質(zhì)子酸堿和路易斯酸堿理論有機化學是課件

1、學什么？怎么學？能夠?qū)W到什么？（？+？）學有機化學有什么用？有機化學是？生命科學中的化學問題是未來有機化學發(fā)展的重要資源和推動力A. 重要作用 理論基礎(chǔ)、研究工具、闡明本質(zhì)生物代謝復雜生物分子 小分子復雜生物分子（反應物）：糖，脂，蛋白質(zhì)，核酸，酶，藥物分子等。酶催化多步驟分解反應生命科學中的化學問題是未來有機化學發(fā)展的重要資源和推動力B. 在大分子和超分子水平上，生命科學與有機化學將在更廣闊范圍和更深層次上相互滲透，全面互補。有機化學 小分子復雜分子大分子超分子生命科學 生物個體組織細胞亞細胞超分子大分子結(jié)構(gòu)單元分子有機化學與生命科學的密切結(jié)合，是現(xiàn)代科學發(fā)展的必然結(jié)果和需要。http:/w

2、ww.ch.kcl.ac.uk/supramol/supramol.htm生命科學中的化學問題是未來有機化學發(fā)展的重要資源和推動力有機化學是從分子水平上研究物質(zhì)世界最豐富多彩的部分 - 有機化合物。簡單有機小分子化合物（組成、價鍵、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、鑒定、反應、合成）復雜有機化合物（結(jié)構(gòu)、鑒定、合成） 大分子化合物（ 結(jié)構(gòu)、鑒定、合成、相互作用） 超分子（分子識別、分子組裝、功能）無處不在,無時不在生命科學中的化學問題是未來有機化學發(fā)展的重要資源和推動力C. 化學家和生物學家面臨的諸多挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)之一：人類健康和生活素質(zhì) 資源短缺 環(huán)境惡化 新的疾病 藥物副作用和耐藥性解決途徑之一 化學技術(shù)與生物技術(shù)的

3、密切結(jié)合課程說明課時:64h 成績評定 平時成績(30%)5-6分鐘課堂提問作業(yè)期中測驗(30%)期末考試(40%)其他？Aspartame (Nutrasweet)阿斯巴甜章節(jié)安排含氮有機物 含硫和含磷有機物 雜環(huán)及生物堿（案例）碳水化合物 氨基酸蛋白質(zhì)（案例）油脂和類脂化合物（案例+自學 ）有機波譜法（案例+自學 ）專題講解（機動）緒論 有機物命名體系（教改）烷烴烯烴和炔烴環(huán)烴（芳香烴研討 ）旋光異構(gòu)（案例）鹵代烴 醇、酚、醚 醛、酮、醌 羧酸、羧酸衍生物（案例）基本內(nèi)容認有機物IUPAC命名和結(jié)構(gòu)書寫結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(性能)構(gòu)性相關(guān)各類基本有機物的典型結(jié)構(gòu)特征理化性質(zhì)的基本規(guī)律典型化學反應本質(zhì)

4、制備與合成定性鑒定實驗？學習要求基礎(chǔ)理論知識掌握共價鍵理論；正確理解有機分子結(jié)構(gòu)的含義，掌握結(jié)構(gòu)式書寫原則和各類結(jié)構(gòu)式表示方法；命名和結(jié)構(gòu)掌握有機物的命名法（包括立體異構(gòu)）；熟悉各類有機物官能團結(jié)構(gòu)及官能團分類；掌握有機物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相關(guān)規(guī)則，并進行相關(guān)分析；掌握常見異構(gòu)現(xiàn)象，構(gòu)型和構(gòu)象等基本知識；掌握含12個手性碳原子化合物的旋光異構(gòu)現(xiàn)象及標記方法；了解雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)及萜類和甾族化合物的基本骨架；學習要求反應、機理與性質(zhì)了解各類有機化合物的主要物理性質(zhì)及其規(guī)律；掌握基本有機物的主要化學性質(zhì)，并與化合物轉(zhuǎn)化相聯(lián)系；掌握自由基反應、親電取代反應、親核取代反應、親電加成反應、親核加成反應、消除反應

