张小兰有机化学绪论市公开课获奖课件

1、 第一章 绪 论大庆师范学院化学化工学院制作人：张浩第1页第1页教材及主要参考书：A.教材：有机化学 汪小兰 主编 高等教育出版社 （第四版）第2页第2页B. 主要参考书：基础有机化学 邢其毅 主编 高等教育出版社 （第三版）有机化学 曾昭琼 主编 高等教育出版社 （第四版）第3页第3页C.习题集：1、有机化学习题精解 佘远山（译）2、有机化学纲要与习题丁新腾3、有机化学提纲与习题李如松4、有机化学例题与习题齐万山第4页第4页绪 论 首先，我们必须问自己： 什么是有机化学“Organic Chemistry” ？第5页第5页第一节 有机化学研究对象 有机化学是化学一个分支，是研究有机化合物化学

2、。一、有机化学起源与发展（在1828年以前） 初次定义有机化合物：18，瑞典化学家柏则里，其原意为“有生机之物” “生命力论”科学被浓重神权观念统治，阻碍了有机化学发展第6页第6页“生命力论（VITALISM）”（十六世纪著名思想）“生命力论”思想认为：有机物只能在有生命有机体中受到一个特殊力量“生命力”作用才会产生，人工合成是不也许；无机物最初是从矿物质中得到，并能人工合成。第一节 有机化学研究对象第7页第7页 “生命力论”思想牢固统治着有机化学界，阻碍了有机化学发展，这一时期，有机物与无机物界线分明： 无机物 有机物（来自于无生命矿物质） （来自于有生命动植物） “生命力论”左右科学第一节

3、 有机化学研究对象第8页第8页 1828年，德国化学家武勒在用氰酸钾和氯化铵制备氰酸铵试验中，无意中得到了尿素： KOCN + NH4Cl NH4OCN + KCl NH4OCN 氰酸铵 尿素 （无机物） （有机物） “生命力论”开始动摇 ，并最后被彻底赶出了化学领域！ 第一节 有机化学研究对象第9页第9页二、有机化学及有机化合物 今天有机化学学说：有机化学：研究有机化合物化学。 第一个观念：含碳化合物 反例：CO，CO2，碳酸化合物有机化合物定义 第二种观点：研究共价键化合物 反例：H2O,HCl为共价化合物 第三种观点：碳氢化合物及其衍生物 有机化合物特点： 从构成、结构、性质及数量上对有

4、机物与无机物进行比较：第一节 有机化学研究对象第10页第10页第一节 有机化学研究对象第11页第11页注 意 通过以上有机化合物与无机化合物特点比较，我们还应当知道： 有机化合物与无机化合物之间并没有一条严格界线，以上特点只是相对而言，个别化合物也有例外，如CCl4不但不燃，反而可灭火；各种单糖、乙醇、乙酸等易溶于水；TNT反应速度很快等。自金属有机化合物及络合物出现以后，有机化合物和无机化合物界线就愈加不明显了。第一节 有机化学研究对象第12页第12页三、 有机化学主要性有机化学与当代人类生活息息相关第一节 有机化学研究对象第13页第13页 有机化学中最惯用共价键理论是价键理论（杂化轨道理论

5、）、分子轨道理论和共振论。一、杂化轨道理论 1、价键形成可当作是原子轨道重叠或电子配正确结果两个原子假如都有未成键电子，并且自旋相反，就能配对，也就是原子轨道可重叠形成共价键。 2、共价键饱和性原子价键数目等于它未成键电子数，当原子未成键一个电子与某原子一个电子配对后，就不能再与第三个电子配对。 3、共价键方向性原子轨道在空间有一定取向，只有以某一方向互相靠近，使原子轨道最大程度重叠，形成共价键才越牢固。第二节 共价键一些基本概念第14页第14页 以碳原子杂化加以阐明：第二节 共价键一些基本概念类别实例碳原个杂化类型用于杂化原子轨道杂化轨道数目杂化轨道夹角几何构型烷烯炔甲烷乙烯乙炔 sp3 s

6、p2 sp1个s 3个p1个s 2个p1个s 1个p4个sp33个sp22个sp10928120180正四周体正三角形直线形第15页第15页二、共价键键参数 有机化合物中原子主要是以共价键相结合。共价键属性即共价键主要性质，表现于键长、键角、键能和键偶极矩（键矩）等，又称为“键参数”。1、键长 键长是成键原子核间距离。 同一类型共价键键长，在不同类型化合物中是不同。但在饱和化合物中改变很小，如C-H键键长都靠近于0.109nm。第二节 共价键一些基本概念第16页第16页例： H-CH3 H-C2H5 H-CH2Cl H-CH2OH H-CH2SH H-CH2NH2 (pm) 109.1 110

