有机化学第一章PPT

第一章绪论OrganicChemistry主讲人王美怡制药工程专业2本课程共64学时；考试及成绩：期末考试70%平时出勤、课堂回答问题及作业30%讲课形式：多媒体+板书老师讲授+同学参与课程说明3教学内容体系：课程说明将全部基础化学知识分为四大部分：第一部分：有机化合物的母体——烃第二部分：烃的衍生物第三部分：结构鉴定第四部分：天然有机化合物4《有机化学》王积涛，胡青眉，张宝申，王永梅南开大学出版社《有机化学》（第二版）钱旭红主编化学工业出版社《有机化学习题精解与考研指导》章烨，黄孟娇上海交通大学出版社《有机化学习题解》张宝申，庞美丽南开大学出版社参考资料5课前预习；认真听课（补充内容的笔记）；跟随老师的思路，积极动脑，回答问题独立完成作业（勤翻书本）；每次课做完作业后的总结复习；适当做些课外参考书上的习题。怎样学好有机化学6本章要求：1.熟悉有机化合物的结构特点，掌握共价键及杂化轨道理论。2.掌握偶极矩及其表示方法。3.掌握共价键的断裂方式与有机反应类型。4.掌握共振式的表示方法。7一、有机化学发展史最初,从动植物有机体得到有机物如,糖,染料,酒,醋不纯物组成、结构全然不知区别于矿物质生物体内神秘的生命力1769-1785,分离出许多纯的有机物如,酒石酸，尿素，吗啡1806,柏则里乌斯(BerzeliusJ)“有机化学”和“生命力”学说1828,维勒(Wohler)成功的合成了尿素“生命力”学说的否定的开始1845,柯尔伯(KolbeH.)合成了醋酸1854,柏赛罗(BerthelotM.)合成了油脂“生命力”学说的彻底否定8一、有机化学发展史有机化合物定义1：有机化合物就是含碳化合物(L.Gmelin定义，1848年)定义2：有机化合物就是碳氢化合物及其衍生物(K.Schorlemmer定义，1874年)有机化合物中除C、H以外，还含有O、N、S、P、X等少数元素。碳和简单的碳化合物，如CO、CO2、CS2、HCN等通常被看做无机化合物；有机化合物数目繁多，已确定结构和性质者大于400万种；同分异构(Isomerismphenomenon)现象在有机化合物中非常普遍。棉花、羊毛、蚕丝、合成纤维、脂肪、蛋白质、碳水化合物、木材、煤、石油、天然气、橡胶及合成橡胶、塑料、各种药物、染料、添加剂、化妆品等等都是有机化合物。9二、有机化学的重要性从分子水平上去研究农业——需要了解植物、粮食内部的分子变化过程除草剂，农药，转基因植物医药——有机化学是药物合成的基础，它可以告诉我们生物体是怎样在分子水平上变化的，从而帮助我们设计出针对各种疾病的药物。染料等精细化学品，电子工业中的液晶高分子单体生命活动——有机化学是生命科学的基础，组成生物体的物质大部分是有机物。研究有机化学对于在分子水平上研究生物体的组织结构和生命现象十分重要。10有机化学正处于富有活力的发展时期，其趋势和特点是：1.与生命科学、材料科学及环境科学密切结合；2.分子识别和分子设计正在渗透到有机化学的各领域；3.选择性反应，尤其是不对称合成，已成为有机化学的热点和前沿领域；4.有机化学继续在新药和农、医用化学品以及分子电子材料的开发中起主导作用。11三、有机化合物的特点有机物中原子间通常以共价键(Covalentbonding)的方式相互结合有机化合物的性质有下列特点：(1)易燃、易爆(如汽油、酒精等)；(2)热稳定性差，受热(200～300℃)易分解；(3)熔、沸点低，一般m.p≯300℃；例：HOAc(M=60)：m.p16.6℃，b.p118℃（弱的分子间引力）NaCl(M=58.5)：m.p800℃，b.p1440℃（强的离子间静电引力electrostaticforce）(4)难溶于水，易溶于有机溶剂；原因：“相似相溶”(水是极性溶剂，因此，弱极性或非极性有机物难溶于水，但极性较强的有机物也可溶于水)。(5)反应速度慢，副产物多；有机反应产率如达80%相当可观，有40%的产率就有合成价值。12四、化学键1.