有机化学课件(全).ppt

1、【必须掌握的内容必须掌握的内容】1.有机化合物及有机化学。有机化合物及有机化学。2.有机化合物构造式的表示方法。有机化合物构造式的表示方法。3.共价键的形成共价键的形成价键法（价键法（sp3、sp2 sp杂化、杂化、键与键与键）和分子轨道法。键）和分子轨道法。4.共价键的基本属性及诱导效应。共价键的基本属性及诱导效应。5.共价键的断键方式及有机反应中间体。共价键的断键方式及有机反应中间体。6.有机化合物的酸碱概念。有机化合物的酸碱概念。共价键的形成及共价键的属性、诱导效应。共价键的形成及共价键的属性、诱导效应。【本章重点【本章重点】第一章第一章 绪绪 论论有机化合物与有机化学有机化合物与有机化

2、学 1、有机化合物：、有机化合物：烃及其衍生物烃及其衍生物(烃：碳氢化合物烃：碳氢化合物)2、有机化学：、有机化学：研究有机化合物研究有机化合物来源、制备、结构、性能、应用来源、制备、结构、性能、应用及其变化规律及其变化规律的科学。的科学。3.有机化合物的研究对象有机化合物的研究对象 有机化学是从有机化学是从分子水平分子水平上研究物质世界最丰富多彩的部分上研究物质世界最丰富多彩的部分 有有机化合物。机化合物。简单有机小分子化合物简单有机小分子化合物（组成、价键、结构、性质、鉴定、反应、（组成、价键、结构、性质、鉴定、反应、合成）合成）复杂有机化合物复杂有机化合物（结构、鉴定、合成）（结构、鉴定

3、、合成）大分子大分子化合物化合物（结构、鉴定、合成、相互作用）结构、鉴定、合成、相互作用）超分子超分子（分子识别、分子识别、分子组装、功能）分子组装、功能）三项内容：三项内容：分离、结构、反应和合成分离、结构、反应和合成 分离分离 从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作孤立出单一纯净的有机物。操作孤立出单一纯净的有机物。结构结构 对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明 其结其结构和特性。构和特性。反应和合成反应和合成 从某一有机化合物从某一有机化合物(原料原料)经过一系列

4、反应转化成一经过一系列反应转化成一已知的或新的有机化合物已知的或新的有机化合物(产物产物)。4 4、有机化学的产生和发展、有机化学的产生和发展 有机化学作为一门学科诞生于：有机化学作为一门学科诞生于：1919世纪初世纪初有有生机生机之物之物 碳化合物碳化合物 碳氢化合物。碳氢化合物。十八世纪前，利用天然有机物。十八世纪前，利用天然有机物。我国古代对天然有机物的利用：植物染料、酿酒、制醋、中草药（神农本草我国古代对天然有机物的利用：植物染料、酿酒、制醋、中草药（神农本草经，汉末）、造纸（汉朝）经，汉末）、造纸（汉朝）其他国家，如古代印度、巴比伦、埃及、希腊和罗马也都在染色、酿酒对天其他国家，如古

5、代印度、巴比伦、埃及、希腊和罗马也都在染色、酿酒对天然有机物进行了利用。埃及人用靛蓝和茜素作木乃伊裹布的染料，古犹太人祈祷然有机物进行了利用。埃及人用靛蓝和茜素作木乃伊裹布的染料，古犹太人祈祷者披巾上的蓝色是从一种地中海鱼中提取出来的。者披巾上的蓝色是从一种地中海鱼中提取出来的。7 7、教学参考书、教学参考书：1、基础有机化学基础有机化学（第二版），邢其毅等编，高教出版社（第二版），邢其毅等编，高教出版社2、基础有机化学习题解答与解题示例基础有机化学习题解答与解题示例 邢其毅等编，北邢其毅等编，北京大学出版社京大学出版社3 3、有机化学有机化学（第二版），郓魁宏主编，高等教育出版社（第二版），

6、郓魁宏主编，高等教育出版社4、有机化学学习及解题指导有机化学学习及解题指导,华北、东北九所高等师范院华北、东北九所高等师范院校合编，科学教育出版社出版校合编，科学教育出版社出版5、有机化学提要、例题和习题有机化学提要、例题和习题,王永梅、王桂林主编，天王永梅、王桂林主编，天津大学出版社出版津大学出版社出版6、有机化学有机化学（第三版），曾昭琼主编，高等教育出版社（第三版），曾昭琼主编，高等教育出版社有机化合物的特点有机化合物的特点 有机化合物的特点通常可用五个字概括：有机化合物的特点通常可用五个字概括：“多、燃、多、燃、低、难、慢低、难、慢”。1 1组成和结构之特点组成和结构之特点 有机化合物

