有机绪论.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,*,辽宁水利职业学院,有机化学,第十章 旋光异构,第十一章糖 类,第十二章油脂和类脂化合物,第十三章 氨基酸和蛋白质,有机化合物和有有机化学,共价键的形成,共价键的性质,有机反应的类型,有机化合物的分类,教学指导,项目一 绪 论,教学目的,掌握有机化合物与有机化学的定义。,了解有机化合物的特点。,掌握有机化合物的结构特点，熟悉共价键的性质及意义。,根据共价键理论进一步理解有机化合物的特点。,掌握共价键的断裂方式与有机反应类型。,后期（1828年）德国一位年青化学家维勒（36岁）：,通过实验获得重大发现：,无机物可以转变成有机物。,摧毁了“生命力”学说，具有划时代的意义。有机化学作为一门科学由此应运而生。,获得有机物的方法,获得有机物的数量,由极少数到大量,由单一的生物法、分离法发展到了人工合成法,无机物,有机物,（尿素）,在实验室里，将有机物燃烧，发现有机物都含有C，多数含有H、O、N，个别含有X、S、P等元素。,1、有机物：是指碳氢化合物及其衍生物。,2、有机化学：有机化学是研究碳氢化合物（烃）及其衍生物组成、结构、性质、合成和应用的一门自然科学。,18世纪，人们从动物或植物中分离得到一些纯的化合物，如草酸，酒石酸，柠檬酸等，其性质明显不同于来源,于矿物的化合物，根据其来源称之为“有机化合物”。有机化学的产生与发展,当时化学的研究对象主要是矿物，所以人们将动物或植物中分离得到一些纯的化合物称为有机化合物，简称为有机物，其含义是“有生机之物”。当时人们认为，在实验室无法合成有机化合物。“生命力学说”,有机化学作为一门学科诞生于19世纪初，形成于19世纪中叶。最初是从植物中提炼染料、药物和香料的技术中逐渐发展起来的。,1806年Berzelius(1779-1848)首次使用“有机化学”这个名称。,1828年德国化学家Wohler(1800-1882)加热无机化合物氰酸铵溶液得到有机化合物尿素,1828年,Whler试图用氯化铵与氰酸银反应来制备氰酸铵，但得到的却是,组成相同，性质不同的尿素。,我应当告诉您的是：我制造出尿素，而且不求助于肾或动物无论是人或犬。,1840年德国化学家Kolbe(柯尔伯)(1818-1884)合成了醋酸。,1850年法国化学家Berthelot(柏塞罗)(1827-1907)合成了油脂类物质。,有机化学正在成为是一门迅速发展的学科，其分支学科有：天然有机化学，有机合成化学，生物有机化学，金属有机化学（元素有机化学），物理 有机化学（理论有机化学），有机分析化学，有机立体化学等。,有机化学自始至终与无机化学没有存在一条鸿沟，而且正在融合。因此在一些大学设置为：普通化学，合成化学，理论化学，金属化学等。,有机化学的应用，产生一些学科：石油化学，药物化学，农药化学，材料化学，军事化学等。,有机化学与农业科学的关系,1.农业科学的发展促进了有机化学的发展，同样，有机化学的发展也促进了农业科学的进步和深入发展。,2.要从分子水平上认识生命过程并研究生命现象。化学的理论、观点和方法在整个生命科学中起着不可缺少的作用。,3.大量天然的和合成的有机化合物正在越来越广泛地应用于农业生产。,有机化学既是学习农业科学的基础，又是进行农业科学研究的工具。,二、有机化合物的特点,1.从组成上看：,（,1）组成简单,由C、H、O、N等元素组成。,（2）结构复杂,人工合成吗啡用了121年时间，测定它的结构花了27年时间。,（3）数量繁多,碳碳之间可以成链、成环成支，同分异构相当普遍。,20世纪80年代，从海洋生物中得到的一个沙海葵毒素的分子式为C,129,H,221,O,53,N,3,，即使知道这400多个原子之间的结合次序，但仅仅由于原子在空间取向的不同就有可能形成210,71,个立体异构！,有机化合物知多少？,60年代,200万,85年,600万,90年,1000万,2000年,2000万,2.从物理性上看,（1）熔沸点低,原因：分子间的作用力是范德华力。,（2）难溶于水,原因：分子的极性比较小。