有機(jī)化學(xué)高鴻賓第四版第一章緒論課件

1、授課：易嘉玲手機(jī)rganic Chemistry有機(jī)化學(xué)第一章 緒 論第一節(jié) 有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)一、有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)的定義二、有機(jī)化合物的特點(diǎn)第二節(jié) 分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式第三節(jié) 共價(jià)鍵一、化學(xué)鍵二、共價(jià)鍵理論三、 共價(jià)鍵的屬性四、 共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類(lèi)型【本章重點(diǎn)】 共價(jià)鍵的形成及共價(jià)鍵的屬性、誘導(dǎo)效應(yīng)。 【必須掌握的內(nèi)容】 1.有機(jī)化合物及有機(jī)化學(xué)。2. 有機(jī)化合物構(gòu)造式的表示方法。3. 共價(jià)鍵的形成價(jià)鍵法（sp3、sp2 、 sp雜化、鍵與鍵）。4. 共價(jià)鍵的基本屬性及誘導(dǎo)效應(yīng)。5. 共價(jià)鍵的斷鍵方式及有機(jī)反應(yīng)中間體。 有機(jī)合成的發(fā)展與 “生命力”論的破產(chǎn)

2、18世紀(jì)末 19世紀(jì)中葉：有機(jī)化學(xué)發(fā)展的初期 這一時(shí)期的特點(diǎn)是：. 主要工作是從天然物中提取純的有機(jī)化合物。 積累實(shí)驗(yàn)資料。. 建立分析方法。分析純有機(jī)化合物的化學(xué)組成。 這一時(shí)期，工作最顯著的當(dāng)屬瑞典的一位藥劑師舍勒（S.W.Scheele)第一節(jié) 有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)瑞典藥劑師舍勒（C.W.Scheele) 1770年： 釀酒副產(chǎn)物 酒石酸。 1776年： 植物汁液 草酸。 1780年： 酸牛奶 乳酸。 1784年： 檸檬 檸檬酸。 1785年： 蘋(píng)果 蘋(píng)果酸。 1780年： 人尿 尿素。 1783年： 橄欖油 甘油。 1786年： 五味子 沒(méi)食子酸。這個(gè)時(shí)期其他化學(xué)家的主要工作：1773

3、年：牛和駱駝尿（馬尿酸）1805年：鴉片（嗎啡）1815年：動(dòng)物脂肪（膽固醇）1820年之后相繼得到：金雞納堿、番木鱉堿 辛可寧堿等。 1805年 由鴉片內(nèi)取得第一個(gè)生物堿嗎啡. 有機(jī)化學(xué)這個(gè)名詞是在1806年由瑞典化學(xué)家貝采利烏斯首先提出來(lái)的。意思是指“有生機(jī)之物”?！霸趧?dòng)植物體內(nèi)的生命力影響下，才能形成有機(jī)物，在實(shí)驗(yàn)室是無(wú)法合成有機(jī)物的”！ （瑞典）伯齊利烏斯（Berzilius）“生命力”論 （Vital Power)Organic derived from living organismVital force theory Organic compounds needs a “vita

4、l force” to create them “我應(yīng)當(dāng)告訴您，我制出了尿素，而且不求助于腎或動(dòng)物無(wú)論人或犬。 ” 1828年：德維勒（Whler） 在加熱氰酸銨時(shí)得到了尿素，他興奮地告訴了他的老師生命力論的代表人物Berzilius： “尿素的合成是特別值得注意的事實(shí)，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)從無(wú)機(jī)物人工制成有機(jī)物并確實(shí)是動(dòng)物體上的實(shí)物的例證?！?1828年 Wohler1845年：柯?tīng)栘?（Kolbe)完全以無(wú)機(jī)物為原 料合成了醋酸。 1854年：柏賽羅（Berthelot)合成了油脂。 人們又合成了酒石酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋(píng)果酸等。 在一連串鐵的實(shí)事面前，“生命力”論就象一艘觸礁的破船，被淹沒(méi)在