7、种类繁有机化合物种类繁多多、数目庞大（已知有七百多万种、且、数目庞大（已知有七百多万种、且还在不但增加）还在不但增加）但组成元素少但组成元素少（C，H，O，N，P，S，X等）等）原因：原因：1）C原子自身相互结合能力强原子自身相互结合能力强2)结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状）结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状）3)同分异构现象同分异构现象（构造异构、构型异构、构象异构）普遍（构造异构、构型异构、构象异构）普遍例如，例如，C2H6O就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物 2、性质上的特点性质上的特点A、物理性质方面特点物理性质方面

8、特点 1)挥发性大，熔点、沸点挥发性大，熔点、沸点低低2)水溶性差水溶性差（大多不容或（大多不容或难难溶于水，易溶于有机溶剂溶于水，易溶于有机溶剂B B、化学性质方面的特点、化学性质方面的特点1)易易燃燃烧烧2)热稳定性差，易受热分解（许多化合物在热稳定性差，易受热分解（许多化合物在200300度度就分解）就分解）3)反应速度反应速度慢慢4)反应复杂，副反应多反应复杂，副反应多 共价键的形成及其属性共价键的形成及其属性一、共价键的形成一、共价键的形成 共价键的成键条件共价键的成键条件；共价键的饱和性共价键的饱和性；共价键的方向性共价键的方向性。+1 s1 s分子轨道氢 分 子2 p1 s+2

9、p1 s+1 s2 p 1价键理论：价键理论：2、杂化轨道理论、杂化轨道理论sp3、sp2、sp 杂化杂化 （1）不同杂化方式的轨道形状、）不同杂化方式的轨道形状、s 成分的多寡及成分的多寡及不同杂化碳原子的电负性是不同的。不同杂化碳原子的电负性是不同的。着重强调两个问题：着重强调两个问题：sspsp2sp3p电负性：（2）键与键与 键的差异：键的差异：键键 键键存在的情况存在的情况1、可以单独存在。、可以单独存在。2、存在于任何共价键中。存在于任何共价键中。1、必须与、必须与 键共存。键共存。2、仅存在于不饱和键中。仅存在于不饱和键中。键的形成情键的形成情况况成键轨道沿轴向在直线上成键轨道沿

10、轴向在直线上相互重叠。相互重叠。成键轨道对称轴平行，从侧成键轨道对称轴平行，从侧面重叠。面重叠。电子云的分电子云的分布情况布情况1、电子云集中于两原子电子云集中于两原子核的连核的连线上，呈圆柱形分线上，呈圆柱形分布。布。2 2、键有一个对称轴，键有一个对称轴，轴上电子轴上电子云密度最大。云密度最大。1、电子云分布在电子云分布在 键所键所在平面在平面的上下两方，呈块状的上下两方，呈块状分布分布。2、只有对称面，对称面上、只有对称面，对称面上的电子的电子云密度最小（云密度最小（=0）键的性质键的性质1、键能较大。键能较大。2 2、键的旋转：以键的旋转：以 键连接键连接的两原的两原子可相对的自由旋子

11、可相对的自由旋转。转。3 3、键的可极化度：较小。、键的可极化度：较小。1 1、键能较小。、键能较小。2 2、键的旋转：以键的旋转：以 键连接键连接的两原的两原子不能自由旋转。子不能自由旋转。3 3、键的可极化度：较大。、键的可极化度：较大。二、共价键的属性二、共价键的属性1 1、键长：键长：以共价键键合的两个原子核间的距离为键长。以共价键键合的两个原子核间的距离为键长。2 2、键角：键角：同一原子上的两个共价键之间的夹角。同一原子上的两个共价键之间的夹角。3 3、键能：键能：气态时原子气态时原子A A和原子和原子B B结合成结合成1molA-B1molA-B双原子分子双原子分子（气态）所放出

12、的能量。（气态）所放出的能量。4 4、键的极性和键矩键的极性和键矩 三、三、诱导效应：诱导效应：由于成键原子由于成键原子电负性不同电负性不同所引起的，所引起的，电子云电子云沿键链沿键链（包括（包括键和键和键）键）按按一定方向移动的效应一定方向移动的效应，或者说是键，或者说是键的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为诱导效应的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为诱导效应（Inductive effectsInductive effects），通常用），通常用“I I”表示。表示。从下面几组数据中找找规律从下面几组数据中找找规律：(CH3)3CCOOHCH3CH2COOHCH3COOHHCOOHpK

13、a5.504.844.763.77 +I 效应：效应：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3CXCHCY+II效应效应标 准ICH2COOHBrCH2COOHClCH2COOHFCH2COOHpKa3.182.902.862.59 -I 效应：效应：F ClCl BrBr I ICH3COOHClCH2COOHCl2CHCOOHCl3CCOOHpKa4.762.861.360.63 取代羧酸的酸性与在烃基同一位置上引入取代羧酸的酸性与在烃基同一位置上引入-I基团的数目有关，基团的数目有关，数目越多，酸性越强。数目越多，酸性越强。CH3CH2CH2COOHClCH2CH2CH2C

