有机化学(高鸿宾第四版)第一章绪论.ppt

授课 易嘉玲 手机organicChemistry 有机化学 第一章绪论 第一节有机化合物和有机化学一 有机化合物和有机化学的定义二 有机化合物的特点第二节分子结构和结构式第三节共价键一 化学键二 共价键理论三 共价键的属性四 共价键的断裂和有机反应的类型 本章重点 共价键的形成及共价键的属性 诱导效应 必须掌握的内容 1 有机化合物及有机化学 2 有机化合物构造式的表示方法 3 共价键的形成 价键法 sp3 sp2 sp杂化 键与 键 4 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 有机合成的发展与 生命力 论的破产 18世纪末 19世纪中叶 有机化学发展的初期 这一时期的特点是 主要工作是从天然物中提取纯的有机化合物 积累实验资料 建立分析方法 分析纯有机化合物的化学组成 这一时期 工作最显著的当属瑞典的一位药剂师舍勒 S W Scheele 第一节有机化合物和有机化学 瑞典药剂师舍勒 C W Scheele 1770年 酿酒副产物酒石酸 1776年 植物汁液草酸 1780年 酸牛奶乳酸 1784年 柠檬柠檬酸 1785年 苹果苹果酸 1780年 人尿尿素 1783年 橄榄油甘油 1786年 五味子没食子酸 这个时期其他化学家的主要工作 1773年 牛和骆驼尿 马尿酸 1805年 鸦片 吗啡 1815年 动物脂肪 胆固醇 1820年之后相继得到 金鸡纳碱 番木鳖碱 辛可宁碱等 1805年由鸦片内取得第一个生物碱 吗啡 有机化学这个名词是在1806年由瑞典化学家贝采利乌斯首先提出来的 意思是指 有生机之物 在动植物体内的生命力影响下 才能形成有机物 在实验室是无法合成有机物的 瑞典 伯齐利乌斯 Berzilius 生命力 论 VitalPower Organic derivedfromlivingorganismVitalforcetheory Organiccompoundsneedsa vitalforce tocreatethem 我应当告诉您 我制出了尿素 而且不求助于肾或动物 无论人或犬 1828年 德 维勒 W hler 在加热氰酸铵时得到了尿素 他兴奋地告诉了他的老师 生命力论的代表人物Berzilius 尿素的合成是特别值得注意的事实 因为他提供了一个从无机物人工制成有机物并确实是动物体上的实物的例证 1828年Wohler 1845年 柯尔贝 Kolbe 完全以无机物为原料合成了醋酸 1854年 柏赛罗 Berthelot 合成了油脂 人们又合成了酒石酸 柠檬酸 琥珀酸 苹果酸 等 在一连串铁的实事面前 生命力 论就象一艘触礁的破船 被淹没在有机合成的浪滔之中 开辟了有机合成的新纪元 新的有机化合物层出不穷 1900年 15万年增加量1945年 110万 2 1万 1961年 175 4万 1972年 400万 20万 1984年 近800万 33万 1990年 1057 6万 42万 第一千万种化合物上世纪最后一天据美国CA统计 2343万 128万 年增 有机化学 研究含碳化合物的化学 凯库勒 A Kekul 1829 1896 研究碳氢化合物及其衍生物的化学 肖莱马 K Schorlemer 1834 1892 一 有机物和有机化学的定义 有机化合物 碳化合物 碳氢化合物 不含碳的有机物 SiH4 硅烷 不含氢的有机物 如CCl4 四氯化碳 二 有机化合物的特性 有机化学成为独立学科的原因 有机化合物的特点可用五个字概括 多 燃 低 难 慢 以上特点是由有机物中的共价键决定的 因此有机化学也是研究共价键的形成和断裂的科学 有机物和无机物的区别 第二节分子式和分子构造式 无机物 一个分子式只代表一个化合物 如 H2SO4只代表硫酸 有机化合物 一个分子式可代表多个化合物 C2H6O 三 有机化合物构造式的表示方法 CH3CH2CH2CH3 较常用的为构造简式和键线式 如 第二节分子式和分子构造 2 2 3 6 四甲基庚烷 第三节共价键 2 共价键 由两个原子间共用一对电子生成的化学键 1 离子键 通过成键原子的电子得失产生正负离子 正负离子依靠静电吸引力而形成化学键 一 化学键 chemicalbond 原子间通过一定的作用而结合成分子的力 惰性气体构型 碳处于元素周期表第四主族 电负性居中 不易获得或失去价电子 易形成共价键 共价键的形成 最外层电子为8或2个时 结构与稀有气体相当 氦 氖 最稳定 称为八隅体 两个原子间一对电子配对成键 1 4共价键 在相互结合的两个原子间画一短线作为化学键的符号 什么是稀有气体 什么是稳定的电子构型 稀有气体元素指氦 氖 氩 氪 氙 氡 除氩气外 其余在大气中含量很少 故得名 稀有气体 曾被称为 惰性气体 较早发现的 氩 拉丁文原意是 懒惰 其结构特点是原子最外层电子构型为2电子1s2和8电子构型 ns2np6 由于稀有气体的化学性质很不活泼 所以这样的构型视为稳定的结构 所以 无论离子键还是共价键 都是要使成键原子达到八隅体结构 