原子轨道(Atomicorbital)：(1)每个轨道最多只能容纳两个自旋反平行电子(Pauli不相容原理)(2)电子尽可能占据能量最低的轨道,即能量最低原理.原子轨道离核愈近,受核的静电吸引力愈大,能量也愈低(1s2s2p3s3p4s)(3)有几个简并轨道而无足够的电子填充时,必须在几个简并轨道逐一地各填充一个自旋平行的电子后,才能容纳第二个电子(Hund规则)132.价键理论：（1）共价键的形成可看作是原子轨道的重叠(交盖)或自旋相反的单电子配对的结果（2）共价键具有饱和性——一个未成对的电子既经配对成键,就不能与其它未成对电子偶合.原子的价键数目同等于它的未成键的电子数。比如C四价、O两价、H一价（3）共价键具有方向性(最大重叠原理):两个电子的原子轨道的重叠部分越大,形成的共价键就越牢固.142.价键理论：（4）杂化轨道理论(Hybridorbitaltheory)C、N、O的价电子排布式：C、N、O与H成键，则H-C-H、H-N-H、H-O-H、的键角应该为90。15激发杂化(线性组合)4个sp杂化轨道33个sp2p轨道2个spp轨道(sp杂化)3(sp杂化)(sp杂化)2C:2s2p22s轨道p轨道一个2s电子激发至能量较高的2pz空轨道只需要402kJ/mol，激发所需的能量可被成键后释放出的键能补偿。16(i)sp3杂化(sp3hybridization)甲烷分子中的碳原子采取sp3杂化。杂化的结果：sp3①sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。②四个sp3杂化轨道完全相同，取最大的空间距离为正四面体构型，轨道夹角为109.5°。③四个H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因顶点方向电子云密度最大),形成4个σC—H键。17(ii)sp2杂化(sp2hybridization)乙烯分子中的碳原子采取sp2杂化120。C3个sp杂化轨道2取最大键角为120。未参加杂化的p轨道与3个sp杂化轨道2垂直sp3sp2sp2轨道的s成份更大些HHHHCCHHHHCC(sp2杂化)π键未参与杂化的p轨道肩并肩重叠形成π键18(iii)sp杂化(sphybridization)乙炔分子中的碳原子采取sp杂化。sp杂化碳为直线构型乙炔分子的σ骨架2个相互⊥的π键CCCHHHHCC(乙炔的结构)①sp杂化轨道的s成分更大，电子云离核更近②两个sp杂化轨道取最大键角180°乙炔分子中电子云的形状为对称于σC-C键的圆筒形(动画)19sp、sp2、sp3杂化的比较所有单键都是σ键；所有双键都是由一个σ键和一个π键组成；所有叁键都是由一个σ键和两个π键组成。C、O、N的杂化类型可由它所形成的π键数目所确定无π键、一个π键及两个π键则分别是sp3、sp2、sp杂化20价键理论的局限性在于它只能用来表示两个原子相互作用而形成的共价键,即分子中的价电子,是被定域在一定的化学键的两个原子核区域内运动(电子定域),因此对单键,双键交替出现的多原子分子形成的共价键(共轭双键)就无法形象地表示,出现的现象也无法解释。分子轨道理论213.分子轨道理论：(1)当原子组成分子时,形成共价键的电子运动于整个分子区域;(2)分子中价电子的运动状态,即分子轨道,用波函数来描述;(薛定谔方程的解)(3)分子轨道由原子轨道线性组合形成(LCAO),形成的轨道数与参与成键的原子轨道数相等.1=1+2(符号相同,即:波相相同.成键轨道)2=1-2(符号不同,即:波相相反.反键轨道)每个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子.电子总是首先进入能量低的分子轨道.22分子轨道理论主要用来处理p电子或π电子。乙烯分子中有两个未参加杂化的p轨道，这两个p轨道可通过线性组合（加加减减）而形成两个分子轨道(π轨道)：p(p(能量*++--:节面++++----有一个节面:+-无节面++--23五、共价键的性质1.键长成键原子的平衡核间距。以nm(10-9m)表示。