14、OOHCH3CHClCH2COOHCH3CH2CHClCOOHpKa4.824.524.062.80 取代羧酸的酸性与取代羧酸的酸性与-I基团离羧基的距离有关，距离越远，影响基团离羧基的距离有关，距离越远，影响越小。越小。吸电子诱导效应（吸电子诱导效应（-I）：）：供电子诱导效应（供电子诱导效应（+I）：）：HOCOO(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3NR3+NO2SO2RCNSO2ArCOOHFClBrIOArCOORORCORSHOH=CCRC6H5CH=CH2H 原子或基团的吸电子能力顺序如下：原子或基团的吸电子能力顺序如下：有机化学反应的类型和试剂的分类有机化学反应的类型

15、和试剂的分类一、共价键的断裂方式：一、共价键的断裂方式：均裂：均裂：成键的一对电子平均分给两个原子或原子成键的一对电子平均分给两个原子或原子团。均裂生成的团。均裂生成的带单电子的原子或原子团带单电子的原子或原子团称为称为自由基自由基，或游离基。或游离基。自由基不带电荷，呈电中性。有很高的化学活性。自由基不带电荷，呈电中性。有很高的化学活性。自由基反应：自由基反应：通过共价键的通过共价键的均裂均裂而进行的反应。而进行的反应。自由基反应一般在自由基反应一般在光或热光或热的作用下进行。的作用下进行。2、异裂：异裂：成键的一对电子保留在一个原子或原子团成键的一对电子保留在一个原子或原子团上。上。异裂生

16、成了异裂生成了正离子正离子或或负离子负离子。有机化合物异裂生。有机化合物异裂生成成碳正离子（碳正离子（R+R+）或或碳负离子（碳负离子（R-R-）。离子型反应：离子型反应：通过共价键的通过共价键的异裂异裂而进行的反应。离子型而进行的反应。离子型反应一般在反应一般在酸、碱等极性试剂酸、碱等极性试剂的作用下进行。它又分为的作用下进行。它又分为亲核反应亲核反应和和亲电反应。亲电反应。二、有机中间体二、有机中间体自由基自由基碳正离子（碳正离子（R+R+）碳负离子（碳负离子（R-R-）。C+CH3CH3CH3C.HHH(CH3)3C+的结构sp2sp3H3C 的结构CH3CH3HC.(CH3)2CH的结

17、构.三、有机试剂的类型：三、有机试剂的类型：试剂可分为试剂可分为自由基试剂自由基试剂、离子试剂离子试剂。离子试剂又分为离子试剂又分为亲核试剂亲核试剂和和亲电试剂亲电试剂1 1、亲电试剂：、亲电试剂：在反应过程中接受电子或共用电子（这在反应过程中接受电子或共用电子（这些电子原属于另一反应物分子的）的试剂。些电子原属于另一反应物分子的）的试剂。2 2、亲核试剂：、亲核试剂：在反应过程中供给电子的试剂。在反应过程中供给电子的试剂。四、有机反应的基本类型：四、有机反应的基本类型：1 1、按共价键断裂的方式分类：、按共价键断裂的方式分类：1）自由基反应：自由基反应：通过共价键的均裂而进行的反应。通过共价

18、键的均裂而进行的反应。自由基反应一般在光或热的作用下进行。自由基反应一般在光或热的作用下进行。2 2）离子型反应：）离子型反应：通过共价键的异裂而进行的反应。通过共价键的异裂而进行的反应。离子型反应一般在酸、碱等极性试剂的作用下进行。离子型反应一般在酸、碱等极性试剂的作用下进行。它又分为亲核反应和亲电反应。它又分为亲核反应和亲电反应。3 3）周环反应：）周环反应：通过环状过度态而进行的反应。通过环状过度态而进行的反应。亲电反应和亲核反应亲电反应和亲核反应 ：由亲电试剂进攻而发生由亲电试剂进攻而发生的反应为亲电反应。由亲核试剂进攻而发生的的反应为亲电反应。由亲核试剂进攻而发生的反应为亲核反应。反

19、应为亲核反应。自 由 基 反 应周 环 反 应 离 子 型 反 应取 代 反 应 加 成 反 应消 除 反 应重 排 反 应氧 化 还 原 反 应有机化合物的结构有机化合物的结构 分子中原子之间相互连接的顺序叫做分子的分子中原子之间相互连接的顺序叫做分子的构造。构造。表示分子构造的化学式叫做表示分子构造的化学式叫做构造式。构造式。无机化合物无机化合物：一个分子式只代表一个化合物，一个分子式只代表一个化合物，如：如：H2SO4 只代表硫酸。只代表硫酸。有机化合物有机化合物：一个分子式可代表多个化合物，如：一个分子式可代表多个化合物，如：C2H5OH 即代表乙醇又代表甲醚。即代表乙醇又代表甲醚。有

