《有機(jī)化學(xué) 緒論》PPT課件.ppt

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1、第一章 緒論,,exit,,第一節(jié) 有機(jī)化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展 第二節(jié) 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)表示 第三節(jié) 有機(jī)反應(yīng)的類型和試劑的分類 第四節(jié) 溶劑的分類及溶劑化作用 第五節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟 第六節(jié) 有機(jī)化合物的分類,本 章 提 綱,,第一節(jié) 有機(jī)化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展,,,一 有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué) organic compound and organic chemistry 1848年，葛美林、肖萊馬等提出有機(jī)化合物就是碳（氫）化合物及其衍生物(除CO2、CO、碳酸鹽),有機(jī)化學(xué)就是研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏慕M成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化規(guī)律的科學(xué)。,組成元素少，但數(shù)量龐大；同分異構(gòu)現(xiàn)象(用結(jié)

2、構(gòu)式表示) 易燃； 熔沸點(diǎn)低； 難溶于水；易溶于油(有機(jī)溶劑); 相似相溶 反應(yīng)慢，且產(chǎn)物復(fù)雜；方程式用箭頭表示,二 有機(jī)化合物特點(diǎn),三 產(chǎn)生和發(fā)展,從有機(jī)體內(nèi)提取有機(jī)物 (1773 1805)（酒石酸、尿素、乳酸）， 代表人物Berzelius 由提取進(jìn)入到提取合成并舉的時(shí)代 (1806 1828 1848)(尿素）， 代表人物F.Wohler 進(jìn)入合成時(shí)代 (1849 1900 2001)（醋酸、油脂）， 代表人物Kolbe,Berthelot,1806年 Berzelius 生命力學(xué)說(shuō) 1828年 F.Wohler(維勒)將氰酸銨的水溶液加熱得到尿素： NH4OCNNH2CONH2

3、說(shuō)明有機(jī)物可以在實(shí)驗(yàn)室合成。 在十九世紀(jì)初期拉瓦錫、李比希、法拉第發(fā)展了定量測(cè)定有機(jī)化合物組成的方法，并分析了許多有機(jī)化合物。 在1857年，Kekule(德)提出碳原子的四價(jià)學(xué)說(shuō)，范特霍夫、勒貝爾提出碳四面體學(xué)說(shuō)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，對(duì)有機(jī)化學(xué)的發(fā)展起了很大推動(dòng)作用。,學(xué)科建設(shè) 制備了幾千萬(wàn)種有機(jī)化合物（1990年，1000萬(wàn)種）。 建立了一套系統(tǒng)鑒定和測(cè)定有機(jī)化合物的方法。 逐步建立和完善了有機(jī)化學(xué)的理論。 學(xué)術(shù)成就 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（1901-2002，92屆，70屆與有機(jī)化學(xué)有關(guān)）。 二十世紀(jì)（46項(xiàng)重大發(fā)明，8項(xiàng)與有機(jī)化學(xué)有關(guān)）。

4、 研究思路 深入、巧妙、與其它學(xué)科廣泛交叉滲透（也滲透到人類活動(dòng)各方面）。,一、分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式表示法,第二節(jié) 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)表示,分子結(jié)構(gòu)：指分子中原子的成鍵次序和鍵合方式。,分子式： C2H6O 沸點(diǎn)： 78.2 -23,短線式 縮簡(jiǎn)式 鍵線式,1-丙醇 環(huán)戊烷,脂肪族鏈狀化合物常用縮簡(jiǎn)式、環(huán)狀化合物常用鍵線式！,結(jié)構(gòu)式表示法：,二、 共價(jià)鍵的一些基本概念 共價(jià)鍵理論,價(jià)鍵理論要點(diǎn)： 原子軌道重疊，共用電子對(duì)可形成價(jià)鍵。（形成鍵的電子對(duì)在成鍵前是屬于一個(gè)原子時(shí)，形成的鍵稱配價(jià)鍵，存在電子得失時(shí)則形成離子鍵。）共用兩對(duì)電子形成雙鍵，其余類推：,共價(jià)鍵具有飽

5、和性：原子中未成鍵電子與另一原子中 的某一電子配對(duì)后，不能再與第三個(gè)電子配對(duì)。 共價(jià)鍵具有方向性：除S軌道外，其它原子軌道都有一 定的方向性，兩原子軌道只有沿著一定的方向才能達(dá)到 最大重疊。,雜化軌道理論 能量相近的原子軌道，可進(jìn)行雜化，組成能 量相等的雜化軌道。,SP3雜化,為了使SP3軌道，彼此達(dá)到最大的距離及最小的干擾，以碳原子為中心，四個(gè)軌道分別指向正四面體的每一個(gè)頂點(diǎn)，所以碳原子的四個(gè)軌道都有一定的方向性，軌道彼此間保持一定的角度，按照計(jì)算，這個(gè)角度應(yīng)該是109.5度，這樣可以使每個(gè)軌道達(dá)到最低干擾的程度。如:甲烷,SP2雜化,一個(gè)S軌道與兩

