青島科技大學有機化學課件—第1章09緒論.pptVIP

1,有 機 化 學,主講：李老師 適用于80學時，其中講課74學時， 習題課4學時，總復習2學時。,2,有機化學是化學科學的一個分支，是研究 有機化合物的來源、制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì) 及其變化規(guī)律的一門科學。,第一章 緒 論,3,1.1有機化合物和有機化學,1.1.1有機化合物,CH4 、HC CH 、C2H5OH 、C6H12O6 、CH3COOH,從組成上看主要含有C、H 還有 O、N、X、S、P 等,有機化學的研究對象有機化合物,4,從結(jié)構(gòu)上看，CH化合物可看作有機化合物的母體，其它的有機化合物可看作是CH化合物分子中的H原子被其它原子（O, N, S, X等）或基團取代后的衍生物。,“有機化合物”： 碳化合物、碳氫化合物及其衍生物；,“有機化學”是研究碳氫化合物及其衍生物的化學。,5,CO、CO2、Na2CO3、KCN 等為無機化合物。 所以含碳化合物不一定是有機化合物，但有機化合物一定是含碳化合物。,注：,6,（生命力學說）,1.1.2 有機化學的發(fā)展歷史,有機化學是與人類生活有著極其密切關(guān)系的一門學科，其發(fā)展自19世紀初期(1806年)至今已有200年。,最初人們認為：,7,在周朝，人們就會釀酒、制醋，用棉麻纖維織布、造紙，用茜草的根給織物染色，還懂得使用香料和草藥。 18世紀末分離提純階段（第一階段）：,1773：從尿中提取出了尿素,8,19世紀，又從植物體內(nèi)提取出了嗎啡，葉綠素 和胡蘿卜素等。,1806年斯圖萘爾（sertner)首次從鴉片中分離出第一個生物堿- 嗎啡，直到1952年才確定了其結(jié)構(gòu)，并為全合成所證實。,1、“生命力學說”的代表瑞典化學家 J Berzelius： 認為有機化合物不能人工合成，他定義有機化合物 是“生物體中的物質(zhì)”。,9,貝采利烏斯是當時很有名望的化學家。1779年8月20日生于東約特蘭省的林雪平。1797年考上烏普薩拉大學醫(yī)學系學習，1802年獲醫(yī)學博士學位。在該學院當講座義務助手，業(yè)余功讀化學。1807年任化學教授，。1835年皇帝查理十四晉封他為男爵。他把廚房改建為實驗室進行科學研究工作。他的研究工作涉及許多領(lǐng)域：,貝采利烏斯的主要特點是嚴密性與系統(tǒng)性，觀察精確，描述清晰。他是生命力論的擁護者。,貝采利烏斯(Berzelius.J.J.1779-1848 瑞典化學家),10, 在發(fā)展原子論方面，他發(fā)現(xiàn)了幾種新元素：鈰、 硒、釷。他還制定出近代元素符號，沿用至今。 在電化學方面，貝采利烏斯1814年提出了電化學二 元論學說。 在有機化學方面，貝采利烏斯在1808年最早提出 “有機化學”這個名稱。他還發(fā)現(xiàn)了肌乳酸（ 1806 ）、丙酮酸（ 1835 ） 。 在分析化學方面，他創(chuàng)始了重量分析，改進了有機元素分析方法。,11,2、尿素的合成開創(chuàng)了有機合成的新紀源 1828年德國化學家韋勒無意中用加熱的方法使氰酸銨轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩亍?但這一成就未能立即給“生命力”以致命的打擊。由于 韋勒當時所用的氰酸銨是由有機物制成的，“生命力” 維護者爭辯說：“生命力”即在韋勒所用的氰酸銨中。,12,維勒是因首先在實驗室里從無機物合成了有機物-尿素而聞名于世。1800年7月31日生于德國法蘭克福。1820年考入馬爾堡大學醫(yī)學院，1821年開始對化學感興趣，1823年他決定放棄醫(yī)學，在斯德哥爾摩跟貝采利烏斯一起工作一年。1825年維勒回國，在柏林化學和礦物學校和卡塞爾技術(shù)學校教化學。1836年維勒任格丁根大學化學教授。,維勒（Fwohler,18001882,德國化學家）,13, 1854年柏賽羅（M. Berthelot）合成了油脂。, 1845年德國有機化學家科爾伯（HKolbe）從無可爭辯的無機物制成了公認為有機物的醋酸：,1861年 俄國化學家希特列洛夫 合成了 糖類,“生命力”學說才宣告破產(chǎn)。,14,世紀初， 煤焦油合成“三藥一料”：染料 藥物（醫(yī)藥、農(nóng)藥） 炸藥 世紀年代石油合成“三大合成材料”： 合成纖維，合成橡膠，合成樹脂,從此確信了人工合成有機化合物是完全可能的。 這就是有機化學最初發(fā)展的第二階段（合成階段）。