05材料15章3-4.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,第二层波函数本身没有明确的物理意义，但它的平方,2,代表电子在空间各点出现的概率密度。若用黑点的疏密程度来表示空间各点电子概率密度的大小，则,2,大的地方黑点较密，其概率密度大；反之,2,小的地方黑点较疏，概率密度小。在原子核外分布的小黑点，好象一团带负电的云，把原子核包起来，如同天空中的云雾一样，所以又称为电子云（,electron cloud,）。即通常把,2,在核外空间分布的图形称电子云。,第三层,第四层,第五层,*,*,*,第十五章 有机化合物,本章要求,1,了解,有机化学及有机化合物的定义、任务及研究对象。,2,掌握,有机化合物的命名，能写出,常见,有机化合物正确的名称和结构式。,3,了解,分子的构象、手性、旋光性以及常见有机化合物的物理性质。,4,掌握,烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸及其衍生物、,硝基化合物和胺的制备、,化学性质及其应用；,理解,它们的分类和结构。,5,掌握,取代反应、加成反应、消除反应、聚合反应、氧化与还原反应、缩合反应等有机化学的重要反应类型。,6,了解,亲核取代反应和消除反应的机理，,掌握,烯烃的亲电加成反应、苯和萘的亲电取代反应、醇醛缩合反应的机理。,7,掌握,简单有机化合物的合成方法和合成路线。,8,明确,简单有机化合物的结构推断方法。,1/8/2025,1,参考书,徐寿昌主编有机化学（第二版）北京：高等教育出版社，,1993,高鸿宾主编有机化学北京：高等教育出版社，,1999,袁履冰主编有机化学北京：高等教育出版社，,1999,1/8/2025,2,第一节概论,一、有机化合物和有机化学,有机化合物,（,organic compounds,）,碳氢化合物及其衍生物,(,例：四氟乙烯：,CF,2,=,CF,2,),有机化学,(organic chemistry),研究有机化合物的,组成、结构、性质、合成及其应用,的学科,研究有机化合物的意义,衣食住行,三大合成材料的基础,蛋白质与生命的关系,1/8/2025,3,二、有机化合物的特点,结构特点,有,同分异构现象,例，正丁烷和异丁烷,同分异构体,(isomer),分子式相同，结构不同,的化合物。这种现象称,同分异构现象,。后果：有机物数量庞大：,1989,年达,1000,万种，,2000,年增至,2000,万,种，无机物只有,几十万种,原因碳原子的特殊性质，使碳原子之间以及碳与其他原子间能够形成稳定的,共价键,，通过单键、双键、三键连接成链状或环状化合物,性质特点,易燃，对热不稳定，熔、沸点低，多难溶于水，反应速率慢，反应复杂,(,常分为主反应和副反应,),学习要点,要,记忆,的多，,前后关连,，,性质与制备,1/8/2025,4,补充分子结构和结构式,分子结构,分子是由组成原子按一定的排列顺序，相互影响、作用而结合在一起的整体。这种组成分子的原子的排列顺序和相互关系称,分子结构,分子结构式表示,分子结构的化学式。用三种表示方法。例，,1-,丁烯,短线式 缩简式 键线式,H H,CH,3,CH,2,CH=CH,2,|,H,C,C,C,C,H,H H H H,1/8/2025,5,三、有机化合物的分类,（一）按碳骨架分类,（,1,）开链化合物,分子中各原子相互连接成,链状,。也称,脂肪族,化合物。例,CH,3,CH,2,CH,2,CH,3,CH,3,CH=CH,2,CH,3,CH,2,OCH,2,CH,3,（,丁烷）（丙烯）（乙醚）,（,2,）,脂环（族）化合物,分子中,碳原子,相互连接成环状（,苯环结构除外,）。性质与脂肪族化合物相似，故称脂环化合物。例,1/8/2025,6,（,3,）,芳香族化合物,(aromatic compound),分子中含,苯环结构,，有不同于脂环族化合物的特殊性质，称,芳香性,。例,（,4,）杂环族化合物,分子中由碳原子,和其它杂环原子,（,O,，,N,，,S,等）连接成,环,的一类化合物。例,1/8/2025,7,（二）按功能团分类,官能团,(functional group),分子中比较,活泼,而,容易发生反应,的原子或基团。