fccjxxw.com
非常超级学习网 学习超级帮手
当前位置:首页 >> 化学 >>

沈阳药科大学有机化学课件有机化学ch001


有机化学电子教案
(2009版)

胡 春

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

一、有机化合物与有机化学
有机化学作为一门学科诞生于19世纪初。 当时化学的研究对象主要是矿物,所以人们将动物或植 物中分离得到一些纯的化合物称为有机化合物,简称为有机 物,其含义是“有生机之物”。当时人们认为,在实验室无 法合成有机化合物。————“生命力学说” 1806年瑞典化学家Berzelius(1779-1848)首次使用“有机 化学”这个名称。 19世纪中期人们合成了一些有机化合物,彻底动摇了 “生命力学说”。

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

一、有机化合物与有机化学(续)
自 从 法 国 化 学 家 Lavoisier(1743-1794) 和 德 国 化 学 家 Liebig(1803-1873)创立和发展了元素分析方法之后,人们发现 有机化合物都含有碳元素,绝大多数的有机化合物还还有氢元 素,有的还含有氮、氧、硫和卤素等元素,因此德国化学家 Gmelin(1788-1853)和Kekule(1829-1896)等认为是有机化合物的 基本元素,把碳化合物称为有机化合物,研究碳化合物的化学 称为有机化学。 后来,德国化学家Schorlemmer(1834-1892)在化学结构学说 的基础上提出:有机化合物是碳氢化合物及其衍生物,相应地 有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。 现在一般沿用Gmelin和Kekule的定义,不过有机化合物已 经不是原来的含义,与无机化学相比,仅仅是分工不同和研究 侧重点不同而已。

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

二、有机化学的产生与发展
有机化学作为一门学科在19世纪中叶形成的。最初是从植 物中提炼染料、药物和香料的技术中逐渐发展起来的。 18世纪,人们从动物或植物中分离得到一些纯的化合物, 如草酸,酒石酸,柠檬酸等,其性质明显不同于从来源于矿物 的化合物,根据其来源称之为“有机化合物”,当时人们认为, 在实验室无法合成有机化合物。 1806年Berzelius(1779-1848)首次使用“有机化学”这个名 称。 1828年德国化学家Wohler(1800-1882)加热无机化合物氰酸 铵溶液得到有机化合物尿素。

O NH4OCN


H2N-C-NH 2

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

二、有机化学的产生与发展(续)
1840年德国化学家Kolbe(1818-1884)合成了醋酸。 1850年法国化学家Berthelot(1827-1907)合成了油脂类物质。 1865年,德国化学家Kekule(1829-1896) 指出:在绝大多数 有机化合物中碳为四价。在此基础上发展了有机化合物结构学 说,结构学说对有机化学的发展起了很大的推动作用。 1874年荷兰化学家van’t Hoff(1852-1911)和法国化学家Le Bel(1847-1930)分别提出:饱和碳原子的四个价指向以碳为中 心的四面体的四个顶点,建立了分子的立体概念,说明了旋光 异构现象,开创了从立体观点来研究有机化合物的立体化学。 1885年Baeyer(1835-1917)提出张力学说。————经典结 构理论

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

二、有机化学的产生与发展(续)
1900年Grignard发现Grignard试剂。 1917年美国化学家Lewis(1875-1946)用电子对来说明化学键 的生成。 20世纪三十年代诱导效应理论,共扼效应理论,共振论的创 立。 1931年Huckel用量子化学的方法来解决不饱和化合物和芳烃 的结构问题。 1933年英国化学家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的机理。 1951年二茂铁的合成及其结构的确证。——金属有机化学 1965年中国人工合成牛胰岛素(蛋白质)。 1981年中国人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸(76个核糖核 苷)。

维生素B12

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

二、有机化学的产生与发展(续)
有机化学正在成为是一门迅速发展的学科,其分支学科 有:天然有机化学,有机合成化学,生物有机化学,金属有 机化学(元素有机化学),物理 有机化学(理论有机化学), 有机分析化学,有机立体化学等。 有机化学自始至终与无机化学没有存在一条鸿沟,而且 正在融合。因此在一些大学设置为:普通化学,合成化学, 理论化学,金属化学等。 有机化学的应用,产生一些学科:石油化学,药物化学, 农药化学,材料化学,军事化学等。

