有机化学第一章绪论课件

1、第一章 绪论 9/25/2022有机化学讲义 Organic Chemistry第一章 绪论1-1 有机化学和有机化合物 、有机化学和有机化合物的定义1、有机化学：有机化学是化学的一个分支，是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。它的定义是随着时代的变迁、科学的进步和人们认识水平的发展而不断的深化。9/25/20222、有机化合物：碳氢化合物及其衍生物叫做有机化合物简称有机物（Organic Compound）。对有机物的认识经历了下列几个过程： A、在19世纪初，有机物都是从生物体中分离出来的。因此，人们对有机物的定义为“有生机之物”即有生命之物。最早使用“有机”一词的瑞典化学家T.贝格曼。在17

2、77年他将化学分为“无机”和“有机”； B、在1808年，瑞典化学家柏齐利乌斯首先使用“有机化学”这个名称。他认为有机物只能来源于生物体，人工合成是不可能的； 9/25/2022C、自从拉瓦锡等人创造了有机化合物的分析方法后，人们发现有机物都含有C，多数有H，此外，还有一些含有O、Cl、S、P等，因此，在1848年，德国化学家葛美林（Gmelin）认为有机化学是含碳的化学，把含碳化合物称为有机化合物； D、在1874年，德国化学家肖莱马在化学结构学说的基础上提出：有机化合物是碳氢化合物及其衍生物，有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学，这一定义沿用至今。 9/25/20223、有机化合物的特

3、点： 有机化合物与无机化合物之间，可以相互转换、相互间并无严格的界限。但有机物与典型的无机物在性质、结构、组成等方面存在差异，有机物有以下几个特点： A、大多数有机物易燃烧B、有机物的熔点、沸点较低，挥发性强；C、有机物多数难溶于水，易容于有机溶剂；D、有机物的反应速度慢、时间长、副反应多。 9/25/2022二、有机化学的诞生及发展 有机化学作为一门独立的学科诞生于19世纪初（至今200年），它的诞生是与当时的社会生产需要和科学水平密切相关。 在18世纪欧洲工业革命之后，以使用机器为特点的大工业迅速发展，一方面需要大量的化学制品和材料;另一方面，分离、提纯技术迅速发展。 社会的需要和科学技术

4、的发展推动了有机化学的产生和发展。有机化学的发展过程主要经历了以下阶段：9/25/20221、有机化合物的提纯： 在18世纪末期，分离技术发展很快。人们开始从动植物中提取一系列较纯的有机物，其代表人物：舍勒（瑞典），他先后分离了多种有机酸：酒石酸（1770年）、草酸（1776年）、乳酸（1780年）、尿酸（1780年）、柠檬酸（1784年）、苹果酸（1785年）。他为有机化学的发展立下了不可磨灭的功劳。2、有机元素分析的发展：随着有机物品种、数目的增加，必须了解和掌握其组成。即分析各有机物的元素含量。9/25/2022A、1781年，法国化学家拉瓦锡把他的燃烧理论应用于有机物的分析上，建立了有

5、机物元素分析方法，首次测定了一系列有机物的C、H含量。B、1814年，柏齐利乌斯改进了拉瓦锡分析方法。C、1831年，德国化学家李比希对元素分析方法作了重大改进，提出了一套常规分析程序。D、1833年，法国化学家杜马提出了有机化合物中氮的分析方法，称为杜马定氮法。 有机元素分析的发展，对有机物的认识无疑是一个飞跃。9/25/2022 3、有机合成：最初的生命力论认为，有机化合物只能通过神秘的“生命力”来创造，在实验室不能合成。向“生命力论”挑战的第一个人是德国化学家维勒。在1824年。他在实验室从氰酸铵合成了尿素： 尿素的人工合成，提供了一个从无机物人工合成有机物的例证，有机物可以从实验室合成

6、出来，尽管维勒的结果在当时未被马上得到承认，但还是促进了不少化学家进行有机合成工作。到了19世纪中叶，有机化学进入了合成时代。 9/25/20224、有机化合物结构理论的建立： 建立结构理论，首先要解决原子价问题。A、1858年，德国化学家凯库勒等人提出：有机化合物中碳原子是四价，碳原子之间可以连接成链，这一理论即成为有机化学结构理论基础。 B、1874年，范特霍夫等人提出：碳四面体构型学说，从而建立分子的立体概念。 C、1885年，拜耳提出张力学说，至此，经典的有机结构理论基本建立。 D、在20世纪，人们又相继提出了：价键理论、分子轨道理论、分子轨道对称守恒原理等一系列理论。如今，有机化学的

