(2024年)北京大學(xué)有機(jī)化學(xué)課件9

北京大學(xué)有機(jī)化學(xué)課件912024/3/26有機(jī)化學(xué)基本概念與原理烴類化合物鹵代烴及醇酚醚類化合物醛酮醌類化合物羧酸及其衍生物含氮化合物contents目錄22024/3/2601有機(jī)化學(xué)基本概念與原理32024/3/26研究有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成與反應(yīng)機(jī)理的科學(xué)。有機(jī)化學(xué)定義從早期的生命力論到現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)的建立，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而曲折的過程。發(fā)展歷程有機(jī)化學(xué)定義及發(fā)展歷程42024/3/26原子核與核外電子構(gòu)成，電子排布遵循洪特規(guī)則、泡利原理和能量最低原理。原子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)分子性質(zhì)原子間通過化學(xué)鍵連接而成，分子形狀和大小由鍵長(zhǎng)和鍵角決定。包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度、酸堿性等。030201原子、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)52024/3/26共價(jià)鍵離子鍵金屬鍵配位鍵化學(xué)鍵類型及其特點(diǎn)原子間通過共用電子對(duì)形成的化學(xué)鍵，具有方向性和飽和性。金屬原子間通過自由電子形成的化學(xué)鍵，具有導(dǎo)電性和延展性。正負(fù)離子間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵，無方向性和飽和性。一方提供孤對(duì)電子，另一方提供空軌道形成的化學(xué)鍵，具有特殊的空間構(gòu)型和反應(yīng)活性。62024/3/26

立體化學(xué)基礎(chǔ)手性分子不能與其鏡像重合的分子，具有旋光性和對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象。構(gòu)型與構(gòu)象構(gòu)型指分子中原子或基團(tuán)在空間的相對(duì)位置關(guān)系；構(gòu)象指由于單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的不同空間排列方式。順反異構(gòu)與對(duì)映異構(gòu)順反異構(gòu)指雙鍵兩端連接的基團(tuán)在空間排列方式不同；對(duì)映異構(gòu)指手性分子與其鏡像不能重合的現(xiàn)象。72024/3/2602烴類化合物82024/3/26物理性質(zhì)隨分子量的增加，烷烴的熔沸點(diǎn)逐漸升高，密度逐漸增大。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)碳原子間以單鍵相連，其余價(jià)鍵被氫原子飽和?；瘜W(xué)性質(zhì)烷烴分子中的碳?xì)滏I較為穩(wěn)定，不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但在特定條件下，如高溫、高壓、催化劑存在下，可發(fā)生裂解、鹵代等反應(yīng)。烷烴結(jié)構(gòu)與性質(zhì)92024/3/2603化學(xué)性質(zhì)烯烴分子中的碳碳雙鍵較為活潑，可發(fā)生加成、氧化、聚合等反應(yīng)。01結(jié)構(gòu)特點(diǎn)含有碳碳雙鍵，其余價(jià)鍵被氫原子飽和。02物理性質(zhì)烯烴的物理性質(zhì)與烷烴相似，但雙鍵的存在使得烯烴的熔沸點(diǎn)略低于同碳數(shù)的烷烴。烯烴結(jié)構(gòu)與性質(zhì)102024/3/26含有碳碳三鍵，其余價(jià)鍵被氫原子飽和。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)炔烴的物理性質(zhì)與烷烴和烯烴相似，但三鍵的存在使得炔烴的熔沸點(diǎn)略低于同碳數(shù)的烷烴和烯烴。物理性質(zhì)炔烴分子中的碳碳三鍵非?；顫?，可發(fā)生加成、氧化、聚合等反應(yīng)。此外，炔烴還可與鹵素、氫鹵酸等發(fā)生加成反應(yīng)。化學(xué)性質(zhì)炔烴結(jié)構(gòu)與性質(zhì)112024/3/26結(jié)構(gòu)特點(diǎn)01含有苯環(huán)或其他芳香環(huán)系的烴類化合物。物理性質(zhì)02芳香烴的物理性質(zhì)與烷烴、烯烴和炔烴有所不同，其熔沸點(diǎn)較高，密度較大?；瘜W(xué)性質(zhì)03芳香烴分子中的苯環(huán)較為穩(wěn)定，不易發(fā)生加成反應(yīng)。但在特定條件下，如催化劑存在下，可發(fā)生取代反應(yīng)。此外，芳香烴還可發(fā)生氧化、還原等反應(yīng)。芳香烴結(jié)構(gòu)與性質(zhì)122024/3/2603鹵代烴及醇酚醚類化合物132024/3/26命名鹵代烴的命名遵循系統(tǒng)命名法，以烴基為母體，鹵素作為取代基進(jìn)行命名。