主要按官能团分类讨论,官能团结构,官能团名称,化合物类别,官能团结构,官能团名称,化合物类别,双键,烯烃,酮基,酮,CC三键,炔烃,NO,2,硝基,硝基化合物,OH,羟基,醇或酚,NH,2,(-NHR,1,，-NR,2,),氨基,胺,X(F,，,Cl,，,Br,，,I),卤原子,卤代烃,CN,氰基,腈,(C)O(C),醚基,醚,COOH,羧基,羧酸,醛基,醛,SO,3,H,磺酸基,磺酸,1/8/2025,8,四、共价键的断裂方式和有机反应类型,均裂,(,homolytic,cleavage),定义,共价键,断裂时，成键的一对电子,平均,分给两个成键原子或基团。例,说明均裂产生的具有未成对电子的原子或基团，称,自由基,(free radical),或,游离基。,有自由基参与的反应称,自由基反应,1/8/20259,异裂,(,heterolytic,cleavage),定义成键的一对电子完全为成键原子中,一个,原子或基团占有。例,说明有离子参与的反应称,离子反应,说明,关于,中间体,(intermediate),自由基和正、负离子皆为暂时生成、瞬间存在的活性基团，称中间体。有机反应多属此类,关于,协同反应,一类反应无活性中间体存在，反应中旧键断裂和新键生成同时进行，称为协同反应,1/8/2025,10,有机反应的类型,(1),自由基反应有自由基参与的反应,(2),离子反应有离子参与的反应,(3),协同反应,1/8/2025,11,五、有机化合物的研究程序,(,自学,),（一）分离提纯,方法：蒸馏、分馏、升华、重结晶、色谱,（二）物理常数的测定,如熔、沸点、相对密度、折射率（鉴定物质或确定纯度）,（三）元素分析和分子式的确定,定性分析确定组成化合物的元素种类,定量分析确定元素含量；计算组成元素的相对比例式,实验式；测定相对分子质量，结合实验式，写出分子式,（四）结构确定,(1),官能团分析,(2),化学降解和合成,(3),物理方法的应用：红外光谱、紫外光谱、质谱和核磁共振谱,1/8/2025,12,200,6,年,10,月,2,7,日,1-2,到此止,1/8/2025,13,第二节脂肪烃和脂环烃,碳氢化合物,定义,只含,碳和氢,两种,元素的有机化合物。简称,烃,（,hydrocarbon,类型,脂肪烃包括,开链,的,烷烃,(,饱和烃,),、,烯烃,和,炔烃,脂环烃包括环,烷,烃、环,烯,烃和环,炔,烃,芳香烃多为,苯,及其,衍生物,1/8/2025,14,一、脂肪烃和脂环烃的结构和构造异构,（一）通式和同系列,同系列,(homologous series),具有,一个通式,，组成相差,CH,2,及其,整数倍，,结构和化学性质,相似，,物理性质随碳原子数的增加有规律变化的化合物系列。同系列中的化合物互称,同系物,说明,开链烷烃、烯烃和炔烃分属三类同系物，通式分别为,、和 ，其系差均为,CH,2,环烷烃与开链烯烃、环烯烃与开链炔烃,不是同系列,，但分别有相同的通式,1/8/2025,15,（二）碳原子和氢原子的分类,按碳原子,所连碳原子数目不同,分为四（五）类：与一个、二个、三个或四个碳原子相连的碳原子分别称,伯（一级）,碳原子、,仲（二级）,碳原子、,叔（三级）,碳原子或,季（四级）,碳原子，分别用,1,、,2,、,3,或,4,表示,伯、仲、叔碳原子上的氢原子相应称为,伯、仲、叔氢原子,1/8/2025,16,（三）脂肪烃的结构,（,1,）烷烃的结构,杂化轨道类型,所有碳原子皆采取,sp,3,杂化，,4,个,sp,3,杂化轨道形成,4,个,键。,呈正四面体,分布。,P52,。,特点：,键,牢固,分子链形状,长链烷烃的分子链不是直线，而是,折线,，键角,109.5,1/8/2025,17,分子立体模型,球棒模型（,Kekule,模型）和比例模型（,Stuart,模型）。例，甲烷,1/8/2025,18,（,2,）烯烃的结构,杂化轨道类型,碳原子,sp,2,杂化,，三个杂化轨道处于,同一平面,内，夹角,120,，未参与杂化,p,z,轨道垂直于平面,示例,乙烯,2,个,sp,2,杂化轨道与,2,个氢原子形成,CH,键，第三个,sp,2,重叠形成,CC,键，五个,键,同平面,。所有原子,皆同平面,，是平面型分子,未参与杂化的,p,z,轨道,形成,CC,键：活泼，易受亲电试剂进攻,1/8/2025,19,（,3,）,炔烃的结构,杂化轨道类型,碳原子,sp,杂化,两个,sp,杂化轨道的对称轴成,180,，呈,直线形,。未杂化的,p,y,和,p,z,轨道,相互垂直,，并,都垂直于,sp,杂化轨道,示例,乙炔,两个碳原子的,sp,杂化轨道形成,CC,键，另两个,sp,杂化轨道与两个氢原子形成两个,CH,键，两个,p,y,轨道和两个,p,z,轨道分别形成,两个相互垂直的,CC,键,1/8/2025,20,键长,/nm,C,C C=C,乙烯,0.154 0.13,4,3,共轭二烯烃,0.148,0.134,结论：,键长,趋于平均,：,双键变长，单键变短,1/8/2025,21,（,4,）,环烷烃的结构,杂化轨道类型,sp,3,示例及结构,环丙烷,碳,sp,3杂化，对称轴不在一条直线上。