張小蘭有機化學緒論市公開課獲獎課件

1、 第一章 緒 論大慶師范學院化學化工學院制作人：張浩第1頁第1頁教材及主要參考書：A.教材：有機化學 汪小蘭 主編 高等教育出版社 （第四版）第2頁第2頁B. 主要參考書：基礎有機化學 邢其毅 主編 高等教育出版社 （第三版）有機化學 曾昭瓊 主編 高等教育出版社 （第四版）第3頁第3頁C.習題集：1、有機化學習題精解 佘遠山（譯）2、有機化學綱要與習題丁新騰3、有機化學提綱與習題李如松4、有機化學例題與習題齊萬山第4頁第4頁緒 論 首先，我們必須問自己： 什么是有機化學“Organic Chemistry” ？第5頁第5頁第一節(jié) 有機化學研究對象 有機化學是化學一個分支，是研究有機化合物化學

2、。一、有機化學起源與發(fā)展（在1828年以前） 初次定義有機化合物：18，瑞典化學家柏則里，其原意為“有生機之物” “生命力論”科學被濃重神權觀念統(tǒng)治，阻礙了有機化學發(fā)展第6頁第6頁“生命力論（VITALISM）”（十六世紀著名思想）“生命力論”思想認為：有機物只能在有生命有機體中受到一個特殊力量“生命力”作用才會產生，人工合成是不也許；無機物最初是從礦物質中得到，并能人工合成。第一節(jié) 有機化學研究對象第7頁第7頁 “生命力論”思想牢固統(tǒng)治著有機化學界，阻礙了有機化學發(fā)展，這一時期，有機物與無機物界線分明： 無機物 有機物（來自于無生命礦物質） （來自于有生命動植物） “生命力論”左右科學第一節(jié)

3、 有機化學研究對象第8頁第8頁 1828年，德國化學家武勒在用氰酸鉀和氯化銨制備氰酸銨試驗中，無意中得到了尿素： KOCN + NH4Cl NH4OCN + KCl NH4OCN 氰酸銨 尿素 （無機物） （有機物） “生命力論”開始動搖 ，并最后被徹底趕出了化學領域！ 第一節(jié) 有機化學研究對象第9頁第9頁二、有機化學及有機化合物 今天有機化學學說：有機化學：研究有機化合物化學。 第一個觀念：含碳化合物 反例：CO，CO2，碳酸化合物有機化合物定義 第二種觀點：研究共價鍵化合物 反例：H2O,HCl為共價化合物 第三種觀點：碳氫化合物及其衍生物 有機化合物特點： 從構成、結構、性質及數(shù)量上對有

4、機物與無機物進行比較：第一節(jié) 有機化學研究對象第10頁第10頁第一節(jié) 有機化學研究對象第11頁第11頁注 意 通過以上有機化合物與無機化合物特點比較，我們還應當知道： 有機化合物與無機化合物之間并沒有一條嚴格界線，以上特點只是相對而言，個別化合物也有例外，如CCl4不但不燃，反而可滅火；各種單糖、乙醇、乙酸等易溶于水；TNT反應速度很快等。自金屬有機化合物及絡合物出現(xiàn)以后，有機化合物和無機化合物界線就愈加不明顯了。第一節(jié) 有機化學研究對象第12頁第12頁三、 有機化學主要性有機化學與當代人類生活息息相關第一節(jié) 有機化學研究對象第13頁第13頁 有機化學中最慣用共價鍵理論是價鍵理論（雜化軌道理論

5、）、分子軌道理論和共振論。一、雜化軌道理論 1、價鍵形成可當作是原子軌道重疊或電子配正確結果兩個原子假如都有未成鍵電子，并且自旋相反，就能配對，也就是原子軌道可重疊形成共價鍵。 2、共價鍵飽和性原子價鍵數(shù)目等于它未成鍵電子數(shù)，當原子未成鍵一個電子與某原子一個電子配對后，就不能再與第三個電子配對。 3、共價鍵方向性原子軌道在空間有一定取向，只有以某一方向互相靠近，使原子軌道最大程度重疊，形成共價鍵才越牢固。第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第14頁第14頁 以碳原子雜化加以闡明：第二節(jié) 共價鍵一些基本概念類別實例碳原個雜化類型用于雜化原子軌道雜化軌道數(shù)目雜化軌道夾角幾何構型烷烯炔甲烷乙烯乙炔 sp3 s

6、p2 sp1個s 3個p1個s 2個p1個s 1個p4個sp33個sp22個sp10928120180正四周體正三角形直線形第15頁第15頁二、共價鍵鍵參數(shù) 有機化合物中原子主要是以共價鍵相結合。共價鍵屬性即共價鍵主要性質，表現(xiàn)于鍵長、鍵角、鍵能和鍵偶極矩（鍵矩）等，又稱為“鍵參數(shù)”。1、鍵長 鍵長是成鍵原子核間距離。 同一類型共價鍵鍵長，在不同類型化合物中是不同。但在飽和化合物中改變很小，如C-H鍵鍵長都靠近于0.109nm。第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第16頁第16頁例： H-CH3 H-C2H5 H-CH2Cl H-CH2OH H-CH2SH H-CH2NH2 (pm) 109.1 110