,15, 我國在天然有機化合物的合成領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，1965年合成了具有生理活性的蛋白質(zhì)結(jié)晶牛胰島素（化學通報，1965.5 P257-285)；, 1979年完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的半合成，1981年完成了全合成（化學通報，1982.12 P28）,16,有機化學發(fā)展的歷史標志著有機化合物與無機化 合物之間并沒有絕然的界線。它們遵從著同一規(guī)律， 因此，有機化合物和有機化學就失去了它原來的含義。,100多年來，有機化學在提高人們的生活水平和 改善人們的生活質(zhì)量方面作出了特有的貢獻。,17,為什么有機化學要作為一門獨立學科呢？,1.2有機化合物的特點,18,結(jié)構(gòu)特點:,碳與碳之間可以C-C 、C=C、CC 相互結(jié)合，并且可以形成鏈狀或環(huán)狀。,同分異構(gòu)現(xiàn)象普遍存在,共價鍵結(jié)合,19,1. 數(shù)量龐大，結(jié)構(gòu)復雜； 2. 容易燃燒，對熱不穩(wěn)定； 3. 熔、沸點低； 4. 難溶于水，易溶于有機溶劑； “相似相溶原理” 5. 反應速度慢，副反應多。,性能特點:,20,21,有機和無機的差別,22,1.3 有機化合物的分類 1、根據(jù)碳的骨架分類,開鏈（脂肪族）化合物：,碳環(huán)化合物,雜環(huán)化合物,脂環(huán)族化合物,芳香族化合物,如：,如：,如：,如：,有機化合物,23,2、按官能團分類,官能團是指分子中比較活潑、容易發(fā)生某些特征反 應的原子(如鹵素原子)、原子團（如OH）或某些特征 的化學鍵結(jié)構(gòu)單元 (如雙鍵) 等。它們對化合物的性質(zhì)起 著決定性的作用。 顯然，含有相同官能團的有機化合物都具有類似的 性質(zhì)。,24,有機化合物,烴類,烴衍生物,（只含C、H兩種元素的化合物）,（烴中的H被取代）,飽和烴 （烷烴 和環(huán)烷烴）,不飽和烴 （烯烴和炔烴）,鹵代烴,含氧衍生物 （醇、醛、酮、羧酸等）,含氮衍生物（氰、胺等）,3、根據(jù)組成元素分類,芳香烴,25,1.4 有機分子的結(jié)構(gòu)理論,1.4.1有機分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式 分子中原子相互聯(lián)結(jié)的次序和方式，以及各原子間的立體位置稱為分子結(jié)構(gòu), 表示這種分子結(jié)構(gòu)的圖式稱為結(jié)構(gòu)式。,26,分子的性質(zhì)不僅取決于組成元素的性質(zhì)和數(shù)量，而且也取決于分子的結(jié)構(gòu)式。例如: 乙醇 甲醚 分子式 C2H6O C2H6O 結(jié)構(gòu) 式 CH3CH2OH CH3OCH3 沸點b.p 78.5 24.9 消去、酯化 可發(fā)生 不能發(fā)生,27,分子結(jié)構(gòu)通常用結(jié)構(gòu)式表示結(jié)構(gòu)式是表示分子結(jié)構(gòu)的化學式，一般使用的結(jié)構(gòu)式有短線式，縮簡式和鍵線式三種：,28,說明：,分子結(jié)構(gòu)通常包括組成分子的原子彼此之間的連接順序和方式，以及各原子在空間的相對位置。即分子結(jié)構(gòu)包括分子的構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象（構(gòu)型和構(gòu)象以后介紹）。而分子中原子的連接次序和方式，稱為構(gòu)造。所以以上表示分子構(gòu)造的化學式，成為構(gòu)造式。,29,構(gòu)造式是結(jié)構(gòu)式的平面投影式。它只表示分子中原子連接的次序和方式（以單鍵、雙鍵或叁鍵相連），不能反映原子在分子結(jié)構(gòu)中的空間相對位置。而結(jié)構(gòu)式不僅表示分子中原子連接的次序和方式，還表示原子在分子結(jié)構(gòu)中的空間相對位置。,注：,30,共價鍵的幾個主要參數(shù)： 1、鍵長：成鍵兩個原子核之間的距離。鍵長越短， 形成的共價鍵 越穩(wěn)定。 2、鍵角：任何一個兩價以上的原子與其它原子所形 成的兩個共價鍵之間的夾角。 注：鍵角反映分子的空間結(jié)構(gòu)，其大小與中心原子 有關(guān)，也隨分子結(jié)構(gòu)的不同而改變。,1.4.2 共價鍵參數(shù),通過原子間共用電子對形成的化學鍵稱為共價鍵。