不同的共价键有不同的键长；例如：C—C键长0.154nmC—H键长0.109nmC=C键长0.133nmC—O键长0.143nm相同的共价键，处于不同的化学环境时，键长也稍有差异。一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开。242.键能：键的平均解离能。例如：.CH3CH4+HCH3...CH2+HCH2..CH...H+...CH...C.+HH=423KJ/molHH=439KJ/mol=347KJ/molH=448KJ/mol平均值：(423+439+448+347)÷4=414kJ/mol因此，C—H的键能为414kJ/mol化学键的键能越大，键越牢固。253.键角键与键之间的夹角。键角与成键中心原子的杂化态有关，也受分子中其他原子的影响。CHHHH在纸面前方在纸面后方在纸面上立体透视式的写法264.键的极性和极化性a.键的极性键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的，例如：HClCH3ClCH3OH，，•一般地：成键原子电负性差大于1.7，形成离子键；成键原子电负性差为0.5～1.6，形成极性共价键。27键的极性用偶极矩来度量：偶极矩(Dipolemoment)——正电中心或负电中心的电荷与两个电荷中心之间的距离d的乘积.(方向性:正到负,一般用符号表示。μ＝q×d[μ的单位：C·m(库仑·米)]q——正、负电中心的电荷，d——电荷中心之间的距离例：H—ClCH3—Cl28b.分子的极性键的极性可引起分子的极性，分子的偶极矩等于键的偶极矩的矢量和：分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解度等有极性有极性CHHHH无极性HOHOCO无极性ClCHHH2930c.键的极化度在外电场作用下，共价键的极性发生变化称做键的极化性。键的极化性用极化来度量，它表示成键电子被成键原子核电荷约束的相对程度。极化度与成键原子的体积、电负性、键的种类以及外电场的强度有关。例如：C＝O＞C－O；I－I＞Br－Br＞Cl－Cl；极化度：C－I＞C－Br＞C－Cl＞C－F；31发生均裂的反应条件是光照、辐射、加热或有过氧化物存在。均裂的结果是产生了具有不成对电子的原子或原子团——自由基。有自由基参与的反应叫做自由基反应或均裂反应。ABA+BCH3+HClHCH3+Cl均裂(homolyticfission)1.断键方式与反应类型六、共价键的断裂方式与有机反应类型32异裂ABA++B-(CH3)3CCl(CH3)3C++Cl-发生异裂的反应条件是有催化剂、极性试剂、极性溶剂存在。异裂的结果产生了带正电荷或负电荷的离子。发生共价键异裂的反应，叫做离子型反应或异裂反应。33周环反应（协同反应）：反应经环状过渡态，旧键的断裂和新键的生成同时进行。+环己烯CH2CH21,3-丁二烯环状过渡态=例：34有机反应的类型烯烃的卤代烷烃的卤代、烯烃的反马式加成苯环上的“四化”反应烯烃水合、炔烃加卤素等卤代烃的水解、氰解等醛、酮加HCN、NaHSO3等有机反应类型自由基反应离子型反应自由基加成自由基取代亲电反应亲核反应亲电加成亲电取代亲核取代亲核加成双烯合成等周环反应消除反应卤代烃脱HX、醇脱水等352.有机反应试剂的分类•自由基试剂能产生自由基的试剂是自由基试剂。例如：CH4+Cl2CH3Cl+HClh自由基试剂Cl2(氯自由基)2Cl光或热常见的自由基试剂：X2、过氧化物(R-O-O-R)、偶氮化物(R-N=N-R)等36•亲电试剂常见的亲电试剂：H+、Cl+、Br+、SO3、BF3、AlCl3、+NO2等。亲电试剂的特点：有正电荷或空轨道。亲电试剂在进行化学反应时，进攻反应对象的负电中心。由亲电试剂首先进攻的反应称为亲电反应。对电子有亲合力的试剂是亲电试剂。例如：RCH2Cl+AlCl3R+CH2AlCl4-亲电试剂37•亲核试剂对碳原子核有亲合力的试剂是亲核试剂。例如：CH3CH2-Br