20、机化合物构造式的表示方法通常有：有机化合物构造式的表示方法通常有：H:C:C:C:C H:H H H HH H H HCCCCHHHHHHHHHHCH3CH2CH2CH3CH3(CH2)2CH3或路易斯构造式短线（或网络）构造式构造简式键线式 较常用的为较常用的为构造简式构造简式和和键线式键线式。如：。如：有机化合物的分类及命名有机化合物的分类及命名一、按碳架分类一、按碳架分类1 1、开链化合物：、开链化合物：碳原子相互结合形成链状碳原子相互结合形成链状2 2、碳环化合物：、碳环化合物：含有碳原子组成的碳环含有碳原子组成的碳环1 1）、脂环化合物）、脂环化合物2 2）、芳香族化合物）、芳香族化

21、合物3 3、杂环化合物：、杂环化合物：是环状化合物，这种环是由碳原子和其是环状化合物，这种环是由碳原子和其他元素的原子共同组成他元素的原子共同组成二、按官能团二、按官能团分类分类官能团：官能团：是指有机化合物分子中是指有机化合物分子中特别能起化学反应特别能起化学反应的一的一些原子或原子团。它常常可以决定化合物的主要性质。些原子或原子团。它常常可以决定化合物的主要性质。研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物的一般步骤1 1、分离提纯：、分离提纯：重结晶、升华法、蒸馏法、色层分析法重结晶、升华法、蒸馏法、色层分析法以及离子交换法等以及离子交换法等2 2、纯度的检定：、纯度的检定：测定熔点、沸点、相

22、对密度和折射率测定熔点、沸点、相对密度和折射率等等3 3、实验式和分子式的确定：、实验式和分子式的确定：元素定性分析和定量分析元素定性分析和定量分析、测其分子量，确定实验式和分子式。、测其分子量，确定实验式和分子式。4 4、结构式的确定：、结构式的确定：化学方法化学方法 官能团分析、化学降解及合成官能团分析、化学降解及合成 物理方法物理方法 红外红外(IR)(IR)、紫外、紫外(UV)(UV)、核磁、核磁(NMR)(NMR)、质谱、质谱(MS)(MS)、气液色谱和、气液色谱和X X衍射等。衍射等。化学键的极性：以键矩又称偶极矩（化学键的极性：以键矩又称偶极矩（）来量度。）来量度。偶极矩是向量，

23、带有方向性，一般以偶极矩是向量，带有方向性，一般以“”“”来表示，来表示，箭头表示从正电荷到负电荷的方向。箭头表示从正电荷到负电荷的方向。多原子分子的偶极矩是分子中各个多原子分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的向量和。键的偶极矩的向量和。CHHClCl=5.3410-30C.mHBr=2.6010-30C.m非极性共价键：两个相同原子组成的共价键，成键电子云非极性共价键：两个相同原子组成的共价键，成键电子云均匀分布在两核周围。均匀分布在两核周围。ClCl2 2 ；H H2 2 极性共价键：不同原子组成的共价键，成键电子云均偏向极性共价键：不同原子组成的共价键，成键电子云均偏向电负性大的原子一边

24、。电负性大的原子一边。HClHCl ；H H2 2O O 键的极性键的极性：键的极性大小取决于成键两原子电负性的键的极性大小取决于成键两原子电负性的差值，与外界条件无关，是差值，与外界条件无关，是永久永久的性质。的性质。键的极化性键的极化性：键的极化性是共价键在外电场的作用下，键的极化性是共价键在外电场的作用下，使键的极性发生变化。键的极化性用键的极化度来度量，使键的极性发生变化。键的极化性用键的极化度来度量，其大小除与成键原子的体积、电负性和键的种类有关外，其大小除与成键原子的体积、电负性和键的种类有关外，还与外电场强度有关，是还与外电场强度有关，是暂时暂时的性质。的性质。小结小结：键长与键

25、能键长与键能反映了键的强度，即分子的热稳定性。反映了键的强度，即分子的热稳定性。键角键角反映了分子的空间形象。反映了分子的空间形象。键矩和键的极化性键矩和键的极化性反映了分子的化学反应活性，并影反映了分子的化学反应活性，并影响它们的物理性质。响它们的物理性质。键的极性影响化学反应：键的极性影响化学反应：分子的极性影响物性常数，如：沸点、熔点、溶分子的极性影响物性常数，如：沸点、熔点、溶解度解度键能：键能：气态时原子气态时原子A A和原子和原子B B结合成结合成1molA-B1molA-B双原子分子（气态）双原子分子（气态）所放出的能量。通常键能愈大，键愈牢固。所放出的能量。通常键能愈大，键愈牢