5、有機(jī)合成的浪滔之中。開(kāi)辟了有機(jī)合成的新紀(jì)元。新的有機(jī)化合物層出不窮1900年：15萬(wàn) 年增加量1945年： 110萬(wàn) （2.1萬(wàn)） 1961年： 175 （4萬(wàn)）1972年： 400萬(wàn) （20萬(wàn)）1984年：近800萬(wàn) （33萬(wàn)）1990年：1057.6萬(wàn) （42萬(wàn)） 第一千萬(wàn)種化合物上世紀(jì)最后一天據(jù)美國(guó)CA統(tǒng)計(jì):2343萬(wàn)（128萬(wàn)年增）有機(jī)化學(xué)：研究含碳化合物的化學(xué)。 凱庫(kù)勒（A.Kekul, 1829-1896)研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)。 肖萊馬（K.Schorlemer, 1834-1892).一、有機(jī)物和有機(jī)化學(xué)的定義有機(jī)化合物：碳化合物 、 碳?xì)浠衔?。不含碳的有機(jī)物：SiH

6、4（硅烷）不含氫的有機(jī)物，如CCl4（四氯化碳） 有機(jī)化合物數(shù)量龐大，異構(gòu)現(xiàn)象普遍 易燃燒 熔點(diǎn)較低（一般400C） 難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑 反應(yīng)速率一般較小 二、有機(jī)化合物的特性有機(jī)化學(xué)成為獨(dú)立學(xué)科的原因有機(jī)化合物的特點(diǎn)可用五個(gè)字概括：“多、燃、低、難、慢”。 以上特點(diǎn)是由有機(jī)物中的共價(jià)鍵決定的，因此有機(jī)化學(xué)也是研究共價(jià)鍵的形成和斷裂的科學(xué)。有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的區(qū)別第二節(jié) 分子式和分子構(gòu)造式無(wú)機(jī)物：一個(gè)分子式只代表一個(gè)化合物，如： H2SO4只代表硫酸。有機(jī)化合物：一個(gè)分子式可代表多個(gè)化合物：一、分子式(molecular formulas ) 表示組成分子的原子種類(lèi)和數(shù)目。CH3CH2OHC

7、H3OCH3C2H6O乙醇二甲醚三、有機(jī)化合物構(gòu)造式的表示方法二、分子結(jié)構(gòu)式(molecular structural formulas) 表示分子中原子連接的順序短線式：縮簡(jiǎn)式：鍵線式： CH3CH2CH2CH3 較常用的為構(gòu)造簡(jiǎn)式和鍵線式。如：第二節(jié) 分子式和分子構(gòu)造2,2,3,6-四甲基庚烷第三節(jié) 共價(jià)鍵2、共價(jià)鍵：由兩個(gè)原子間共用一對(duì)電子生成的化學(xué)鍵。1、離子鍵：通過(guò)成鍵原子的電子得失產(chǎn)生正負(fù)離子；正負(fù)離子依靠靜電吸引力而形成化學(xué)鍵。一、化學(xué)鍵（chemical bond）：原子間通過(guò)一定的作用而結(jié)合成分子的力。Kecul 價(jià)鍵式Lewis 結(jié)構(gòu)式惰性氣體構(gòu)型 碳處于元素周期表第四主族

8、，電負(fù)性居中。不易獲得或失去價(jià)電子, 易形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵的形成 最外層電子為8或2個(gè)時(shí)，結(jié)構(gòu)與稀有氣體相當(dāng)（氦、氖）最穩(wěn)定，稱為八隅體。兩個(gè)原子間一對(duì)電子配對(duì)成鍵1.4 共價(jià)鍵在相互結(jié)合的兩個(gè)原子間畫(huà)一短線作為化學(xué)鍵的符號(hào) ；什么是稀有氣體？什么是穩(wěn)定的電子構(gòu)型？ 稀有氣體元素指氦、氖、氬、氪、氙、氡，除氬氣外，其余在大氣中含量很少，故得名“稀有氣體”，曾被稱為“惰性氣體”，（較早發(fā)現(xiàn)的“氬”，拉丁文原 意是“懶惰” ）。 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是原子最外層電子構(gòu)型為2電子1s2和8電子構(gòu)型（ns2np6），由于稀有氣體的化學(xué)性質(zhì)很不活潑， 所以這樣的構(gòu)型視為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 所以，無(wú)論離子鍵還是共價(jià)鍵，都