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

三、典型有机化合物的特点
1. 有机化合物数量庞大。已知的化合物有3000万种,其中 有机化合物占绝大多数,而且每年还要几十万种的速度 在增长。而其余九十几种元素组成的典型无机化合物不 过几十万种。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相互结合能力强, 连接方式多样;其二,有机化合物普遍存在同分异构现 象。

截止到2008年3月2日21:41:37,美国《化学文摘》 社已经登录的化合物的数量为34,062,816种,最 新化合物登记号码为 1006104-32-0。 截止到2009年2月28日09:54:25,美国《化学文 摘》社已经登录的化合物的数量为43,650,433种, 最新化合物登记号码为 1112527-79-3。

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

三、典型有机化合物的特点(续)
2. 大多数有机化合物易燃烧,最后生成二氧化碳和水(常以 此区分典型有机化合物和典型无机化合物)。例外,比如 四氯化碳,不但不燃,而且可以灭火。 有机化合物大多数难溶于水而易溶于有机溶剂(相似相溶 原理)。能够与水互溶仅仅有极少数有机化合物。 大多数有机化合物熔点较低,超过300℃以上很少(原因: 分子晶体)。大多数有机化合物对热不稳定,受热容易分 解,其分解温度比较低,超过400℃的很少。

3. 4.

第一章

绪论

§1-1 有机化学和有机化合物

三、典型有机化合物的特点(续)
5. 大多数有机化合物发生化学反应的速度比较慢(原因:分 子反应)。 大多数有机化学反应反应复杂,副反应多。一般把一个化 合物主要进行的反应称为主反应,其他反应称为副反应。 由于有机化学反应复杂,因此在一般情况下书写有机化学 反应式时采用箭头,反应方程式不用配平,一般只写出主 要反应和产物。

6.

CH4

+

O2

CO2

+

H2O

第一章
§1-2 有机化学结构理论

绪论

?

?
?

有机化合物的结构决定其性质,从性质可以推知其结构。 因此有机化合物的结构是有机化学的主要内容之一。 有机化合物的结构是指分子的组成,分子中原子的连接次 序和方式,分子的三维排列方式,分子中原子的相互关系, 分子中电子云的分布等。 有机结构理论的发展受其他学科的发展的影响。因此对待 有机结构理论应该持发展的观点。

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

一、经典结构理论
1. 2. 有机化合物中碳原子总是+4价的。 碳原子可以自相结合成键。

第一章
§1-2 有机化学结构理论

绪论

一、经典结构理论
3. 表示分子中原子的种类、数目和彼此结合的次序和方式的 化学式称为Kekule结构式(这些结构式现在改称为构造 式)。 H H H H H C C C H C H H H C C H H H H H
甲烷 乙烯 环丙烷

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

一、经典结构理论
3. Kekule结构式还解决了一些同分异构问题,例如乙醇与甲 醚。
H H C 2H 6 O H C C OH H H 乙醇 H H 甲醚 H H H

H C O C

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

一、经典结构理论(续)
4. 饱和碳原子具有四面体结构。(这解决了旋光异构问题)

COOH COOH

COOH H HO C CH3
H OH CH3 CH3 OH H

COOH C H3 C H OH

-

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

二、Kossel-Lewis化学键理论
1. Kossel-Lewis化学键理论 ? 八隅体(Octet)概念:原子的外层电子填满时(第二层 为 8个电子)最稳定, 失去或获得电子成离子——离 子键; 与其它原子共享电子——共价键。

2.