,31,3、鍵能和鍵離解能：,-435.1kJ/mol,-443.5kJ/mol,-443.5kJ/mol,-338.9kJ/mol,所以，甲烷分子中C-H鍵的鍵能為415.3kJ/mol 鍵能反映共價鍵的強度，鍵能愈大，鍵愈牢固。,斷裂或形成一個共價鍵所需要的能量稱之為鍵的 離解能。鍵能則泛指多原子分子中幾個同類型鍵的離 解能的平均值。,32,、共價鍵的極性 非極性共價鍵：相同原子形成共價鍵，成鍵電子云 平均分布在兩原子之間。如：H-H,極性共價鍵： 不同原子形成共價鍵，成鍵電子云 分布不對稱。,+,-,有機化合物中化學鍵極性大小取決于成鍵兩原子的電負性差值，差值越大，極性越大。,常用一個箭頭表示極性鍵， 由正電荷指向負電荷。,33,偶極矩（）：,= q d,式中： 表示偶極矩，單位（庫侖.米）“C.m” ； q表示正電中心或負電中心所帶電荷； d表示兩電荷之間的距離,偶極矩是一個向量。如：,=0,=6.2410-30C.m,5、偶極矩,34,1.4.3共價鍵的斷裂和有機反應類型,均裂,異裂,1、均裂（homolysis): 成鍵的一對電子平均分給兩個成鍵原子或基團，均裂產(chǎn)生具有未成對的原子或基團，稱為自由基（或游離基）。,2、異裂（heterolysis): 成鍵的一對電子完全為成鍵原子中的一個原子或基團所占有，形成正負離子。,35,均裂,異裂,有機反應類型,1、自由基型反應:,(產(chǎn)生自由基),(產(chǎn)生正負離子),2、離子型反應:,反應條件: 光、熱或過氧化物,根據(jù)試劑類型分為： 親電反應和親核反應,3、協(xié)同反應: 反應過程中舊鍵的斷裂和新鍵的生成同時進行， 無活性中間體生成。,36,有 機 反 應,自由基反應,自由基取代,自由基加成,離子型反應,協(xié)同反應,親電反應,親核反應,親電取代,親電加成,親核取代,親核加成,37,1.5 有機化學中的酸堿概念,1.5.1 Arrhenius（阿倫尼烏）酸堿理論,酸是在水溶液中能電離產(chǎn)生H+的物質(zhì)； 堿是在水溶液中能電離產(chǎn)生OH-的物質(zhì)。,38,1.5.2Brnsted（布朗斯特）質(zhì)子論,凡是能給出質(zhì)子的物質(zhì)為酸，而能與質(zhì)子結(jié)合的 物質(zhì)即為堿。酸放出質(zhì)子后產(chǎn)生該酸的共軛堿，同樣 堿結(jié)合質(zhì)子后形成該堿的共軛酸。例如：,39,1.5.3 Lewis（路易斯）電子對理論,酸是電子對的接受體，能接受電子對的物質(zhì)是Lewis酸,Lewis酸（如：H+、BF3、 SO3、AlCl3、ZnCl2、 SnCl2、R+、 NO2+等）都是缺電子的酸性試劑，能接 受外來電子對，具有親電性，稱為親電試劑。,由親電試劑進攻導致的反應，稱為親電反應,40,堿是電子對的給予體，能給出電子對的物質(zhì)是Lewis堿,Lewis堿（如：OH-、X-、CN-、NO3-、RO-，R-， NH3，RNH2等）都是富電子的堿性試劑，有進攻碳 核（C+），給出電子對的傾向，稱為親核試劑。,由親核試劑進攻導致的反應，稱為親核反應,41,有機化學是化學學科中占有絕對重要地位的 一門主要基礎(chǔ)課。而且隨著科學和技術(shù)的發(fā)展，有機 化學與各個學科之間的互相滲透，互相依賴，互相促 進在不斷地深入。因此有機化學不僅是現(xiàn)代有機化學 工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，同時也是生物化學、生命科學、藥 物化學、食品化學、材料化學（特別是高分子材料） 賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。有機化學的基本原理和方法已成為 眾多相關(guān)學科的必備基礎(chǔ)。,1.6 學習有機化學的重要性,42,1、 世紀發(fā)現(xiàn)和合成的2340萬種化合物中，90% 是有機化合物； 2、 有機化學與人類的衣食住行息息相關(guān)； 3、有機化學與各門學科相互滲透（如：醫(yī)學、生物、 材料、環(huán)境、食品、皮革、造紙等）；,43,有機化學是一門迅速發(fā)展的學科,19011998年，諾貝爾化學獎共90項，其中有機化學方面的化學獎55項，占化學獎61%,44,結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)通過基本反應體現(xiàn)。而反應 和合成是一個問題的兩個方面，合成的主要部分是通 過各類化合物的反應來闡述的。反應機理的討論有益 于理解反應的本質(zhì)。,1、有機化學的研究內(nèi)容： （）有機化合物的結(jié)