有机化学课件

考试课程(理论课64学时，该学期64学时)材料化工学院TEL:13178927570/66279227E-mail:[e-mail]参考资料1)徐寿昌.有机化学.第二版.高教出版社2)邢其毅等编.《基础有机化学》（上、下册）.高等教育出版社4）有机化学学习指导及考研试题精解.姜文风编著。5))[美]莫里森等著，《有机化学》（上、下册），科学出版社第一章绪论•第一节、有机化合物和有机化学•第二节、有机化合物的分类•第三节、共价键理论•第四节、有机化学学习方法浅谈以下化合物作为无机物看待：碳化钙，碳的氧化物，金属羰基化合物，碳酸盐，二硫化碳，氰酸（盐），（异）硫氰酸（盐），氢氰酸（盐）。第一节有机化合物和有机化学1.有机化合物：碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。2.有机化学：研究有机化合物来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论、变化规律和方法学的科学。•三项内容：分离、结构、反应和合成[分离]从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作孤立出单一纯净的有机物。[结构]对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明其结构和特性。[反应和合成]从某一有机化合物(原料)经过一系列反应转化成一已知的或新的有机化合物(产物)。一.有机化合物和有机化学研究有机化合物的一般步骤(1)、分离提纯方法：重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。目的:保证达到应有的纯度。(2)、纯度的检验纯的有机物有固定的物理常数，如：熔点、沸点、比重、折射率等。(3)、实验式和分子式的确定a、进行元素定性分析，找出分子中存在哪几种原子。b、进行元素定量分析，找出各种原子的相对数目，即决定经验式（实验式）。c、测定分子量，确定各种原子的确实数目，给出分子式。(4)、结构式的确定根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等确定结构(5)、人工合成有机化学这个名词是在1806年由瑞典化学家J.Berzelins首先提出来的。意思是指“有生机之物”。3.有机化学的发展简史当时所有已知的有机物都是从生物体内分离出来的。1769-1785年：葡萄汁酒石酸;苹果苹果酸；柠檬汁柠檬酸；酸牛奶乳酸；尿尿酸；1802年：离析出植物碱类药物---金鸡纳碱，辛可宁等；1805年：鸦片吗啡；1815年：动物脂肪胆固醇。1828年，德国化学家魏勒(Wöhler,F.)发表论文《论尿素的人工合成》NH4OCNH2NCNH2O1840年，柯尔伯(H.kolber)制得醋酸；1854年，柏赛罗(M.berthelot)合成油脂类化合物；尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；.…...有机物可来源于生物体也可由无机物转化而来。1865年，凯库勒（德）指出有机物中碳为四价，发展了有机化合物结构学说；1874年，范特霍夫（荷）和勒比尔（法）开创了从立体观点来研究有机化合物的立体化学；1917年，Lewis（美）用电子对来说明化学键的生成；1931年，休克尔用量子化学方法解决不饱和化合物和芳烃的结构问题；1933年，Ingold等用化学动力学的方法研究饱和碳原子上亲核取代反应机理。1940年石油催化裂化技术得到发展；涤纶纤维上市。青霉素、链霉素用于治疗；37步反应得到“可的松”；“药物设计”的概念出现。发现DNA碱基对。我国有机化学家黄鸣龙发现羰基还原改良法。有机玻璃开始生产和使用。1950年磺胺药物出现；各种类型抗菌素走向世界。PaulingL（美）提出蛋白质的α-螺旋。SangerF（英）确立胰岛素的肽链结构。DielsO–AlderK反应得到发展。WatsonJD（英）和CrickF（英）建立DNA的双螺旋结构。ZiglerK（徳）–NattaG（意）催化剂被用于常温常压下的烯烃聚合。BartonDHR（英）建立构象分析原理。发现核磁共振中的位移和自旋偶合裂分，引入1HNMR和13CNMR技术。