有机化学天津大学四PPT学习教案

1、会计学1有机化学天津大学四有机化学天津大学四第1页/共72页第2页/共72页第3页/共72页第4页/共72页Company name第5页/共72页第6页/共72页第7页/共72页第8页/共72页次）提交。次）提交。n3.对自学内容，教师给出知识要对自学内容，教师给出知识要点、提出学习目标，辅以助学，点、提出学习目标，辅以助学，随机抽查。随机抽查。第9页/共72页Company name第10页/共72页 是在原子水平上研究物质是在原子水平上研究物质的组成、结构和性质及相互的组成、结构和性质及相互转化的学科转化的学科.化化学学无机化学无机化学有机化学有机化学物理化学物理化学结构化学结构化学材料

2、化学材料化学生命化学生命化学环境化学环境化学第11页/共72页1928,W her(维勒，德)NH4OCNNH2-C-NH2O第12页/共72页 研究有机化合物的结构、性质、合成方法及其相互转化及变化规律科学。 有机化合物与有机化合物与有机化学有机化学有机化有机化合物合物有机化学有机化学第13页/共72页结构性质应用合成第14页/共72页第15页/共72页第16页/共72页第17页/共72页生命领域的成就化学生物学与其它学科的交叉和渗透（药物、香料、农药、植物生长数。）有机物提纯有机物提纯元素分析元素分析有机合成有机合成有机化学结构有机化学结构理论的建立理论的建立石油化工（化工材料及产品）煤焦

3、油工业（合成染料）材料化学材料化学配位化学配位化学生命化学生命化学日用化学基础日用化学基础第18页/共72页有机化学结构理论的建立有机化学结构理论的建立电子理论和量子力学原理和方法运用于化学领域VB/MO理论理论,MO 对称守恒原理对称守恒原理 经典的经典的有机化学有机化学结构理论结构理论C是四价是四价,C-C间形成碳链间形成碳链绝大多数有机物有固定的结构绝大多数有机物有固定的结构 ,而结构决定而结构决定其物理特征其物理特征,反应行为反应行为苯及苯的衍生物结构苯及苯的衍生物结构C四面体学说四面体学说(立体概念立体概念)第19页/共72页计算化学计算化学分子识别超分子化学分子识别超分子化学化学生

4、物学化学生物学有机材料化学有机材料化学绿色化学绿色化学第20页/共72页第21页/共72页第22页/共72页化学键化学键的本质的本质C+624将原子连接将原子连接在一起的作用力，在一起的作用力，包括离子键和共价包括离子键和共价键键有机物中碳原子和有机物中碳原子和其他原子相连接的其他原子相连接的第23页/共72页 电负性相差较电负性相差较大大的原子相遇的原子相遇，其中电负性小的原子的外层价，其中电负性小的原子的外层价电子强烈地电子强烈地偏向偏向电负性大的原子电负性大的原子，形成正负离子形成正负离子，两个，两个离子离子之间之间通过电荷吸引力形成离子化合物通过电荷吸引力形成离子化合物，这种作用力就是

5、离子键。，这种作用力就是离子键。离子键离子键第24页/共72页 电负性相差较电负性相差较小小或相同的两个原或相同的两个原子相遇，原子的外层价电子不会强子相遇，原子的外层价电子不会强烈地偏向某一方，而是双方各提供烈地偏向某一方，而是双方各提供一个电子，组成一个电子，组成电子对电子对，由双方，由双方共共享享。原子间的这种作用力为共价键。原子间的这种作用力为共价键。若形成共价键的一对电子由一个若形成共价键的一对电子由一个原子提供，这种键为原子提供，这种键为配位键配位键。共价键第25页/共72页NaClNa+Cl(3.0)(0.9)HClH+Clx(3.0)(2.1)HHH+H结构式电子式离子键共价键

6、配位键xNaClNaClxHClH-ClxNHHHH+H NHHH+第26页/共72页 第27页/共72页1.3.1 共价键的形成共价键的形成1 1）经典）经典LewisLewis学说学说2 2）现代价键理论）现代价键理论3 3）MOMO轨道理论轨道理论第28页/共72页1）经典）经典Lewis学说学说1916年,(美) Lewis提出: 分子中原子间可通过分子中原子间可通过共共享电子对享电子对而使每一个原子而使每一个原子具有稳定的电子结构具有稳定的电子结构. .如如此构成的分子为此构成的分子为共价分子共价分子. .原子通过共用电子对而原子通过共用电子对而形成的化学键为形成的化学键为共价键共价

