8800万吨,2003年中国产量：839.8万吨,市场消费1579.8万吨,聚乙烯:,2002年世界产量：5000万吨,2002年中国产量:354万吨,市场消费809.5万吨,中国聚乙烯消费量:3.4千克/人,年,世界聚乙烯人均消费量:6.2千克/人,年,四、有机化合物的特点,1,组成和结构特点,种类多、数目大（已有两千多万种），但组成元素少,（,C,，,H,，,O,，,N,，,P,，,S,，,X,等）,原因:,1)C,原子相互结合力强,2),结合方式多样（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）,2熔点低、热稳定性差易燃烧,有机物的熔点（m.p）一般小于400，沸点(b.p.)较低，易挥发,3绝大多数难溶于水,有机物多数都不溶于极性溶剂中，而有强极,性基团的在水中溶解度较大,4、反应速度慢、副反应多产物复杂,有机反应一般是非离子反应，常伴有副反应、产生的混合物复杂，主要的反应产率低,第二节,共价键的一些基本概念,1、共价键理论,(1)价键理论(以价电子定域为出发点、,着眼于价电子仅限于成键的两原子核之间运动,(a)共价键的定域性,自旋反平行的两个电子，属成键原子共同所 有。电子对在两核之间出现的几率最大,(b)共价键的饱和性,每个原子成键的总数,由原子的成单电子数决定,(c)共价键的方向性,原子轨道沿一定方向重叠时，重叠度最大,(2)分子轨道理论,(共价电子离域为出发点),1)分子轨道是电子在分子中运动的状态函数.由几个原子轨道可组合成几个分子轨道,比原来原子轨道能量低的叫成键轨道,比原来原子轨道能量高的叫反键轨道,1,=c,1,1,+c,2,2,1,=c,1,1,c,2,2,：,分子轨道函数,：原子,轨道函数,c：系数，波的振幅，有大小及正负之分，反映原子轨,道在形成分子轨道时贡献的大小,2)分子轨道由原子轨道线性组合而成,并遵守,a.能量相近 b.电子云最大重叠 c.对称性,匹配等三原则,3)电子在分子轨道中排列遵守能量最低原理、保里（Pauli）原理和洪特规则,1,1,2、共价键的参数,键长:,成键原子引力、斥力作用平衡后原子,核间的平均距离,键角:,共价键对称轴的间夹角,反映分子的结构,一定的化学键键长是一定的,同一类型化学键的键长在不同化合物,中稍有差别,键的极性:,由于两原子的电负性不同而使共价键的一端带正电荷，另一端带负电荷，这种共价键叫做极性共价键,键能:,对于双原子分子由气态原子生成气态分子放出的能量或由气态分子打开共价键生成气态原子所需要能量,多原子分子指同类型共价键离解能的平均值,=q.d 单位D(德拜Debye),q：正或负电荷中心的电量,d：正负电荷中心之间的距离,偶极矩有方向通常由正指向负，用表示,共价键的极性用偶极矩表示,分子的偶极矩是各个共价键偶极矩的向量和,三、共价键断裂方式和有机反应类型,共价键断裂方式:,均裂:,成键的一对电子平均分给两个原子或原子团，生成两个中性自由基。反应称为均裂型反应或自由基型反应,自由基（游离基）：带单电子的原子或原子团,异裂:,成键的一对电子在断裂时给某一原子或原子团，生成正或负离子，此反应称为异裂反应,也叫离子反应,自由基、碳正离子和碳负离子是反应过程中的中间体在生成的瞬间就参与反应,离子型反应,亲电试剂:反应中接受电子或共用电子的试剂,亲电反应:由亲电试剂进攻而引发的反应,亲核试剂:反应中提供电子而进攻反应物中,带部分正电荷的碳原子的试剂,亲核反应:由亲核试剂进攻而引发的反应,第三节研究有机化合物的一般过程,1、分离提纯,3、实验式和分子式的确定,钠熔法确定元素组成,定量分析元素比例,计算得到实验式,2、纯度的检定,实验式：表示分子中各元素原子相对数目的,最简单式子,4、结构的确定,化学或物理方法（紫外光谱、红外光谱、核磁,共振谱、质谱等）,分子结构包括构造、构象和构型,分子构造是指分子中原子的连接顺序如：甲烷,第四节 有机化合物的分类,一、按碳架分类：,开链化合物（脂肪族化合物）：,碳和碳相互结合成开链而非环状其中包括：烷烃、烯烃、炔烃等,碳环化合物（环状化合物）,脂环族化合物：碳碳连接成环，环内可有双键、叁键，性质与脂肪族化合物相似,例如：,芳香族化合物：分子中含有一个或多个由碳原子组成的在 同一平面内的闭环共轭体系，如苯环等,（3）杂环化合物：,由碳原子与杂原子（氧、硫和氮）形成环状结构且具有芳香性的化合物 例如,二、按官能团分类,官能团：,具有不同性质的原子或基团称,为官能团,烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、醌、羧酸及其衍生物、胺、硝基化合物、偶氮化合物、糖类、氨基酸和蛋白质,学习有机化学的要求和方法,要求：识类别,会命名,熟性质,知应用,方法：抓住结构记性质好学,课后复习要归纳好记,举一反三勤解题有味,注重实验会应用有趣,六个字,：,理解、记忆、应用,理解：,及时弄懂和掌握各章节的重点内容、主要问题、难题。,记忆：,理解的记忆、开始时要象记外文单词那样反复的强化记忆。除多看外，还要多写、多练。材料积累多了，就会掌握规律，上升为理解记忆,应用：,多思考、勤练习、善总结。,.,.,书山有路勤为径,学海无涯苦作舟,.,.,团结互助共同进步,