有机分子的化学键——共价键 ? 碳原子的成键特点: 中等电负性,最外层有 4 个电子, 可与其它原子共享电子以满足八隅体(成共价键)。 共享一对电子 ——单键 共享两对电子 ——双键 共享三对电子 ——叁键

第一章
§1-2 有机化学结构理论

绪论

二、 Kossel-Lewis化学键理论(续)
3. 有机分子结构的表示方法
Lewis 电子式
H
+

价键式
H

缩写式

甲烷

H

+

C
+

+

H

H

C H

H

CH4

单键

H

H

+

H
+

H C C

H H2C H CH2

乙烯
+

C H

C
+

双键

H

H

乙炔

H

+

C

C

+

H

H

C

C

H

HC

CH

叁键

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

二、 Kossel-Lewis化学键理论(续)
4. 配位键 ? ? 特殊的共价键; 形成共价键的一对电子由一个原子提供。
H H N H + H+ H N H H + 或 H H N+ H H

:

H

第一章
三、现代共价键理论
1. 原子轨道和电子云

绪论

§1-2 有机化学结构理论

?
? ?

共价键由成键电子所在原子轨道重叠形成。
原子轨道(φ):电子在原子核外空间运动状态函数。 电子云(φ2) :电子在核外空间运动出现的几率密度。

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论 三、现代共价键理论
1. 原子轨道和电子云(续)

?
? ?

s轨道围绕原子核呈球形对称,p轨道呈哑铃形。
原子轨道图中“+”、“-”表示波函数位相,并不代表 电荷。 原子轨道中电子排布遵守Pauli不相容原理,能量最低原 理,Hund规则。

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
2. 价键法(VB法)

?
?

1927年Heiter和London提出处理化学键的量子力学方法, 后来经过Pauling等进一步完善。
价键法(VB法),又称为电子配对法 。

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
2. 价键法(VB法)

?

基本要点:
(1) 形成共价键的两个原子均具有未成对电子,并且自旋 方向相反;每一对电子形成一个共价键。 (2) 原子价数:原子的未成对电子数。 (3) 共价键具有饱和性。 (4) 共价键具有方向性。

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
2. 价键法(VB法)

+ 1s 1s 分子轨道 氢分子

2p +

1s

2p +

1s 1s

2p +

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
3. 杂化轨道理论

?
?

Pauling于20世纪30年代提出杂化轨道理论。
基本要点: (1) 原子在成键时,可以变成激发态;而且能量相近的原 子轨道可以重新组合形成新的原子轨道,既杂化轨道。 (2) 杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目。 (3) 杂化轨道的方向性更强,成键能力更大。

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
4. 分子轨道理论

?

分子轨道理论:是以“形成共价键的电子是分布在整个 分子之中”的离域观点为出发点的。价键理论:是以 “形成共价键的电子只处于形成共价键两原子之间”的 定域观点为出发点的。 分子轨道即分子中价电子的运动状态,可用波函数ψ来 描述。

?

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
4. 分子轨道理论(续)

?

分子轨道理论的基本要点:
(1)分子轨道是由原子轨道通过线性组合而成; (2)组合前后的轨道数守恒:即有几个原子轨道就可以 组合成几个分子轨道。 (3)原子轨道组合成分子轨道遵守最大重叠原则,能量 近似原则,对称性匹配原则。 (4)电子在分子轨道中的排布与原子中电子在核外排布 类似。

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
4. 分子轨道理论(续)
反键轨道 ψ2 = φ 1 φ2 ψ ψ1 = φ 1 + φ 2 ψ2 = φ 1 φ2 能量 φ1 ψ1 = φ 1 + φ 2 成键轨道 φ2

“+”与“ ”表示波的位相

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
4. 分子轨道理论(续)

节面

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
4. 分子轨道理论(续)

2pZ,A

2pZ,B

? ? 2 p 反键
z

2pZ,A

2pZ,B

原子轨道

? 2 p 成键 分子轨道
z

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

三、现代共价键理论(续)
4. 分子轨道理论(续)

? ? 2 p 反键
x

分 子 轨 道

2pZ,A 原子轨道

2pZ,B

? 2p

x

成键

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

四、共价键的属性
1. 键长:分子中两个成键原子核之间的距离。

C C nm
2.

