基础有机化学绪论课件.ppt

1、- 本课程主要介绍各类有机化合物的命名、结构特征、物理本课程主要介绍各类有机化合物的命名、结构特征、物理性质、性质、化学性质化学性质、用途、来源和制备方法用途、来源和制备方法； 各类官能团的特性各类官能团的特性，取代反应、加成反应、消除反应、重取代反应、加成反应、消除反应、重排反应、协同反应、氧化还原排反应、协同反应、氧化还原反应等各种类型有机反应的反应等各种类型有机反应的反反应原理、反应条件及其影响因素、应用范围应原理、反应条件及其影响因素、应用范围；有机结构理论，重要的反应机理，尤其是各类化合物的结有机结构理论，重要的反应机理，尤其是各类化合物的结构与反应性关系；有机分子的构与反应性关系；

2、有机分子的立体化学立体化学概念，天然产物概念，天然产物，有有机合成机合成；有机化合物的分离鉴定，有机化合物的结构测定等。有机化合物的分离鉴定，有机化合物的结构测定等。 课程简介课程简介-课程说明课程说明u本课程共本课程共9696学时学时 u 课程教学大纲及教学要求课程教学大纲及教学要求见学院网站见学院网站u考试及成绩考试及成绩 平时（平时（30 % 30 % ） 考试（考试（70 %70 %）-参考书参考书 邢其毅，徐瑞秋等，邢其毅，徐瑞秋等，基础有机化学基础有机化学上下册，高等上下册，高等教育出版社教育出版社R. T.R. T.莫里森，莫里森， R. N.R. N.博伊德著，博伊德著，有机化

3、学有机化学上下上下册册, ,复旦大学化学系有机教研组译，科学出版社复旦大学化学系有机教研组译，科学出版社冯骏材冯骏材 陆国元陆国元 吴琳吴琳 丁孟辛编著丁孟辛编著 有机化学学习指有机化学学习指导，科学出版社，导，科学出版社，20032003年版年版4. 4. Organic ChemistryOrganic Chemistry, 8, 8thth edition, edition, T.W. Graham T.W. Graham Solomons,Craig B.Fryhle,Solomons,Craig B.Fryhle,化学工业出版社化学工业出版社5. 5. 刑其毅、徐瑞秋、裴伟伟编刑其毅

4、、徐瑞秋、裴伟伟编基础有机化学习题解答基础有机化学习题解答与解题示例与解题示例，北京大学出版社，北京大学出版社，19981998 -l课前预习课前预习l课堂听讲：重点、要点及基本内容（做笔记）课堂听讲：重点、要点及基本内容（做笔记）l课后复习与练习：知识点的深化与巩固（做作课后复习与练习：知识点的深化与巩固（做作 业业, ,参考文献的查阅，笔记整理与扩充）参考文献的查阅，笔记整理与扩充） 有机化学学习的有机化学学习的3 3个重要环节：个重要环节：- 有机化学的涵义，了解其发展简史；有机化学的涵义，了解其发展简史； 有机化合物的结构、特性和分类有机化合物的结构、特性和分类； 共价键的理论，掌握共

5、价键参数和应用；共价键的理论，掌握共价键参数和应用； 研究有机物的一般方法和有机物的分类。研究有机物的一般方法和有机物的分类。 有机化合物的特性有机化合物的特性，共价键参数。，共价键参数。-前前 言言v 有机化学是化学的一大分支。有机化学是化学的一大分支。v 在国民经济各个领域中起着及其重要的作在国民经济各个领域中起着及其重要的作 用。不仅在化学工业、而且在农业、轻纺用。不仅在化学工业、而且在农业、轻纺 工业、医药工业、国防及能源等部门中扮工业、医药工业、国防及能源等部门中扮 演重要的角色，具有不可替代的作用。演重要的角色，具有不可替代的作用。-v有机化学是许多现代科学技术的基础有机化学是许多

