1-3.有机化学简史,绪论,有机化合物的特性和结构

1、南京理工大学,anjing University of Science 反应机理 生物有机化学等,反应物,产物,4. 基础有机化学内容简介,有机化合物的结构与反应,反应,性质,结构,有机反应与反应机理,有规律的反应,特殊反应,反应原理 反应过程 机理 反应规律,有机反应的应用有机合成,简单化合物,多步反应,复杂分子,反应物,如何 步骤最少 产率最高,5,A. 结构观点：记住每一类化合物（每一 章）中最简单的那个物质的结构，然后理解这种结构变化的对其性质影响的规律。掌握这类物质进行反应的规则，并以结构为基础记忆反应，理解反应实质，活学、活用反应。 B. 反应：以结构与性质关系为线索活学、活用反应

2、，理解一类物质为什么会发生这几种反应，掌握每种反应发生时所遵循的基本规则,6. 学好本课程的经验,C. 规律、基本理论和反应机理的数量都是有限的，一定要理解且掌握，学懂弄通后帮助理解反应和运用反应进行有机合成。 D. 实验：学习技能和技巧，培养观察现象，分析问题和解决问题的能力。 最终具有综合运用知识解决现实问题的能力,不要通过死记来学习本课程，那不是你的工作。也不要去设想可以不记忆任何东西就达到目的。 1. 不要被落下！课程进展很快，如果被落下要追上是很困难的。 2. 多做思考题。每个人都需要做练习，思考题将告诉你什么地方需要更加努力,7,有机化合物 含碳的化合物 有机化学（Organic

3、Chemistry） 研究有机化合物的组成、结构和性质及其变化规律的科学,8 有机化学和有机化合物,H,C,N,O,F,P,S,Cl,Br,I,Si,B,有机化合物中常见的元素,8.1 有机化合物的特性： 1. 对热不稳定，易燃烧（极少数例外） 2. 熔点较低（一般在250oC以下） 3. 易溶解于有机溶剂中，大部分难溶于水。 4. 同分异构体较多,8.2 分子结构和结构式,结构式、短线式、蛛网式,结构简式、缩简式,结构简式、缩简式,键线式,有机分子中的化学键 共价键 碳是四价的 碳与碳之间可以成键，形成复杂化合物,直链,带侧链,环状,8.3 共价键,8.4 经典结构理论,八隅体 (Octet

4、)：原子总是倾向获得与惰性气体相同的 价电子排布 (价电子层达到8个电子的稳定结构) 离子键：稳定的正、负离子通过静电引力而形成。 共价键：两个带正电的原子核对共用电子对的吸引,使两原子结合在一起而形成的化学键,C: 1s22s22p2 最外层4个价电子 中等电负性 可通过与其它原子共享电子满足八隅体（成共价键,单键 由一对共享电子形成的键 双键 由两对共享电子形成的键 叁键 由三对共享电子形成的键,8.5 Polarization of Covalent Bonds,In chloromethane (CH3Cl), the polarization generated by the mor

5、e electronegative chlorine creates a dipole moment in the molecule,一些元素的电负性,8.6 有机化合物结构的常用表达方式,Lewis 电子式,价键式,缩写式,甲烷,乙烯,乙炔,单键,双键,叁键,氯甲烷,乙醇,丙酮,Lewis 电子式,价键式,缩写式,8.7 共价键形成的理论解释,1. 价键理论 原子轨道：原子中，电子的空间运动状态。 原子轨道交盖理论： 形成共价键的两个原子，必须带有自旋方向相反的未成对电子，并且它们的能量相差不大，由于引力而互相靠近，两个原子轨道彼此交盖，交盖的部分电子云密度较大，把两个原子核吸引在一起，使两

6、个原子结合起来，形成共价键。 2. 轨道杂化 3. 分子轨道理论 分子轨道是电子在整个分子中运动的状态函数,描述波的数学函数式叫做波函数。电子运动具有波动性，所以也可以用波函数来描述其运动状态,在量子力学中，用波函数来描述核外电子运动状态。习惯上就称波函数为“原子轨道”(atomic orbital)。波函数与原子轨道是同义词。 这里的原子轨道是指电子在核外运动的空间范围，而与经典力学中有固定轨迹的“轨道”(orbit)概念完全不同，必须严格区分，切不能混淆,8.8 量子化学中的重要概念和结论,原子轨道角度分布图即为角度波函数Y(,)的空间图象。 s 轨道为球形，仅有一种，无正负之分。 p 轨

7、道为哑铃形，有三种不同取向，均有正负之分。 d 轨道为花瓣形，有五种，均有正负之分。 应着重指出，“s 电子绕核作圆形运动”、“p 电子是走8字”的说法都是错误的,电子云和原子轨道是从两个不同角度描述原子中电子运动的行为的。电子云反映了电子在核外空间某点的概率密度分布，原子轨道则描述了核外电子的运动状态,s 轨道空间一种取向, 一条 s 轨道,p 轨道,三种取向, 三条等价(简并) p 轨道,d 轨道,空间五种取向, 五条等价(简并) d 轨道,什么是轨道的 “节点” 和 “节面” ,如2s轨道的两种表示法中，(a)中原子核附近(r = 0)电子概率最高, 在离核某个距离处下降到零, 概率为零

