有机化学6-第版主编课件.ppt
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1、有有 机机 化化 学学6 6第第 版版主主 编编 吕以仙吕以仙副主编副主编 陆陆 阳阳研究有机化合物的一门科学。研究有机化合物的一门科学。二、有机化合物(二、有机化合物(organic compund)1894年年有机化合物就是含碳化合物有机化合物就是含碳化合物葛美林(葛美林(Gmelin.L)、凯库勒凯库勒KeKule.A)肖莱马(肖莱马(Schorlemmer,c.)有机化合物就是碳氢化合物及其衍生物有机化合物就是碳氢化合物及其衍生物(一)国内历史记载(一)国内历史记载周礼周礼记载记载“染人染人”、“醯人醯人”染色、制酒、醋染色、制酒、醋周王时代:用胶周王时代:用胶汉朝时代:发明造纸汉朝时
2、代:发明造纸 人类文明的一个重人类文明的一个重要贡要贡 献;造纸在唐代通过阿拉伯传入献;造纸在唐代通过阿拉伯传入 欧欧 洲洲汉朝末年:汉朝末年:神农本草经神农本草经 世界最早的一世界最早的一 部药典;内载部药典;内载265种重要药物,大部种重要药物,大部 分为有机物分为有机物(二)最早提取纯有机物的历史记载(二)最早提取纯有机物的历史记载1769年:提取纯的有机酸年:提取纯的有机酸葡萄汁葡萄汁 酒石酸酒石酸柠檬汁柠檬汁 柠檬酸柠檬酸尿尿 尿酸尿酸酸牛奶酸牛奶乳酸乳酸1773年:首次由尿内提取纯的尿素年:首次由尿内提取纯的尿素1805年:由鸦片内提取得第一个生物碱吗啡年:由鸦片内提取得第一个生物
3、碱吗啡 虽然人们已制取了不少的纯有机物,但关于它的虽然人们已制取了不少的纯有机物,但关于它的内部组成及结构分析问题,却长期没有得到解决。内部组成及结构分析问题,却长期没有得到解决。(三)有关有机物组成、结构等问题的发展(三)有关有机物组成、结构等问题的发展、燃素学说统制了当时的化学界,、燃素学说统制了当时的化学界,阻碍了有机化学的发展。阻碍了有机化学的发展。2、拉瓦锡(、拉瓦锡(A.Lavoisier)燃烧理论化)燃烧理论化学上的一次飞跃。学上的一次飞跃。拉瓦锡拉瓦锡(Lavoisier,A.L.1743(Lavoisier,A.L.17431794)1794)法国杰出化学家,现代化学法国杰出
4、化学家,现代化学创始人。大学学习法律,又学过数创始人。大学学习法律,又学过数学、天文学、植物学和化学。学、天文学、植物学和化学。在研究化学时,推崇观察和实在研究化学时,推崇观察和实验方法,遵循简单性原则;习惯采验方法,遵循简单性原则;习惯采用用“分析与合成相结合的方法分析与合成相结合的方法”,注意将物理方法应用到化学中,是注意将物理方法应用到化学中,是有机化学的奠基人。法国皇家科学有机化学的奠基人。法国皇家科学学士院会员。学士院会员。他做了大量的燃烧实验他做了大量的燃烧实验17811781年年 蜡、酒精、橄榄油蜡、酒精、橄榄油C C、H H、O O、X X组成组成 18101810年年 蔗糖(
5、乳糖、淀粉)蔗糖(乳糖、淀粉)3 3、柏则里(、柏则里(.Berzelius.Berzelius)“生命力论生命力论”4、1828年德国化学家魏勒(年德国化学家魏勒(F.hler)首次)首次利用无机物合成尿素。利用无机物合成尿素。维勒维勒(Friedrch Wohler,18001882),人工合成尿素的首创者。人工合成尿素的首创者。NH4CNOCO(NH2)2 “论尿素的人工制成论尿素的人工制成”发表发表在在1828年年物理学和化学年鉴物理学和化学年鉴第第12卷上。卷上。这项工作是开辟有机合成的先例,同时推翻了这项工作是开辟有机合成的先例,同时推翻了当时盛行的当时盛行的“生命力论生命力论”,
