大学有机化学第一章--绪论1课件

第一章 绪论,本章重点：掌握有机化合物的表示方法,教学要求 1. 掌握有机化学及有机化合物的定义 2. 了解有机化合物的特性及其分类方法 3. 掌握有机化合物的结构及其表示方式 了解共价键的性质 了解有机化学的酸碱概念,主要参考书,徐寿昌 有机化学（第二版），高等教育出版社 华东理工大学有机化学教研组 有机化学 高等教育出版社 高鸿宾主编 有机化学第四版 高等教育出版社 高鸿宾 齐欣 有机化学学习指南，高等教育出版社,有机化学简史,1806年，柏则里乌斯提出“有机化学”这一名词和“生命力”学说；,1828年, F.Wohler由氰酸铵NH4OCN合成尿素NH2CONH2；,1845年Kolbe合成醋酸;,1854年，柏赛罗合成油脂；,18501900年，合成有机化学时代，煤焦油化学时代；,19001940年，有机化学工业时代，煤焦油染料、药物、炸药；,1940年，石油化工时代，石油三大合成材料（橡胶、塑料、合成纤维）；,1990年，有机化学与生命科学、环境科学、材料科学、能源工业、国防工业、电子工业、信息产业、无机非金属材料、各种轻工行业紧密联系，相互促进。,1.1 有机化合物和有机化学,(1) 有机化合物,定义1：有机化合物就是含碳化合物(L.Gmelin定义，1894年)。,定义2：有机化合物就是碳氢化合物及其衍生物.,有机化合物中除C、H以外，只含有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；同分异构现象在有机化合物中非常普遍。 有机化合物与人们的生活密切相关。 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。,(2)有机化学,定义：有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质及其变化规律的科学。,有机化学可以看作是碳氢化合物及其衍生物的化学，它包括有机合成化学、天然有机化学、生物有机化学、元素有机及金属有机化学、物理有机化学、有机分析化学、应用有机化学等分支。,有机化学是化学学科的重要组成部分。200多年来，有机化学的发展，揭示了构成物质世界的各种有机化合物的结构、有机分子中各原子间键合的本质以及它们相互转化的规律，并设计合成了大量具有特定性质的有机分子；同时，它又为相关学科(如材料科学、生命科学、环境科学等)的发展提供了理论、技术和材料。有机化学的成就使煤、石油、天然气、农产品等自然资源得到了充分的综合利用，为合成染料、医药、炸药等工业奠定了基础。,有机化学与药物化学的关系： 天然药物的开发 有效成分的提取、药品的加工工艺、保存方式等。 有机合成新药 新药设计，合成方法，药品性能改良，化工生产工艺设计等。,有机化学与食品科学 食品原料的生产，食品营养成分，食品加工工艺，食品保鲜技术，食品添加剂等。 食品污染，食品安全，食品检验技术等。,有机化学的学习方法,学好有机化学，总的可概括为六个字 理解、记忆、应用。,多思考 、勤练习 、善总结。,1.2 有机化合物的特性,1.2.1 有机化合物性质上的特点: 容易燃烧(易燃) 对热不稳定 3.熔点较低(常温下多为气态或液态) 例：HOAc(M=60)：m.p 16.6，b.p 118 NaCl(M=58.5)：m.p 800，b.p 1440 4.难溶于水，易溶于有机溶剂 5.反应速度比较慢(需加热) 6. 反应复杂,产物不一(需分离提纯),1.2.2 有机化合物结构上的特性 同分异构体的存在很普遍,1.3 分子结构和结构式,结构(structure) 分子中原子间的排列次序（构造）、 原子相互间的立体位置（构型和构象）、化学键的结合状态以及分子中电子的分布状况等各项内容的总和。,分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决于分子的结构。“结构决定性质，性质反映结构”，这是有机化学教与学的主线。,构造表示分子中原子间相互连接的顺序叫做分子的构造。,构型、构象表示分子中原子相互间的立体位置叫分子构型、分子构象。,几种常见的构造表示法：,例：2-甲基丙醇的表示方法：,路易斯式（不常用）,短线式（不常用）,缩简式（较为常用）,键线式（较为常用）,例2：苯的构造式,常用,常用,1.4.1 共价键的形成,描述共价键的两种理论： 价键理论：形象直观，定域的观点，常用于描述非共轭体系； 分子轨道理论：离域的观点，常用于描述共轭体系。 将价键理论和分子轨道理论结合起来，可以较好地说明有机分子的结构。