C C
0.134

C C
0.120

C H
0.109

0.154

键角:在多原子分子中,两个或者两个以上的原子与其他原 子在成键以后,键与键之间的夹角。

H
109.5
o

CH3 H H
112
o

C

C H

O H
106
o

H

H3C

111

o

CH3

CH3

第一章
§1-2 有机化学结构理论 四、共价键的属性
3.

绪论

键能:两成键原子在形成共价键的过程中释放的能量或者共 价键断裂形成两个原子的过程中所吸收的能量。键的解离能: 分子中某一给定的共价键断裂生成原子或者自由基所吸收的 能量。(双原子分子:键的解离能与键能相同。)

Ed/kJ mol-1 CH4 CH3 CH2 CH CH3 + H CH2 + H CH + H C + H 435 443 443 339

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

四、共价键的属性
3. 键能:

kJ/mol-1

C C 347 C Cl 339

C H C N 415 305 C Br 285 C I 218

C O C F 360 485 C C 611 C C 837

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

四、共价键的属性(续)
4. 键的极性: (1)非极性共价键:两个相同原子组成的共价键。 (2)极性共价键:两个不相同原子组成的共价键,由于两 个原子的电负性不同,造成成键电子云非对称分布,其电荷 用δ+或δ-表示。 键的极性大小用偶极距或键距来衡量。 偶极距:用于衡量共价键的极性的大小,是正负电荷 中心之间的距离(d)与正负电荷电量之间的乘积。用+→表 示。

? H

?

? Cl

?

H

Cl

第一章

绪论

§1-2 有机化学结构理论

四、共价键的属性(续)
4. 键的极性: (3)分子极性:分子极性为键的极性的向量和。 (4)分子可极化性:在外界电场作用下,共价键的极性发 生变化的程度。 分子可极化性与成键原子的体积、电负性、共价键键 的种类,以及外界电场强度有关。一般地,成键原子的体积 越大,电负性越小,共价键的可极化性就越大。

第一章

绪论

§1-3 研究有机化合物的一般步骤

一、分离纯化
二、元素分析 三、实验式和分子式的确定 四、结构式的确定

第一章

绪论

§1-4 有机化合物的分类 一、按照官能团分类
? ? 在有机化合物中,决定一类化合物的主要物理化学性质的原 子或原子团称为官能团,又称为功能基。 常见的官能团和化合物的类别:

第一章
§1-4 有机化合物的分类

绪论

一、按照官能团分类
? 常见的官能团和化合物的类别:
化合物的类别 烷烃 烯烃 炔烃 芳烃 卤代烃 醇 酚 醚 醛酮 羧酸 胺 硫醇 磺酸 官能团 无 烯键 炔键 苯环 卤素 羟基 酚羟基 醚键 羰基 羧基 氨基 巯基 磺酸基 实例 甲烷 乙烯 乙炔 苯 氯乙烷 甲醇 苯酚 乙醚 乙醛、丙酮 乙酸 乙胺 乙硫醇 甲磺酸

第一章
§1-4 有机化合物的分类

绪论

二、按照分子骨架分类

按碳架分类
链形化合物 环形化合物

(脂肪族化合物)

碳环化合物
芳环化合物

杂环化合物

脂环化合物

第一章
§1-5 酸碱概念

绪论

一、 Arrhenius 酸碱理论
? 在水中能电离出质子的称为酸。

?
?

在水中能电离出氢氧负离子的称为碱。
酸碱反应:

H

+

+

OH

-

H2O

第一章
§1-5 酸碱概念

绪论

二、 Br?nsted 酸碱理论
? 酸是质子的给予体。

?
?

碱是质子的接受体。
酸碱反应:共扼酸碱

H A

+

B-

H

B

+

A-

第一章
§1-5 酸碱概念

绪论

三、 Lewis 酸碱理论
? 酸是电子对的接受体。

?
?

碱是电子对的给予体。
酸碱反应:配合物

A

+

:B

A:B


更多相关文章:

非常超级学习网 fccjxxw.com

copyright ©right 2010-2021。
非常超级学习网内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@126.com|网站地图