9、是要使成鍵原子達(dá)到八隅體結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有不同的分類(lèi)方法： 按共用電子對(duì)的數(shù)目分類(lèi)：有單鍵（ClCl）、雙鍵（C=C）、叁鍵（CC）等。 按共用電子對(duì)是否偏移分類(lèi)：有極性鍵（HCl）和非極性鍵（ClCl）。 按電子云重疊方式分類(lèi)：有鍵和鍵。第三節(jié) 共價(jià)鍵鍵：電子云沿鍵軸 “頭碰頭” 成鍵，如CC。 鍵：電子云沿鍵軸 “肩并肩” 成鍵。如C=C中鍵能較小的鍵。）二、共價(jià)鍵形成的本質(zhì)價(jià)鍵理論(valence bond theory)1、共價(jià)鍵的形成：是成鍵原子的原子軌道（電子云）相互交蓋的結(jié)果 。 HH+HH= 氫原子 軌道交蓋 氫分子電子繞核運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)？ 答：電子繞核運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1. 電子的質(zhì)量極

10、?。?.110-31千克）；2. 電子繞核運(yùn)動(dòng)的速度極快（106m/秒）。3.電子核外運(yùn)動(dòng)無(wú)確定的軌道，不能精確測(cè)定電子在任一時(shí)刻所在的位置，不能繪出其運(yùn)動(dòng)軌跡。 所以完全不同于如行星、炮彈、塵粒的宏觀粒子運(yùn)動(dòng)狀況。 什么是電子云？電子繞核運(yùn)動(dòng)無(wú)確定的軌道，無(wú)規(guī)可循嗎？答：用統(tǒng)計(jì)的方法得到其規(guī)律，原子軌道（電子云）：原子核外電子運(yùn)動(dòng)的軌跡（空間區(qū)域） 電子云描述電子在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少。用一個(gè)小黑點(diǎn)表示電子出現(xiàn)的一次概率，電子在核外某區(qū)域頻繁、快速地出現(xiàn)，巨多個(gè)黑點(diǎn)聚集好像帶負(fù)電荷的云籠罩在原子核的周?chē)?，形象地稱它為“電子云”。稱這個(gè)電子運(yùn)動(dòng)的區(qū)域?yàn)樵榆壍馈?電子云有不同的形狀，

11、s電子云呈球形， p電子云呈紡錘形(或亞鈴形)。 第三節(jié) 共價(jià)鍵原子軌道的重疊： 兩原子核受核間電子云的吸引而靠近成鍵，核間電子云密度越大，鍵越強(qiáng)。2、共價(jià)鍵的飽和性和方向性 飽和性：一個(gè)未成對(duì)的電子配對(duì)成鍵后就不能與其它未成對(duì)電子配對(duì)。 方向性(最大重疊原理)：兩個(gè)電子的原子軌道的重疊部分越大，形成的共價(jià)鍵就越牢固.2p1syx1s2pyx第三節(jié)共價(jià)鍵2p2s1s但碳是四價(jià)，即碳原子的價(jià)電子是四。根據(jù)共價(jià)鍵的飽和性，碳的價(jià)電子應(yīng)是二。C :1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基態(tài)時(shí)的電子構(gòu)型：3、 軌道雜化碳原子結(jié)構(gòu)示意圖第三節(jié)共價(jià)鍵2p2s1s2p2s1s1ssp3雜化雜化

12、：混合后再重新分配能量相等(a) 碳原子軌道的sp3雜化電子躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)sp3 雜化態(tài)第三節(jié)共價(jià)鍵在一個(gè)原子中不同類(lèi)型的原子軌道混合形成新的軌道的過(guò)程，稱為原子軌道的雜化，所得的新原子軌道稱為雜化軌道。 雜化后的好處：更有利于成鍵?？偟膩?lái)說(shuō)，軌道能量降低。 sp3 HybridizationTo form a Tetrahedron CarbonBonding in Methanesp3 HybridizationBonding in EthaneC C 鍵： s 鍵（ sp3 - sp3）C H 鍵： s 鍵（1s - sp3）sp3 Hybridization(b) 碳原子軌道的sp2雜