7、.7 111.0 109.6 110.4 109.3 但是，原子軌道雜化狀態(tài)對鍵長有明顯影響。如： H-CH3 H-CH=CH2 H-CCH (pm) 109.1 107.0 105.6 一些常見共價鍵鍵長見下表。第二節(jié) 共價鍵一些基本概念鍵 鍵長(pm) 鍵能(kJ/mol鍵) 鍵 鍵長(pm) 鍵能(kJ/mol鍵) C-H 109 413.82C-N 147 305.14C-O 143 359.48 C-S 271.70 C-F 484.88 C-Cl 176 338.58 C-Br 194 284.24 C-I 214 213.18 C-C 154 346.94 C=C 134 610

8、.28 CC 120 836.00 C=O 122 735.68 C=N 130 614.46 CN 116 890.34 O-H 96 463.98 N-H 100 388.74 第17頁第17頁2、鍵能與離解能 兩個原于(氣態(tài))以共價鍵相結合，形成1摩爾分子(氣態(tài))時放出能量，或者1摩爾雙原子分子(氣態(tài))解離為原子(氣態(tài))時所需能量叫做鍵能。 對于多原子分子，共價鍵鍵能是指同一類共價鍵離解能平均值。比如：1摩爾甲烷分解為4摩爾氫原子及1摩爾碳原子，需要吸取1661kJ.mol-1。而甲烷分子中含有四個同一類型C-H鍵，因此C-H鍵平均鍵能為415kJ.mol-1。平均鍵能并不等于離解能，離

9、解能是指斷裂分子中某一個鍵時所需能量。在甲烷分子中 斷裂第一個C-H鍵鍵能(離解能)為435kJ.mol-1 斷裂第二個C-H鍵鍵能(離解能)為443kJ.mol-1 斷裂第三個C-H鍵鍵能(離解能)為443kJ.mol-1 斷裂第四個C-H鍵鍵能(離解能)為310kJ.mol-1 因此，這里C-H鍵鍵能415kJ.mol-1，事實上是上述四個C-H鍵離解能平均值。 鍵能是化學鍵強度主要標志之一，它在一定程度上反應了鍵穩(wěn)定性，相同類型鍵中，鍵能愈大，鍵愈穩(wěn)定。 第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第18頁第18頁3、鍵角 分子中某一個原子與另外兩個原子形成兩個共價鍵在空間所夾角度叫做鍵角。 鍵長與鍵角決

10、定著分子立體形狀。在不同化合物中，由相同原子形成鍵角不一定完全相同，這是因為分子中各原子或基團相互影響結果。如： 第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第19頁第19頁4、鍵極性 非極性鍵：相同原子成鍵時，其電子云對稱分布于兩個原子中間，這種鍵是無極性，通稱非極性鍵。如H2中HH鍵。 極 性 鍵：兩個不同原子成鍵時，因為兩種元素電負性不同，電子云不對稱分布，靠近吸引力強、電負性較大原子，使其帶有部分負電荷（），而電負性較小原子則帶部分正電荷（ ）。即在兩標準之間電子正確分布是不平均，這種鍵叫極性鍵（polar bond）。如HCl中HCl鍵。第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第20頁第20頁4、鍵極性 鍵 矩：表

11、示鍵極性大小參數(shù)。其定義為正負電荷中心電荷（e）與正負電荷中心之間距離（d）乘積。即 鍵矩 ed。鍵矩單位是德拜 （Debye），用D表示。 鍵矩是有方向性，用 表示，箭頭方向是從正電荷指向負電荷。 鍵鍵矩越大，表示鍵極性越大。第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第21頁第21頁4、鍵極性 對于雙原子分子來說，分子極性和鍵極性一致； 對于多原子分子來說，分子鍵矩是各鍵鍵矩向量和。假如鍵有極性，分子空間結構對稱，分子無極性；分子空間結構不對稱，分子有極性。如： 非極性分子 極性分子 第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第22頁第22頁4、鍵極性 鍵極化： 鍵極性與鍵極化不同： 鍵極性決定于兩個成鍵原子電負性，因此是

12、永久現(xiàn)象。一個靜態(tài)現(xiàn)象。 鍵極化是受外界電場影響暫時現(xiàn)象，外界電場消失，鍵極化也消失。一個動態(tài)現(xiàn)象。第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第23頁第23頁三、共價鍵斷裂 1、斷裂 共價鍵斷裂有兩種方式，一個是均裂，一個是異裂。 均裂：成鍵一對電子平對分給兩個原子或原子團。 第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第24頁第24頁三、共價鍵斷裂 1、斷裂 共價鍵斷裂有兩種方式，一個是均裂，一個是異裂。 異裂：成鍵一對電子所有分給其中一個原子或原子團。 第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第25頁第25頁 C ，C+ ，C- 都是有機化學反應過程中生成活性中間體。 2、反應類型 自由基反應：在有機反應過程中，由自由基中間體參加反應。