,3.,从化学性上看,（1）容易燃烧,原因：有机物中含有容易燃烧的碳氢元素,（2）反应缓慢，并有副反应,原因：分子间反应，反应的部位较多。故有机反应尚需加热，使用催化剂。有机产物的分离纯化工作难度较大,任务二,有机化合物的分子结构,一、有机化合物中的化学键,有机化合物的结构决定其性质，从性质可以推知其结构。因此有机化合物的结构是有机化学的主要内容之一。,有机化合物的结构是指分子的组成，分子中原子的连接次序和方式，分子的三维排列方式，分子中原子的相互关系，分子中电子云的分布等。,有机结构理论的发展受其他学科的发展的影响。因此对待有机结构理论应该持发展的观点。,经典结构理论,有机化合物中碳原子总是+4价的。,碳原子可以自相结合成键。,表示分子中原子的种类、数目和彼此结合的次序和方式的化学式称为结构式。,1-丙醇,短线式,脂肪族化合物常用缩简式环状化合物常用键线式.,缩简式,键线式,环戊烷,几种常用的结构式,共价键的形成：来自原子轨道的重叠，在轨道上有两个自旋相反的电子，这就是电子“配对”。轨道重叠越多，共价键就越牢固。所以，形成共价键时，在两个原子核间距离（键长）一定的条件下，轨道总是尽可能地达到最大程度的重叠，这就是轨道最大重叠原理。,有机化合物分子中各原子之间一般是以共价键连接起来的。共价键形成的常有价键法和分子轨道法。本节简单介绍价键法。,(一)有机分子中的化学键共价键,1.键的形成,（1）价键理论,要点：两电子的自旋方向相反，两轨道尽可能最大重叠。,特点：有饱和性，有方向性。,共价键的饱和性：价键法又称为电子配对法，一个未成对的电子一经配对成键，就不能再与其他未成对电子配对。,共价键的方向性：由于成键原子轨道不都是球形对称的，具有方向性，为使原子轨道最大程度的重叠，共价键也就具有了方向性。,原子的未成对电子数，一般就是它的化合价数或价键数。因此也可以理解为重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。,氢分子为什么H原子自发地通过电子“配对”生成H,2,分子（电子自发“配对”生成共价键的原,因）？H原子的电子结构是1s,1,。s轨道是球形的。为了形成H-H键以生成H,2,分子，两个H原子核必须靠的足够近，从而使两个s轨道得以重叠，而在重叠的轨道上有两个自旋相反的电子。对于H,2,分子来说，当两个H原子核间距离（HH键长为0.074nm时，体系的能量最低，因而最稳定。电子“配对”形成共价键时放出能量。形成HH将是放出能量是436.0kJmol,-1,。也就是说，1mol H,2,分子比2mol H原子的能量低436.0kJ，或者说稳定性大436.0kJ。,下图（1）表示两个H原子的s轨道，(2)表示两个s轨道的重叠。,（3）两个s轨道重叠生成的轨道形状与这两个s轨道合并而成的形状大体相似，像一个椭圆体。,键H,2,分子中连接两个H原子核的直线，叫H-H键的键轴。从图（4）看出，s轨道重叠生成的轨道是圆柱形对称的，键轴是它的对称轴。这样的轨道叫轨道。生成轨道的重叠方式叫重叠，轨道上的电子叫电子，形成的键叫键。2)杂化轨道理论,碳原子杂化轨道的类型,基态,激发,激发态,碳原子的电子层结构,：,1S,2,2S,2,2P,2,最外层,轨道表示式：,激发态,杂化,SP,3,杂化轨道,1、sp,3,杂化,四个SP,3,杂化轨道，呈正四面体分布，以碳原,子为中心，四个轨道分别指向正四面体的每,一个顶点，轨道之间的夹角是109,28,sp,3,杂化,正四面体,能量相近的原子轨道，经能量均化过程，形成新的能量相等的轨道。,杂化轨道：,轨道杂化,如:甲烷,单键碳原子 都是sp3杂化,S轨道和SP,3,杂化轨道形成的,键,两个SP,3,杂化轨道形成的,键,sp,2,杂化,sp,2,杂化,激发态,2P,sp,2,杂化轨道,三个sp,2,轨道呈平面正三角形分布，,轨道之间的夹角是120，,未杂化的P轨道垂直于sp2轨道所在的平面。,sp,2,杂化,单个sp,2,杂化轨道,sp,2,轨道呈平面正三角形，,P轨道垂直于sp2轨道所在的平面,如,:,乙烯,构成双键的碳原子都是,sp2杂化,sp杂化,sp杂化,激发态,2P,sp杂化轨道,2个sp轨道呈正直线型分布，轨道之间的夹角是,180，且与未杂化的P轨道垂直。