6、成为化学史上的一个里,成为化学史上的一个里程碑而载入史册。程碑而载入史册。5、1845年柯尔伯年柯尔伯(H.Kolbe)合成醋酸合成醋酸 柯尔柏柯尔柏(Kolbe,A.W.H 1818-1884),德国有机化学德国有机化学家家。1844年,由氯、水、四氯年,由氯、水、四氯化碳在光作用下合成三氯醋酸,纠化碳在光作用下合成三氯醋酸,纠正了贝采利乌斯把三氯醋酸称为氯正了贝采利乌斯把三氯醋酸称为氯化碳草酸的错误。由无机物合成有化碳草酸的错误。由无机物合成有机物,支持了维勒由无机物合成有机物,支持了维勒由无机物合成有机物的实验。机物的实验。1848年与富兰克兰年与富兰克兰(林林)把乙腈碱性水解得把乙腈碱
7、性水解得到醋酸,后来发展成氰水解合成有机酸的一般方法到醋酸,后来发展成氰水解合成有机酸的一般方法 1854年伯赛罗年伯赛罗(M.Brethelot)合成油脂合成油脂18501900年,合成有机化学时代年,合成有机化学时代 煤焦油化学时代煤焦油化学时代19001940年,有机化学工业时代年,有机化学工业时代 煤焦油煤焦油染料、药物、炸药染料、药物、炸药1940年,石油化工时代年,石油化工时代 石油石油三大合成材料(橡胶、塑料、合成纤维)三大合成材料(橡胶、塑料、合成纤维)1990年,有机化学与生命科学、环境科学、材料科年,有机化学与生命科学、环境科学、材料科学、能源工业、国防工业、电子工业、信息
8、产业、无学、能源工业、国防工业、电子工业、信息产业、无机非金属材料、各种轻工行业紧密联系,相互促进。机非金属材料、各种轻工行业紧密联系,相互促进。第二节第二节 共价键(共价键(covalent bonds)一、经典共价键理论一、经典共价键理论 1916年,柯塞尔年,柯塞尔(W.Kossel)和路易斯和路易斯(G.N.Lewis)提出了离子键和共价键的概念提出了离子键和共价键的概念 路易斯路易斯(G.N.Lewis,18751946),美国化学家美国化学家。创立了电创立了电子对理论;提出了新的酸、碱理论子对理论;提出了新的酸、碱理论和开辟了热力学非理想体系的研究。和开辟了热力学非理想体系的研究。
9、1916年在年在“原子与分子原子与分子”一一文中,首次提出双中心双电子键的文中,首次提出双中心双电子键的假设,指出两个(或多个)原子可假设,指出两个(或多个)原子可以通过共用一对或多对电子形成具以通过共用一对或多对电子形成具有惰性气体的电子结构,而生成稳有惰性气体的电子结构,而生成稳定分子。定分子。共价键是原子间通过共用电子对相互结合而成的共价键是原子间通过共用电子对相互结合而成的八隅体电子结构是经典价键理论的依据八隅体电子结构是经典价键理论的依据CH4CHHHHC2H4CHHHCHCHHHHCCHHHH 这种这种用电子对表示共价键结构的化学式称用电子对表示共价键结构的化学式称为路易斯结构式为
10、路易斯结构式CH3OCH3CH3OCH3HONOOHNO3+-HONOOHONOO二、现代共价键理论二、现代共价键理论(一)原子轨道(一)原子轨道 电子在核外空间运动遵循量子力学规律,它电子在核外空间运动遵循量子力学规律,它在空间的运动状态可用波函数在空间的运动状态可用波函数 (习惯上称习惯上称原子轨原子轨道道)来描述。)来描述。S轨道轨道xyzp轨道轨道xyz(二)现代共价键理论基本要点(二)现代共价键理论基本要点 1、当两个原子相互接近到一定距离时,、当两个原子相互接近到一定距离时,自自旋方向相反旋方向相反的单电子相互配对(即两的单电子相互配对(即两原子轨道原子轨道重叠重叠)2、共价键的饱
11、和性共价键的饱和性每个原子形成共价键每个原子形成共价键的数目取决于该原子中的单个电子数目的数目取决于该原子中的单个电子数目 3、共价键的方向性共价键的方向性共价键的形成必须尽共价键的形成必须尽可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向进行。可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向进行。4、杂化杂化同一个原子中参与成键的几个能同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合,重新分配能量量相近的原子轨道可以重新组合,重新分配能量和空间方向,组成数目相等的,成键能力更强的和空间方向,组成数目相等的,成键能力更强的新的原子轨道的过程。这种新的原子轨道叫做杂新的原子轨道的过程。这种新的原子轨道叫做杂化轨道。