,CC,夹角,105.5,，,CC,键弯曲，称,弯曲键,或,香蕉键,结构特点及变化规律,C-C,夹角,105.5,。,sp,3,对称轴夹角,109.5,。后果：,A,、存在开环张力,角张力,，,B,、杂化轨道,重叠少,，,键不牢固,1/8/2025,22,电子云在两个碳原子连线,外侧,，易受,亲电试剂,E,+,（,HBr,）进攻开环,相邻两个碳原子的,CH,键重叠式排列，存在,扭转张力,，是引起环丙烷不稳定的又一原因,P454,（乙烷的构象，见下一页）,其他环烷烃,环丁烷、环戊烷、环己烷碳原子均不在同一平面内：环丁烷是蝴蝶结构，环戊烷有信封型和扭曲型两种结构。环丁烷和环戊烷的,CCC,键角均没有达到,109.5,，存在角张力，但比环丙烷的小。,环己烷,分子中,CCC,键角为,109.5,，没有角张力。故,环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷的环的稳定性依次增大,1/8/2025,23,一、构象异构,（一）乙烷的构象,构象,键旋转，原子或基团在空间不同排布方式称,构象,。因构象不同产生的异构称,构象异构,。,特点,：无数，快速互变，无法分离,重叠式构象,(eclipsed conformation),两甲基的氢原子正处于相互对映的位置，相距最近,交叉式构象,(staggered conformation),一个甲基的氢原子处于另一个甲基两个氢原子之间，相距最远讲丙烷的表示,),1/8/2025,24,（,5,）,共轭,二烯烃的结构,例，,1,3,丁二烯,键参数,所有原子,共平面,；键角接近,120,；碳碳,单键,148.0pm,比乙烷的,154.0pm,短,，双键由乙烯的,133nm,变为,134nm,，即键长,趋于平均,：,双键变长，单键变短,杂化轨道类型,sp,2,杂化，形成,3,个,CC,键，,6,个,CH,键,四个,p,z,轨道相互平行，且都侧面交盖，形成一个整体,键，称,大,键,或,共轭,键,或,离域,键,1/8/2025,25,定域,键,(localized bond),电子云,局限在两个碳原子之间,的,键。例，乙烯分子,离域,键delocalized bond),。例，,1,3,丁二烯,电子云不是局限在,C,1,C,2,和,C,3,C,4,之间，而是,扩展到所有碳原子周围,，形成一个整体,键，称大,键或共轭,键。,1,3,丁二烯的构造式用,CH,2,=CHCH=CH,2,表示，但应注意分子中的,单、双键已不是普通的单、双键,共轭分子和共轭系统,有单、双键,交替排列,的分子称共轭分子；,1,3,丁二烯共轭系统称,-,共轭系统,(,体系,),1/8/2025,26,共轭效应,(P441),定义共轭分子中，,电子在整个系统中离域，任一原子受外界影响，均会影响到分子的其余部分，这种,电子通过共轭系统传递的现象,，称共轭效应,后果,单双键平均化,分子能量显著降低,稳定性增加,例，,1,3,戊二烯和,1,4,戊二烯的氢化热,CH,3,CH=CHCH=CH,2,+2H,2,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,3,氢化热,-226kJ,mol,-1,CH,2,=CHCH,2,CH=CH,2,+2H,2,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,3,氢化热,-254kJ,mol,-1,1/8/2025,27,（四）脂肪烃和脂环烃的构造异构,（,1,）烷烃的,构造异构,(constitutional,isomery,),定义,分子中,原子连接次序不同,产生的异构,；,开链烷烃的构造异构由于碳骨架不同引起，故烷烃的构造异构又称为,碳架异构,构造异构的数目,随碳原子数增加，异构体数目迅速增加：甲、乙、丙烷仅一种，丁烷,2,种，戊烷,3,种：正、异和新戊烷。碳数为,6,，,7,，,8,和,20,的烷烃，异构体数目分别为,5,，,9,，,18,和,366 319,1/8/2025,28,（,2,）烯、炔烃的构造异构,烯、炔烃,除碳架异构外,，还有,官能团位置异构,。