5、和重排反應等主要類型的反應機理；掌握誘導效應和共軛效應等電子效應的一般理論及其應用；掌握有機化學中一些常見的反應規(guī)律，如馬爾柯夫尼柯夫定則，查依采夫規(guī)律，取代苯的定位規(guī)律等；生物分子的結(jié)構(gòu)與特殊性質(zhì)學習目標培養(yǎng)理解和欣賞能力。有機分子的結(jié)構(gòu)和化學轉(zhuǎn)化。有機物的基本概念和應用。 獲得電子結(jié)構(gòu)的基本概念，并用于解決有機化學各領(lǐng)域的問題。 進步。 改進學習策略，提高批判性思維和解決問題的技能。學習方法提前預習 做好課堂筆記多交流，勤查閱有關(guān)資料課后作一定量的題及時總結(jié)整理動手做實驗課后答疑時間：隨時主要參考資料付建熙主編，有機化學（3版），高教出版社王俊儒等主編，有機化學學習指導（2版），高教出版社

6、邢其毅等主編，基礎(chǔ)有機化學，高教出版社有機化學精品課程網(wǎng)址:2011省級精品課程 /2013省級共享課程：/eol/jpk/course/layout/page/index.jsp?courseId=2000MIT 中文 /cocw/mit/Chemistry/courses/chemistry/5-13-organic-chemistry-ii-fall-2006/courses/chemistry/5-12-organic-chemistry-i-spring-2003/index.htm科學網(wǎng) /bbs/showforum.aspx?forumid=87第 1 章 緒論有機化學簡介；有機

7、物特性；基本骨架和官能團；化學鍵理論；結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系酸堿理論：質(zhì)子酸堿和路易斯酸堿理論有機化學是？第1節(jié) 有機化學簡介Organic Chemistry is the science of carbon compounds the chemistry of the compounds of carbon“the chemistry of living things”許多基本概念都是圍繞碳的特性建立起來的Unique property of carbonBond to one another in a virtually limitless number of arrangementsUniq

8、ue property of carbon煤煙, 煙灰1. 有機化學簡史History(1)利用 公元770-780年，人們開始利用來自動植物體內(nèi)的物質(zhì)，例如：燒酒、糖、染料和藥物。 (2)提取In 1770, Swedish chemist Torberm Bergman was the first to express the difference between “organic” and “inorganic”substancesOrganic derived from living organism Originally, Study of compounds extracted f

9、rom living organisms and their natural products1. 有機化學簡史History1773年：尿素1773-1785年：檸檬酸，乳酸，酒石酸，嗎啡元素測定生活力學說有機化學神秘莫測的力Vital force theory: Compounds such as sugar, urea, starch, waxes, and plant oils were considered “organic” people believed thatOrganic compounds needs a “vital force” to create them1. 有機

10、化學簡史History(3)合成 19世紀中葉：用無機物氰酸銨（NH4CNO）首次合成尿素乙酸，油脂生活力學說被否定 In 1828, Fridrich Wohler（魏勒） convert the “inorganic” salt ammonium cyanate into the “organic” substance urea氰酸銨1. 有機化學簡史HistoryWohlers synthesis led to the realization that molecules found in nature can be described, handled, and synthesized

11、 in the same way as minerals and metals. What an astounding insightthat atoms and molecules move freely between the living and nonliving worlds, that the living and nonliving share fundamental attributes that can be studied. With this discovery, organic chemistry was born.1. 有機化學簡史History(4)有機物的結(jié)構(gòu)一維

12、二維三維(5)有機化學的近代發(fā)展 借助于近代物理學的進展，有機化學得到長足的發(fā)展，不僅在實驗室里分離和提取了一系列天然有機產(chǎn)物，而且還合成出一些自然界未曾發(fā)現(xiàn)的化合物，并逐步興起了有機合成化學工業(yè)，尤其以染料和制藥工業(yè)最為突出。20世紀30年代，隨著石油等天然資源的開發(fā)和利用，世界進入了合成高分子材料的新時代。目前，隨著結(jié)構(gòu)理論和化學反應理論以及計算機、激光、磁共振和重組DNA技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，有機化學對分子水平的掌握日益得心應手，能夠按照某種特定需要，在分子水平上設(shè)計結(jié)構(gòu)和進行制備。2. 有機化學的定義 DefinationL Gemlin(葛美林)Organic Chemistry is