,1.4 有机化合物的共价键,A. 价键理论,1、自旋相反的成单电子相互接近时，核间电子云密度较大，可形成稳定的化学键。,2、共价键有饱和性。一个原子有几个未成对的电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键。,在有机化合物中，所有的碳必须是4价！,3、共价键有方向性。共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向（轨道的对称轴）形成，叫着最大重叠原理。即重叠越多，电子在两核间出现的机会越大，形成的共价键也就越稳定。, 键 （头碰头） 键 （肩并肩）,B 杂化轨道理论,碳原子的sp3杂化轨道,109.5°,碳原子的sp2杂化轨道,乙烯 CH2=CH2 的结构,碳原子的sp杂化轨道,注意：,1.不同杂化态碳原子的电负性不同，导致其与氢原子或其他原子形成的键的性质不同。,S电子离核近，S成分比例越高，吸引电子能力越强 所以：C原子电负性大小：Csp Csp2 Csp3,2.杂化轨道可形成键，如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。键是有机分子构成碳链或碳环的基础。,3.未参与杂化的p轨道可形成键，如C=C、C=O、CC、CN等。,C. 分子轨道理论（略）,1.4.2 共价键的属性,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； (P.表1-1) 例如： CC 键长0.154nm CH 键长0.110nm C=C 键长0.134nm CO 键长0.143nm,一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开。,2. 键能,键的平均解离能。,化学键的键能越大，键越牢固。(P.4表1-2),3. 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。,立体透视式的写法,4. 键的极性和电负性,键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的，例如：,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0.51.6，形成极性共价键。 所以，有机化合物原子间大多以共价键结合。,分子的极性,分子的极性等于键的极性的矢量和。用箭头表示由正端指向负端,分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解度等。,小结：,（1） 绝大多数有机物分子中都存在共价键。 （2）共价键的键能和键长反映了键的强度，即分子的热稳定性； （3）键角反映了分子的空间形象； （4）键的偶极矩和分子的极性反映了分子的化学反应活性和它们的物理性质。,1.4.3 共价键的断裂方式与有机反应的类型,均 裂,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。,异裂,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。,1.5 有机化学中的 酸碱的概念,布伦斯特(Brnsted)酸碱 能给出质子者为酸(如HCl、CH3COOH)； 能与质子结合者为碱(如OH-、NH3等)；,路易斯(lewis)酸碱 能接受外来电子对者为酸(如H+、FB3、AlCl3等)； 能给出电子对者为碱(如Cl-、OH-、NH3、H2O等)。,亲电试剂 对电子有亲合力的试剂是亲电试剂。例如：,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。,亲核试剂 对碳原子核有亲合力的试剂是亲核试剂。例如：,常见的亲核试剂： OH-、NH2-、CN-、HCO3-、H2O、NH3 、 卤素负离子等。,亲核试剂的特点：有负电荷或孤对电子。,所有的lewis酸都是亲电试剂,所有的lewis碱都是亲核试剂,1.6 有机化合物的分类,(1) 按碳架分类,(2) 按官能团分类,官能团决定化合物典型性质的原子或原子团。 含有相同官能团的化合物具有相似的化学性质，是同类化合物。 按官能团分类可将有机物分为： 烷、烯、炔、卤代烃、芳香烃、醇、酚、醚、醛、酮、醌、羧酸、羧酸衍生物、硝基化合物、胺、重氮和偶氮化合物、杂环化合物 等。 通常将以上两种分类方法结合使用。如：“开链烯烃”、“脂肪酸”、“芳香胺” ,