26、固。键的离解能键的离解能：要使：要使1molA-B1molA-B双原子分子（气态）双原子分子（气态）共价键解离为原子（气态）时所需的能量。共价键解离为原子（气态）时所需的能量。H 0,H 0,吸热；吸热；常用符号常用符号 D（A-B）表示。HHHHHH+H H H=+436kJ/molH=+436kJ/mol；D=436kJ/molD=436kJ/molA(A(气气)+B()+B(气气)AB()AB(气气)ClClClClClCl+ClCl D=+242kJ/mol D=+242kJ/molClCl+Cl+ClCl2 Cl2 H=-242kJ/molH=-242kJ/mol 键能与键的离解能的

27、差异：键能与键的离解能的差异：双原子分子：双原子分子：键能即是键的离解能。键能即是键的离解能。多原子分子：多原子分子：键能则泛指分子中几个同类型键的键能则泛指分子中几个同类型键的离解能的平值离解能的平值。有机化合物的分类有机化合物的分类 官能团官能团官能团官能团典型有机化合物典型有机化合物所属类别所属类别 C C C CC H CHXCH3CH2 ClOHCH3CH2 OHOH OCH3 OCH3 C HOCH3 C HOCH3 C O HO C O HONH2CH3 NH2CH2 CH2酮酮练习练习v下列化合物中有下列化合物中有2 2个官能团的是个官能团的是()()A A、CHCH3 3CH

28、CH2 2ClClB B、C C、CHCH2 2=CHCl=CHClD D、ClOHO2NC D同系物同系物结构相似、分子组成相差一个或结构相似、分子组成相差一个或若干个若干个“CHCH2 2”原子团的有机化合原子团的有机化合物互相称为同系物物互相称为同系物结构相似结构相似相同的通式相同的通式相同的官能团相同的官能团相似的化学性质相似的化学性质注意：注意：判断判断(它们是否属于同系物）它们是否属于同系物）CH2=CHCOOHCH3CH2CH2COOHCH2=CHCOOHCH2=CHCH2COOH不是不是是是HOCH2CH2OH（HO）CH2CH（OH）CH2OH不是不是A A、CHCH3 3C

29、HCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3和和 CHCH3 3CHCH（CHCH3 3）2 2B B、CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2OHOH和和CHCH2 2CHCH2 2C C、D D、CHCH2 2=CH-CH=CH=CH-CH=CH2 2和和CHCHCHCHOH OHOH OH 1 1、下列互为同系物的一组是（、下列互为同系物的一组是（）A2 2、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（）相邻的两互为同系物的物质间在相对分子质量上相邻的两互为同系物的物质间在相对分子质量上相差相差1414；分子组成相差若干个分子组成相差若干个CHCH2 2的有机物一定互称为同的有机物

30、一定互称为同系物；系物；同系物间具有相同的通式；同系物间具有相同的通式；具有相同分子通式的化合物间一定互为同系物；具有相同分子通式的化合物间一定互为同系物；具有相同的官能团的有机物一定互称为同系物；具有相同的官能团的有机物一定互称为同系物；同系物间具有相似的化学性质；同系物间具有相似的化学性质；同系物间具有相同的物理性质；同系物间具有相同的物理性质；烃烃:烃的衍生物烃的衍生物只含碳氢元素的有机物只含碳氢元素的有机物烃分子中的氢原子被其它原子或烃分子中的氢原子被其它原子或原子团取代后得到的物质，常含原子团取代后得到的物质，常含C C、H H、O O、N N、P P、X X等元素等元素一、有机化合

31、物的分类一、有机化合物的分类卤代烃卤代烃 醇醇醛醛羧酸羧酸醚醚.XOH C HO C O HO O3 3、按碳的骨架分、按碳的骨架分链状链状化合物化合物环状化合物环状化合物脂环脂环化合物化合物芳香芳香族族化合物化合物脂肪烃脂肪烃链状烃链状烃脂环烃脂环烃又称脂肪族化合物又称脂肪族化合物课堂练习课堂练习、下列各对物质中，按官能团进行分、下列各对物质中，按官能团进行分类，属于同一类物质的是（）类，属于同一类物质的是（）A、CH3OHCH3OHC、CH2OHCH3OHD、CH3OHCOCH3OHCOAB、O CH3C HO3、指出下列有机化合物的所属类别：、指出下列有机化合物的所属类别：CH3CHCH