6、個(gè)P 軌道形成三個(gè)SP2軌道。三個(gè)SP2的軌道，對(duì)稱地分布在碳原子的周圍，處于同一個(gè)平面上，三者之間的夾角是120度。,鍵的形成,SP雜化,一個(gè)S軌道和一個(gè)P 軌道形成兩個(gè)SP 雜化軌道，如乙炔,分子軌道理論,分子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),即分子軌道,用波函數(shù)來(lái)表示.,分子軌道法中目前最廣泛應(yīng)用的是原子軌道線性組合法例如：兩個(gè)原子軌道組成兩個(gè)分子軌道，分子軌道是由兩原子軌道的波函數(shù)相加組成：1=1+2 ，2=1 -2,分子軌道理論是從分子的整體出發(fā)去研究分子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，認(rèn)為形成化學(xué)鍵的電子是在整個(gè)分子中運(yùn)動(dòng)的.,,,,,,,,+,-,+,-,A,B,,節(jié)面,,,抵消,原子軌道沒(méi)有重疊，兩核間

7、電子云密度極小，不能成鍵。,,,,,,,,A,B,+,-,+,+,,相加,,原子軌道重疊，兩核間電子云密度加大，形成共價(jià)鍵,,分子軌道電子填充，服從鮑里原理，能量最低原理，洪特規(guī)則,由原子軌道組成分子軌道時(shí)，必須符合三個(gè)條件：,對(duì)稱匹配（就是對(duì)稱性相同）,原子軌道重疊部分要最大。,能量相近,三、共價(jià)鍵的屬性,鍵長(zhǎng) 指成鍵原子核之間的距離， 反映了共價(jià)鍵的強(qiáng)度。,一些共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng),原子的雜化狀態(tài)及分子中其它鍵對(duì)鍵長(zhǎng)的影響,鍵角 兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角。鍵角大小隨分子結(jié)構(gòu) 不同而改變，它反映了分子的空間結(jié)構(gòu)。,甲烷,戊烷,乙醚,甲醛,鍵能：當(dāng)A和B兩個(gè)原子（氣態(tài)）結(jié)合生成A-B分子

8、（氣態(tài)）時(shí)，所放出的能量或共價(jià)鍵斷裂成兩個(gè)原子所吸收的能量稱為鍵能。,甲烷C-H鍵鍵能（414kJ.mol-1)是上述解離能的平均值。,一些共價(jià)鍵的鍵能,化學(xué)環(huán)境不同的相同共價(jià)鍵的鍵能是有差異的！,當(dāng)成鍵原子電負(fù)性不同時(shí)，電負(fù)性大的原子帶部分負(fù)電荷（-）；電負(fù)性小的原子帶有部分負(fù)電荷（+）。鍵的極性強(qiáng)弱用偶極矩（）來(lái)衡量，它是電荷中心的電荷值(q)與電荷之間距離(d)的乘積： =q.d（C.m)，,鍵的極性和誘導(dǎo)效應(yīng) 鍵的極性,=3.57x10-30（Cm)德拜,多原子分子偶極矩是各個(gè)共價(jià)鍵偶極矩的矢量和,=0（C.m),=6.47x10-30（C.m),=3.28x10-30（C.m),偶極

9、矩為零的分子是非極性分子；偶極矩不為零的分子是極性分子；偶極矩越大，分子極性越強(qiáng)。,誘導(dǎo)效應(yīng)：由于成鍵原子電負(fù)性不同，引起分子內(nèi)電子云分布不均勻，這種影響沿分子鏈靜電誘導(dǎo)的傳遞下去；這種分子內(nèi)原子間相互影響的電子效應(yīng)，稱為誘導(dǎo)效應(yīng)（inductive effect），用 I 表示。,誘導(dǎo)效應(yīng)隨分子鏈的增長(zhǎng)而迅速衰減。,+ + + -,-I效應(yīng)：,+I效應(yīng)：,YC -,I=0,C-H,當(dāng)一個(gè)原子或原子團(tuán)與碳原子成鍵后，電子云偏離碳原子，稱為-I 效應(yīng)，反之稱為+I效應(yīng)。,一般來(lái)說(shuō)，原子吸電子能力越強(qiáng)，-I效應(yīng)就越大。例：,-F-Cl-Br-I ， -F-OR-NR2 ， -O+R2-N+

10、R3,+I誘導(dǎo)效應(yīng)與-I誘導(dǎo)效應(yīng)相反。具有+I效應(yīng)的原子或原子團(tuán)與碳原子成鍵后，可使電子云偏向該碳原子。正誘導(dǎo)效應(yīng)用+I表示。例：,具有+I效應(yīng)的原子團(tuán)主要是烷基，并只有在與不飽和碳相連時(shí)才呈+I效應(yīng):,（CH3）3C-（CH3）2CH- CH3CH2- CH3-,上面為靜態(tài)分子中所表現(xiàn)出來(lái)的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)，它僅與鍵本身的極性有關(guān)。另外，在化學(xué)反應(yīng)中，由于分子受到許多外界條件的影響，例如另一分子的影響，其它進(jìn)攻試劑的影響，溶劑的影響等等。在外界電場(chǎng)的作用下，分子會(huì)發(fā)生誘導(dǎo)極化，這種在外界電場(chǎng)影響下在化學(xué)反應(yīng)時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)的誘導(dǎo)效應(yīng)稱為動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)。 動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)往往是有機(jī)反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)的

