有机化学课件第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,教材与主要参考书与文献,高鸿宾主编,有机化学,第,4,版,北京：高教出版社,2006,高占先主编,有机化学,第,2,版,北京：高教出版社,2007,邢其毅主编,有机化学,第,3,版,北京：高教出版社，,2005,胡宏纹主编,有机化学北京：第,2,版,高教出版社，,2006,高鸿宾主编,有机化学学习指南,北京：高教出版社,2005,裴伟伟主编,有机化学核心教程,北京：高教出版社，,2009,荣国斌主编,大学有机化学基础,上海：华东理工大学出版社，,2000,工具书,有机化学人名反应及机理，荣国斌译，,2003,实用有机化学辞典，高鸿宾主编，,1997,化合物命名词典，王宝瑄主编，,1992,常用化学危险品安全手册，张维凡，,1998,与有机化学相关的主要中文期刊,有机化学,化学通报,化学学报,大学化学,高等学校化学学报,合成化学,应用化学,精细化工,学习有机化学的意义,学习知识,第一篇 有机化学概论,机构与性质,/,分类与命名,/,同分异构现象,/,结构的表征,第二篇 烃及卤代烃,第三篇 有机含氧化合物,第四篇 有机含氮化合物及杂环化合物,培养能力,（知识应用、分析与思考、沟通与表达、自主学习）,考核方式（,N+2,细则）,学习有机化学的方法,有机化学的知识内容比较庞杂，信息量较大、之间的逻辑关系较差；,需要我们在学习的过程中，在深入理解知识点的基础上，,及时归纳总结,；,按照自己的理解特点来重新,整合知识,，建立符合自身认知特点的有机化学知识体系。,及时作练习,，在练习过程中强化对知识的理解。,在学完本课程之后，形成具有自身认知特点的有机化学知识体系。,“,N+2”,的考试方案中,“,N”,的内涵（,12,化工卓越班）,知识群总结,（大作业，,2,次）,任务型学习,（专题讨论、,quiz,）,阶段测验,（闭卷，命题形式，,2,次）,依据有机化学体系的编排特点，组织教学是采用官能团为主线、结合各类有机反应而展开，课中可通过插题讨论，力求学生对相关知识点做到及时掌握；要求对,知识群作网络式总结,，以课程总结形式分,2,次提交。,（同时为课程笔记支撑材料）,结合所学有机反应，讨论反应机理及应用，以,专题讨论及报告,形式提交。,（小组合作形式）,鉴于有机化学信息量大，知识点多的特点，安排,2,次阶段测验,，目的是促进学生对已学知识的理解与掌握，为后续学习夯实基础，同时也均衡了期末考试的份量，使其趋于合理。,（闭卷）,对自学内容，教师给出知识要点、提出学习目标，辅以助学，,随机抽查与评价,。,（插题，,quiz,）,说明,Company name,有机化学的结构与性能概论,1.1,有机化合物与有机化学,1.2,有机化合物中的化学键共价键,1.3,有机化合物的特点,1.4,分子间相互作用力,1.5,有机酸碱的概念,1.6,溶剂的分类及溶剂化作用,1.7,有机化合物的分类,1.8,有机化学的研究任务,是在原子水平上研究物质的组成、结构和性质及相互转化的学科,.,化学,无机化学,有机化学,物理化学,结构化学,材料化学,生命化学,环境化学,1828,W her(,维勒，德,),碳、氢化合物及碳的衍生物。,研究有机化合物的,结构,、,性质、合成方法,及其,相互转化,及,变化规律,科学,。,1.1,有机化合物与,有机化学,有机化合物,有机化学,结构,性质,应用,有机合成,有机化学发展史,燃素说的终结，氧化理论的兴起,生命力论的终结，有机化学的诞生,在对生命力论的突破过程中，德国化学家,维勒,(18001882年)的工作起了决定性的作用。,1823年，,维勒,分离了尿素，对它的化学性质进行了详细研究。