13、 the Chemistry of Carbon Compounds Schrlemmer C(薛勒邁爾)Organic Compounds are Hydrocarbons and Their DerivativesQuestion 1 Why is an entire branch of chemistry devoted to the study of carbon-containing compounds?Organic Chemistry is the Chemistry of Carbon CompoundsThe answer is Carbon-containing compo

14、unds make life possibleUnlike most other elements, carbon forms strong bonds to other carbon atoms and to a wide variety of other elements. Chains and rings of carbon atoms can be built up to form an endless variety of molecules. It is this diversity of carbon compounds that provides the basis for l

15、ife on Earth. Living creatures are largely composed of complex organic compounds that serve structural, chemical, or genetic functions.Organic Chemistry is the Chemistry of Carbon CompoundsStill, not all carbon compounds are organic compounds. We need carbon-containing compounds in nature for our fo

16、od, medicines, clothing, and energy。We depend on millions of synthetic carbon-contaning compounds in our daily life。More Questions What makes carbon so special?Why are there so many carbon-containing compounds?3. 地位和作用有機化學是現(xiàn)代科學技術(shù)的重要基礎(chǔ)學科有機化學研究的對象及研究內(nèi)容有機化學是從分子水平上研究物質(zhì)世界最豐富多彩的部分 - 有機化合物。簡單有機小分子化合物（組成、價鍵

17、、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、鑒定、反應、合成）復雜有機化合物（結(jié)構(gòu)、鑒定、合成） 大分子化合物（ 結(jié)構(gòu)、鑒定、合成、相互作用） 超分子（分子識別、分子組裝、功能）無處不在,無時不在3. 地位和作用生命科學（生物化學，分子生物學等）醫(yī)藥學（中藥，藥物化學，病理學，生化分析等）農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)化學，農(nóng)用化學品等）石油（石油化工等）材料科學（高分子化學，功能材料等）食品（食品化學，營養(yǎng)學，添加劑等）日用化工（染料，涂料，化裝品等）資源與環(huán)境Organic chemicals make upFoods and foodstuff食料Flavours and fragrancesMedicinesMaterials, po

18、lymers, plasticsPlant, animal and microbial matter; natural productsA vast range of manufactured goodspharmaceuticals, foods, dyestuffs, adhesives, coatings, packaging, lubricants, cosmetics, films & fibres, etc. etc.Some organic chemicalsDNAEssential oilsMedicinesActive Pharmaceutical IngredientsEx

19、cipients賦形劑MaterialsFuelsPigmentsAlmost everything you see in this picture is made of organic chemicalsOrganic chemistry is the chemistry of carbon compounds.胭脂蟲 cochineal insects棘刺梨 (扇狀) 仙人掌 prickly pear cactus玫瑰果 Rose hipsTobacco contains nicotine, an addictive alkaloid. Rose hips contain vitamin

20、C, essential for preventing scurvy. The red dye carmine comes from cochineal insects, shown on a prickly pear cactus. Opium poppies contain morphine, a pain-relieving, addictive alkaloid.AspirinMillions of aspirin tablets are sold in the world each year.An extract from willow bark, a precursor to mo

21、dern aspirin, was used in the 1800s.前體Taxol Taxol was first isolated (1962) from the bark of the Pacific yew tree（短葉紫杉）.It is produced today by semisynthesis from a precursor found in abundance in the needles and twigs嫩枝.Taxol or paclitaxel used to treat breast and ovarian cancers.Taxol blocks the d

