天津大学有机化学第一节讲课课件.ppt

1、一门博大精深，处于核心和主导地位的科学一门博大精深，处于核心和主导地位的科学第一章 绪 论 1.1 有机化合物和有机化学 1.2 分子结构和结构式1.3 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的类型1.4 分子间相互作用力 1.4.1 偶极-偶极相互作用 1.4.2 van der Waals 力 1.4.3 氢键1.5 酸碱的概念 1.5.1 Brnsted 酸碱理论 1.5.2 Lewis 酸碱理论 1.5.3 硬软酸碱原理1.6 有机化合物的分类 1.6.1 按碳架分类 1.6.2 按官能团分类数量 超过8000万种不足40万种构成

2、元素 C、H、O、N、P、S、X约100种全部元素化学键共价键为主离子键为主熔点 一般较低一般较高溶解性一般溶于有机溶剂一般溶于水可燃性多数易燃烧不燃的较多反应特点反应复杂，副产物多，速率较慢，常需催化剂副反应少，速率快结构特性 复杂，常有异构現象较简单，较少异构CCl4CO2NH4HCO3H2NCONH2NaHCO3CHCl3CH4有机化合物结构组成性质如何学好有机化学？1、培养兴趣：生动性、趣味性、丰富性、实用性2、别掉队: never let yourself get behind ！环环相扣3、把握知识点：把知识点“网络化”4、及时独立作业：看懂真懂5、记录所学、所想：写机理、做合成H

3、CHHCHHHC2H6HCHHCOHHHHCHHOCHHH分子式同为C2H6O两个化合物分子式相同，结构不同的现象叫做同分异构。由原子之间键合次序不同而产生的异构现象叫构造异构，这在有机化学里非常普遍。随着组成分子的原子数目增加，构造异构体数目激增。例如：C4H10O就包含7种异构体。HCHHCHHCHHCHHHCH3CH2CH2CH3HCHHCOCHHHCH3COCH3O缩简式正规、键线式便捷：是成键原子的原子轨道 (电子云)相互交盖的结果 交盖区域内的共用电子增加了其对成键原子核吸引，降低了体系能量。成键电子定域在两个原子核之间。HH+HH=氢原子氢原子的 s 轨道交盖形成氢分子H2轨道交

4、盖氢原子氢分子C :2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基态时的价电子构型：C :2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基态时的价电子构型：杂化轨道理论(hybrid orbital theory)杂化：混合后再重新分配原始的原子轨道(基态) 激发态 sp3杂化轨道 原始的原子轨道(基态) 激发态 sp3杂化轨道 (b) 碳原子的sp2杂化(b) 碳原子的sp2杂化120 120 府视图(c) 碳原子的sp杂化(b) 碳原子的sp杂化(3) 分子轨道理论 (molecular orbital theory)分子轨道(MO)：由原子轨道线性组合而成。氢分子轨道形成示意图成键电子在整

5、个分子轨道中运动。节面节面+-*+121 2氢原子形成氢分子的轨道能级图 原子轨道组成分子轨道的条件p 能级相近p 交盖程度越大，形成的键越稳定p 对称性(位相)相同原子轨道的交盖与对称性+-xyxy+-+1.3.2 共价键的属性Bond Lengths and Energies (kJ/mol ) of Commonly Chemical Bonds Bond Lengths and Energies (kJ/mol ) of Commonly Chemical Bonds CCHH121o118oHH共价键的类型：两个相同的原子成键, 电子云对称分布在两个原子之间，所形成的键叫做非极性共价

6、键。 非极性共价键(nonpolar covalent bonds)：= q.dq: 电荷电量d: 正负电荷之间的距离:单位为Cm (库仑米) = 3.57 10-30 Cm 双原子分子偶极矩共价键的偶极矩多原子分子偶极矩各个共价键偶极矩矢量和ClCClClClClCClClClClCClClClClCClClClClCClClCl每个CCl 键的偶极矩分子偶极矩 6.47x10-30C.m 3.28x10-30C.mClCClHHClCHHHClCHHHClCClHHClCClHHClCClHHClCHHHClCHHHClCHHHClCHHH 由于分子内成键原子的电负性不同，而引起分子内电子