,1825年，,维勒,在进行氰化物研究过程中，意外地得到一种白色晶体，经过研究发现是尿素，1828年维勒发表了“,论尿素的人工合成,”，说明有机化合物同样可以人工合成，,1845年,柯尔伯,合成了醋酸，,1854年,柏赛罗,合成了油脂，这些工作标志着人们突破了生命力论的局限。,1848年,葛美林,提出有机化学就是研究碳的化学，有机化学进入了发展时期。,有机化学发展史,被称为有机化学之父的是德国化学家,李比希,(18031873年),1823年,李比希,与,维勒,各自分离了一种氰酸，,盖-吕萨克,(17781850年)认为它们的分子式相同，但结构不同，提出了同分异构概念，由此发展成为化学的另一分支学科,结构化学,。,李比希,采用有机物与氧化铜一起燃烧，精确测定生成的二氧化碳和水来确定元素含量的方法，研究了大量的有机物，确定了它们的分子式，这种定量分析的方法大大推进了有机化学的发展。,生命领域的成就,化学生物学,与其它学科的,交叉和渗透,（,药物、香料、农药、植物生长数。）,有机物提纯,元素分析,有机合成,有机化学结构理论的建立,石油化工,（,化工材料及产品,）,煤焦油工业,（,合成染料,）,材料化学,配位化学,生命化学,日用化学基础,有机化学结构理论的建立,电子理论和量子力学原理和方法运用于化学领域,VB/MO,理论,MO,对称守恒原理,经典的,有机化学结构理论,C,是四价,C-C,间形成碳链,绝大多数有机物有固定的结构,而结构决定其物理特征,反应行为,苯及苯的衍生物结构,C,四面体学说,(,立体概念,),从学科细化到学科融合,有机化学的今天,有机合成化学,：合成特定目标有机化合物；,有机分析化学,：研究有机化合物结构表征；,天然有机化学,：研究从天然产物中分离提取特定有机化合物；,金属有机化学,：研究含碳-金属键有机化合物的合成及结构表征；,物理有机化学,：研究有机化学反应的机理及有机化学中的理论问题等。,由经典的,物理有机化学,计算化学,分子识别超分子化学,化学生物学,有机材料化学,绿色化学,从合成技术到理论阐释,有机化学的明天,有机化学面临着从,定性到定量,、从,宏观到微观,、从,实验到理论,的发展任务。,有机化学将以其合成技术合成出更多的、能够满足人们不同需要的、具备各种特定性能的新材料，即有机化学以其合成技术,与材料科学融合,；,将有机化学反应的理论应用到生命当中去，试图以有机化学的理论揭示生命中的反应，从化学反应的角度认识生命中的现象，即有机化学以其反应理论与,生命科学融合,。,1.2,有机化合物的特性,1,）,分子组成复杂：,现在已知的有机化合物超过,700,多万种,2,）,存在同分异构现象,3,）容易燃烧,4,）熔沸点低,5,）难溶于水,6,）反应复杂付反应多,化学键,的本质,将原子连接,在一起的作用力，,包括离子键和共价键,有机物中碳原子和其他原子相连接的,电负性相差较,大,的原子相遇，其中电负性小的原子的外层价电子强烈地,偏向,电负性大的原子，,形成正负离子,，两个,离子,之间通过电荷吸引力形成离子化合物，这种作用力就是离子键。,离子键,电负性相差较,小,或相同的两个原子相遇，原子的外层价电子不会强烈地偏向某一方，而是双方各提供一个电子，组成,电子对,，由双方,共享,。原子间的这种作用力为共价键。,若形成共价键的一对电子由一个原子提供，这种键为,配位键,。