11、決定性因素。,共價(jià)鍵的斷裂和反應(yīng)類型,離子型反應(yīng)：親電反應(yīng)、親核反應(yīng),第三節(jié) 有機(jī)反應(yīng)的類型和試劑、溶劑的分類,自由基型反應(yīng),協(xié)同反應(yīng),反應(yīng)中間體的概念,碳正離子（carbocation），碳負(fù)離子(carbanion)，自由基(free radical)來(lái)自于共價(jià)鍵的異裂和均裂,碳正離子,碳負(fù)離子,自由基,SP2雜化，平面結(jié)構(gòu),SP3雜化，四面體結(jié)構(gòu),SP2雜化SP3雜化，平面結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu),,試劑的分類,自由基試劑：,離子試劑:（親電試劑 electrophilic reagent、親核試劑 nucleophilic reagent）：,過(guò)氧化物、偶氮化物,親電試劑：,親核試劑

12、：,試劑與酸堿,路易斯酸是親電試劑，路易斯堿是親核試劑。但親電與親核試劑的概念比路易斯酸堿的概念要廣。,傳統(tǒng)的酸堿理論（Arrlennius，1848年提出） 在水中電離出氫離子的為酸 在水中電離出氫氧根離子的為堿,質(zhì)子酸堿理論（J.N.Bronsted） 給出質(zhì)子的為酸 接受質(zhì)子的為堿,電子酸堿理論（Lewis） 接受電子對(duì)的為酸 給出電子對(duì)的為堿,為親核反應(yīng),試劑是親核、親電或自由基試劑不是絕對(duì)的，取決反應(yīng)條件。 判斷反應(yīng)是親電或親核反應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)是最先與碳原子形成共價(jià)鍵的試劑是哪種類型。如：,溶劑的分類,按溶劑的性質(zhì)分類,按溶劑的結(jié)構(gòu)分類,介電常數(shù)15Fm-1的為極性溶劑，<

13、15Fm-1為非極性溶劑,質(zhì)子性溶劑：可以作為氫鍵給體O-H，N-H鍵，同時(shí)也是氫鍵受體。 H2O,C2H5OH 非質(zhì)子性溶劑:不是氫鍵給體，有些是氫鍵受體 CH3COCH3、 HCON(CH3)2、C6H6、n-C6H14,第四節(jié) 溶劑的分類及溶劑化作用,溶劑化作用,溶質(zhì)被溶劑包圍的現(xiàn)象稱為溶劑化。,極性分子帶有正負(fù)電荷的兩端分別與溶劑的負(fù)正兩端發(fā)生離子-偶極作用，使離子穩(wěn)定，降低了其反應(yīng)活性，離子-偶極作用是溶劑化的本質(zhì)，除此之外，還存在氫鍵作用。,第五節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟,1、分離提純（保證樣品純度） 分離提純的方法：重結(jié)晶、升華、蒸餾、層析法

14、以 及離子交換法等。,2、純度的檢驗(yàn) 純的有機(jī)物有固定的物理常數(shù)，如：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、 密度、折射率等。,,研究一個(gè)新的有機(jī)化合物一般要經(jīng)過(guò)下列步驟,3、元素分析和分子式的確定 通過(guò)元素的定性分析，找出分子中存在哪幾種原子。 通過(guò)元素的定量分析，找出各種原子的相對(duì)數(shù)目，即確定經(jīng)驗(yàn)式（實(shí)驗(yàn)式）。 測(cè)定分子量，確定分子式。,4、結(jié)構(gòu)式的確定 根據(jù)紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜等確定 結(jié)構(gòu)式。,第六節(jié) 有機(jī)化合物的分類,一、按碳架分類,1、開鏈化合物： 2、碳環(huán)化合物 脂環(huán)化合物： 芳香環(huán)化合物： 雜環(huán)化合物：,官能團(tuán)- NO2 -NH2 -SO3H -SH -SH C-S-C,二、按官能團(tuán)分類,烴,鹵代烴,醇,酚,醚,醛,酮,羧酸,有機(jī)化合物,,,,,,,,,,,胺,,硫醇,,硫酚,,,硫醚,磺酸,,,硝基化合物,,-X -OH -OH C-O-C CHO C=O -COOH,特別能起反應(yīng)的一些原子或基團(tuán)，常常能決定化合物的主要性質(zhì)。官能團(tuán)（functional group).,具有相同官能團(tuán)的化合物的化學(xué)性質(zhì)相似。,學(xué) 習(xí) 參 考 書 籍：,1.基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)，邢其毅、徐瑞秋、周政 編， 人民教育出版社 2.有機(jī)化學(xué)，胡宏紋 主編，高等教育出版社 3.有機(jī)化學(xué)，袁履冰 主編，高等教育出版社 4.有機(jī)化學(xué)，Morrison Boyd 著,