32、CCH3CH3CCH3A、属于COOHOHCHCH3CHCH2CHCHD、属于B、CH2CHBrCH2Cl属于C、OHH CO属于烯烯卤代烃卤代烃酚、醛酚、醛醇、羧酸醇、羧酸有有机机物物烃烃烃烃的的衍衍生生物物链烃链烃环烃环烃饱和烃饱和烃不饱和烃不饱和烃脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃卤代烃卤代烃含含氧氧衍衍生生物物醇醇醛醛羧酸羧酸CH3CH3CH3BrClCH3OHOHCH3-O-CH3CH3CHOCH3COOHCH3-C-CH3OCH2CH2CH CH酮酮酚酚醚醚酯酯CH3COOCH2CH3小结：小结：链状化合物链状化合物 这类化合物分子中的碳这类化合物分子中的碳原子相互连接成链状。（因其最初是原

33、子相互连接成链状。（因其最初是在脂肪中发现的，所以又叫脂肪族化在脂肪中发现的，所以又叫脂肪族化合物。）如：合物。）如：CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2OH环状化合物环状化合物 这类化合物分子中含有由碳原这类化合物分子中含有由碳原子组成的环状结构。它又可分为两类：子组成的环状结构。它又可分为两类：（1）脂环化合物：是一类性质和脂肪族）脂环化合物：是一类性质和脂肪族化合物相似的碳环化合物。如：化合物相似的碳环化合物。如：OH（2）芳香族化合物）芳香族化合物：是分子中含有：是分子中含有苯环的有机化合物。如：苯环的有机化合物。如：苯苯萘萘醇醇 OH OH 羟基（连接在脂肪烃基上）羟基（

34、连接在脂肪烃基上）CHCH3 3CHCH2 2OHOHCHCH3 3OHOHHOCHHOCH2 2CHCH2 2OHOHCH2OH酚酚 OH OH 羟基（连接苯环上）羟基（连接苯环上）OHOHCH3第三章 有机化合物的同分异构现象 v学习要求：学习要求：v1 掌握立体异构、光学异构、对称因素（主要指对称掌握立体异构、光学异构、对称因素（主要指对称面、对称中心）、手性碳原子、手性分子、对映体、非面、对称中心）、手性碳原子、手性分子、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体等基本概念。对映体、外消旋体、内消旋体等基本概念。v2 掌握书写费歇尔投影式的方法。掌握书写费歇尔投影式的方法。v3 掌握构型的掌

35、握构型的D、L和和R、S标记法。标记法。v4 掌握判断分子手性的方法。掌握判断分子手性的方法。v5 初步掌握亲电加成反应的立体化学。初步掌握亲电加成反应的立体化学。异构现象是有机化学中存在着的极为普遍异构现象是有机化学中存在着的极为普遍的现象。其异构现象可归纳如下：的现象。其异构现象可归纳如下：构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构碳链异构官能团异构官能团异构位置异构位置异构互变异构互变异构构型异构构型异构构象异构构象异构顺反异构顺反异构对映非对映异构对映非对映异构同分异构同分异构单键旋转异构单键旋转异构叔胺翻转异构叔胺翻转异构立体异构立体异构 构造相同构造相同,分子中原子或基团在空间的排列

36、方式不同。分子中原子或基团在空间的排列方式不同。几何异构 因共价键旋转受阻而产生的立体异构。构象异构 因单键“自由”旋转而产生的立体异构。CH3HHCH3HHHCH3HHHCH3CH3CH3旋光异构 因分子中手性因素而产生的立体异构。CH3CC2H5BrClCCH3ClC2H5BrCCH3ClBrH5C2 同分异构是多层次性同分异构是多层次性 构造异构、构造异构、构型异构构型异构和和构象异构构象异构是不同层次上的异构。其是不同层次上的异构。其中构造异构属较低层次的异构形式，其次为构型异构，而中构造异构属较低层次的异构形式，其次为构型异构，而构象异构是较高层次的异构形式。构象异构是较高层次的异构

37、形式。其中低层次异构形式通其中低层次异构形式通常包含有较高层次的异构形式。常包含有较高层次的异构形式。v对映异构是指分子式、构造式相同，对映异构是指分子式、构造式相同，构型不同，互呈构型不同，互呈镜像对映关系的立体异构现象镜像对映关系的立体异构现象。为什么要研究对映异构呢？因：为什么要研究对映异构呢？因：1天然有机化合物大多有旋光现象。天然有机化合物大多有旋光现象。2物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋维生素物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋维生素C可可治治抗坏血病，而右旋的不行）。抗坏血病，而右旋的不行）。3用于研究有机反应机理。用于研究有机反应机理。1848年年 Pasteur（巴斯德（