X-晶体衍射相位直接测定法建立。热固塑料和聚合物相继问世。生命起源研究工作取得进展。1960年CoreyEG（美）建立反合成分析方法。多维NMR方法得到发展。聚合物生产大步发展，精细化工品种和产量稳步增加。我国科学家成功合成牛胰岛素─世界上首次人工合成的蛋白质。1970环境污染问题引起争议。“基因公司”出现。手性技术开始发展。1980年我国科学家成功合成酵母丙胺酸转移核糖核酸~世界上首次人工合成的转移核糖核酸（tRNA）。发现RNA催化生物反应；生物技术开始运用。1990年“人类基因组计划”启动。发现用石墨电极大量制备富勒烯的方法。组合化学和“绿色化学”得以发展。迄今已知的化合物超过2000万种(主要通过人工合成)，其中绝大多数是有机化合物。•有机化学是一门迅速发展的学科有机合成化学天然有机化学生物有机化学金属与元素有机化学物理有机化学有机分析化学药物化学香料化学农药化学有机新材料化学等学科生命科学材料科学环境科学化学生物学能源、工业、农业等方面............1901~2012年，诺贝尔化学奖共103项，其中有机化学方面的化学奖63项，占化学奖61%。2012诺贝尔化学奖---“G蛋白偶联受体研究”美国科学家罗伯特·莱夫科维茨（RobertJ.Lefkowitz）和布莱恩·克比尔卡（BrianK.Kobilka）因“G蛋白偶联受体研究”获得2012年诺贝尔化学奖。有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成为现代生物化学和化学生物学的理论基础；在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、合成方法的创建等方面，有机化学为分子生物学的建立和发展开辟了道路；当代有机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合。有机化学特别是生物有机化学参与研究项目：研究信息分子和受体识别的机制;发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律;作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究;发展提供结构多样性分子的组合化学;对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术，等等。确定DNA为生物体遗传物质,是由生物学家和化学家共同完成；人类基因组“工作框架图”组装—后基因组计划—序列基因(SequenceGenomics)—结构基因(StructuralGenomics)—功能基因(FunctionalGenomics)。21世纪，要实现“理想的”合成法。强调实用、环境友好、资源可持续利用。简单原料、温和条件，经过简单步骤，快速、高选择性、高效地转化为目标分子。——绿色合成——独特功能分子（各种性能材料、生理活性分子、天然产物）的全合成。计算机技术引入，结构测定、分子设计和合成设计。有机化学中，有机合成占有独特的核心地位。1989年美国Harvard大学kishi教授等完成海葵毒素的全合成。化学转化：步骤繁多、得率低、价格昂贵（Savett,576kg脱氧胆酸，30多步反应，两年→938mg醋酸可的松）生物法：高效、收率高（1952年，Munrry等，黑根霉，仅1步就将孕酮11位上导入一个羟基，使从孕酮合成皮质酮只需3步，这样才使可的松问世）1、有机化合物数量多.为什么有机化合物数量如此之多呢？有两个原因:一是组成有机化合物的碳原子可以是一个碳原子到几十万甚至几百万个碳原子；二.有机化合物的特点其二，有机化合物普遍存在异构现象使其数量大大增加。2、有机化合物大多数不溶于水3、大多数有机化合物易燃烧也有例外，比如四氯化碳，不但不燃，而且可以灭火。4、大多数有机化合物发生的有机化学反应速度比较慢5、大多数有机化学反应都有副反应反应不是定量进行的，所以一般情况下有机化学反应式不用配平，只要写出主要产物就可以。6、大多数有机化合物熔点较低超过3000C以上很少。7、大多数有机化合物分解温度比较低超过4000C的很少。当然有例外，如碳纤维30000C还稳定。第二节、有机化合物的分类分类有两种方法一种是按碳架分类，另一种方法是按官能团分类。