7、.7 111.0 109.6 110.4 109.3 但是，原子轨道杂化状态对键长有明显影响。如： H-CH3 H-CH=CH2 H-CCH (pm) 109.1 107.0 105.6 一些常见共价键键长见下表。第二节 共价键一些基本概念键 键长(pm) 键能(kJ/mol键) 键 键长(pm) 键能(kJ/mol键) C-H 109 413.82C-N 147 305.14C-O 143 359.48 C-S 271.70 C-F 484.88 C-Cl 176 338.58 C-Br 194 284.24 C-I 214 213.18 C-C 154 346.94 C=C 134 610

8、.28 CC 120 836.00 C=O 122 735.68 C=N 130 614.46 CN 116 890.34 O-H 96 463.98 N-H 100 388.74 第17页第17页2、键能与离解能 两个原于(气态)以共价键相结合，形成1摩尔分子(气态)时放出能量，或者1摩尔双原子分子(气态)解离为原子(气态)时所需能量叫做键能。 对于多原子分子，共价键键能是指同一类共价键离解能平均值。比如：1摩尔甲烷分解为4摩尔氢原子及1摩尔碳原子，需要吸取1661kJ.mol-1。而甲烷分子中含有四个同一类型C-H键，因此C-H键平均键能为415kJ.mol-1。平均键能并不等于离解能，离

9、解能是指断裂分子中某一个键时所需能量。在甲烷分子中 断裂第一个C-H键键能(离解能)为435kJ.mol-1 断裂第二个C-H键键能(离解能)为443kJ.mol-1 断裂第三个C-H键键能(离解能)为443kJ.mol-1 断裂第四个C-H键键能(离解能)为310kJ.mol-1 因此，这里C-H键键能415kJ.mol-1，事实上是上述四个C-H键离解能平均值。 键能是化学键强度主要标志之一，它在一定程度上反应了键稳定性，相同类型键中，键能愈大，键愈稳定。 第二节 共价键一些基本概念第18页第18页3、键角 分子中某一个原子与另外两个原子形成两个共价键在空间所夹角度叫做键角。 键长与键角决

10、定着分子立体形状。在不同化合物中，由相同原子形成键角不一定完全相同，这是因为分子中各原子或基团相互影响结果。如： 第二节 共价键一些基本概念第19页第19页4、键极性 非极性键：相同原子成键时，其电子云对称分布于两个原子中间，这种键是无极性，通称非极性键。如H2中HH键。 极 性 键：两个不同原子成键时，因为两种元素电负性不同，电子云不对称分布，靠近吸引力强、电负性较大原子，使其带有部分负电荷（），而电负性较小原子则带部分正电荷（ ）。即在两标准之间电子正确分布是不平均，这种键叫极性键（polar bond）。如HCl中HCl键。第二节 共价键一些基本概念第20页第20页4、键极性 键 矩：表

11、示键极性大小参数。其定义为正负电荷中心电荷（e）与正负电荷中心之间距离（d）乘积。即 键矩 ed。键矩单位是德拜 （Debye），用D表示。 键矩是有方向性，用 表示，箭头方向是从正电荷指向负电荷。 键键矩越大，表示键极性越大。第二节 共价键一些基本概念第21页第21页4、键极性 对于双原子分子来说，分子极性和键极性一致； 对于多原子分子来说，分子键矩是各键键矩向量和。假如键有极性，分子空间结构对称，分子无极性；分子空间结构不对称，分子有极性。如： 非极性分子 极性分子 第二节 共价键一些基本概念第22页第22页4、键极性 键极化： 键极性与键极化不同： 键极性决定于两个成键原子电负性，因此是

12、永久现象。一个静态现象。 键极化是受外界电场影响暂时现象，外界电场消失，键极化也消失。一个动态现象。第二节 共价键一些基本概念第23页第23页三、共价键断裂 1、断裂 共价键断裂有两种方式，一个是均裂，一个是异裂。 均裂：成键一对电子平对分给两个原子或原子团。 第二节 共价键一些基本概念第24页第24页三、共价键断裂 1、断裂 共价键断裂有两种方式，一个是均裂，一个是异裂。 异裂：成键一对电子所有分给其中一个原子或原子团。 第二节 共价键一些基本概念第25页第25页 C ，C+ ，C- 都是有机化学反应过程中生成活性中间体。 2、反应类型 自由基反应：在有机反应过程中，由自由基中间体参加反应。

