有机化学教案

有机化学教案有机化学教案教材：谷亨杰主编有机化学（第二版）北京高等教育出版社2000第一章绪论教学目的1.使学生了解有机化化学的研究对象和有机化合物的特殊性质。2.使学生掌握有机化合物的结构表示方法和有机化合物的分类方法。能够正确书写简单有机物的构造式，认识一般有机官能团和能给单官能团有机化合物分类。3.使学生掌握杂化轨道概念，能判别简单有机物分子中碳原子的杂化类型。4.使学生熟悉有机化合物分子中化学键：偶极矩、σ键、π键的特点，了解有机物结构特点与一般理化性质的关系；了解价键理论和分子轨道理论。教学重点有机物的结构表示方法、杂化轨道理论及有机物分类方法。教学难点杂化轨道理论、价键理论与分子轨道理论，σ键、π键的特点。第一节有机化合物和有机化学一、有机化合物和有机化学的涵义有机化合物是指碳氢化合物及其衍生物。有机化学是研究有机合物的结构特征.合成方法和理化性质等的化学。二、有机化学的产生和发展1858年凯库勒和古柏尔提出有机化合物分子中碳原子是四价及碳原子之间相互连接成碳链的概念，成为有机化合物分子结构的，最原始和最基础的理论。1861年布特列洛夫对有机化合物的结构提出了较完整的的概念，提出原子之间存在着相互的影响。1874年范荷夫和勒贝尔建立分子的立体概念，说明了对映异构和顺反异构现象。*碳原子总是四价的，碳原子自相结合成键，构造和构造式分子中原子的连接顺序和方式称为分子的构造.表示分子中各原子的连接顺序和方式的化学式叫构造式(结构式).用两小点表示一对共用电子对的构造式叫电子式,用短横线(-)表示共价键的构造式叫价键式.有时可用只表达官能团结构特点的化学式,既结构简式.三、有机化合物的特征碳原子的价电子层1S22S22P2因此，有机物分子是共价键结合。1.可燃性：绝大多数有机物都是可燃的。2.耐热性、熔点、沸点低：3.水溶性：小，原理依据，相似相溶原理、与水形成氢键的能力。4.导电性能：差。5.反应速度：慢。6.反应产物：常有副产物，副反应。7.普遍在同分异构体同分异构体是指分子式相同结构式不同，理化性质不同的化分物。四、有机化学的重要性第二节共价键的一些基本特征一、共价键的本质1.价键理论2.分子轨道理论二、共价键的键参数1.键长：形成共价键的两个原子核间距离。2.键角：两个共价键之间的夹角。3.键能：指断单个特定共价键所吸收的能量,也称为该键的离解能。共价键的键能是断裂分子中全部同类共价键所需离解能的平均值。4.共价键的极性和诱导效应：三、共价键的断裂方式和有机反应的类型键的极性与键合原子的电负性有关,一些元素电负性数值大的原子具有强的吸电子能力。常见元素电负性为：HCNOFSiPSClBrI2.12.53.03.54.01.82.12.53.02.52.0对于两个相同原子形成的共价键来说，可以认为成键电子云是均匀的分布在两核之间，这样的共价键没有极性，为非极性共价键。但当两个不同原子形成共价键时，由于原子的电负性不同，成键电子云偏向电负性大的原子一边，这样一个原子带有部分正电荷。电子云不完全对称而呈现极性共价键叫做极性共价键。键的极性大小，通常用偶极矩表示：.第三节研究有机化合物的一般过程一、分离提纯二、检验纯度三、实验式和分子式的确定四、构造式的确定第四节有机分子结构和结构式的写法一、电子式二、价键式三、键线式第五节有机化合物的分类。一、按碳架分类1.开链化合物2.碳环化合物3.杂环化合物二、按官能团分类第二章烷烃和环烷烃自由基取代反应教学目的1.使学生熟悉简单烷烃的普通命名法和较复杂烷烃的系统命名法。理解原子序数优先规则，能够准确的写出较复杂烷烃的构造式或名称。2.使学生理解“构象”概念，能够认识和书写简单烃类的构象的透视式和纽曼式、能够比较简单构象式的能量差别，掌握环己烷优势构象的画法。3.使学生了解饱和碳原子上的游离基取代反应、反应历程的概念和游离基稳定规律。教学重点1.烷烃的系统命名规则、环己烷优势构象。2.原子序数优先规则教学难点1.烷烃的构象（透视式与纽曼式）、环己烷优势构象。2.饱和碳原子上的游离基取代历程。