共价键有不同的分类方法 按共用电子对的数目分类 有单键 Cl Cl 双键 C C 叁键 C C 等 按共用电子对是否偏移分类 有极性键 H Cl 和非极性键 Cl Cl 按电子云重叠方式分类 有 键和 键 第三节共价键 键 电子云沿键轴 头碰头 成键 如C C 键 电子云沿键轴 肩并肩 成键 如C C中键能较小的键 二 共价键形成的本质 价键理论 valencebondtheory 1 共价键的形成 是成键原子的原子轨道 电子云 相互交盖的结果 氢原子轨道交盖氢分子 电子绕核运动有什么特点 答 电子绕核运动的特点1 电子的质量极小 9 1 10 31千克 2 电子绕核运动的速度极快 106m 秒 3 电子核外运动无确定的轨道 不能精确测定电子在任一时刻所在的位置 不能绘出其运动轨迹 所以完全不同于如行星 炮弹 尘粒的宏观粒子运动状况 什么是电子云 电子绕核运动无确定的轨道 无规可循吗 答 用统计的方法得到其规律 原子轨道 电子云 原子核外电子运动的轨迹 空间区域 电子云描述电子在原子核外空间某处出现机会的多少 用一个小黑点表示电子出现的一次概率 电子在核外某区域频繁 快速地出现 巨多个黑点聚集好像带负电荷的云笼罩在原子核的周围 形象地称它为 电子云 称这个电子运动的区域为原子轨道 电子云有不同的形状 s电子云呈球形 p电子云呈纺锤形 或亚铃形 第三节共价键 原子轨道的重叠 两原子核受核间电子云的吸引而靠近成键 核间电子云密度越大 键越强 2 共价键的饱和性和方向性饱和性 一个未成对的电子配对成键后就不能与其它未成对电子配对 方向性 最大重叠原理 两个电子的原子轨道的重叠部分越大 形成的共价键就越牢固 2p 1s y x 1s 2p y x 第三节共价键 但碳是四价 即碳原子的价电子是四 根据共价键的饱和性 碳的价电子应是二 3 轨道杂化 碳原子结构示意图 第三节共价键 杂化 混合后再重新分配 能量相等 a 碳原子轨道的sp3杂化 基态 激发态 sp3杂化态 第三节共价键 在一个原子中不同类型的原子轨道混合形成新的轨道的过程 称为原子轨道的杂化 所得的新原子轨道称为杂化轨道 杂化后的好处 更有利于成键 总的来说 轨道能量降低 sp3Hybridization ToformaTetrahedronCarbon BondinginMethane sp3Hybridization BondinginEthane C C键 s键 sp3 sp3 C H键 s键 1s sp3 sp3Hybridization 键长 成键原子的原子核间的平均距离 1 键长 bondlengths 小结 共价键的形成是原子轨道的重叠 饱和性 方向性 杂化轨道 2 键能 bondenergy 键能反映了共价键的强度 键能越大则键越牢固 键能 形成共价键时体系释放的能量 或断裂共价键时体系吸收的能量 三 共价键的属性 键角 两价以上的原子在与其它原子成键时 键与键之间的夹角 键角反映了分子的空间结构 三共价键的属性 4 键的极性和诱导效应 1 共价键的极性 电负性 一个元素吸引电子的能力 键的极性 反映键的断裂能力 与反应活性相关 极性共价键 不同的原子成键时 由于原子的电负性不同 使电负性较强原子一端的电子云密度较大 三共价键的属性 2 诱导效应 Inductiveeffect 详见第十二章12 6 1 由于分子内成键原子的电负性不同 而引起分子内电子云密度分布不均匀 这种影响沿分子链键静电诱导地传递下去 这种电子效应 诱导效应 I 部分正电荷 部分负电荷 2 共价键的属性 有机反应的本质 旧键的断裂和新键的生成 CCl4 四 共价键的断裂和有机反应的类型 有机反应 organicreactions 试剂 reagent 溶剂 产物 product 反应物 reactants 1 均裂 两原子间的共用电子对均匀分裂 产生活泼的自由基 游离基 断键后X Y各带一个未配对电子 呈电中性 称为自由基或游离基 freeradical 经自由基进行的反应叫自由基反应 例如 Cl Cl 光照 Cl Cl CH4 Cl CH3 H Cl 2 异裂 共价键断裂时 两原子间的共用电子对完全转移到其中的一个原子上 产生正 负离子 经这种断裂方式发生的反应叫离子型反应 例如 CH3 3C Cl CH3 3C Cl 3 有机反应活性中间体 碳正离子 碳负离子和碳自由基 通常称为活性中间体 activeintermediate 3 共价键的断裂和有机反应的类型 思考 以上这些中间体是如何生成的 有机反应是通过何种中间体反应的 自由基反应 离子反应 亲电或亲核反应 有机反应类型 自由基取代反应自由基加成反应亲电加成反应亲电取代反应亲核取代反应亲核加成反应 均裂 异裂 本章小结 1 有机化学概念 2 有机化合物特点 种类多 热稳定性差 易燃 低熔点沸点 难溶于水 反应速度慢 3 共价键的形成 原子轨道的重叠或交盖 饱和性 方向性 杂化轨道 4 共价键的断裂 均裂 异裂 5 共价键的键参数 键长 键角 键能 键距 6 共价键的极性和诱导效应 学习要求 一定要通读教材 听课与阅读结合 多练