有机化学绪论.ppt

Organic Chemistry教材与参考教材教材与参考教材陆涛主编，有机化学学习指导与习题集，陆涛主编，有机化学学习指导与习题集， 人民卫生出版社，人民卫生出版社，2011邢其毅，基础有机化学（第三版上下），高等教育出版社，邢其毅，基础有机化学（第三版上下），高等教育出版社，2008Francis A. Carey.Organic chemistry New York ，McGraw-Hill，2009 课前预习课前预习听课、记笔记听课、记笔记整理、归纳和总结整理、归纳和总结做习题（巩固）做习题（巩固） 重要重要讨论及答疑讨论及答疑第一章 绪论一、有机化合物和有机化学二、有机化合物的结构理论三、共价键的参数与断裂方式四、有机化合物的分类及表示五、有机酸碱理论第一节 有机化合物和有机化学Friedrich Wohle (1800-1882) Germany NH2CNH2ONH4CNO+-inorganicorganic为什么要学习有机化学？为什么要学习有机化学？什么是什么是有机化合物有机化合物？什么是什么是有机化学有机化学？ 当你注视这个页面的时候，你的眼睛正使用一种有机化合当你注视这个页面的时候，你的眼睛正使用一种有机化合物来将光转变成神经刺激，让你知道见到什么。物来将光转变成神经刺激，让你知道见到什么。 神经刺激神经刺激视觉视觉CisTransN OpsinNOpsinRhodopsinMetarhodopsin h红橙OMeO O OCNCNClClH2C N N黄NNO绿蓝CNFFFO紫Ibuprofen（布洛芬）（布洛芬）止痛药：止痛药： CCH2CHCH3HOOCCH3HCH3CCH2CHH3CH3CCOOHHH3C立即止痛立即止痛在体内转变成左式所在体内转变成左式所代表的化合物，止痛代表的化合物，止痛有机化合物保护我们的健康 弗莱明发现青霉素获得弗莱明发现青霉素获得19451945年诺贝尔奖，青霉素的发现年诺贝尔奖，青霉素的发现开辟了一条新的治病途径，拯救了成千上万人的生命。开辟了一条新的治病途径，拯救了成千上万人的生命。HNONOSH HOO有机化合物保护我们的健康有机化合物保护我们的健康青霉素青霉素有机化合物为生命提供能源有机化合物为生命提供能源 碳水化合物（糖）碳水化合物（糖） OHHOHHOHHOHHOHOH葡萄糖直链淀粉的结构直链淀粉的结构有机化合物有机化合物作为生命遗传物质作为生命遗传物质DNA传宗接代传宗接代美国人沃森美国人沃森 & & 英国人克里克英国人克里克提出提出DNA双螺旋结构双螺旋结构 纤维素结构纤维素结构H2NCNH2ON OpsinHNONOSH HOOOMeO 有机化合物（有机化合物（Organic Compounds）含）含碳元素，是碳的化合物。碳元素，是碳的化合物。有机化学（有机化学（OrganicChemistry）研究研究有机化合物有机化合物的组成、结构、性质、的组成、结构、性质、反应、合成、反应机制及相互间转变规律等的一门科学。反应、合成、反应机制及相互间转变规律等的一门科学。有机化合物中常见的元素有机化合物中常见的元素截止截止2010.2.7，化合物数量总数为，化合物数量总数为51，986，33763,522,495C2H6OHCHHOCHHHHCHHCHHO HC47H51NO14 紫杉醇是一种全新紫杉醇是一种全新的光谱抗癌药，副作用的光谱抗癌药，副作用小，国际医疗界认为紫小，国际医疗界认为紫杉醇是近杉醇是近10年来发现的年来发现的最有希望的抗癌药物。最有希望的抗癌药物。紫杉醇（紫杉醇（taxol）紫杉醇紫杉醇（taxol）129 carbon atoms, 221 hydrogen atoms, 54 oxygen atoms, and 3 nitrogen atoms水螅毒素水螅毒素第二节第二节 有机化合物的结构理有机化合物的结构理论论1.Kekul1.Kekul（凯库勒）和（凯库勒）和CouperCouper（古柏尔）（古柏尔） 的结构理论的结构理论有机化合物中碳原子为四价；有机化合物中碳原子为四价；碳原子除与其它元素结合外，自身可形成单键、双键、三键；碳原子除与其它元素结合外，自身可形成单键、双键、三键；解决分子中原子相互结合的顺序和方式，阐明解决分子中原子相互结合的顺序和方式，阐明同分异构体。