7、键. .LewisLewis结构式结构式: :八偶体不足之处不足之处:a.未能阐明共价键的本质和特性b.八偶体规则例外很多,例BF3c.不能解释某些分子的性质,例O2顺磁性. 第29页/共72页2）现代价键理论）现代价键理论VB Valence bond theory1927年,(德)Heither,London PanlingVB理论共价键的本质和特点 本质是由于原子相互接近时轨道重叠(即 轨道),原子通过共用自旋相反的电子对使体系位能下降而成键.特点特点方向性饱和性第30页/共72页a. 饱和性饱和性 b. 方向性方向性：H+ClHCl4H+CCH4HCl键乙烯键键第31页/共72页杂化轨

8、道理论杂化轨道理论： 同一原子中能量相近的不同类型的几个同一原子中能量相近的不同类型的几个原子轨道的波函数原子轨道的波函数(s,p,d)(s,p,d)可相互叠加可相互叠加, ,组成同等数量的能量完全相同的杂化的原组成同等数量的能量完全相同的杂化的原子轨道子轨道. .第32页/共72页SP3杂化（杂化（CH4,CCl4,NH3,H2O）激发S P SP3第33页/共72页SPSP激发2SPSP激发SP2杂化和杂化和SP杂化杂化第34页/共72页SP2杂化和杂化和SP杂化杂化第35页/共72页a.a.杂化轨道具有确定的方向性杂化轨道具有确定的方向性b.b.杂化轨道随杂化轨道随s s成分成分 键能键

9、能 键键长长 杂化轨道杂化轨道键角分子几何构型实例SP1800直线型C2H2SP21200平面三角形CH2=CH2SP3109.50正四面体型CH4SP3d90 0, 1200三角双椎形PCl3SP3d290 0正四面体型SF6杂化轨道的主要特征杂化轨道的主要特征第36页/共72页MO轨道的构成 iiic 3）分子轨道理论）分子轨道理论MOMolecular Orbital Theory要点：分子中电子运动的整体性要点：分子中电子运动的整体性(离域离域) 非键轨道非键轨道反键轨道反键轨道成键轨道成键轨道-两AO重叠相加而成-两AO重叠相减而成-未参与成键第37页/共72页EAOMOHOMOLU

10、MO第38页/共72页AOMO13412 HOMO3 LUMO42E第39页/共72页苯的苯的分子轨道和能级分子轨道和能级简并轨道简并轨道6p6个p轨道第40页/共72页40.577 10.289 20.289 30.577 40.289 50.289 650.500( 2356)60.408(123456) 6110.40820.500( 2356)30.577 10.289 20.289 30.577 40.289 50.289 6ii (3)MO理论解释理论解释Huckel近似法近似法iiic 6相互交盖的相互交盖的2p轨道轨道组合成组合成6个分子轨道个分子轨道第41页/共72页AO有效

11、组合原则 对对称称性性匹匹配配原原则则电电子子云云最最大大重重叠叠原原则则能能量量相相近近原原则则第42页/共72页电子在分子轨道上的排列电子在分子轨道上的排列 Pauli不相容原理不相容原理 能量最低原理能量最低原理 Hund规则规则例例:用用MO理论解释理论解释O2的顺磁性的顺磁性第43页/共72页（1）、）、 键长、键能、键角键长、键能、键角键长：稳定的分子中两个原子核之间的距离。 CCCCCC*CCC*CCC*CCC*键 长 增 加 1.3.2 1.3.2 共价键的属性共价键的属性第44页/共72页解离能：断开某一共价键所需要的能量（不同于键能）解离能：断开某一共价键所需要的能量（不同

12、于键能）CH4CH3+HH=104kcal/molCH3CH2+HH=2x106kcal/molCH2CH+HCHC+HH=81kcal/mol 键能键能：将两个成键原子分开，使其成为原子状态所需的能量。将两个成键原子分开，使其成为原子状态所需的能量。CH44HC+H=397.2kcal/molCH键能=99.3kcal/mol第45页/共72页键角：分子中共价键之间的夹角分子中共价键之间的夹角。 SP:180o,SP2:120o,SP3oHHCHHH3CCH3CHHHNHH109.511260107第46页/共72页(2)共价键的极性，有机分子的极性CHClHHHClClClCClCClCl