第一节烷烃的同系列和同分异构现象一、烷烃的同系列二、烷烃的同系列和同分异构现象第二节烷烃和环烷烃的命名一、普通命名法其基本原则是：（1）含有10个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸10个字分别表示碳原子的数目，后面加烷字。例如：CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷。（2）含有10个以上碳原子的直链烷烃，用小写中文数字表示碳原子的数目。如CH3（CH2）10CH3命名为正十二烷。（3）对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来区别。在链端第2位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。如：CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷异戊烷(CH3)2CHCH2CH3新戊烷二、系统命名法1.烷烃的命名系统命名法是我国根据1892年曰内瓦国际化学会议首次拟定的系统命名原则。国际纯粹与应用化学联合会（简称IUPAC法）几次修改补充后的命名原则，结合我国文字特点而制定的命名方法，又称曰内瓦命名法或国际命名法。烷基：烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部分。其通式为CnH2n+1-，常用R-表示。常见的烷基有：甲基CH3—（Me）乙基CH3CH2—（Et）正丙基CH3CH2CH2—（n-Pr）异丙基（CH3）2CH—（iso-Pr）正丁基CH3CH2CH2CH2—（n-Bu）异丁基（CH3）2CHCH2—（iso-Bu）仲丁基（sec-Bu）叔丁基（CH3）3C—（ter-Bu）在系统命名法中，对于无支链的烷烃，省去正字。对于结构复杂的烷烃，则按以下步骤命名：（1）选择分子中最长的碳链作为主链，若有几条等长碳链时，选择支链较多的一条为主链。根据主链所含碳原子的数目定为某烷，再将支链作为取代基。此处的取代基都是烷基。（2）从距支链较近的一端开始，给主链上的碳原子编号。若主链上有2个或者个以上的取代基时，则主链的编号顺序应使支链位次尽可能低。（3）将支链的位次及名称加在主链名称之前。若主链上连有多个相同的支链时，用小写中文数字表示支链的个数，再在前面用阿拉伯数字表示各个支链的位次，每个位次之间用逗号隔开，最后一个阿拉伯数字与汉字之间用半字线隔开。若主链上连有不同的几个支链时，则按由小到大的顺序将每个支链的位次和名称加在主链名称之前。如果支链上还有取代基时，则必须从与主链相连接的碳原子开始，给支链上的碳原子编号。然后补充支链上烷基的位次.名称及数目。2.环烷烃和多环脂环烃的命名按照分子中所含环的多少分为单环和多环脂环烃。根据脂环烃的不饱和程度又分为环烷烃和环烯烃（环炔烃）。在多环烃中，根据环的连接方式不同，又可分为螺环烃和桥环烃。（1）单环脂环烃的命名：环烷烃的命名与烷烃相似，根据成环碳原子数称为“某”烷，并在某烷前面冠以“环”字，叫环某烷。例如：环丙烷环丁烷环已烷环上带有支链时，一般以环为母体，支链为取代基进行命名，如：二甲基环丙烷1-甲基-4-异丙基环已烷若环上有不饱和键时，编号从不饱和碳原子开始，并通过不饱和键编号，如：5-甲基-1，3-环戊二烯3-甲基环已烯环上取代基比较复杂时，环烃部分也可以作为取代基来命名。如：2-甲基-3-环戊基戊烷（2）螺环烃的命名：在多环烃中，两个环以共用一个碳原子的方式相互连接，称为螺环烃。其命名原则为：根据螺环中碳原子总数称为螺某烃。在螺字后面用一方括号，在方括号内用阿拉伯数字标明每个环上除螺原子以外的碳原子数，小环数字排在前面，大环数字排在后面，数字之间用园点隔开。如：螺[4.4]壬烷螺[4.5]-1，6-癸二烯（3）桥环烃的命名：在多环烃中，两个环共用两个或两个以上碳原子时，称为桥环烃。命名时以二环（双环）为词头，后面用方括号，按照桥碳原由多到少的顺序标明各桥碳原子数，写在方括号内（桥头碳原子除外），各数字之间用园点隔开，再根据桥环中碳原子总数称为某烷。