22、ivision of the mitotic spindle resulting in the arrest of cell replication and cell death.有絲分裂紡錘體紫杉醇，紅豆杉醇第2節(jié) 有機物特性（P2）數(shù)目多，組成復雜，異構(gòu)現(xiàn)象頻繁，但組成元素種類少溶沸點低，易揮發(fā)，易燃燒不導電，難溶于水，易溶于有機溶劑溶解慢，結(jié)晶析出慢化學反應速度慢，副反應多有機物的數(shù)量組成元素：C, H, O, N 以及鹵素。Over 50 million carbon-containing (organic) compounds are known so far. In additio

23、n,90% of the new compounds discovered or synthesized each year are also organic.It shares electrons with other carbon atoms It shares electrons with several kinds of atomsC-C single, double and triple bondchain, or cyclo-links Isomerism phenomenon順反異構(gòu)（幾何異構(gòu)）旋光異構(gòu)（光學異構(gòu)）構(gòu)象異構(gòu)碳鏈異構(gòu) 正丁烷和異丁烷官能團異構(gòu) 乙醇和二甲醚位置異構(gòu)

24、1-丁烯和2-丁烯互變異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)同分異構(gòu)同分異構(gòu)（現(xiàn)象/類型）烷烴構(gòu)造異構(gòu)烷烴構(gòu)造異構(gòu)體數(shù)量甲烷1乙烷1丙烷1丁烷2戊烷3己烷5癸烷75十五烷4347二十烷366,319三十烷，蜂花烷44 x 109(C30H62)All knownC63H90N14PCoP335 Vitamin B12 VB12 動物肝臟中 分到紅色結(jié)晶 定出結(jié)構(gòu), X衍射 9 個C*, 29512立體異構(gòu)體 人工全合成，最復雜的非高分子化合物1965 R B Woodward ,Ronald Hoffmann (Harvard Univ), Nobel Prize溶沸點低，易揮發(fā)，易燃燒。無機物： 正負離子間靜

25、電吸引作用力固體（晶體）分子間作用力強有機物：分子極性小或沒有極性weak Van der Waals forces分子間相互束縛弱易擺脫液相束縛而逸散出來多數(shù)易燃燒難溶于水，易溶于有機溶劑相似相溶原理溶解/析出速度慢化學反應速度慢，副反應多舊共價鍵斷裂，新鍵生成部位多能量引發(fā)過渡態(tài)穩(wěn)定性條件：Cat，T，P，Sol，h，Microwave，Ultrasonic wave 有機化學反應位置總是發(fā)生在官能團上以及官能團所能影響到的位置上第3節(jié) 基本骨架和官能團基本骨架 由碳碳鍵和碳氫鍵構(gòu)成烷烴，烯烴，炔烴，脂環(huán)烴，芳香烴Alkanes, Alkenes, Alkynes, Alicyclic h

26、ydrocarbons, Arenes官能團（Functional Groups)：The atom or group of atoms that defines the structure of a particular family of organic compounds and, at the same time determines their properties 官能團: 有機分子中比較活潑，易發(fā)生化學反應的原子或原子團官能團: 賦予有機物一類特征結(jié)構(gòu)并決定其性質(zhì)的原子或原子團Page 22表24第三節(jié) 基本骨架和官能團官能團（Functional Groups)：A funct

27、ional group determines all of the following properties of a molecule: Bonding and shape Chemical reactivity Type and strength of intermolecular forces Physical properties Nomenclature烷烴烯烴炔烴芳香烴二烯烴脂環(huán)烴鹵代烷烴鹵代芳烴第3節(jié) 基本骨架和官能團含氮化合物 Containing Nitrogen: 胺 Amines: RNH2, R2NH, R3N, （R4N+X-） 亞胺 Imines: -C=NH, -

28、C=NR; 腈 Nitrile: RCN (-CN, cyano group ) 硝基 Nitro compounds R-NO2 亞硝基 Nitroso compounds R-NO偶氮和重氮化合物 N=N，N三N第3節(jié) 基本骨架和官能團含氧化合物 Containing Oxygen 醇、酚、醚、醛、酮、醌Alcohols R-OH；Phenols Ar-OH； Ethers R-O-R；Aldehydes, Ketones ,Quinones R(H)C=O, R2 C=O羧酸、酯、酰胺、酸酐、酰鹵Carboxylic Acids and their DerivativesAcid chl