13、ClHHHN第47页/共72页1.3.3 1.3.3 共价键的断裂和有机反应类型共价键的断裂和有机反应类型有机反应的实质有机反应的实质旧旧 键的断裂键的断裂新键的形成新键的形成均均裂裂异裂异裂自由基反自由基反应应离子型反应离子型反应第48页/共72页自由基反应自由基反应离子型反应离子型反应协同反应协同反应反应中间体:反应过程中暂时生成的,瞬间存在的活性中间体CLCL.+CLCL:+-CLCL+-+:第49页/共72页 分分子子协协同同反反应应离离子子型型反反应应自自由由基基反反应应 氧氧化化还还原原分分子子重重排排消消去去加加成成取取代代第50页/共72页试剂自由基试剂自由基试剂具有奇数电子的

14、试剂具有奇数电子的试剂亲电试剂亲电试剂亲核试剂亲核试剂亲电试剂：在反应过程中接受电子或共享电子在反应过程中接受电子或共享电子亲核试剂：在反应过程中供给电子，进攻反应物中心带部分正电荷的原子的试剂在反应过程中供给电子，进攻反应物中心带部分正电荷的原子的试剂第51页/共72页(简述简述) )多数有机反应通过中间体完多数有机反应通过中间体完成成. .这些中间体很活泼这些中间体很活泼, ,存在时间存在时间短短, ,形成后立刻进行第二步反应形成后立刻进行第二步反应, ,所以所以称之活性中间体称之活性中间体. . 第52页/共72页产物产物(product)溶剂溶剂底物底物(substrate)试剂试剂(

15、reagent) 有机反应的本质：有机反应的本质： 旧键的断裂和新键的生成旧键的断裂和新键的生成反应物反应物(reactants) CC+ BrBrCCBr BrCCl4第53页/共72页异裂异裂(heterolytic bond cleavage):C LC+ LC+ L均裂均裂(homolytic bond cleavage):R LR + L自由基自由基(radicals)碳正离子碳正离子(carbocation)碳负离子碳负离子(carbanion)有机反应活性中间体：有机反应活性中间体： 碳正离子、碳负离子、自由基碳正离子、碳负离子、自由基第54页/共72页碳正离子碳正离子C+C+C

16、arbocationCarbocation碳负离子碳负离子C-C-CarbanionCarbanion碳自由基碳自由基C CFree radicalFree radical碳烯与氮烯碳烯与氮烯CHCH2 2:,:,Carbene ,NitreneCarbene ,Nitrene苯炔苯炔BenzyneBenzyneR-N:. 第55页/共72页氢键力氢键力 偶极偶极-偶极相互作用偶极相互作用 van der Waal 力力第56页/共72页1.5 酸碱的概念酸碱的概念1.5.1 Brnsted 酸碱理论酸碱理论(质子理论质子理论 )给质子给质子 酸酸受质子受质子 碱碱1.5.2 Lewis酸碱理

17、论酸碱理论(电子理论电子理论 ) 给电子给电子 碱碱受电子受电子 酸酸 1.7溶剂的分类及溶剂化作用溶剂的分类及溶剂化作用第57页/共72页第58页/共72页 有机化合物的分类有机化合物的分类 按碳架分类按官能团分类有机化合物有机化合物开链化合物碳环化合物脂环化合物芳香族化合物杂环化合物第59页/共72页化合物化合物官能团构造官能团构造官能团名称官能团名称烯烃烯烃C=C双键双键炔烃炔烃三键三键卤代烃卤代烃X-卤原子卤原子醇和酚醇和酚-OH羟基羟基醚醚-O-醚键醚键醛醛-CHO羰基羰基酮酮C=O羧酸羧酸-COOH羧基羧基胺胺-NH2氨基氨基硝基化合物硝基化合物-NO2硝基硝基磺酸磺酸-SO3H磺

18、酸基磺酸基CC第60页/共72页1.8 有机化学的研究任务有机化学的研究任务1)分类提纯自然界存在的各种有机物,测定其结构和性质,加以利用.2)研究有机物结构与性质间的关系、反应历程、影响反应的因素,控制反应向我们所需要的方向发展.3)有机合成：有机合成： 利用化学方法将单质、简单无机物、简单有机物，综合各类有机反应及其有机合成的新方法、新技术、有机合成设计和策略，对新的有机物合成的过程。 第61页/共72页例例中草药中提取有效成分中草药中提取有效成分甘草胆胺盐20%香烟甜味剂70%食品添加剂90%药品从昆虫中提取昆虫信息素从昆虫中提取昆虫信息素第62页/共72页理论基础近代结构理论现代分析手段有机物有机物结构与性能结构与性能的关系的关系化学键本质有机物结构电子效应场效应立体效应构型 构象配位氢键溶剂效应量子化学第63页/共72页反应