,共价键,1.3,有机化合物中的化学键,共价键,1.3.1,共价键的形成,1.3.2,共价键的属性,1.3.3,共价键的断裂和有机反应类型,1.3.4,反应中间体概念,1.3.5,试剂分类,1.3.1,共价键的形成,1,）经典,Lewis,学说,2,）现代价键理论,3,）,MO,轨道理论,1,）经典,Lewis,学说,1916,年,(,美,),Lewis,提出,:,分子中原子间可通过,共享电子对,而使每一个原子具有稳定的电子结构,.,如此构成的分子为,共价分子,.,原子通过共用电子对而形成的化学键为,共价键,.,Lewis,结构式,:,八偶体,不足之处,:,a.,未能阐明共价键的本质和特性,b.,八偶体规则例外很多,例,BF,3,c.,不能解释某些分子的性质,例,O,2,顺磁性,.,2,）现代价键理论,VB,Valence bond theory,1927,年,(,德,),Heither,London,Panling,VB,理论,共价键的本质和特点,本质,是由于原子相互接近时轨道重叠,(,即 轨道,),原子通过共用自旋相反的电子对使体系位能下降而成键,.,特点,方向性,饱和性,a.,饱和性,b.,方向性,：,杂化轨道理论,：,同一原子中能量相近的不同类型的几个原子轨道的波函数,(s,p,d,),可相互叠加,组成同等数量的能量完全相同的杂化的原子轨道,.,SP,3,杂化（,CH,4,CCl,4,NH,3,H,2,O,）,S P,SP,3,图,3 sp,3,杂化的碳原子,几何构型：,四面体,sp,3,1s,键,4,个,C,H,键,SP,2,杂化和,SP,杂化,SP,2,杂化和,SP,杂化,a.,杂化轨道具有确定的方向性,b.,杂化轨道随,s,成分 键能 键长,杂化轨道,键角,分子几何构型,实例,SP,180,0,直线型,C,2,H,2,SP,2,120,0,平面三角形,CH,2,=CH,2,SP,3,109.5,0,正四面体型,CH,4,SP,3,d,90,0,120,0,三角双椎形,PCl,3,SP,3,d,2,90,0,正四面体型,SF,6,杂化轨道的主要特征,MO,轨道的构成,3,）分子轨道理论,MO,Molecular Orbital Theory,要点：分子中电子运动的整体性,(,离域,),-,两,AO,重叠相加而成,-,两,AO,重叠相减而成,-,未参与成键,E,AO,MO,HOMO,LUMO,AO,MO,1,3,4,1,2 HOMO,3 LUMO,4,2,E,苯的,分子轨道和能级,简并轨道,6,p,6,个,p,轨道,(3)MO,理论解释,Huckel,近似法,6,相互交盖的,2p,轨道 组合成,6,个分子轨道,AO,有效组合原则,电子在分子轨道上的排列,Pauli,不相容原理,能量最低原理,Hund,规则,例,:,用,MO,理论解释,O,2,的顺磁性,（,1,）、,键长、键能、键角,键长,：稳定的分子中两个原子核之间的距离。,1.3.2,共价键的属性,解离能：断开某一共价键所需要的能量（不同于键能）,键能,：,将两个成键原子分开，使其成为原子状态所需的能量。,键角,：,分子中共价键之间的夹角,。,SP:180,o,SP,2,:120,o,SP,3,:109.5,o,(2),共价键的极性，有机分子的极性,1.3.3,共价键的断裂和有机反应类型,有机反应的实质,旧 键的断裂,新键的形成,均裂,异裂,自由基反应,离子型反应,自由基反应,离子型反应,协同反应,反应中间体,:,反应过程中暂时生成的,瞬间存在的活性中间体,有机反应类型,有机反应的类型,按历程分类,按原料与产物,有机试剂,离子试剂,具有偶数电子的试剂,(,双自由基除外,),试剂,自由基试剂,具有奇数电子的试剂,亲电试剂,亲核试剂,亲电试剂：,在反应过程中接受电子或共享电子,亲核试剂：,在反应过程中供给电子，进攻反应物中心带部分正电荷的原子的试剂,1.3.4,有机反应的活性中间体,(,简述,),多数有机反应通过中间体完,成,.,这些中间体很活泼,存在时间短,形成后立刻进行第二步反应,所以,称之活性中间体,.,产物,(product),溶剂,底物,(substrate),试剂,(,reagent),有机反应的本质：,旧键的断裂和新键的生成,反应物,(reactants),CCl,4,异裂,(heterolytic