7、研究已从宏观到微观，从定性到定量。9/25/20225、人工合成生命物质： 随着合成技术、手段的提高以及测试手段，如X-衍射、IR谱、NMR谱、MS谱的使用，开创了有机物合成的新时代。 例1：1965年9月，中国科学院上海生化所、上海有机所、北京大学等科研单位协作，历时6年9个月（81月）完成了牛胰岛素的全合成，这是世界上第一个合成的有生命活性的蛋白质。 例2：在20世纪60年代，有美国著名合成大师Woodhard（伍德沃德）率领百人攻关小组，历经18年，全合成了VB12，分步反应95步，可能异构体有512个。9/25/2022 现在，人们正在积极利用计算机进行有机合成的设计，有机化学从其诞生

8、至今的200年的历程中，得到了飞速发展，成为一门独立的学科，并在人们生活中起着重要作用。1发现新现象（新的有机物，新的来源、新的合成方法、合成技巧，新的有机反应等）2研究新的规律（结构与性质的关系，反应机理等）3提供新材料 （提供新的高科技材料，推动国民经济和科学技术的发展）4探索生命的奥秘（生命与有机化学的结合）三、有机化学的任务9/25/2022四、有机化学的重要性 有机化学是许多现代科学技术的基础：生命科学（生物化学，分子生物学等）医药学（药物化学，病理学，生化分析等）农业（农业化学，农用化学品等）石油（石油化工等）材料科学（高分子化学，功能材料等）食品（食品化学，营养学，添加剂等）日用

9、化工（染料，涂料，化装品等）9/25/2022 五、学习有机化学的要求 1、认真听课，作好笔记。将不定期抽查笔记 本，不能将笔记记在书上。 2、勤思考、多提问，再理解的基础上记忆。 3、学完每章，应归纳、总结。掌握该章的重点、难点和规律。 4、按时独立的完成作业。每人准备两个作业本。 5、掌握重要的有机反应的反应条件、产物以及重要的化学性质。 6、参阅有关的资料（参考书、杂志）。9/25/2022六、教学参考书：1、基础有机化学（第二版），邢其毅等编，高教出版社2、基础有机化学习题解答与解题示例 邢其毅等编，北京大学出版社3、 有机化学，谷亨杰编 ，高等教育出版社；4、有机化学基础，兰仲薇编；

10、5、有机化学提要、例题和习题, 王永梅、王桂林主编，天津大学出版社出版9/25/20221-2 有机化合物的结构和特征 有机化合物中的原子是以共价键结合起来，对共价键的本质的解释，最常用的的理论是价键理论和分子轨道理论，涉及到共价键讨论以下几个问题： 、共价键的键参数 共价键的重要性表现在键长、键角、键能、键矩等方面。1、键长：在有机物分子中两个成键原子核间的平均距离称为键长，单位nm(纳米)(1 nm=10-9m )。 同一类型的共价键的键长在不同的化合物中可能稍有差别。9/25/20222、键角：两个不同方向的共价键之间的夹角。键角反映了分子的立体形状。离解能：将1摩尔气态双原子分子折开成

11、气态原子时所需要的能量称为离键能。3、键能与离解能：键能：成键的两个气态原子结合生成气态分子时放出的能量。用E表示，单位：KJ /mol.9/25/2022双原子分子：键能=离解能 例如：Cl2 Cl. + Cl. E=242KJ/mol.多原子分子：键能=平均离解能，例如 ：9/25/2022 4、共价键的偶极矩：在共价键中，由于成键的两个原子的电负性大小不同，使得成键的电子云偏向电负性大的一端，电负性大的原子具有部分负电核-，电负性小的原子具有部分正电核+。由此定义偶极矩：=q.d q：正或负电荷中心的电荷； d: 正负电荷中心间的距离 偶极矩是用来衡量键极性的物理量，为一矢量，具有方向性

12、，通常规定由正到负，单位为库仑.米（C.m)或德拜Debye，用D表示。9/25/2022如果 =0 分子为非极性分子，如，CH4 =0 。如果 0 分子为极性分子，如 CH3Cl =1.94D。所以，键的极性与分子的极性是两个不同的概念。二、共价键的断裂-两种方式 1、均裂：成键的一对电子平均分给两个原子或基团。 均裂的结果：产生自由基（或游离基）。所谓自由基是指：带单电子的原子或基团。 产生甲基自由基和氢自由基 5、分子的偶极矩：分子中各键偶极矩的矢量和。9/25/2022 2、异裂：成键的一对电子完全转移到一个原子上，产生正负离子。有机物有两种情况异裂： 异裂的结果：产生碳正离子或碳负离