同分异构体。一、有机化合物的结构理论初期发展一、有机化合物的结构理论初期发展2.Buterov2.Buterov（布特列洛夫）、（布特列洛夫）、Vant HoffVant Hoff（范（范 霍夫）、霍夫）、LeBelLeBel（勒贝尔）的经典结构理论（勒贝尔）的经典结构理论原子价基础上提出化学结构的概念；原子价基础上提出化学结构的概念；立体结构的初步认识；立体结构的初步认识；杂化轨道理论。杂化轨道理论。 离子键：离子键：两个带异性电荷的离子通过静电吸引。两个带异性电荷的离子通过静电吸引。1.1.离子键和共价键离子键和共价键八隅体规则八隅体规则 共价键共价键：两个原子间共用电子对。两个原子间共用电子对。二、化学键二、化学键HCHHHHCHHHCCHHCCHHO 有机化合物的共价键与有机化合物的共价键与Lewis（路易斯）（路易斯）式式HCHHHHCHHHCCHHCCHHOLewis式式Kekul式式Kekul式式多原子离子的多原子离子的Lewis式及配位键式及配位键Lewis式式 有机化合物的有机化合物的KekulKekul式式 在在Kekul式中，用式中，用线条线条表示成键电子对，如表示成键电子对，如：HCHHCCHHHHHHCHHCCBrHCHHBrHHHCCHHCOCHHHHCCCOHHH2. 2. 原子轨道和电子云原子轨道和电子云3. 3. 价键理论价键理论 解释化学键形成解释化学键形成基本要点：基本要点：1 1、形成共价键的电子，必须自旋方向相反，每、形成共价键的电子，必须自旋方向相反，每 一对电子形成一个共价键；一对电子形成一个共价键；2 2、共价键具有饱和性，元素原子的共价数等于、共价键具有饱和性，元素原子的共价数等于 该原子的未成对电子数；该原子的未成对电子数；3 3、共价键具有方向性，需满足最大重叠原理。、共价键具有方向性，需满足最大重叠原理。4.4. 杂化轨道理论杂化轨道理论 Pauling于于20世纪世纪30年代提出杂化轨道年代提出杂化轨道理论。理论。 基本要点：基本要点： (1) 原子在成键时，可以变成激发态；而且原子在成键时，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。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杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨 道的数目。道的数目。 (3) 杂化轨道的方向性更强，成键能力更大。杂化轨道的方向性更强，成键能力更大。 C原子的电子排布如下原子的电子排布如下1s2s2p碳原子的碳原子的sp3杂化中轨道能量的变化杂化中轨道能量的变化 碳原子的碳原子的spsp3 3杂化杂化HCHHH 形成正四面体，轨道轴间夹角形成正四面体，轨道轴间夹角109.5单个单个sp3杂化轨道杂化轨道四个四个sp3轨道轴键角轨道轴键角碳原子的碳原子的sp2杂化中轨道能量的变化杂化中轨道能量的变化 碳原子的碳原子的spsp2 2杂化杂化杂化轨道成平面型，轨道轴夹角杂化轨道成平面型，轨道轴夹角120，未杂化未杂化p轨道垂直此平面轨道垂直此平面单个单个sp2杂化轨道杂化轨道碳原子的碳原子的sp杂化中轨道能量的变化杂化中轨道能量的变化 碳原子的碳原子的spsp杂化杂化杂化轨道成直线型，轨道轴夹角杂化轨道成直线型，轨道轴夹角180，未杂化未杂化p轨道垂直此直线轨道垂直此直线单个单个sp杂化轨道杂化轨道5.5. 分子轨道理论分子轨道理论节面线性组合：线性组合：最大重叠原则、能量近似原则、对称性匹配原则最大重叠原则、能量近似原则、对称性匹配原则电子排布：电子排布：Pauling不相容原则、能量最低原则、不相容原则、能量最低原则、Hund规则规则1、键长、键长 形成共价键的两个原子核间的距形成共价键的两个原子核间的距离称为键长。