例,CH,2,=CHCH,2,CH,3,(1,丁烯,),，,CH,3,CH=CHCH,3,(2,丁烯,),；,CHCCH,2,CH,3,(1,丁炔,),，,CH,3,CCCH,3,(2,丁炔,),（,3,）脂环烃的构造异构,脂环烃的构造异构,比较复杂,。成环碳原子个数、取代基及取代基位次不同都可引起构造异构。例，,C,5,H,10,1/8/2025,29,（,4,）顺反异构,引入,CH,3,CH=CHCH,3,（,2,丁烯）存在性质上有微小差别的异构体,A,（,沸点,3.5,）和,B,（,沸点,0.9,）。原因：构造完全相同，但双键连接的四个基团在,空间排列方式不同,定义,由于,键,或,环,的存在，造成原子或基团在,空间排列方式,（,构型,）不同产生的异构现象，称,顺反异构,(,cia,-trans,isomerism),，,形成的同分异构体称,顺反异构体,说明,当双键的,一个碳原子,上有,两个相同基团,时，该双键无顺反异构,1/8/2025,30,二、脂肪烃和脂环烃的命名,（一）,习惯,命名法,(,普通,命名法，只适用于,简单结构,),十个碳以下,用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；,十个碳以上,用十一、十二,表示碳原子数目,以前缀“正”（,n,）、“,异,(,i,或,iso,)”,、“,新”区分异构体：直链为“,正,”；仅在一末端有,(CH,3,),2,CH,无其它支链的为“,异,”；“,新,”专指具有,(CH,3,),3,C,的含五、六个碳原子构烃。例,1/8/2025,31,（二）,衍生物命名法,(,只适用于简单结构,),原则,把复杂化合物看成,简单化合物,的,衍生物,(derivative),烃基,烃分子中去掉一个氢剩余的部分称为烃基。例,1/8/2025,32,规定,母体选择的原则,分子中连接烃基最多的,碳原子,或,官能团,作为母体,母体名称是,同系列中最简单,的化合物,(,甲烷，乙烯，乙炔,),母体上的烃基排列次序,按,从小到大,次序排列，,合并,相同烃基，写出烃基个数。例,1/8/2025,33,（三）,系统命名法,（,80,年原则,）,（,1,）选择母体主链,含,官能团、最长、支链最多,碳链为母体主链（烷烃无官能团）,（,2,）主链编号,“最低系列原则”,：先保证,官能团,位次最小；其次使,小支链,或,取代基,位次尽可能小,（,3,）次序规则,(sequence rule),取代基在次序规则中的排序,（,a,）,取代基或官能团,第一个原子,按,原子序数,排列：大者为“较优基团”；同位素质量高者较优：,IBr,Cl,SFONCDH(,孤对电子，视其原子序数为,0),（,b,）第一个原子相同，比较,相连的,第二，三、四个，比出差别：,CH,2,CH,3,CH,3,(C,H,HH,H,H),；,CH,2,Cl CH,2,OH(Cl,H,H,O,H,H),；,C(CH,3,),3,CH(CH,3,),2,CH,2,CH,3,CH,3,1/8/2025,34,（,c,）,支链或取代基有重键时，拆开重键，连上,相同的原子,比较,常见基团中存在以下优先次序,（,4,）母体烃命名,取代基按,从小到大,的顺序放在母体前面，用主链碳原子编号,标明位次,，位次与取代基间用,半字线,“,”,隔开。,相同,取代基或官能团合并，用,大写,数字表示数目，逐个标明位次，各位次间用,逗号,“，”分开。官能团的位次标明后，根据母体,碳原子个数,和,官能团,写出化合物名称,1/8/2025,35,双、叁键,同时存在于主链时，应使,双、叁键位次尽可能低,。当双、叁键位次有选择时，使,双键位次较低,，命名时,烯前炔后,：,1/8/2025,36,（,5,）顺,反命名法和,ZE,命名法,顺,-,反式命名,相同,的原子或基团处于双键或环的同侧，称,顺式,（,cis,），反之称,反式,（,trans,）。例1/8/2025,37,Z,-,E,命名,适用范围,双键或环连接的四个原子或基团,都不相同,时，无法用顺,反命名法，可用,Z,E,命名法。例,方法比较,较优基团：,在次序规则中，若,ab,，,de,或,ab,，,de,，即“,较优,”基团处于双键,同侧,，构型为,Z,；,反之，“较优”基团处于双键异侧，构型为,E,。,例如,(,中间一个有误,),1/8/2025,38,思考题,P495,习题,1,的,1,，,2,，,3,，,4,，,7,；习题,4,，,1,作业,P496,习题,2,的,1.b,d,e,f,n,o,p,q,2.a,b,c,d,e,f,3.a,b c,d,f,g,h,i,j,k,l,o,q,200,6,年,11,月,2,日,3-4,到此止,1/8/2025,39,