13、子。 上述共价键的断裂所产生的自由基或游离基、碳正离子、碳负离子等均为有机反应的活性中间体。9/25/2022 3、均裂与异裂的比较： 电荷分布 产生中间体 产生的条件均裂 均匀分布 自由基 光照加热、引发剂异裂 不均匀分布 正负离子 酸、碱、极性溶剂4、有机反应类型-三种类型 自由基反应：有自由基参与的反应叫自由基反应。如烷烃的卤代反应。自由基反应一般在光照、加热、引发剂作用下进行。 离子型反应：由异裂产生的离子参与的反应叫做离子型反应。离子型反应一般在酸、碱、极性物质催化下进行。 9/25/2022 根据反应试剂的不同，将离子型反应分为：亲电反应和亲核反应。 A：亲电反应：由亲电试剂进攻反

14、应物而发生的反应叫做亲电反应。所谓亲电试剂是指在反应过程中。能够接受电子的试剂。如：M+、H+等缺电子体系。 B：亲核反应：由亲核试剂进攻反应物而发生的反应叫做亲核反应。所谓亲核试剂是指在反应过程中，能够给予电子的试剂。如 ：HO-、碳负离子等。 周环反应（协同反应） 9/25/20221-3 诱导效应、定义 当两个原子形成共价键时、两个成键原子的电负性大小不同，成键原子的电子云的分布偏向电负性大的一方，产生极性共价键。例如： 由于极性键C-Cl 的影响，使得C1带部分正电核，C2带更少的部分正电核，C3带更更少的正电核，这种现象称为诱导效应。9/25/2022 诱导效应：在有机物中，由于电负

15、性不同的原子或基团的影响，使得整个分子中成键的电子云按照电负性大的方向偏移的效应叫做诱导效应。 诱导效应的特点：诱导效应是沿着碳链传递，并随着碳链的增加而迅速减弱或消失。一般C3以后不再考虑诱导效应。二、诱导效应的表示 1、表示方法：诱导效应一般用 I 表示。人们规定：饱和碳氢键的诱导效应为零，吸电子原子或基团的诱导效应为-I，供电子原子或基团的诱导效应为+I。9/25/2022 2、诱导效应强弱：诱导效应的相对强弱主要取决于原子或基团的电负性相对大小： 对于同族元素： FClBrI对于同周期元素：FORNR2对于不同杂化状态的碳原子：SP SP2 SP3 具有+I效应的原子或基团主要是烷基，

16、其+I效应的顺序为：9/25/20223、诱导效应类型：诱导效应分为静态诱导效应和动态诱导效应两种 A、静态诱导效应：指分子在静态条件下表现出来的诱导效应，它与键的极性密切相关。 B、动态诱导效应：指在化学反应中分子的反应中心受到极性试剂的进攻，键的电子云将受到试剂电场的影响而发生变化所引起的诱导效应。它与外界电场强度和键的极化能力有关。 诱导效应主要用于有机化合物的有关性质的解释。 9/25/20221-4 研究有机化合物的一般过程 研究有机化合物一般要经过以下四个步骤： 一、分离提纯 研究的有机化合物必须达到应有的纯度。分离提纯有机物的方法有重结晶、升华、蒸馏、分馏、色谱法等。 二、检验纯

17、度 纯净的有机物有固定的物理常数，如，熔点、沸点、密度、折射率等。通过测定有机物的有关物理常数检验纯度。例如。熔点，纯净的有机物的熔点距离（熔程）很小，不纯的有机物其熔点不仅降低，且熔程很大。 9/25/2022 三、实验式及分子式的确定1、通过元素分析，确定它的组成元素以及各元素的含量，找出实验式。2、测定分子量：可以通过质谱法测定分子量。3、确定分子式：由实验式和分子量确定分子式。四、确定有机物结构 确定有机物结构是一件非常困难的但又是很有意义的工作。确定结构的方法有化学、物理方法。 1、化学方法：在20世纪50年代以前，主要通过化学方法确定分子的结构。首先把分子打成“碎片”，然后再从它们的结构去推测原来分子是如何由“碎片”拼凑起来的。9/25/2022 2、物理方法：在20世纪50年以后，采用近代物理方法确定化合物的结构，例如，X-衍射、IR谱、UV谱、NMR谱等。1-5 有机化合物的分类 有机物的数目繁多，为了学习和研究的 方便和需要，必须对有机物进行分类。分类有以下几种情况： 、按碳胳分类 1、开链化合物：在化合物中碳原子相互结合成链状，开链化合物又称为脂肪族化合物。 2、碳环化合物：由碳原子组成环状化合物。它分为脂环化合物、芳香族化合物。9/25/2022二、按官能团分类 1、官能团的概