結(jié)構(gòu)鹵代烴分子中，鹵素原子與烴基通過共價(jià)鍵連接，形成單鍵。物理性質(zhì)鹵代烴多為無色或淺色液體，部分具有刺激性氣味。它們不溶于水，但易溶于有機(jī)溶劑。隨著分子中碳原子數(shù)的增加，鹵代烴的沸點(diǎn)逐漸升高，密度逐漸增大。鹵代烴命名、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)142024/3/26醇酚醚命名、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)醇、酚、醚多為無色或淺色液體，具有不同的氣味。它們可溶于水，也易溶于有機(jī)溶劑。隨著分子量的增加，它們的沸點(diǎn)逐漸升高，密度逐漸增大。物理性質(zhì)醇、酚、醚的命名遵循系統(tǒng)命名法，以醇、酚、醚為母體，其他取代基作為前綴或后綴進(jìn)行命名。命名醇分子中羥基與烴基相連；酚分子中羥基與芳環(huán)直接相連；醚分子中氧原子連接兩個(gè)烴基。結(jié)構(gòu)152024/3/26鹵代烴的反應(yīng)主要包括親核取代反應(yīng)、消除反應(yīng)和還原反應(yīng)等。其中，親核取代反應(yīng)是鹵代烴最為常見的反應(yīng)類型，其機(jī)理涉及親核試劑對(duì)鹵素原子的進(jìn)攻和離去基團(tuán)的離去。反應(yīng)機(jī)理鹵代烴的合成方法主要有加成法、取代法和還原法等。加成法是通過烯烴與鹵素或鹵化氫的加成反應(yīng)制備鹵代烴；取代法是通過烴類與鹵素在光照或加熱條件下的取代反應(yīng)制備鹵代烴；還原法是通過醛、酮等羰基化合物的還原反應(yīng)制備鹵代烴。合成方法鹵代烴反應(yīng)機(jī)理及合成方法162024/3/26VS醇、酚、醚的反應(yīng)主要包括氧化反應(yīng)、酯化反應(yīng)和醚化反應(yīng)等。其中，氧化反應(yīng)是醇和酚最為常見的反應(yīng)類型，其機(jī)理涉及氧化劑對(duì)羥基的氧化和離去基團(tuán)的離去；酯化反應(yīng)是醇和羧酸在酸性條件下的酯化反應(yīng)；醚化反應(yīng)是醇與醇或酚在堿性條件下的脫水縮合反應(yīng)。合成方法醇、酚、醚的合成方法主要有還原法、酯化法和縮合法等。還原法是通過醛、酮等羰基化合物的還原反應(yīng)制備醇；酯化法是通過羧酸與醇在酸性條件下的酯化反應(yīng)制備酯類化合物；縮合法是通過兩個(gè)羥基化合物在堿性條件下的脫水縮合反應(yīng)制備醚類化合物。反應(yīng)機(jī)理醇酚醚反應(yīng)機(jī)理及合成方法172024/3/2604醛酮醌類化合物182024/3/26醛酮醌的命名根據(jù)IUPAC命名法，醛和酮的命名主要基于其羰基碳原子所連接的烴基，而醌的命名則涉及到羰基的位置和數(shù)量。醛和酮都含有羰基(C=O)，但醛的羰基碳連接一個(gè)氫原子，而酮的羰基碳連接兩個(gè)烴基。醌類含有兩個(gè)羰基，它們可以位于同一環(huán)上或不同環(huán)上。醛和酮通常是液體或固體，具有特殊的香味。它們多數(shù)不溶于水，但可溶于有機(jī)溶劑。醌類化合物多為固體，顏色從黃色到紅色不等，具有共軛體系的醌類往往有顏色。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)物理性質(zhì)醛酮醌命名、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)192024/3/26加成反應(yīng)醛和酮的羰基可以進(jìn)行加成反應(yīng)，如與醇反應(yīng)生成半縮醛或半縮酮，與亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成加成產(chǎn)物。氧化和還原醛可以被氧化為羧酸，酮在某些條件下也可被氧化。相反，醛和酮也可以通過還原反應(yīng)生成相應(yīng)的醇?？s合反應(yīng)如Aldol縮合和Claisen-Schmidt縮合，是合成復(fù)雜醛酮化合物的重要方法。醛酮反應(yīng)機(jī)理及合成方法202024/3/26123醌類化合物可以發(fā)生1,2-加成或1,4-加成反應(yīng)，生成相應(yīng)的醇或二醇衍生物。加成反應(yīng)醌類可以被還原為相應(yīng)的酚類或二醇類化合物。還原反應(yīng)某些共軛醌類可以作為Diels-Alder反應(yīng)的親雙烯體，與烯烴反應(yīng)生成環(huán)加成產(chǎn)物。Diels-Alder反應(yīng)醌類化合物反應(yīng)機(jī)理及合成方法212024/3/2605羧酸及其衍生物222024/3/26選取含有羧基的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈，從羧基碳開始編號(hào)。羧基位于1號(hào)碳上，用“羧酸”命名，并用阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)明碳原子數(shù)。命名羧酸分子中的羧基（-COOH）與烴基相連，形成一類有機(jī)化合物。根據(jù)烴基的不同，羧酸可分為脂肪族羧酸和芳香族羧酸。