有机化学Cp绪论

Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,3632-3641Chemistryisn’teverything,buteverythingisnothingwithoutchemistry化学不能代替一切，但没有化学肯定没有一切Chemistryisthefuture,andnofuturewithoutchemistry化学就是未来，没有化学就没有未来化学是一门中心学科第1页/共42页第一页，共43页。第2页/共42页第二页，共43页。NewConceptofChemistryTwosetsofthree

M’sMolecules,Materials,andMatterMakeit,Measureit,andModelit第3页/共42页第三页，共43页。有机化学

OrganicChemistry大学本科化学各专业的主要基础课程无机化学InorganicChemistry分析化学AnalyticalChemistry物理化学PhysicalChemistry教材：李景宁主编《有机化学》上、下册第4页/共42页第四页，共43页。第一学期（54学时）第一章绪论（2课时）第二章烷烃（5课时）第三章单烯烃（6课时）第四章炔烃和二烯烃（5课时）第五章脂环烃（2课时）第六章对映异构（6课时）第七章芳烃（7课时）第八章现代物理实验方法在有机化学中的应用（6课时）第九章卤代烃（9课时）第十章醇、酚、醚（6课时）第二学期（48学时）第十一章醛和酮（11课时）第十二章羧酸（4课时）第十三章羧酸衍生物（8课时）第十四章含氮有机化合物（10课时）第十五章周环反应（4课时）第十六章杂环化合物（5课时）第十七章碳水化合物（4课时）第十八章蛋白质和核酸（1课时）第十九章萜类和甾族化合物（1课时）课时安排第5页/共42页第五页，共43页。教学形式：讲授、多媒体、课堂讨论教室：生化楼2034，田楼8101(3月11,25;4月8,22)课表：星期一1,2两节(双周)；星期三3,4两节考试：闭卷（教考分离，非任课教师命题）成绩计算：平时25%（考勤10%、课堂练习及作业15%）期中考试15%（4月20日期中考试）

期终考试60%

二月三月四月五月六月星期一开学411182518152229132710星期三2761320273101724劳81522295端19辅导：生化楼前楼502室第6页/共42页第六页，共43页。一、有机化学——研究有机化合物的化学§1有机化学(OrganicChemistry)二、有机化合物（有机物）

OrganicCompounds第一章绪论

Chapter1Introduction第7页/共42页第七页，共43页。1820年：1769年：1773年：1780年：1805年：奎宁吗啡乳酸尿素酒石酸葡萄汁尿液酸牛奶鸦片金鸡纳树

1806年，J.Berzelius(柏则里)，“生命力”学说来源：从生物体中分离出来，只能由生物体内的生命力制造出来有生机之物1、定义分离第8页/共42页第八页，共43页。

1848年，L.Gmelin（葛美林）定义有机物——碳的化合物F.WöhlerA.LavoisierJ.Ligbig元素组成：所有有机化合物都含有碳元素分析方法NH4OCN加热有机物的第一次人工合成第9页/共42页第九页，共43页。有机物——碳氢化合物及其衍生物

1874年，C.Schorlemmer（肖莱马）定义经典有机结构学说1857年，A.Kekülě（凯库勒）,A.Couper（库柏）

碳原子是四价的碳原子能够相互结合成链或环——经典有机结构理论的核心1874年，J.H.Van’tHoff（范特霍夫）

J.A.LeBel（勒贝尔）

碳的四面体构型学说J.H.van'tHoff第10页/共42页第十页，共43页。现代有机结构理论1917年，G.N.Lewis（路易斯）

经典的价键理论1927年，W.Heitler（海特勒）

F.London（伦敦）

现代价键理论1931年，L.C.Pauling（鲍林）

杂化轨道理论1932年，R.S.Mulliken（密立根）

F.Hund（洪特）

分子轨道理论L.C.Pauling有机化合物——碳氢化合物及其衍生物——碳的化合物第11页/共42页第十一页，共43页。2、特点（相对于无机化合物而言）1）分子组成复杂，数量庞大（2000万以上）

组成有机分子的原子数目多

同分异构现象普遍VB12：C63H90N14O14PCo2）容易燃烧(–)(+)H2↑与Na反应部分溶于水-23℃C2H6O甲醚与水混溶78.2℃C2H6O乙醇结构式溶解性沸点分子式3）熔点、沸点低4）一般难溶于水第12页/共42页第十二页，共43页。5）反应速度比较慢6）反应复杂，副反应多书写有机化学反应方程式的要求