bond cleavage):,均裂,(homolytic bond cleavage),:,自由基,(radicals),碳正离子,(carbocation),碳负离子,(carbanion),有机反应活性中间体：,碳正离子、碳负离子、自由基,碳正离子,C+,Carbocation,碳负离子,C-,Carbanion,碳自由基,C,Free radical,碳烯与氮烯,CH,2,:,Carbene,Nitrene,苯炔,Benzyne,氢键力,偶极,-,偶极相互作用,van der Waal,力,1.4,分子间相互作用力,1.4.1,偶极,-,偶极相互作用,-,极性分子间正负电荷间的吸引作用,1.4.2,van der Waal,力,-,非极性分子 瞬间偶极 色散力,1.4.3,氢键力,-,静电引力作用,1.5,酸碱的概念,1.5.1,Br,nsted,酸碱理论,(,质子理论,),给质子 酸,受质子 碱,1.5.2 Lewis,酸碱理论,(,电子理论,),给电子 碱,受电子 酸,1.7,溶剂的分类及溶剂化作用,1.6,溶剂的分类及溶剂化作用,溶剂的分类,按极性分,极性溶剂、非极性溶剂,按结构分,质子溶剂、非质子溶剂,溶剂化作用,在溶液中，溶质被溶剂包围的现象,1.7,有机化合物的分类,按碳架分类,按官能团分类,开链化合物,碳环化合物,脂环化合物,芳香族化合物,杂环化合物,有机化合物,化合物,官能团构造,官能团名称,烯烃,C=C,双键,炔烃,三键,卤代烃,X-,卤原子,醇和酚,-OH,羟基,醚,-O-,醚键,醛,-CHO,羰基,酮,C=O,羧酸,-COOH,羧基,胺,-NH,2,氨基,硝基化合物,-NO,2,硝基,磺酸,-SO,3,H,磺酸基,1.8,有机化学的研究任务,1),分类提纯自然界存在的各种有机物,测定其结构和性质,加以利用,.,2),研究有机物结构与性质间的关系、反应历程、影响反应的因素,控制反应向我们所需要的方向发展,.,3),有机合成：,利用化学方法将单质、简单无机物、简单有机物，综合各类,有机反应,及其有机合成的,新方法、新技术、,有机合成,设计和策略,，对新的有机物合成的过程。,例,中草药中提取有效成分,甘草,胆胺盐,20%,香烟甜味剂,70%,食品添加剂,90%,药品,从昆虫中提取昆虫信息素,理论基础,近代结构理论,现代分析手段,有机物,结构与性能,的关系,化学键本质,有机物结构,电子效应,场效应,立体效应,构型 构象,配位,氢键,溶剂效应,量子化学,反应机理研究,探究问题,反应全过程,反应途径,过渡态和中间体的结构、性质、能量,与反应有关的热力学动力学参数和环境,结构效应对反应的影响,合成已知结构的化合物,年份,1900,1945,1970,1975,1980,1985,1990,1999,合成化合物数目,(,万,),55,110,236.7,414.8,593,785,1057.6,2000,补充：,有机化学知识结构,有机化学的,基本理论和基本工具,以,亲核取代反应及消除反应,为核心的脂肪族化合物,以,亲电取代反应,为核心的芳香族化合物,以,亲核加成及负碳离子反应,为核心的脂肪族化合物,以,分子轨道理论,处理有机化学反应问题,1,有机化学的基本理论 和基本工具,烷烃,立体化学,脂环烃,烯烃与二烯烃,炔烃,2,以亲核取代反应及消除反应为核心的脂肪族化合物,卤代烃,醇与醚,脂肪胺,3,以亲电取代反应为核心的芳香族化合物,芳香烃,酚与芳香胺,杂环化合物,4,以亲核加成及负碳离子反应为核心的脂肪族化合物,醛与酮,羧酸,羧酸衍生物,负碳离子反应,5,以分子轨道理论处理有机化学反应问题,周环反应,