离称为键长。下表是常见共价键平均键长下表是常见共价键平均键长。 共价键共价键键长/nm键长/nmC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C0.1540.1470.1430.1410.1090.1770.2120.1340.1200.191第三节第三节 共价键的几个参数和断裂方式共价键的几个参数和断裂方式一、几个重要参数一、几个重要参数注意：注意：同一类型的共价键键长在不同同一类型的共价键键长在不同 化合物中可能稍有不同。化合物中可能稍有不同。C CH H3 3C CH H2 2C CH H0 0. .1 15 51 1C CH H3 3C CH HC C0 0. .1 14 45 56 62、键角、键角 指键与键之间的夹角。指键与键之间的夹角。注：注：键角不仅与碳原子的杂化方式有关，键角不仅与碳原子的杂化方式有关， 还与碳原子上所连原子或原子团有关。还与碳原子上所连原子或原子团有关。 CHHHH109.5oO104oCOHH118o121oCH2CH2CH21040甲烷甲烷C-H键键能键键能（415.3kJ.mol-1) 是上述离解能的平均值。是上述离解能的平均值。3、键能、键能 指成键时体系放出的能量或断键指成键时体系放出的能量或断键时体系吸收的能量。时体系吸收的能量。多原子分子键能通常是多原子分子键能通常是键的离解能平均值。键的离解能平均值。CH3CH2HEd(CH2H)= 439 kJ.mol-1CH2CHHEd(CHH)= 448 kJ.mol-1CHCHEd(CH)= 347 kJ.mol-1CH4CH3HEd(CH3H)= 423 kJ.mol-1常见共价键的平均键能常见共价键的平均键能共价键共价键键能/kJ.molC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C347305360485414339218611837285键能/kJ.mol-1-1 当成键原子相同时，形成的共价键无极性当成键原子相同时，形成的共价键无极性（H-H）。当成键原子电负性不同时，电负性）。当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（大的原子带部分负电荷（-）；电负性小的原）；电负性小的原子带部分正电荷（子带部分正电荷（+）。键的极性强弱用）。键的极性强弱用偶极偶极矩或键矩矩或键矩，即部分电荷与电荷之间距离的乘积，即部分电荷与电荷之间距离的乘积（）来衡量。）来衡量。=q.d（C.m)4、键的极性和可极化性、键的极性和可极化性 + + - - HClHCl=3.57x10=3.57x10-30-30（C.m)C.m) 偶极矩是一个矢量，多原子分子偶极矩是偶极矩是一个矢量，多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和：各个共价键偶极矩的矢量和：=6.42x10-30(C.m) =3.28x10-30(C.m) =0(C.m)CClClHHCClHHHCClClClCl 偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不偶极矩不为零的分子是极性分子；为零的分子是极性分子；偶极矩越大，分子极偶极矩越大，分子极性越强。性越强。分子的极性和可极化性分子的极性和可极化性 共价键在外电场作用下，键的极性发生变共价键在外电场作用下，键的极性发生变化称化称键的极化性键的极化性。用。用键的极化度键的极化度度量，表示成度量，表示成键电子被成键原子的核电荷约束的相对程度。键电子被成键原子的核电荷约束的相对程度。 极化度与成键原子的体积、电负性和键极化度与成键原子的体积、电负性和键的种类及外电场有关。的种类及外电场有关。 体积越大，电负性越小，核对成键电子体积越大，电负性越小，核对成键电子的约束越小，键的极化度就越大。的约束越小，键的极化度就越大。例如：例如：CICBrCClCF RIRBrRClRF