（一）、按碳架分类(族)：①、开链化合物------脂肪族化合物碳原子连成链状，不含碳环，脂肪具有这样结构，所以又叫脂肪族化合物。②、脂环族化合物，含有碳环结构但是性质上类似脂肪族化合物。③、芳香族化合物，含有碳环结构但是具有芳香性。④、杂环化合物，为有机环状化合物组成环的原子除碳原子之外还有杂原子，所谓杂原子是指氧、硫、氮等。化合物的性质主要由官能团决定，反应主要发生在官能团及其相关部位，具有相同的官能团的化合物具有类似性质。常见的官能团有：-C=C-；－C三C-；－OH；C-O-C醚键；X(F,Cl,Br,I)卤原子；C=O羰基；－COOH羧基；SO3H磺酸基；NO2硝基；NH2氨基等。（二）、按官能团分类：官能团-----是指有机化合物分子中比较活泼易发生反应的原子或原子团。有机化合物结构的表示法第三节共价键理论一、处理有机化合物分子中共价键的两种理论1．价键理论（VB法，valencebondtheory）从形成共价健的电子只处于形成共价键两原子之间的定域观点出发，解决分子中原子间互相连结（成键）问题的理论是价键理论。杂化轨道理论是它的发展，这种方法处理的结果，对分子的空间形象描述得直观、清楚、容易理解，是常用的方法。2．分子轨道理论（MO法，molecularorbitaltheory）以“形成共价键的电子是分布在整个分子之中”的离域观点为基础处理分子中原子相互连结问题的方法称为分子轨道理论。这种方法对电子离域体系描述的更为切确。多用于处理具有电子明显离域现象的有机分子结构，如芳环、1,3—丁二烯等共轭体系。二、价键理论价键理论的三个要点：1.定域性成键的电子只处于化学键相连的原子之间2.饱和性当原子的未成键的一个电子与某原子的一个电子配对之后，就不能再与第三个电子配对了，这就是共价键的饱和性。3.方向性原子轨道有一定的方向性（s，p，d），与相连原子轨道重叠成键要满足最大重叠条件。因此，一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。原子轨道重叠情况示意图成键方向对分子结构的影响104.5°180°107.3°C:1S22S22Px12Py1三、杂化轨道理论（hybridorbitaltheory）1931年，鲍林（PaulingL）提出原子轨道杂化理论。↑↓↑↑↑↑↑↑2S2Px2Py2PzSP3相互影响、相互混合碳原子轨道的这种转化过程成为碳原子的杂化。碳原子的杂化：(1).sp3杂化：这是用一个2s轨道和三个2p轨道进行的杂化，故称为sp3杂化。与基态轨道相比，杂化轨道具有以下特点：a).能量相等，成分相同（1/4s轨道和3/4p轨道）；b).杂化轨道的电子云分布更集中，可使成键轨道间的重叠部分增大，成键能力增强；c).sp3杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四面体型，轨道夹角109°28′。sp3杂化又称为正四面体杂化。(2).sp2杂化：由2s轨道和两个2p轨道杂化，形成三个等同的sp2杂化轨道。另有一个2p轨道不参与杂化。特点：a).杂化轨道成分：1/3s轨道和2/3p轨道；b).成键能力较sp3杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；c).杂化轨道呈平面三角形，夹角120°。未杂化2p轨道垂直于这一平面。由2s轨道和一个2p轨道杂化，形成两个等同的sp杂化轨道。另有两个2p轨道不参与杂化。特点：a).杂化轨道成分：1/2s轨道和1/2p轨道；b).成键能力较sp2杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；(3).sp杂化：c).杂化轨道呈直线型，夹角180°。另两个未杂化2p轨道与这一直线两两垂直。•sp3、sp2、sp轨道的比较•sp3、sp2、sp杂化轨道的形状相似，都是轴对称。但其中S轨道成分不同，其能量和电负性都有差异，由它们形成的各种σ键的强度不同，含s成分多的轨道能量低，电负性大。1932年，美国化学家MullikenRS和德国化学家HundF提出了一种新的共价键理论——分子轨道理论（molecularorbitaltheory），即MO法。该理论注意了分子的整体性，因此较好地说明了多原子分子的结构。四、分子轨道理论简介分子轨道理论的要点：1.原子在形成分子时