13、化(見(jiàn)第三章)(c) 碳原子軌道的sp雜化(見(jiàn)第三章)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)/nm共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)/nm表1.1 一些共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)三、共價(jià)鍵的屬性鍵長(zhǎng)：成鍵原子的原子核間的平均距離1、鍵長(zhǎng)(bond lengths)小結(jié)：共價(jià)鍵的形成是原子軌道的重疊（飽和性、方向性、雜化軌道）。2、鍵能 (bond energy) 鍵能反映了共價(jià)鍵的強(qiáng)度，鍵能越大則鍵越牢固。表1.2 一些共價(jià)鍵的鍵能共價(jià)鍵鍵能/kJmol-1共價(jià)鍵鍵能/kJmol-1鍵能：形成共價(jià)鍵時(shí)體系釋放的能量,或斷裂共 價(jià)鍵時(shí)體系吸收的能量。三、共價(jià)鍵的屬性3、鍵角(Bond angles)甲烷 乙醚 甲醛鍵角：兩價(jià)以上的原子在與其它原子成鍵時(shí)， 鍵與

14、鍵之間的夾角。鍵角反映了分子的空間結(jié)構(gòu)三 共價(jià)鍵的屬性 非極性共價(jià)鍵： 兩個(gè)相同的原子成鍵, 電子云對(duì)稱分布在兩個(gè)原子之間。 4、鍵的極性和誘導(dǎo)效應(yīng)（1）共價(jià)鍵的極性 電負(fù)性一個(gè)元素吸引電子的能力。 鍵的極性: 反映鍵的斷裂能力,與反應(yīng)活性相關(guān)。 極性共價(jià)鍵： 不同的原子成鍵時(shí)，由于原子的電負(fù)性不同，使電負(fù)性較強(qiáng)原子一端的電子云密度較大。三 共價(jià)鍵的屬性（2）誘導(dǎo)效應(yīng)(Inductive effect)：1234詳見(jiàn)第十二章 12.6.1 由于分子內(nèi)成鍵原子的電負(fù)性不同，而引起分子內(nèi)電子云密度分布不均勻。這種影響沿分子鏈鍵靜電誘導(dǎo)地傳遞下去，這種電子效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)(I)+：部分正電荷-：部分負(fù)電

15、荷2. 共價(jià)鍵的屬性底物(substrate)有機(jī)反應(yīng)的本質(zhì)： 舊鍵的斷裂和新鍵的生成CCl4四、共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類(lèi)型有機(jī)反應(yīng)(organic reactions):試劑(reagent)溶劑產(chǎn)物(product)反應(yīng)物(reactants)1、均裂：兩原子間的共用電子對(duì)均勻分裂， 產(chǎn)生活潑的自由基(游離基)。 斷鍵后X、Y各帶一個(gè)未配對(duì)電子，呈電中性，稱為自由基或游離基（free radical）經(jīng)自由基進(jìn)行的反應(yīng)叫自由基反應(yīng)。例如： Cl : Cl (光照) Cl + Cl CH4 + Cl CH3 + H : Cl2、異裂：共價(jià)鍵斷裂時(shí)，兩原子間的共用電子對(duì)完全轉(zhuǎn)移到其中的一個(gè)原

16、子上，產(chǎn)生正 、負(fù)離子。經(jīng)這種斷裂方式發(fā)生的反應(yīng)叫離子型反應(yīng)。例如：(CH3)3C : Cl (CH3)3C+ + Cl-3、有機(jī)反應(yīng)活性中間體：碳正離子、碳負(fù)離子和碳自由基： 通常稱為活性中間體（active intermediate）。 3. 共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類(lèi)型思考：以上這些中間體是如何生成的？有機(jī)反應(yīng)是通過(guò)何種中間體反應(yīng)的；自由基反應(yīng)、離子反應(yīng)（親電或親核反應(yīng)）。有機(jī)反應(yīng)類(lèi)型自由基取代反應(yīng)自由基加成反應(yīng)親電加成反應(yīng)親電取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)親核加成反應(yīng)均裂異裂本 章 小 結(jié)1.有機(jī)化學(xué)概念:2.有機(jī)化合物特點(diǎn)：種類(lèi)多; 熱穩(wěn)定性差，易燃;低熔點(diǎn)沸點(diǎn)；難溶于水；反應(yīng)速度慢。3.共價(jià)鍵的形成：原子軌道的重疊或交蓋（飽和性、方向性、雜化軌道）。4.共價(jià)鍵的斷裂：均裂，異裂。5.共價(jià)鍵的鍵參數(shù)：鍵長(zhǎng)；鍵角；鍵能；鍵距。6.共價(jià)鍵的極性和誘導(dǎo)效應(yīng)