反应物与产物之间要用箭头（→），而不用等号（=）

一般只写出主要反应及其有机产物（无机产物可以不写）

在箭头之上要注明必需的反应条件，如催化剂，温度、压力等

一般不要求配平，但在计算理论产量以及书写热化学反应方程式时需要配平第13页/共42页第十三页，共43页。三、有机化学的研究内容有机化合物的组成、结构、性质、合成和反应及其历程等四、有机化学的重要性1、促进有机化学工业的发展，提供更多、更好的化工产品，造福人类2、促进其他学科的发展，尤其是生物学和医学的发展。建立了生物化学、分子生物学等3、对环境的影响4、有机化学是化学各专业的一门重要的基础课，有机化学的基础知识和实验技能对各专业都是必需的第14页/共42页第十四页，共43页。第15页/共42页第十五页，共43页。奎宁（存在于金鸡钠皮中，抗疟药物）1908年

Rabe，测定了结构

1944年

Woodward完成全合成

2001年

Stork完成立体选择性全合成扑疟喹啉戊喹啉氯喹合成抗疟药物第16页/共42页第十六页，共43页。第17页/共42页第十七页，共43页。ETFE膜：乙烯-四氟乙烯共聚物

第18页/共42页第十八页，共43页。五、有机化学的发展年份获得者国籍主要贡献1902E.费歇尔(EmilFischer)德国研究糖和嘌呤衍生物的合成1905拜尔(AdolfvonBaeyer)德国研究有机染料和芳香族化合物1910瓦拉赫(OttoWallach)德国研究脂环族化合物1912格林尼亚(VictorGrignard)萨巴蒂埃(PaulSabatier)法国有机镁试剂的制备及应用金属催化氢化1915威尔斯泰特(RichardWillstätter)德国研究植物色素,特别是叶绿素1928文道斯(AdolfWindaus)德国研究胆固醇的组成及其与维生素的关系1930费歇尔(HansFischer)德国研究血红素和叶绿素，合成血红素1937哈沃斯(WalterHaworth)卡雷(PaulKarrer)英国瑞士研究碳水化合物和维生素C与有机化学有关的诺贝尔化学奖获奖名录第19页/共42页第十九页，共43页。年份获得者国籍主要贡献1939布特南德(AdolfButenandt)卢齐卡(LeopoldRuzicka)德国瑞士研究萜类化合物1947鲁滨逊(RobertRobinson)英国研究生物碱和其他天然产物1950迪尔斯(OttoDiels)阿尔德(KurtAlder)英国瑞士发现双烯合成1955杜•维尼奥(VincentduVigneaud)美国研究多肽和激素的合成1963齐格勒(KaulZiegler)纳塔(GiulioNatta)德国意大利研究乙烯和丙烯的催化聚合反应1965武德沃德(R.B.Woodward)美国发展有机合成艺术的杰出成就1969巴顿(DerekH.R.Barton)哈塞尔(OddHassel)英国挪威研究有机化合物的三维构象及构象分析1975普雷洛格(VladimirPrelog)康福思(J.W.Cornforth)瑞士英国有机分子与反应的立体化学反应（酶催化）的立体化学1979布朗(HerbertC.Brown)维蒂希(GeorgWittig)美国德国研究有机硼化学研究有机磷化学第20页/共42页第二十页，共43页。年份获得者国籍主要贡献1981霍夫曼(RonaldHoffmann)福井谦一(KenichiFukui)美国日本提出分子轨道对称守恒原理1984梅里菲尔德(R.B.Merrifield)美国创立多肽固相合成法1987克拉姆(DonaldJ.Cram)莱恩(Jaen-MarieLehn)佩德森(CharlesJ.Pedersen)美国法国美国研究冠醚研究主客体化学研究超分子化学1990科瑞(EliasJ.Corey)美国发展有机合成的理论和方法学1994欧拉(George.Olah)美国研究碳正离子化学1996柯尔(R.F.Curl,Jr.)克罗托(H.W.Kroto)斯莫利(R.E.Smalley)美国英国美国研究富勒烯化学(C60)2001诺尔斯(WilliamS.Knowles)野依良治(RyojiNoyori)夏普莱斯(K.BarrySharpless)美国日本美国研究不对称催化氢化和不对称催化氧化2005伊夫•肖万(YvesChauvin)罗伯特•格拉布(R.H.Grubbs)里查德•施罗克(R.R.Schrock)法国美国美国研究烯烃复分解反应第21页/共42页第二十一页，共43页。年份获得者国籍主要贡献2010理查德·赫克