,sp杂化,单个sp杂化轨道,sp杂化轨道呈直线型，,且与2个未杂化的P轨道垂直,如:乙炔,叁键碳原子都是sp杂化,SP杂化：,成键类型,单键（一个,键）,双键（一个,键，一个,键）,叁键（一个,键，两个,键）,H,H,2P,Y,、2P,Z,SP,碳原子杂化轨道的类型,类型,参与杂化的原子轨道数,未参与杂化的P轨道数,杂化轨道数目,空间构型,轨道夹角,sp,3,1个s+3个p,0,4,正四面体,109,28,sp,2,1个s+2个p,1,3,正三角形,120,sp,1个s+1个p,2,2,直线形,180,(二)共价键的成键类型,1、键的特点,（1）头碰头重叠，可以自由旋转。,（2）能量低，稳定，不易断裂,（3）可以单独存在,（4）电子云流动性小，不易极化,2、,键的特点,（1）肩并肩重叠，不能自由旋转。,（2）能量高，不稳定，易断裂。,（3）不能单独存在，只能与键共存。,（4）电子云流动性大易极化。,二.共价键的属性,1、键的参数,2、键的断裂,（1）键长：两成键原子的核间距离。,（2）键角：键与键之间的夹角。,1.键的参数,（3）键能：断开1mol气态共价键所需要的能量。,（5）分子的极性：由分子的对称性决定。,键的极化：由外电场的作用而引起的键的极性的变化。,（4）键的极性：有两元素的电负性差值决定。,电负性差值为零，键无极性，如碳碳键；否则，键有极性，如碳氧键。,键长,：形成共价键的两个原子的原子核之间，保持一定的距离，这个距离称为键长（键距）。不同的共价键具有不同的键长。不过，即使是同一类型的共价键，在不同化合物的分子中它的键长也可能稍有不同。因为由共价键所连接的两个原子在分子中不是孤立的，它们受到整个分子的相互影响。,键长:,一些共价键的键长,指成键原子核之间的距离.,键角：共价键有方向性，因此任何一个两价以上的原子，与其他原子所形成的两个共价键之间都有一个夹角，这个夹角就叫做键角。例如，H,2,0分子中有两个O-H键，这两个O-H键键轴之间的夹角叫做H,2,0分子的键角，或H,2,0分子中两个O-H键的键角。实验测得H,2,0分子的键角是104.5。显然，双原子分子没有键角。在3个原子的分子中就有键角。,键角,乙醚,戊烷,甲烷,指键与键之间的夹角。,甲醛,键能（平均键能）：共价键形成时，有能量释放出而使体系的能量降低。反之，共价键断裂时则必须从外界吸收能量。气态时原子A和原子B结合成A-B分子（气态）所放出的能量，也就是A-B分子（气态）解离为A和B两个原子（气态）时所需要吸收的能量，这个能量叫做键能。,甲烷,C-H,键键能（,414kJ.mol,-1,)是上述解离能的平均值。,指成键时体系放出的能量或断键时体系吸收的能量。多原子分子键能通常是键的解离能平均值。,一些共价键的键能,化学环境不同的相同共价键的键能是有差异的。,键的极性：分子中以共价键相连的原子吸引电子的能力是不同的，有的大些，有的小些。元素的电负性表示分子中原子吸引电子能力的大小。电负性大的吸引电子能力大；电负性小的吸引电子能力小。在甲醇（H,3,C-OH）分子中，O原子上带部分负电荷，C原子上带部分正电荷，即H,3,C,+,O,-,H。这样的共价键具有极性，叫极性共价键。,当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（,-,）；电负性小的原子带有部分负电荷（,+,）。键的极性强弱用偶极矩（,）来衡量，它是部分电荷与电荷之间距离的乘积：,=q.d（C.m),+,-,键的极性,=3.57x10,-30,（C.m),H-O键、H-N键、C=O键、C-N键、C-Cl了键都是极性共价键。,极性共价键的电荷分布是不均匀的，正电中心与负电中心不相重合，这就构成了一个偶极。正电中心或负电中心的电荷q与两个电荷中心之间的距离d的乘积叫做偶极矩。,偶极矩单位为D，德拜（Debye）值的大小表示一个键或一个分子的极性。偶极矩有方向性，一般用符号来表示。箭头表示从正电荷到负电荷的方向。在两原子组成的分子中，键的极性就是分子的极性，键的偶极矩就是分子的偶极矩。