6、现代科学技术的基础： 1901-20001901-2000年，年，NobelNobel化学奖共化学奖共9191项，其中有机化项，其中有机化学方面的有学方面的有5656项，占项，占61.5%61.5%。 生命科学（生物化学，分子生物学等）生命科学（生物化学，分子生物学等）医药学（药物化学，病理学，药理生化分析等）医药学（药物化学，病理学，药理生化分析等）农业（农业化学，农用化学品等）农业（农业化学，农用化学品等）石油（石油化工等）石油（石油化工等）材料科学（高分子化学，功能材料等）材料科学（高分子化学，功能材料等）食品（食品化学，营养学，添加剂等）食品（食品化学，营养学，添加剂等）日用化工（染料

7、，涂料，化妆品等）日用化工（染料，涂料，化妆品等）-v发展趋势和特点：发展趋势和特点： 分子识别和分子设计正在渗透到有机化学的各领域分子识别和分子设计正在渗透到有机化学的各领域。与生命科学密切结合；与生命科学密切结合；有机合成仍然占有独特的核心地位；有机合成仍然占有独特的核心地位； 现代生物化学和化学生物学的理论基础；现代生物化学和化学生物学的理论基础；为分子生物学的建立和发展开辟了道路。为分子生物学的建立和发展开辟了道路。维生素维生素B B1212 、海葵毒素的全合成。、海葵毒素的全合成。 从从2020世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而

8、是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子素，而是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子。 徐光宪徐光宪- 在我国古代，周朝已知用胶，汉朝发明了造纸在我国古代，周朝已知用胶，汉朝发明了造纸有机有机物的初级认识物的初级认识 性质的应用，非结构的了解性质的应用，非结构的了解 十八世纪十八世纪 纯物质纯物质 概念：例如：从葡萄汁中获得概念：例如：从葡萄汁中获得了酒石酸，从尿中获得尿素，从酸牛奶中取得了乳酸了酒石酸，从尿中获得尿素，从酸牛奶中取得了乳酸等等 。 由于这些物质均为从由于这些物质均为从有生命的物体中有生命的物体中获得，（同无获得，（同无机物，例如：矿石、金属相比）并且由于当时的条件所机物，例

9、如：矿石、金属相比）并且由于当时的条件所限制，不能用人工合成，限制，不能用人工合成，“有机有机”这一词便由此而生。这一词便由此而生。1.1 1.1 有机化学的发展有机化学的发展-1.1.2 1.1.2 有机化学的研究对象与任务有机化学的研究对象与任务v著名化学家柏则里，首先引用了著名化学家柏则里，首先引用了“有机化学有机化学”这这一名字，目的是区别于其他矿物质的化学一名字，目的是区别于其他矿物质的化学无无机化学。但他认为机化学。但他认为有机物只能由生物细胞受一种有机物只能由生物细胞受一种特殊力量特殊力量“生活力生活力”的作用才会产生出来的作用才会产生出来，人，人工不能合成，这一思想曾一度统治了

10、有机化学界，工不能合成，这一思想曾一度统治了有机化学界，阻碍了有机化学的发展。阻碍了有机化学的发展。 -v18281828年，魏勒（年，魏勒（WholerWholer）第一次人工合成了）第一次人工合成了 尿素。尿素。v18451845年，年，KolbeKolbe合成了醋酸合成了醋酸v18541854年，年，BerthelotBerthelot合成了油脂合成了油脂 随着科学的发展，更多的有机物被合成随着科学的发展，更多的有机物被合成，“生活力生活力”才彻底被否定，从此有机化学进才彻底被否定，从此有机化学进入了合成的时代。入了合成的时代。-有 机 物无 机 物组成上组成元素少（约 10 多种） ，