(RichardF.Heck)根岸荣一

(Ei-ichiNegishi)铃木章

(AkiraSuzuki)美国日本日本钯催化交叉偶联

第22页/共42页第二十二页，共43页。报道有机化学发展的主流杂志第23页/共42页第二十三页，共43页。六、我国有机化学研究的重大成就1965年，牛胰岛素的合成牛胰岛素的分子结构图合成牛胰岛素的科学家们第24页/共42页第二十四页，共43页。1981年，酵母t-RNA

的合成第25页/共42页第二十五页，共43页。2011年度拉斯克奖公布获奖名单,中国科学家屠呦呦因发现并提炼出用以治疗疟疾的青蒿素而获得“临床医学奖”。一位中国人摘取有着诺贝尔奖风向标之美誉的拉斯克奖,把一种植物青蒿推到世界面前,有舆论称这是为反中医论者给出的最好证明；而实际上,青蒿素的研制跟中医的关联极其微弱,青蒿因为错误的煎熬方法导致价值尽失,一度被中医当无用垃圾扔掉。有人对此形容说：一群科学家在中医垃圾堆里发现了宝贝。第26页/共42页第二十六页，共43页。

共价键的形成可看作是两个自旋方向相反的未成对电子相互配对或原子轨道重叠的结果。成键的电子只在键连的两个原子的区域内运动，即价电子是定域的§2共价键理论一、价键理论CH4第27页/共42页第二十七页，共43页。

共价键的饱和性

共价键的方向性

能量相近的原子轨道可以进行杂化，组成能量相等的杂化轨道，这样可使原子的成键能力增强，体系能量降低，从而形成更稳定的分子σ键和

π键π键σ键最大重叠，结合成键重叠少，不能成键第28页/共42页第二十八页，共43页。二、分子轨道理论

认为成键电子是在整个分子中运动的，即价电子是离域的。分子中电子的运动状态可以用波函数

Ψ来描述，称做分子轨道。各分子轨道都有对应的能量，通常称为分子轨道的能级

分子轨道（）是由原子轨道（）线性组合而成的，有几个原子轨道参与组合就可以形成几个分子轨道。其中能量比原来原子轨道低的称为成键轨道，高的成为反键轨道，相等的称为非键轨道1=c111

+

c122

2=c211

–

c222第29页/共42页第二十九页，共43页。

根据分子轨道的对称性的不同可以将其分为

σ轨道和π轨道

电子从原子轨道进入分子轨道时要遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。分子的总能量为各电子占据的分子轨道的能量总和

电子从原子轨道进入成键分子轨道，形成化学键，从而使体系能量减低，形成稳定分子。能量降低愈多，形成的分子愈稳定

原子轨道要有效地组合成分子轨道，必须遵循以下三条原则：（1）对称性匹配原则，（2）最大重叠原则，（3）能量相近原则第30页/共42页第三十页，共43页。..++–..+.+.++.+.–σ轨道原子轨道线性组合方式一能级成键轨道σ反键轨道σ*+.+.原子轨道能量节面第31页/共42页第三十一页，共43页。..++––..+–..++––..+–+–π轨道原子轨道线性组合方式二..能级反键轨道π*成键轨道π原子轨道能量节面第32页/共42页第三十二页，共43页。1、键长2、键角例如：C—CC—HC=CC—O

键长：

0.154nm0.109nm0.134nm0.143nm三、共价键的属性成键原子的平衡核间距。单位：nm或Å

处于不同化学环境中的相同共价键的键长也稍有差异

一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开

不同的共价键有不同的键长同一原子上的两个共价键之间的夹角例如：H3C—CH3H3C—CH=CH2H2C=HC—CH=CH2

键长：0.154nm0.151nm0.147nm第33页/共42页第三十三页，共43页。3、键能（E）、键的离解能（Ed）

化学键的键能越大，键越牢固

多原子分子共价键的键能是同一类键的平均离解能例如：甲烷中C−H键的键能：415.3kJ/mol键能（E）键的离解能（Ed）第34页/共42页第三十四页，共43页。4、键矩，分子的偶极矩键矩：反映极性共价键的极性大小，单位为D

或C•m分子的偶极矩：分子的偶极矩是各键键矩的矢量和μ=q

×dq：电荷d：正负电荷中心之间的距离d+d-例如：CH3ClCCl4偶极矩（C•m）6.47×

10-300第35页/共42页第三十五页，共43页。均裂异裂四、共价键的断裂与有机反应的类型自由基（游离基）Radical碳正离子Carbocation碳负离子C