38、巴斯德 法国化学家）在显微镜下用法国化学家）在显微镜下用镊子将外消旋酒石酸拆分成右旋和左旋酒石酸。镊子将外消旋酒石酸拆分成右旋和左旋酒石酸。二者的关系：二者的关系：互为镜象互为镜象（实物与镜象关系，或者（实物与镜象关系，或者说左、右手关系）。说左、右手关系）。二者无论如何也不能完全重叠。二者无论如何也不能完全重叠。实物与镜象不能重叠的分子，称为手性分子。实物与镜象不能重叠的分子，称为手性分子。手性和对映体手性和对映体手性手性(ChiralityChirality)：实物与其镜影不能重叠的现象。：实物与其镜影不能重叠的现象。一、手性一、手性物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从物质分子

39、能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从分子中有无对称因素来判断。分子中有无对称因素来判断。二、二、对称因素：对称因素：1.对称轴对称轴Cn 以设想直线为轴旋转以设想直线为轴旋转360。/n，得到与原分子相同的，得到与原分子相同的分子，该直线称为分子，该直线称为n重对称轴（又称重对称轴（又称n阶对称轴）。阶对称轴）。CCClClHH三重对称轴(C3)动画演示六重对称轴(C6)动画演示二重对称轴动画演示2.对称面对称面 某一平面将分子分为两半，就象一面镜子，实物（一某一平面将分子分为两半，就象一面镜子，实物（一半）与镜象（另一半）彼此可以重叠，则该平面是对称面。半）与镜象（另一半）彼此可以重叠，

40、则该平面是对称面。CCH3ClClHCCHClHCl对称面对称面3.对称中心对称中心 i 分子中有一中心点，通过该点分子中有一中心点，通过该点 所画的直线都以等距离达到所画的直线都以等距离达到相同的基团，则该中心点是对称中心。相同的基团，则该中心点是对称中心。COOHCOOHBrBrHHHHPCH3CH3BrBrHHHHHHHHP4.交替对称轴（旋转反映轴）交替对称轴（旋转反映轴）Sn HHClClHHClCl旋旋转转HHClClHClClH-HHClClHHClCl9 90 0。交替对称轴动画演示Sn=Cn+（垂直于（垂直于Cn）1956年首次合成了一个有四重更迭轴的分子分子绕设想直线为轴，

41、旋转分子绕设想直线为轴，旋转360360。/n/n后，再用一个与此直后，再用一个与此直线垂直的平面进行反映（即以此平面为镜面，作出镜线垂直的平面进行反映（即以此平面为镜面，作出镜象），如果得到的镜象与原分子完全相同，该直线称为象），如果得到的镜象与原分子完全相同，该直线称为n n重交替对称轴（称重交替对称轴（称Sn ）。）。结论结论：A.有对称面、对称中心、四重交替对称轴有对称面、对称中心、四重交替对称轴的分子均的分子均可与其镜象重叠，是非手可与其镜象重叠，是非手性分子；反之，为手性分子。性分子；反之，为手性分子。至于对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据。至于对称轴并不能作为分子是否具有手性

42、的判据。B.大多数非手性分子都有对称轴或对称中心，只有大多数非手性分子都有对称轴或对称中心，只有交替对称轴而无对称面或对称中心的化合物是少数。交替对称轴而无对称面或对称中心的化合物是少数。既无对称面也没有对称中心的既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是，一般可判定为是手性分子手性分子。分子的手性是对映体存在的分子的手性是对映体存在的必要和充分条件必要和充分条件。如果分子中如果分子中不存在对称面、对称中心和四重更迭对称不存在对称面、对称中心和四重更迭对称轴轴，则这个分子具有手性，则这个分子具有手性实验事实：实验事实：CH3CHCOOHOH从肌肉中得到的肌肉乳酸+3.82。葡萄糖发酵得到的乳酸

43、3.82。酸牛奶中得到的乳酸0。来 源旋 光 性羟基丙酸(乳酸)同为乳酸，同为乳酸，为什么会具有为什么会具有不同的光学性不同的光学性质呢？质呢？COOHCH3OHHCOOHCH3OHHCCCOOHCOOHCH3H3CHOOHHH-三、三、对映体对映体对映体：对映体：分子的构造相同，但构型不同，分子的构造相同，但构型不同，形成实物与镜象形成实物与镜象的两种分子的两种分子，称为对映异构体（简称：对映体）。，称为对映异构体（简称：对映体）。成对存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。成对存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。对映异构动画演示对映异构动画演示v对映异构体之间的物理性质和化学性质基本相同，对映