29、orides; Acid Anhydrides; Amides; Esters RCOOH, RCOOR, RCONR2, RCOX第3節(jié) 基本骨架和官能團Containing halogen Alkyl Halides +R-X - R+ + X-Containing Sulfur磺酸 SO3H；硫醇Thiols ，硫酚 ThiophenolSHContaining PhosphorusContaining BoronContaining SiliconOther compounds:Heterocyclic compounds ,Fats,LipidsCarbohydrates Amino

30、 acids; peptides; Proteins第4節(jié) 化學鍵理論原子軌道和核外電子排布化學鍵： 離子鍵；共價鍵共價鍵理論價鍵理論；雜化軌道理論；分子軌道理論1、原子軌道和核外電子排布1、原子軌道和核外電子排布(1) The aufbau priciple（奧福寶結(jié)構(gòu)規(guī)則）The closer the orbital is to the nucleus, the lower its energy1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5pSP1SP2SP3PC、Hybridization of other carbon speciescarbocations: sp2 (trigonal)

31、 geometry,planar, positive chargecarbanions: sp3 (tetrahedral) geometry,strong base, negative chargeradicals: sp2 (trigonal) geometry, generally planar, uncharged5.分子軌道理論分子軌道：電子在整個分子中運動的狀態(tài)函數(shù) 成鍵電子不再定域于兩個成鍵原子之間，而是在整個分子內(nèi)運動離域每個分子軌道具有一定的能級分子中的電子，根據(jù)能量最低原理、Pauli原理和Hund規(guī)則逐級排列在分子軌道中組成分子的各個原子的原子軌道線性組合，形成分子軌道（

32、P？）。第5節(jié) 有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)又為結(jié)構(gòu)的探索和確定提供線索和依據(jù)。有機化學核心問題之一就是研究和掌握有機物的結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)反映近代結(jié)構(gòu)理論官能團的種類分子中官能團之間的相互影響分子中直連、不直連原子間相互影響各類有機物性質(zhì)以及同類有機物中性質(zhì)的差異第5節(jié) 有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系1、元素電負性、鍵極性與分子極性Electronegativity:H: 2.1 B: 2.0 C: 2.5 N: 3.0 O: 3.5F: 4.0 Cl: 3.0 Br: 2.8 I: 2.5Li: 1.0 Mg: 1.2CH3Cl共價鍵的鍵參數(shù)鍵參數(shù)：用來表征共價鍵性

33、質(zhì)的物理量 （1）.鍵長以共價鍵結(jié)合的兩個原子核之間的平衡距離鍵長。鍵長共價鍵強度（2）.鍵角分子中某一原子與另外兩原子形成的共價鍵在空間的夾角鍵角。鍵長和鍵角決定了分子的立體形狀。例如：109.5 121.4 180 117.3 108 共價鍵的鍵參數(shù)（3）.鍵能在一個大氣壓和25下，將1mol氣態(tài)雙原子分子每個分子離解為兩氣態(tài)中性原子所需要的能量離解能。雙原子分子：離解能 = 鍵能，兩個不同原子組成的多原子分子：鍵能 = 共價鍵的平均離解能。鍵能共價鍵強度。 （4）.鍵的極性A.電負性 原子成鍵時，對成鍵電子的吸引能力。吸引能力原子的電負性。兩成鍵原子的電負性差別鍵的極性。常見原子電負性大

34、小次序： FClBrI，F(xiàn)ONC極性共價鍵/非極性共價鍵H3C Cl+ -共價鍵的鍵參數(shù)B. 鍵偶極矩 矢量，大?。?qd， 方向： 鍵的極性C.分子偶極矩 鍵偶極矩的矢量和，分子的極性。D.極性分子 分子中正負電荷中心不重合，0，存在固有偶極。例如：值0 6.4710 -30 3.2810-30 C m 共價鍵的鍵參數(shù)(5).鍵的可極化度鍵的極化：外電場誘導下產(chǎn)生的偶極誘導偶極 引起鍵的極化 鍵極性改變的能力鍵的可極化度。成鍵原子半徑 共價鍵的可極化度。鍵的極性和可極化度是決定有機物性質(zhì)的重要因素。Polarity of BondsCH3FCH3Li第5節(jié) 有機化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系2. 共