11、数目庞大（约 700多万种） ，都是化合物。组成元素多（100 多种） ，数目较少（60 多万种） ，可以是单质。结构上主要是共价键（C-C，C-H） ，同分异构现象很普遍。共价键，离子键，金属键，同分异构现象不常见。性质上熔沸点低，水溶性差，易燃烧和碳化，反应慢，产物复杂，副产物多。熔沸点高，水溶性好，不易燃烧和碳化，反应快，产物几乎是确定的。1.2 1.2 有机化合物的特点有机化合物的特点( (结构决定性质）结构决定性质）-v极性强的化合物易溶于极性强的溶剂中，极性强的化合物易溶于极性强的溶剂中，极性弱或非极性化合物易溶于弱极性或非极性弱或非极性化合物易溶于弱极性或非极性的溶剂中（物质溶解

12、性能的经验规律极性的溶剂中（物质溶解性能的经验规律之一）之一） 。相似相溶原则相似相溶原则：-v组成元素少：主要含组成元素少：主要含C C、H H，少量的含，少量的含O O、N N、P P、S S、X X 等，由等，由 C C、H H 组成的有机物组成的有机物 3000 3000v有机化合物有机化合物 含碳化合物或碳氢化合物及含碳化合物或碳氢化合物及其衍生物，其衍生物，一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、氰化物等也属于无机物氰化物等也属于无机物 。v有机化学有机化学 研究含碳化合物或碳氢化合物研究含碳化合物或碳氢化合物及其衍生物的化学及其衍生物的化学-1.3 有机化学研究任

13、务有机化学研究任务v1 1 天然有机物的提取、分离，结构鉴定、开发与应用天然有机物的提取、分离，结构鉴定、开发与应用研究，如食品、药物研究，如食品、药物v2 2 研究研究有机物的有机物的结构与性质间的关系结构与性质间的关系，有机物的反应、，有机物的反应、变化经历的途径、影响反应的因素，揭示有机反应的变化经历的途径、影响反应的因素，揭示有机反应的规律，以便控制反应的有利发展方向规律，以便控制反应的有利发展方向v3 3 由简单的有机物（石油、煤焦油）为原料，通过反由简单的有机物（石油、煤焦油）为原料，通过反应应合成合成自然界存在自然界存在oror不存在的有机物不存在的有机物 人们所需人们所需的物质

14、。如：的物质。如： 维生素、药物、香料、染料、农药、维生素、药物、香料、染料、农药、塑料、合成纤维、合成橡胶等塑料、合成纤维、合成橡胶等-1.4 1.4 化学键与分子结构化学键与分子结构v物质的性质物质的性质由分子的性质决定由分子的性质决定v分子的性质分子的性质由分子结构决定由分子结构决定v分子结构的表示分子结构的表示：常用构造和构型表示：常用构造和构型表示 构造原子的连接顺序；构造原子的连接顺序； 构型构型分子的原子和基团在空间的伸展方向分子的原子和基团在空间的伸展方向 -v两种主要化学键：离子键和共价键两种主要化学键：离子键和共价键 ： 19161916年：年： Kossel Kossel

15、 提出离子键理论提出离子键理论 Lewis Lewis 提出共价键理论提出共价键理论 v离子键离子键：大多数无机物，如：大多数无机物，如 NaClNaCl等盐类等盐类 原子通过得失电子达到稳定结构原子通过得失电子达到稳定结构v共价键共价键：大多数有机物，如：大多数有机物，如 糖、醋、天然气等。糖、醋、天然气等。 通过共用电子达到稳定的电子构型。通过共用电子达到稳定的电子构型。v化学键形成的动力化学键形成的动力 原子达到稳定电子构型的趋原子达到稳定电子构型的趋势（惰性气体外层电子构型）势（惰性气体外层电子构型）-1.4.1 1.4.1 价键理论价键理论 量子化学中的一个重要的近似方法：量子化学中