44、异构体之间的物理性质和化学性质基本相同，只是对平面偏振光的旋转方向只是对平面偏振光的旋转方向（旋光性能）不同。（旋光性能）不同。在在手性环境条件下手性环境条件下，对映体会表现出某些不同的性质，对映体会表现出某些不同的性质，如如反应速度有差异，生理作用的不同等。反应速度有差异，生理作用的不同等。光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。平面偏振光 旋光性与比旋光度旋光性与比旋光度一、旋光性旋光性 普通光在通过尼克尔棱镜后形成的只在一个方普通光在通过尼克尔棱镜后形成的只在一个方向传播的平面光叫偏振光。向传播的平面光叫偏振光。1.偏振光偏振光

45、(plane-polarized light)2.旋光性：旋光性：也称也称光学活性光学活性(optical activity)物质能使偏振光发生偏转的性质。物质能使偏振光发生偏转的性质。结论：结论：物质有两类：物质有两类：（1）旋光性物质）旋光性物质能使偏振光振动面旋转的性质，能使偏振光振动面旋转的性质，叫做旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。叫做旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。（2）非旋光性物质）非旋光性物质不具有旋光性的物质，叫做不具有旋光性的物质，叫做 非旋光性物质。非旋光性物质。3.右旋和左旋右旋和左旋(dextrorotatory and levorotatory)使

46、偏振光振动平面使偏振光振动平面向右旋转向右旋转称称右旋右旋，“+”或或“d”使偏振光振动平面使偏振光振动平面向左旋转向左旋转称称左旋左旋，“-”或或“l”4.旋光度（旋光度（observed rotation)旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度，用旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度，用“a a”表示。表示。它不仅是由它不仅是由物质的旋光性物质的旋光性（与物质的结构有关）（与物质的结构有关）决定的，决定的，也与测定的条件有关。也与测定的条件有关。旋光度大小的影响因素：旋光度大小的影响因素：1 1、温度、温度 2 2、波长、波长 3 3、溶剂的性、溶剂的性质质 4 4、旋光管的长度、旋光管

47、的长度 5 5、旋光管中物质浓度、旋光管中物质浓度旋光仪旋光仪(polarimeter)5.比旋光度（比旋光度（specific rotation)为了便于比较，就要使其成为一个常量，故用比旋光为了便于比较，就要使其成为一个常量，故用比旋光度度来表示：来表示：在一定温度和波长（通常为钠光灯，波长为在一定温度和波长（通常为钠光灯，波长为589 nm）条件下，条件下，样品管长度为样品管长度为1dm，样品浓度为，样品浓度为1gml-1时测得时测得的旋光度的旋光度。是一物理常数。是一物理常数。claaDD-钠光源，波长为钠光源，波长为589nm；T-测定温度，单位为测定温度，单位为a a-实测的旋光度

48、；实测的旋光度；l-样品池的长度，单位为样品池的长度，单位为dm；c-为样品的浓度，单位为为样品的浓度，单位为gml-1。TC(g/ml)l(dm)a 例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于溶解于20ml 氯仿，并放入氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度的测量管中，测得旋光度-0.76o。求其比。求其比 旋光度。旋光度。如何确定一个活性物质是如何确定一个活性物质是+60o的右旋体还是的右旋体还是-300o的左旋体的左旋体？含一个手性碳原子化合物的对映异构含一个手性碳原子化合物的对映异构手性碳原子的概念：手性碳原子的概念：连有四个各不相同基团的

49、碳原子连有四个各不相同基团的碳原子称称为手性碳原子（或手性中心）用为手性碳原子（或手性中心）用C*表示。表示。含有含有一个手性碳原子一个手性碳原子的化合物的化合物一定是手性分子一定是手性分子。它有两种不同的构型，是互为实物与镜象关系的立体异它有两种不同的构型，是互为实物与镜象关系的立体异构体，称为对映异构体（简称为对映体）。构体，称为对映异构体（简称为对映体）。一、对映体、对映体 二、二、外消旋体外消旋体等量的左旋体和右旋体的等量的左旋体和右旋体的混合物混合物称为外消旋体，一般用（称为外消旋体，一般用（或或dldl）来表示。）来表示。无旋光性无旋光性。外消旋体与对映体的比较（以乳酸为例）：外消

50、旋体与对映体的比较（以乳酸为例）：旋光性旋光性 物理性质物理性质 化学性质化学性质 生理作用生理作用 外消旋体外消旋体 不旋光不旋光 mp 18 基本相同基本相同 各自发挥其左右各自发挥其左右 对映体对映体 旋光旋光 mp 53 基本相同基本相同 旋体的生理功能旋体的生理功能对映体对映体互为物体与镜象关系的立体异构体。互为物体与镜象关系的立体异构体。对映异构体都有旋光性，其中一个是对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋左旋的，一个是的，一个是右旋右旋的。所以对映异构体又称为旋光异构体。的。所以对映异构体又称为旋光异构体。外消旋体外消旋体可分离可分离成左旋体与右旋体。成左旋体与右旋体。一、对映体构