如：双环[3.2.1]辛烷双环[4.4.0]癸烷桥环烃编号是从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥路编到另一个桥头碳原子，再沿次长桥编回桥头碳原子，最后编短桥并使取代基的位次较小。如：1-乙基-7，7-二甲基双环[2.2.1]庚烷第三节烷烃和环烷烃的结构一、烷烃的分子结构1.碳原子的四面体概念和构型2.碳原子的sp3杂化和σ键3.烷烃的构象（1）乙烷的构象（2）丁烷的构象二、环烷烃的结构1.环烷烃的分子结构和环的稳定性2.环烷烃的构象（1）环己烷的构象环已烷可以椅式和船式构象存在。在环已烷的构象中，最稳定的构象是椅式构象，在椅式构象中，所有键角都接近正四面体键角，所有相邻两个碳原子上所连接的氢原子都处于交叉式构象。环已烷的船式构象比椅式构象能量高。因为在船式构象中存在着全重叠式构象，氢原子之间斥力比较大。另外船式构象中船头两个氢原子相距较近，约183pm，小于它们的范德华半径之和240pm，所以非键斥力较大，造成船式能量高。在环已烷的椅式构象中，12个碳氢键分为两种情况，一种是6个碳氢键与环已烷分子的对称轴平行，称为直键，简称a键。另一种是6个碳氢键与对称轴成109度的夹角，称为平键，简称e键。环已烷的6个a键中，3个向上3个向下交替排列，6个e键中，3个向上斜伸，3个向下斜伸交替排列。在环已烷分子中，每个碳原子上都有一个a键和一个e键。两个环已烷椅式构象相互转变时，a键和e键也同时转变，即a键变为e键，e键变为a键。（2）取代环己烷的构象环已烷的一元取代物有两种可能构象，取代a键或是取代e键，由于取代a键所引起的非键斥力较大，分子内能较高，所以取代e键比较稳定。甲基环已烷的优势构象为：当环已烷分子中有两个或两个以上氢原子被取代时，在进行构象分析时，还要考虑顺反构型问题。但就能量而言，不论两个取代基相对位置如何（1，2位、1，3位或1，4位），取代基连在e键上总是能量最低。二元取代物有反-1，2-，顺-1，3-和反1，4-三种具有稳定构象的顺、反异构体。二甲基环已烷各种异构体的优势构象为：根据构象分析得知，当环上有不同取代基时，基团最大的取代基连在e键上最稳定，这种构象属于优势构象。对多取代基的环已烷，e键上连的取代基越多越稳定，所以e键上取代基最多的构象是它的优势构象。椅式构象是环己烷的优势构象。船式构象与椅式构象相比，其能量高29.7KJ/mol，在椅式构象中，几乎不存在环张力。由分析可以得到结论：A.e型比a型构象稳定（优势构象）；B.环上有不同取代基时，大基团处于e键稳定第四节烷烃和环烷烃的物理性质一、沸点二、熔点三、密度四、溶解度第五节烷烃和环烷烃的化学性质一、卤代反应将甲烷与氯气混合，在漫射光或适当加热的条件下，甲烷分子中的氢原子能逐个被氯原子取代，得到多种氯代甲烷和氯化氢的混合物。卤素反应的活性次序为：F2Cl2Br2I2对于同一烷烃,不同级别的氢原子被取代的难易程度也不是相同的。大量的实验证明叔氢原子最容易被取代，伯氢原子最难被取代。二、氧化反应在控制条件时,烷烃可以部分氧化,生成烃的含氧衍生物。例如石蜡（含20—40个碳原子的高级烷烃的混合物）在特定条件下氧化得到高级脂肪酸。三、环烷烃的反应1.卤代反应在高温或紫外线作用下，脂环烃上的氢原子可以被卤素取代而生成卤代脂环烃。如：2.氧化反应不论是小环或大环环烷烃的氧化反应都与烷烃相似，在通常条件下不易发生氧化反应，在室温下它不与高锰酸钾水溶液反应，因此这可作为环烷烃与烯烃、炔烃的鉴别反应环烯烃的化学性质与烯烃相同，很容易被氧化开环。3.加成反应（1）加氢在催化剂作用下，环烷烃加一分子氢生成烷烃。环烷烃加氢反应的活性不同，其活性为环丙烷环丁烷环戊烷。（2）卤素在常温下可以卤素与发生加成反应。（3）加卤化氢环丙烷及其衍生物很容易与卤化氢发生加成反应而开环。第六节烷烃的卤代反应历程一、甲烷的氯代反应历程卤代反应机理：实验证明，甲烷的卤代反应机理为游离基链反应，这种反应的特点是反应过程中形成一个活泼的原子或游离基。其反应过程如下：（1）链引发:在光照或加热至250—4