在多原子组成的分子中，分子的偶极矩就是分子中各个键的偶极矩的向量和。,例如：,多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和。,=,0（C.m),=,6.47x10,-30,（C.m),=,3.28x10,-30,（C.m),偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零的分子是极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。,2.键的断裂,（1）均裂,（2）异裂,在共价键断裂时，如果两个成键原子共用的电子对均等地被分配，这种断裂方式称为均裂。均裂生成的单电子原子或原子团叫做自由基或游离基。,通过自由基进行的反应叫自由基反应。,在共价键断裂时，如果两个成键原子共用的电子对完全地转移给一方，这种断裂方式称为异裂。异裂生成正负离子。,均裂,自由基,通过离子而进行的反应，叫离子型反应。,异裂,（5）共价键的断裂和有机反应类型,离子型反应：根据试剂的类型,可分为亲电反应和亲核反应。,碳负离子,碳正离子,自由基,异裂,(活性中间体),(活性中间体),(活性中间体),自由基反应,离子型反应,有机反应的类型和试剂的类型共价键的断裂可以有两种方式均裂与异裂均裂：这种断裂方式是均匀的裂解，也就是两个原子之间的共用电子对均匀分裂，两个原子各保留一个电子，形成自由基。,均裂反应：反应中有均裂发生。也叫自由基反应。异裂：共价键断裂的另一种方式是不均匀裂解，也就是在键断裂时，两原子间的共用电子对完全转移到其中的一个原子上。这种断裂方式叫做键的异裂。键异裂的结果就产生了带正电或带负电的离子。,异裂反应：反应中有异裂发生。也叫离子反应。对应于自由基反应和离子反应，试剂分为自由基试剂和离子试剂。,烷烃的光氯化和热氯化是自由基反应。反应时，进攻烷烃的是Cl原子，即氯自由基。此反应中，产生Cl原子的氯（Cl2）是自由基试剂。,在离子反应式中，根据试剂本身是亲核的、还是亲电的，离子试剂分为亲核试剂和亲电试剂两类。亲核试剂：反应时把它的孤对电子作用于有机化合物分子中与它发生反应的那个原子，而与之共有。,亲核反应：有机化合物与亲核试剂的反应，叫亲核反应。如溴丁烷的碱性水解。,亲电试剂：反应时试剂从有机化合物分子中与它发生反应的那个原子接受电子对，而与之共有。如：H+，Cl+等都是亲电试剂。,亲电反应：有机化合物与亲电试剂的反应，叫亲电反应。,第三节,有机化合物的分类,一.按碳骨架分类,按碳架分类,链形化合物,环形化合物,(脂肪族化合物),碳环化合物,杂环化合物,脂环化合物,芳环化合物,有机化合物的分类按碳骨架分类,通常把有机化合物分为四大类。,（1）开链化合物：因最初从动植物油脂中获取，所以也就叫脂肪族化合物。特点是：分子链都是张开的。乙烷、乙烯、乙醇等是脂肪族化合物。,乙醇,乙烯,乙烷,（2）碳环化合物,脂环化合物,芳香化合物,（3）,杂环化合物,呋喃,吡啶,2-呋喃甲醛,（2）脂环化合物：这类化合物可以看做是由开链化合物连接闭合成环状而得。它们的性质和脂肪族化合物相似，所以又叫做脂环化合物。环乙烷、环乙烯、环乙醇等是脂环化合物。,（3）芳香族化合物：这类化合物特点是，在它们的分子中一般具有苯环结构。苯、甲苯、苯酚等是芳香族化合物。,（4）杂环化合物：这类化合物特点是，在它们的分子中也具有环状构造，但是，在环中除碳原子外，还有其他原子存在（如氧、硫、氮）。糠醛、噻吩、吡啶等是杂环化合物。,甲苯,苯,苯酚,二.按官能团分类,有机化合物类别,官能团,有机化合物类别,官能团,烯 烃,双键,羧酸酯,酯基,炔 烃,叁键,胺,氨基,卤代烃,卤素,硝基化合物,硝基,醇或酚,羟基,腈,氰基,醚,醚键,偶氮化合物,偶氮基,醛或酮,羰基,硫醇或硫酚,巯基,羧 酸,羧基,磺 酸,磺酸基,官能团,是指有机化合物分子中特别能起反应的一些原子或原子团,这些原子或基团决定这类有机化合物的主要性质。例如，烯烃中的C=C双键，炔烃中的CC三键等。分类时，一般先按照碳骨架分类，再按照官能团分类。,