16、的一个重要的近似方法：要点：要点：v1 1 成键条件成键条件自旋方向相反的未成对电子自旋方向相反的未成对电子互相接近（作用）而形成稳定的共价键；互相接近（作用）而形成稳定的共价键；v2 2 饱和性饱和性一个未成对电子，一旦配对，一个未成对电子，一旦配对，就不能与其他的未成对电子配对；就不能与其他的未成对电子配对；v3 3 方向性方向性共价键的形成实质上是共价键的形成实质上是 电子电子云云的重叠的重叠: :电子云的重叠越多，形成的共价电子云的重叠越多，形成的共价键就越强键就越强。-v 键键 ：电子云沿键轴方向重叠成键，电子云绕键轴对电子云沿键轴方向重叠成键，电子云绕键轴对称分布称分布共价键的类型

17、：共价键的类型：+1 s1 s分子轨道氢 分 子2 p1 s+2 p1 s+1 s2 p-共价键的属性共价键的属性1.1.共价键的键能共价键的键能: : 表示化学键牢固的程度表示化学键牢固的程度v 双原子分子：双原子分子：A AB B A AB A. B A. B. B. 解离能解离能 键能键能v 多原子分子：键能为平均解离能多原子分子：键能为平均解离能v 键能越大，两个原子结合越牢固，键越稳定键能越大，两个原子结合越牢固，键越稳定v可以利用共价键的键能来计算反应中的热效应可以利用共价键的键能来计算反应中的热效应-v2. 2. 共价键的键长共价键的键长：分子中两原子间的平衡距离：分子中两原子间

18、的平衡距离 键长越短，表示键越强、越牢固键长越短，表示键越强、越牢固常见共价键键长常见共价键键长化学键化学键键长键长pmpm化学键化学键键长键长pmpmC CH H109109C CN N147147C CC C154154C CO O143143C CC C134134C CF F141141C C C C120120C CClCl(Br(Br，I)I)176176（194194，214)214)- 3.3.共价键的键角共价键的键角：共价键之间的夹角共价键之间的夹角 键长和键角决定着分子的立体形状键长和键角决定着分子的立体形状 例如：例如： CHCH4 4 中的所有的中的所有的 H HC C

19、H H键角键角 为为109 109 0 0 2828 而丙烷中的而丙烷中的 C CCHCH2 2C C 键角键角 为为 112 112 0 0HHHH109.50甲烷H3CHCH3H112 0丙烷-4. 4. 共价键的极性共价键的极性 相同原子相同原子构成的共价键构成的共价键 无极性无极性 不同原子不同原子构成的共价键构成的共价键 极性（强极性（强oror弱）弱）v键的极性键的极性 由于电子云分布不均匀造成由于电子云分布不均匀造成 键的极性与分子的物理化学性质密切相关。键的极性与分子的物理化学性质密切相关。v影响（作用）：影响（作用）：物理常数物理常数 bpbp，mpmp等、反应类型、对其等、

20、反应类型、对其周围化学键活性的影响周围化学键活性的影响-v键的极性以偶极矩键的极性以偶极矩 表示，单位表示，单位 德拜德拜D D（DebyeDebye） 偶极矩偶极矩 是一个向量，用是一个向量，用 表示其方向，箭头指向表示其方向，箭头指向负电中心。负电中心。v共价键的偶极矩共价键的偶极矩 在在 0.4 0.4 3.5 D 3.5 D 之间，偶极矩越大，之间，偶极矩越大，键的极性就越强；键的极性就越强； 注意注意：键的极性和分子的极性的差异：键的极性和分子的极性的差异： 一分子中的化学键有极性，分子不一定为极性一分子中的化学键有极性，分子不一定为极性 分子。分子。 如：氯甲烷分子如：氯甲烷分子

21、极性分子极性分子 而而 四氯甲烷四氯甲烷 非极性分子非极性分子-v一些常见共价键的偶极矩一些常见共价键的偶极矩化学键化学键偶极矩（偶极矩（D）化学键化学键偶极矩（偶极矩（D）CH0.4NH1.31CO1.5OH1.50CCl2.3CO1.15CBr2.2CO2.3 CI2.0-5 5 凯库勒（凯库勒（Kekul.AKekul.A）及古柏尔（）及古柏尔（Couper.ACouper.A）的两）的两个重要原则个重要原则 （1 1） 碳原子是四价的碳原子是四价的：可与四个原子结合成键可与四个原子结合成键 例如：例如：CHHHHCHClHHCH4（2 2） 碳原子自相结合成键碳原子自相结合成键 例如：