13、特点在光和热作用下进行。 离子型反应：在有机反应过程中，凡是共价键异裂解反应。特点酸碱或极性物质催化下进行。依据反应试剂类型不同，又可分为亲电反应和亲核反应。 亲电反应：由亲电试剂进攻而发生反应。 亲核反应：由亲核试剂进攻而发生反应。 协同反应：又称分子反应，是以分子状态发生反应。特点反应过程中有过渡态，没有中间体，旧共价键断裂与新共价键形成同时协调进行，从动力学观点看，是一步完成反应。 第二节 共价键一些基本概念第26页第26页 电子效应：又叫极性效应，因为元素电负性不同，电子云分布不均匀而引发分子性质改变。 电子效应分为诱导效应和共轭效应两类。 电负性：原子实对外层电子吸引能力。（原子实即

14、原子核与内层电子） 同一周期增强 H C N O F 2.2 2.6 3.0 3.5 3.9 同 Si P S Cl 一 1.9 2.1 2.6 3.1 族 Br 增 2.9 强 I 2.6第三节 诱导效应元素电负性：1、同一周期从左向右增强；2、同 一 族从下向上增强；3、同一元素随杂化状态： sp3sp2sp 即杂化轨道中s成份所占 百分比越多，元素电负 性越大。第27页第27页 1、诱导效应 定义：因为电负性不同取代基团影响，使整个分子中成键电子云按取代基团电负性所决定方向而偏移效应。 特性： 1）这种影响以静电诱导方式沿碳链（分子链）传递； 2）随链增加而快速减弱消失，经过三个原子影响

15、极弱，超出五个原子影响消失； 3）没有外电场影响也存在。第三节 诱导效应第28页第28页 表示方法 ：以H原子作为比较标准 推电子效应 吸电子效应 含有诱导效应原子或原子团相对强度： I 效应：吸电子效应 同族元素： FClBr I 同周期元素： F ORNR2 O+R2N+R3 不同杂化碳原子： CCRCRCR2CR2CR3 第三节 诱导效应第29页第29页 I 效应：推电子效应 （CH3）3C (CH3)2CHCH3CH2CH3 2、共轭效应 定义：在分子中由于共轭键形成而引起分子性质改变叫做共轭效应。 共轭效应主要表现在分子能量、键长改变以及分子反应性改变等方面。 共轭效应我们将在后续章

16、节中继续解说。 电子效应对我们学习有机化学，理解反应过程有重要意义。第三节 诱导效应第30页第30页 从自然界取得或人工合成物质，往往为混合物，为研究其结构和性质，普通要通过下列环节：1、分离提纯 重结晶法、蒸馏法、升华法和层析法、高 压液相层析法等。2、纯度检定 通过对纯有机物固定物理常数测定 来检查。3、元素分析和试验式确实定 4、相对分子质量测定和分子式5、结构确实定。 官能团分析 化学降解及合成 物理办法应用 如质谱、红外光谱、紫外光谱、 核磁共振谱、气液色谱和X衍射等。 第四节 研究有机化合物普通环节第31页第31页分子结构包括：结构 是分子中原子成键顺序和键性。构型 是指含有一定结

17、构分子中原子在空间排列 情况。构象 是指在有一定结构分子通过单键旋转，形 成各原子或原子团空间排布。甲烷结构式为：构象和构型将在第二章中详细解说。 第四节 研究有机化合物普通环节第32页第32页第五节 有机化合物分类 有机化合物数目庞大，为便于系统学习，我们对其进行分类。有机化合物普通有两种分类办法：依据碳骨架分类和依据官能团分类。 1、按碳架分类1）开链化合物（脂肪族化合物） 这类化合物碳原子互相结合形成链状。如： 正戊烷 异戊烷 第33页第33页第五节 有机化合物分类2）碳环化合物 碳原子相互连结成环，它们又分为两种。 (1)脂环族化合物 这一类化合物碳原子相互连结成环，其性质与开链化合物(脂肪族化合物)相同，因此实际上是脂肪族环状化合物。比如： 1,3-环戊二烯 环已烷 (2)芳香族化合物 这类化合物经典概念是指含有苯环化合物，它们含有特殊“芳香性”，与脂环族化合物性质有很大不同。比如： 苯 甲苯 萘 联苯 第34页第34页第五节 有机化合物分