7、云密度分布不均匀。这种影响沿分子链静电诱导地传递下去，这种分子内原子相互影响的电子效应诱导效应诱导效应：随距离增加迅速衰减，超过4个化学键就可以忽略。CH3CH2CH2CH2Cl CH3CH2CH2CH2ClCH2CHCH2FCH2CHCH2F沿饱和键链依次传递，沿不饱和键链交替传递2.85 4.05 4.594.81CH3CH2CH COOHClCH3CHCH2COOHClCH2CH2CH2COOHClCH3CH2CH2COOHpKa: 共价键断裂的方式：有机反应的本质：旧键的断裂和新键的生成均裂(homolytic bond cleavage)异裂(heterolytic bond cle

8、avage)均裂(homolytic bond cleavage)自由基是有机反应活性中间体。经过自由基进行的反应叫做RLRLR+L碳正离子、碳负离子是有机反应活性中间体。 ；经过碳正离子、碳负离子进行的反应叫做CLCLCLCL+CLCL+极性分子带部分正电荷的一端与另一个分子带部分负电荷的一端的静电吸引作用。极性分子之间强的偶极作用导致其沸点较相近分子量的非极性分子高。例如：丙酮沸点58oC；丁烷：-0.5oCHCl HCl HCl HCl 非极性分子之间存在的吸引力 瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引-氢键 偶极-偶极吸引力 van der Waals力 (Y: N, O, F等

9、原子)HYH3COHOBrnsted 定义：(currency=proton)+NH3OH+HHOHNH3弱碱强酸弱酸强碱+H2SO4HSO4HCH3OHCH3O+H化合物名称酸的分子式pKa共轭碱的分子式乙烷CH3CH351CH3CH2-甲烷CH448CH3-乙烯CH2CH244CH2CH-氨NH338-NH2氢气H235H-乙炔CHCH25CHC-丙酮CH3COCH319.2CH3COCH2-叔丁醇(CH3)3COH18(CH3)3CO-乙醇CH3CH2OH15.9CH3CH2O-水H2O15.7HO-甲铵离子CH3NH3+10.64CH3NH2碳酸氢根离子HCO3-10.33CO32-苯

10、酚C6H5OH9.95C6H5O-铵离子NH4+9.24NH3乙酰丙酮CH3COCH2COCH39.0(CH3COCHCOCH3)-硫化氢H2S7.04HS-一一些些常常见见化化合合物物的的pKa值值 碳酸H2CO36.36HCO3-乙酸CH3COOH4.76CH3COO-苯铵离子C6H5NH3+4.63C6H5 NH2苯甲酸C6H5COOH4.19C6H5COO-甲酸HCOOH3.75HCOO-氢氟酸HF3.2F-三氟乙酸CF3COOH0.18CF3COO-磷酸H3PO42.1H2PO4-硝酸HNO3-1.4NO3-水合氢离子H3O+-1.74H2O甲醇合氢离子CH3O+H2-2.5CH3O

11、H丙酮合氢离子(CH3)2CO+H-3.8(CH3)2CO苯磺酸C6H5SO3H-6.5C6H5SO3-盐酸HCl-7Cl-氢溴酸HBr-8Br-硫酸H2SO4-9HSO4-氢碘酸HI-9I-六氟锑酸HSbF6H2SO4比 H2SO3稳定1.6 有机化合物的分类1.6.1 按碳架分类C原子连接成链状C原子连接成环状含有芳环结构含有由C原子和其它原子(如 O,N,S)连接成环的化合物1.6.1 按碳架分类CH3CH3CH3CH2CH CH2CH3CH2OHCH3CCH1.6.1 按碳架分类OH1.6.1 按碳架分类OHCl1.6.1 按碳架分类SNOCHOO官能团(functional groups):容易发生反应的原子或基团OHOClO化合物类型 化合物 官能团构造 官能团名称 烯烃炔烃卤代烃醇和酚醚醛酮羧酸腈胺硝基化合物硫醇磺酸H2CCH2HCCHCH3XC2H5OH,C6H5OHC2H5OC2H5CH3CHOCH3CCH3OCH3COHOCH3CNCH3NH2CH3NO2C2H5SHC6H5SO3HCCCCXOHCOCCHOCOCOHOCNNH2NO2SHSO3H碳碳双键碳碳三键卤基(卤原子)羟基醚键醛基酮基(羰基)羧基氰基氨基硝基巯基磺基