22、例如：HHHHHHHHHHHHHHHHHH-6. 6. 分子间力分子间力v范德华力范德华力： 取向力；取向力； 诱导力；诱导力； 色散力。色散力。v氢键：氢键：当氢原子与一个原子半径较小，而电负性当氢原子与一个原子半径较小，而电负性又很强并带有未共用电子对的原子又很强并带有未共用电子对的原子Y Y（F F、O O、N N）结合时产生。结合时产生。直接相连直接相连。HFHFHF+-+电负性大强拉电子作用带正电性几乎裸露的质子-1.4.2 1.4.2 原子轨道和分子轨道原子轨道和分子轨道一一. .概念：概念：v1.1.原子轨道原子轨道: :原子中电子的原子中电子的运动状态运动状态叫原子轨道叫原子轨

23、道. .原子中的电原子中的电子有子有s s电子电子,p,p电子等电子等, ,它们相应的运动状态为它们相应的运动状态为s s轨道和轨道和p p轨道轨道. .电子云s轨道90%界面p轨道xyz-v2.2.分子轨道：分子轨道：分子中的电子的运动状态，由分子中的电子的运动状态，由原子轨道重叠形成，共价键可用原子轨道的原子轨道重叠形成，共价键可用原子轨道的重叠形成的分子轨道来描述；重叠形成的分子轨道来描述；v 用波函数用波函数 表示。表示。- 是从分子的整体出发去研究分子中每一个电子的是从分子的整体出发去研究分子中每一个电子的运动状态运动状态； 形成的化学键的电子是在整个分子中运动的形成的化学键的电子是

24、在整个分子中运动的( (离域键离域键) )； 通过通过SchrSchrdingerdinger方程的解，求出描述分子中的电子方程的解，求出描述分子中的电子运动状态的波函数运动状态的波函数，称为分子轨道；称为分子轨道； 每一个分子轨道每一个分子轨道有一个相应的能量有一个相应的能量E E，近似的表示，近似的表示这个轨道上电子的电离能。这个轨道上电子的电离能。二二. .分子轨道理论分子轨道理论-反键轨道反键轨道v分子轨道分子轨道，是由能量相近的原子的原子轨道，是由能量相近的原子的原子轨道进行线进行线性组合得到的。性组合得到的。 成键轨道成键轨道 2+= 1 2 1= 1 2H H2 2的的分子轨道分

25、子轨道E12-反键轨道反键轨道成键轨道成键轨道 2+= 1 2 1= 1 2乙烯的乙烯的分子轨道分子轨道E E1 12 2-v由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件：由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件： 对称匹配对称匹配: :组成分子轨道的原子轨道的符号组成分子轨道的原子轨道的符号( (位相位相) )必须相同；必须相同； 最大重叠最大重叠: :原子轨道重叠部分越大原子轨道重叠部分越大, ,形成的键形成的键稳定；稳定； 能量相近能量相近: :成键的原子轨道能量相近成键的原子轨道能量相近, ,能量差能量差越小越好。越小越好。-1.5 1.5 有机反应的基本类型有机反应的基本类型v化学反

26、应化学反应 涉及分子中化学键的断裂，即涉及分子中化学键的断裂，即旧键的断裂，旧键的断裂，新键的形成新键的形成，同时生成新的分子。，同时生成新的分子。v以化学键断裂的方式分类：有机分子的以化学键断裂的方式分类：有机分子的C CY Y为例为例： C:Y CC:Y C + Y + Y 均裂均裂 生成自由基，游离基反应生成自由基，游离基反应 C:Y C:C:Y C:- - + Y + Y+ + 异裂异裂 离子型反应离子型反应 C C- -碳负离子生成，碳正离子碳负离子生成，碳正离子C C+ +-v共价键的断裂方式：共价键的断裂方式：决定于分子的结构和反应条件决定于分子的结构和反应条件v中性分子：中性分