結(jié)構(gòu)低級(jí)脂肪酸具有刺激性氣味，高級(jí)脂肪酸無味。大多數(shù)羧酸為無色液體或固體，低級(jí)脂肪酸易溶于水，高級(jí)脂肪酸難溶于水。物理性質(zhì)羧酸命名、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)232024/3/26反應(yīng)機(jī)理羧酸的化學(xué)性質(zhì)主要由羧基決定。羧基中的羥基氧原子和羰基碳原子之間的電負(fù)性差異使得羧酸具有親核加成、親電取代和氧化還原等反應(yīng)活性。合成方法羧酸可以通過多種方法合成，如醛的氧化、醇的氧化、烯烴的水合等。其中，烯烴的水合是制備羧酸的重要方法，涉及烯烴與水的加成反應(yīng)和后續(xù)的重排過程。羧酸反應(yīng)機(jī)理及合成方法242024/3/26命名羧酸衍生物包括酰鹵、酸酐、酯和酰胺等。它們的命名以相應(yīng)的烴基為基礎(chǔ)，加上相應(yīng)的官能團(tuán)名稱。例如，酰鹵的命名是在烴基后加上“-酰鹵”，酯的命名是在醇部分后加上“-酯”等。結(jié)構(gòu)羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)中，羧基中的羥基被其他基團(tuán)取代，形成不同的衍生物。這些衍生物在結(jié)構(gòu)上具有多樣性，但都具有共同的官能團(tuán)——羰基。物理性質(zhì)羧酸衍生物的物理性質(zhì)因具體種類而異。一般來說，它們多為無色或淺色液體或固體，具有不同的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。一些衍生物具有特殊的氣味或味道。羧酸衍生物命名、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)252024/3/26反應(yīng)機(jī)理羧酸衍生物的反應(yīng)活性較高，可以發(fā)生多種類型的反應(yīng)，如親核取代、親電取代、還原和氧化等。這些反應(yīng)通常涉及羰基的加成或消除以及官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化。合成方法羧酸衍生物可以通過多種方法合成。例如，酰鹵可以通過羧酸與鹵化試劑的反應(yīng)制備；酸酐可以通過羧酸與脫水劑的反應(yīng)制備；酯可以通過羧酸與醇的反應(yīng)制備；酰胺可以通過羧酸與胺的反應(yīng)制備等。這些合成方法在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。羧酸衍生物反應(yīng)機(jī)理及合成方法262024/3/2606含氮化合物272024/3/26胺類化合物命名、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)胺類化合物的命名通常包括氨基的位置和數(shù)目，以及取代基的名稱和位置。例如，乙胺（ethylamine）、二乙胺（diethylamine）等。結(jié)構(gòu)胺類化合物的結(jié)構(gòu)通式為R-NH2，其中R為烷基或芳基。伯胺、仲胺和叔胺的結(jié)構(gòu)差異在于氨基所連的碳原子上氫原子被取代的數(shù)目。物理性質(zhì)低級(jí)胺具有刺激性氣味，易溶于水，高級(jí)胺則難溶于水。胺的沸點(diǎn)比相對(duì)分子質(zhì)量相近的烴高，但比醇或羧酸低。命名282024/3/26命名重氮化合物和偶氮化合物的命名通常包括重氮基或偶氮基的位置和數(shù)目，以及取代基的名稱和位置。例如，重氮甲烷（diazomethane）、偶氮苯（azobenzene）等。結(jié)構(gòu)重氮化合物的結(jié)構(gòu)通式為R-N=N-R'，其中R和R'為烷基或芳基。偶氮化合物的結(jié)構(gòu)通式為R-N=N-R"，其中R和R"為相同的烷基或芳基。物理性質(zhì)重氮化合物和偶氮化合物通常具有顏色，并難溶于水。它們具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，但可被還原劑還原成相應(yīng)的胺。重氮和偶氮化合物命名、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)292024/3/26含氮雜環(huán)化合物命名、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)含氮雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在環(huán)中含有一個(gè)或多個(gè)氮原子。常見的含氮雜環(huán)化合物有吡啶、嘧啶、吡咯、咪唑等。命名含氮雜環(huán)化合物的命名通常包括雜環(huán)的類型、大小和取代基的名稱和位置。例如，吡啶（pyridine）、嘧啶（pyrimidine）、吡咯（pyrrole）等。物理性質(zhì)含氮雜環(huán)化合物通常具有芳香性，并難溶于水。它們的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，但可被氧化劑氧化成相應(yīng)的羧酸或酮。302024/3/26含氮化合物的反應(yīng)機(jī)理通常涉及親核取代、親電取代、氧化還原等反應(yīng)類型。例如，胺與酰氯反應(yīng)生成