13、特點在光和熱作用下進行。 離子型反應：在有機反應過程中，凡是共價鍵異裂解反應。特點酸堿或極性物質催化下進行。依據反應試劑類型不同，又可分為親電反應和親核反應。 親電反應：由親電試劑進攻而發(fā)生反應。 親核反應：由親核試劑進攻而發(fā)生反應。 協(xié)同反應：又稱分子反應，是以分子狀態(tài)發(fā)生反應。特點反應過程中有過渡態(tài)，沒有中間體，舊共價鍵斷裂與新共價鍵形成同時協(xié)調進行，從動力學觀點看，是一步完成反應。 第二節(jié) 共價鍵一些基本概念第26頁第26頁 電子效應：又叫極性效應，因為元素電負性不同，電子云分布不均勻而引發(fā)分子性質改變。 電子效應分為誘導效應和共軛效應兩類。 電負性：原子實對外層電子吸引能力。（原子實即

14、原子核與內層電子） 同一周期增強 H C N O F 2.2 2.6 3.0 3.5 3.9 同 Si P S Cl 一 1.9 2.1 2.6 3.1 族 Br 增 2.9 強 I 2.6第三節(jié) 誘導效應元素電負性：1、同一周期從左向右增強；2、同 一 族從下向上增強；3、同一元素隨雜化狀態(tài)： sp3sp2sp 即雜化軌道中s成份所占 百分比越多，元素電負 性越大。第27頁第27頁 1、誘導效應 定義：因為電負性不同取代基團影響，使整個分子中成鍵電子云按取代基團電負性所決定方向而偏移效應。 特性： 1）這種影響以靜電誘導方式沿碳鏈（分子鏈）傳遞； 2）隨鏈增加而快速減弱消失，經過三個原子影響

15、極弱，超出五個原子影響消失； 3）沒有外電場影響也存在。第三節(jié) 誘導效應第28頁第28頁 表示方法 ：以H原子作為比較標準 推電子效應 吸電子效應 含有誘導效應原子或原子團相對強度： I 效應：吸電子效應 同族元素： FClBr I 同周期元素： F ORNR2 O+R2N+R3 不同雜化碳原子： CCRCRCR2CR2CR3 第三節(jié) 誘導效應第29頁第29頁 I 效應：推電子效應 （CH3）3C (CH3)2CHCH3CH2CH3 2、共軛效應 定義：在分子中由于共軛鍵形成而引起分子性質改變叫做共軛效應。 共軛效應主要表現(xiàn)在分子能量、鍵長改變以及分子反應性改變等方面。 共軛效應我們將在后續(xù)章

16、節(jié)中繼續(xù)解說。 電子效應對我們學習有機化學，理解反應過程有重要意義。第三節(jié) 誘導效應第30頁第30頁 從自然界取得或人工合成物質，往往為混合物，為研究其結構和性質，普通要通過下列環(huán)節(jié)：1、分離提純 重結晶法、蒸餾法、升華法和層析法、高 壓液相層析法等。2、純度檢定 通過對純有機物固定物理常數(shù)測定 來檢查。3、元素分析和試驗式確實定 4、相對分子質量測定和分子式5、結構確實定。 官能團分析 化學降解及合成 物理辦法應用 如質譜、紅外光譜、紫外光譜、 核磁共振譜、氣液色譜和X衍射等。 第四節(jié) 研究有機化合物普通環(huán)節(jié)第31頁第31頁分子結構包括：結構 是分子中原子成鍵順序和鍵性。構型 是指含有一定結

17、構分子中原子在空間排列 情況。構象 是指在有一定結構分子通過單鍵旋轉，形 成各原子或原子團空間排布。甲烷結構式為：構象和構型將在第二章中詳細解說。 第四節(jié) 研究有機化合物普通環(huán)節(jié)第32頁第32頁第五節(jié) 有機化合物分類 有機化合物數(shù)目龐大，為便于系統(tǒng)學習，我們對其進行分類。有機化合物普通有兩種分類辦法：依據碳骨架分類和依據官能團分類。 1、按碳架分類1）開鏈化合物（脂肪族化合物） 這類化合物碳原子互相結合形成鏈狀。如： 正戊烷 異戊烷 第33頁第33頁第五節(jié) 有機化合物分類2）碳環(huán)化合物 碳原子相互連結成環(huán)，它們又分為兩種。 (1)脂環(huán)族化合物 這一類化合物碳原子相互連結成環(huán)，其性質與開鏈化合物(脂肪族化合物)相同，因此實際上是脂肪族環(huán)狀化合物。比如： 1,3-環(huán)戊二烯 環(huán)已烷 (2)芳香族化合物 這類化合物經典概念是指含有苯環(huán)化合物，它們含有特殊“芳香性”，與脂環(huán)族化合物性質有很大不同。比如： 苯 甲苯 萘 聯(lián)苯 第34頁第34頁第五節(jié) 有機化合物分