27、子： 异裂成正、负离子所需能量异裂成正、负离子所需能量 E E 均裂成自由基，均裂成自由基， 约大于约大于 400KJ/ mol400KJ/ molv在气相或惰性溶剂中：光照或高温下在气相或惰性溶剂中：光照或高温下 均裂为主均裂为主 自由基型反应自由基型反应v在极性溶剂中，或在酸、碱催化下在极性溶剂中，或在酸、碱催化下 异裂为主异裂为主 离子型反应离子型反应-1.6 1.6 有机化合物的分类有机化合物的分类一、根据碳架分为一、根据碳架分为3 3类：l开链化合物开链化合物 : :也称脂肪族化合物也称脂肪族化合物l碳环化合物碳环化合物: :分子中碳链两端闭合形成环，分子中碳链两端闭合形成环， 成为

28、环状化合物：脂环族化合物成为环状化合物：脂环族化合物 或或 芳香芳香族化合物族化合物l杂环化合物杂环化合物 - 开链化合物开链化合物：碳架成直链或带支链无环）碳架成直链或带支链无环） 包括：烷烃、稀烃、炔烃等。包括：烷烃、稀烃、炔烃等。 例如：例如：HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH 由于此类化合物最初是从由于此类化合物最初是从油脂油脂中发现的，也称为中发现的，也称为脂肪族化合物脂肪族化合物。-几种不同表示方法：几种不同表示方法：CCCCHHHHHHHHHHCH3CH2CH2CH3构造式构造式 构造简式构造简式 键线式键线式CCCCHHHHHHHCHHHCH3CHCHCH2CH3-

29、(2)碳环化合物（环状化合物）：碳环化合物（环状化合物）： A 脂环族化合物脂环族化合物：碳碳连接成环，环内可有双键、碳碳连接成环，环内可有双键、叁键。性质与脂肪族化合物相似。叁键。性质与脂肪族化合物相似。 H2CH2CCH2CH2H2CH2CH2CCH2CH2CH2H2C环戊烷环己烷CH2CH2H2C-B 芳香族化合物芳香族化合物：分子中含有一个或多个：分子中含有一个或多个苯环。苯环。 典型的芳香环：典型的芳香环：HCHCCHCHCHHCHCHCCHCCHCCHCHCHHCHCHCCHCCHCCHCHCCCHCHHCHC苯萘菲-3 杂环化合物杂环化合物：由碳原子及其他原子共同组成。由碳原子及

30、其他原子共同组成。例如例如 ：NHOOOSNHNOH2C呋呋喃喃噻噻吩吩吡吡咯咯吡吡啶啶吡吡喃喃-二、二、 按官能团分类按官能团分类v官能团官能团：具有不同性质的原子或基团称为官能团。v含相同官能团的化合物或多或少具有相同的化学 性质，故可按官能团来分类。-v烯烃烯烃 双键双键 C CC v炔烃炔烃 三键三键 C CC Cv卤代烃卤代烃 碳卤键碳卤键 C CX X （X = Cl,Br,IX = Cl,Br,I）v醇、酚醇、酚 羟基羟基 OH OH v醚醚 碳氧碳键碳氧碳键 C CO OC Cv醛醛 醛基醛基 HCHCOv酮酮 羰基羰基 C COv羧酸羧酸 羧基羧基 COCOOHOHv酯酯 酯基酯基 COCOORORv硝基化合物硝基化合物 硝基硝基 NONO2 2v磺酸磺酸 磺酸基磺酸基 SO SO3 3H H v硫醇硫酚硫醇硫酚 巯基巯基 SH SH -作业作业：P15 3-