12、化轨道。三、杂化轨道三、杂化轨道(一)sp3 杂化杂化2s2px2py2pz激发2s2px2py2pz杂化sp3xyzxyz109o28(二)sp2 杂化杂化2s2px2py2pz激发2s2px2py2pz杂化2pzsp2xyzxyzxz120(三)sp 杂化杂化2s2px2py2pz激发2s2px2py2pz杂化2pxsp2pzxyzxyzxyz四、共价键的属性四、共价键的属性键长、键角、键能和键的极性等物理量键长、键角、键能和键的极性等物理量(一)(一)键长键长 成键两原子核间的距离成键两原子核间的距离(pm)(二)键角(二)键角 分子中一个原子与另外两个原子分子中一个原子与另外两个原子形
13、成的两个共价键在空间所夹的角形成的两个共价键在空间所夹的角见表见表1-1所示所示如如:甲烷键角为:甲烷键角为10928(三)(三)键能键能1、离解能、离解能 裂解分子中某一个共价键时所需的能量裂解分子中某一个共价键时所需的能量 2、键能、键能 以共价键结合的双原子分子裂解成原子以共价键结合的双原子分子裂解成原子时所吸收的能量时所吸收的能量双原子分子:键能离解能双原子分子:键能离解能多原子分子:键能离解能的平均值多原子分子:键能离解能的平均值CH4CH3 435.1 kJmol -1HCH3CH2 443.5 kJmol -1HCH 443.5 kJmol -1HCH2甲烷的键能甲烷的键能415
14、.3kJkJmolmol-1-1 CHC 338.9 kJmol -1H(四)共价键的极性(四)共价键的极性1、非极性共价键、非极性共价键 H H、极性共价键、极性共价键 H +l -共价键的极性取决于成键的两原子的电负性之差共价键的极性取决于成键的两原子的电负性之差电负性之差大于电负性之差大于1.7 为离子键为离子键电负性之差小于电负性之差小于1.7 为共价键为共价键电负性之差在电负性之差在0.71.6 之间为极性共价键之间为极性共价键第三节第三节 分子的极性和分子之间的作用力分子的极性和分子之间的作用力一、极性分子一、极性分子二、偶极距二、偶极距(dipole moment)=e d单位:
15、库仑单位:库仑 米;德拜;米;德拜;1德拜德拜 3.3610-3库仑库仑 米米有方向性:有方向性:COOCClClClClCClHHH =0 D =0 D =1.94 D三、分子间的作用力三、分子间的作用力(一)偶极偶极作用力(一)偶极偶极作用力箭头由正端指向负端、指向箭头由正端指向负端、指向电负性更大的原子。电负性更大的原子。CClHHHCClHHH+偶极偶极作用力偶极偶极作用力(二)氢键(二)氢键HOHHOH氢键氢键 较小原子半径、较小原子半径、电负性强、有未共电负性强、有未共用电子对的原子可用电子对的原子可与氢原子形成氢键。与氢原子形成氢键。常见的原子常见的原子O,N,F(三)凡德华力(
16、三)凡德华力非极性分子瞬时偶极之间的作用力非极性分子瞬时偶极之间的作用力第四节第四节 有机化合物的官能团和反应类型有机化合物的官能团和反应类型一、官能团一、官能团(功能基功能基)有机化合物分子中能体现一有机化合物分子中能体现一类化合物性质的原子或原子团类化合物性质的原子或原子团 见见 表表1-4二、有机化合物的反应类型二、有机化合物的反应类型(一)(一)游离基反应游离基反应 共价键均裂共价键均裂CYCY+游离基游离基(自由基自由基)(二)离子反应(二)离子反应 共价键异裂共价键异裂CYYC+_正碳离子(碳正离子)正碳离子(碳正离子)CYYC+_负碳离子(碳负离子)负碳离子(碳负离子)第五节第五
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