8、的这个点叫节点,对p轨道, 电子概率为零的区域是个平面, 称之为节面。px轨道的节面是 yz 平面, py 轨道和 pz 轨道的节面分别是 xz 平面和 xy 平面,The s Orbitals,The p Orbitals,8.9 杂化轨道理论与有机分子结构,原子轨道理论（s 轨道、p 轨道） 原子轨道则是一个描述了电子在核内的概率分布的数学方程. 共价键：两个带有自旋反平行单电子轨道的交叠 （s 键 和 p 键） 杂化轨道理论：成键之前原子轨道进行了重组,四面体型分子,平面型分子,直线型分子,C-H键长度相等,有一根键较活泼,有两根键较活泼,跃迁,原子轨道重组,4个sp3轨道,C: 1s2

9、2s22p2,碳原子的几种轨道杂化,sp3杂化,四面体型,电子云集中在一个方向,甲烷(CH4)的 成键示意,s 键 轴对称方式交叠,sp2杂化,跃迁,原子轨道重组,3个sp2轨道 2py,平面型,Bonding in Ethene: A Double Bond,乙烯(CH2=CH2)的成键示意,p 键 侧面交叠 （电子云结合较松散,sp杂化,跃迁,原子轨道重组,直线型,乙炔(CHCH)的成键示意,Bonding in Ethyne: A Triple Bond,Bond angle of the sp carbon: 180,A triple bond consists of one s bo

10、nd and two p bonds,Bonding in the Methyl Cation,Bonding in the Methyl Radical,Bonding in the Methyl Anion,Bonding in Water,Bonding in Ammonia and in the Ammonium Ion,共价键的形成可看成是电子云的重叠，电子云重叠越多，共价键就越牢固,由原子轨道组成分子轨道，必须符合三个条件： 对称匹配（位相相同）(2) 最大重叠(3)能量相近。 共价键的饱和性：原子的价键数等于其未成键电子数。 共价键的方向性：原子轨道必须最大重叠。 轨道：以H2为

11、例，s轨道重叠生成的轨道是呈圆柱形对称，键轴是它的对称轴，这样的轨道叫轨道。 键：生成轨道的重叠方式叫做重叠， 轨道上的电子叫做电子，形成的键叫做键,8.10 Molecular Orbitals,Molecular orbitals belong to the whole molecule,s bond: formed by overlapping of two s orbitals,Bond strength/bond dissociation: energy required to break a bond or energy released to form a bond,In-pha

12、se（同向） overlap forms a bonding MO; out-of-phase（反向） overlap forms an antibonding MO,Sigma bond (s) is formed by end-on(断点) overlap of two p orbitals,A s bond is stronger than a p bond,Pi bond (p) is formed by sideways overlap of two parallel p orbitals,9. 共价键的断裂和有机反应的类型 (1) 均裂: 共价键断裂时，成键的一对电子平均地分给两个

13、原子或基团，生成的带电子的原子或原子团叫自由基. A:B A. + B. Cl:Cl Cl. + Cl. CH4 + Cl. CH3. + Cl2 (2) 异裂: 共价键断裂时，成键的一对电子为其中的一个原子或原子团所有,生成了正离子与负离子. C:X C+ + X- 形成碳正离子 C:X C- + X+ 形成碳负离子,10 有机化合物的几何形象与立体结构化学,烷烃：四面体型,用键线式简化结构式,省略了什么,烯烃：平面型,炔烃：直线型,11. 有机化合物分类,按碳架分类,链状化合物,环状化合物,直链,支链,碳环,杂环,芳环,不饱和,饱和,按有机官能团分类,还原,硝基苯,C6H5NO2,硝基化合

14、物,亲核加成,乙腈,CH3CN,腈化物,碱或亲核试剂,乙胺,CH3CH2NH2,胺,含氮有机物,亲核取代、消除,氯乙烷,CH3CH2Cl,卤代物,芳香亲电取代,苯,芳烃,亲电加成,丁二烯,CH2=CHCH=CH2,二烯,亲电加成,乙炔,HCCH,炔烃,亲电加成,乙烯,CH2=CH2,烯烃,自由基取代,乙烷,CH3CH3,烷烃,碳氢化合物,典型反应类型,名称,举例,开环,环氧乙烷,环氧化合物,乙醚,CH3CH2OCH2CH3,醚,芳香亲电取代,苯酚,C6H5OH,酚,亲核取代,N-甲基乙酰胺,CH3CONH(CH3,酰胺,亲核取代,乙酸乙酯,CH3COOCH2CH3,酯,亲核取代,乙酸酐,CH3

15、CO)2O,酸酐,亲核取代,乙酰氯,CH3COCl,酰卤,羧酸衍生物,亲核加成、取代,乙酸,CH3COOH,羧酸,亲核加成,丙酮,CH3COCH3,酮,亲核加成,乙醛,CH3CHO,醛,亲核取代、消除,乙醇,CH3CH2OH,醇,含氧有机物,典型反应类型,名称,举例,分类（续,亲核取代、消除,12. 酸碱概念,1. 勃朗斯德(Brnsted)酸碱质子论,酸是质子的给予体，碱是质子的接受体,酸碱可以带正电荷或带负电荷或为中心分子, 在一个反应中是 酸，而在另一个反应中可以是碱,平衡主要趋向形成更弱的酸和更弱的碱,酸碱强度表示,酸或碱越强，其pK值越小（离解常数K值越大,酸性越强，解离出质子后的共轭碱的碱性越弱,如何判断化合物的酸性强弱,主要取决于化合物离解出H+后的负离子稳定性。负离子越稳定 则原来的化合物酸性越强,酸或碱越强，其pK值越小（离解常数K值越大,负离子的稳定性与中心原子的电负性、原子半径的大小、与 其相连的原子团的结构以及溶剂等因素有关,2. 路易斯(lewis)酸碱电子论,酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体,lewis酸碱反应形成配位键，产生加合物,lewis酸具有亲电性，lewis碱具有亲核性,常见的lewis酸,