35、價鍵的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系 Key Part of Organic Chemistrye.g. 1. Hydrocarbons Alkanes, Alkenes, Alkynes and AromaticCH3CH3, CH2=CH2, CH=CH, Substitute Reaction, Addition Reaction,C6H6 - Addition, difficult; Substitution, easy 第5節(jié) 有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系Eg. 2 C=O, C=C addition reaction but mechanism are differentEg. 3 RH, ROH, RC

36、OOH acidity increase from left to rightEg. 4 Compounds containing O or N, comparing with C, have lone pair of electron, so they often work as Lewis base. 3. 非共價力與性質(zhì)的關(guān)系非共價力包括： 氫鍵 Hydrogen Bond 范德華作用力 （吸引力和斥力） 偶極-偶極作用力等（見下表）作用于分子間和分子內(nèi)影響化合物的物理性質(zhì)和化學性質(zhì) 熔點、沸點、溶解性能 酸堿性、反應速度和反應方向分子間作用力取向力 極性分子與極性分子極性分子固有偶極分

37、子定向排列靜電引力取向力。分子極性，分子間距離取向力。誘導力 極性分子與極性分子，極性分子與非極性分子極性分子的固有偶極誘導另一個極性分子或非極性分子產(chǎn)生誘導偶極，極性分子間、極性分子和非極性分子間固有偶極與誘導偶極之間的靜電引力誘導力。分子極性、被誘導分子的變形性、分子間距離誘導力。分子間作用力色散力 極性分子與極性分子，極性分子與非極性分子，非極性分子與非極性分子分子中的電子及各原子的原子核的運動 瞬時偶極，極性分子間、極性分子和非極性分子間、非極性分子間通過瞬時偶極產(chǎn)生的作用力色散力。分子的變形性、分子間距離、分子間接觸表面積 色散力。氫鍵(1)定義 (2)形成氫鍵的條件： XHYR(3

38、)氫鍵的特點：方向性和飽和性(4)氫鍵的種類：分子間氫鍵和分子內(nèi)氫鍵非共價力及其強度InteractionsStrength Ion-Ion interactioncomparable to covalent bondingIon-dipole50200 kJ/molDipole-dipole550 kJ/molHydrogen bonding4120 kJ/molCation- interactions580 kJ/mol- stacking050 kJ/molVan der Waals forces 5 kJ/mol, variableHydrophobic effects第6節(jié) 酸堿理論

39、質(zhì)子酸堿理論路易斯酸堿理論1、酸堿概念的發(fā)展1663年 （英）Boyle, R. 酸具有酸味，能使藍色石蕊變紅 堿具有苦澀味，能使紅色石蕊變藍18世紀后期，從物質(zhì)內(nèi)在性質(zhì)認識酸堿1781年 （法）Lavoisier, A. L. 酸是一類含氧化合物，氧酸素19世紀初，HCl，HI等被發(fā)現(xiàn) 1811年 Davy, D. P. 提出“氫是酸的基本元素”的論點1、酸堿概念的發(fā)展19世紀后期，近代酸堿理論開始形成A、1889年 Arrhenius, S. A. 水-離子論20世紀 B、 Franklin, F.C. 溶劑論C、Bronsted, J. N.Lowry, T. M. 質(zhì)子論D、Lewis, G. N. 電子論E、Pearson, R. G. 軟硬酸堿理論酸堿概念的發(fā)展Arrihenius 離子論 在水溶液中能電離出氫離子的物質(zhì)稱為酸；能電離出氫氧根離子的物質(zhì)稱為堿局限性：不能解釋非水體系和非溶劑體系的問題2、Bronsted