汪小蘭有機(jī)化學(xué)課件(第四版)1.ppt

1、有機(jī)化學(xué),Organic Chemistry,張 磊 E-mail: Tel:短號：660826 辦公室：11幢415室,有機(jī)化學(xué) (第四版) 汪小蘭,教 材,基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué) （第二版） 邢其毅 有機(jī)化學(xué)例題與習(xí)題 裴偉偉,參 考 書, 有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)方法淺談*,學(xué)好有機(jī)化學(xué)的關(guān)鍵是要喜歡有機(jī)化學(xué)，對她感興趣。 喜歡有機(jī)化學(xué)的過程： 認(rèn)識好感 追求 成功好感 熱愛 以下措施僅供參考：,課前預(yù)習(xí)。 好好聽課 ，提高效率。 課后復(fù)習(xí)，善于思考，必要的練習(xí)。 要理解記憶，掌握反應(yīng)機(jī)理。 要把握規(guī)律如結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 ，適當(dāng)?shù)募记伞?第一章 緒論 1-1 有機(jī)化學(xué)研究對象及有機(jī)化

2、合物的特點(diǎn) 1-2 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵電子理論 1-3 共價(jià)鍵的鍵參數(shù) 鍵長、鍵角、鍵能、鍵的極性。 1-4 分子間作用力 1-5 有機(jī)反應(yīng)的基本類型 1-6 有機(jī)化合物的分類,有機(jī)化合物與古人 類生活關(guān)系密切,有機(jī)化合物與當(dāng)今 人類生活關(guān)系密切,一、 有機(jī)化合物,棉、麻、絲、毛、合成纖維、皮草； 淀粉、油脂、肉蛋奶、水果蔬菜； 合成藥及中草藥； 洗滌劑、化妝品； 涂料、家具、文具紙張； 橡膠及塑料制品；,能源、炸藥、石油、化工、化肥、農(nóng)藥； 新型電子、醫(yī)藥材料,釀酒、制醋、造紙、中草藥,衣食住行離不開有機(jī)物,1-1 有機(jī)化學(xué)研究對象及有機(jī)化合物特點(diǎn),國防與經(jīng)濟(jì)建設(shè)離不開有機(jī)物,有機(jī)化合

3、物就是 含碳化合物,有機(jī)化合物的定義,定義1,通過對眾多有機(jī)物結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)：有機(jī)化合物的共同 特點(diǎn)是分子中都含有碳元素。,但是，一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、金屬氰化物、氰酸 及其鹽等含碳的化合物結(jié)構(gòu)簡單，性質(zhì)也不同于有機(jī)物， 所以仍然把它們歸于無機(jī)物。,有機(jī)化合物就是 碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏目偡Q,定義2,1.1.2 有機(jī)化學(xué),有機(jī)化學(xué)發(fā)展簡史 1806年，柏則里提出“有機(jī)化學(xué)”這一名詞和“生命力”學(xué)說； 1828年, 維勒由氰酸銨NH4OCN合成尿素NH2CONH2； 1845年，Kolbe合成醋酸; 1854年，柏賽羅合成油脂； 18501900年，合成有機(jī)化學(xué)時(shí)代，煤焦油化學(xué)時(shí)代； 19

4、001940年，有機(jī)化學(xué)工業(yè)時(shí)代，煤焦油染料、藥物、炸藥； 1940年，石油化工時(shí)代，石油三大合成材料（橡膠、塑料、合成纖維）； 1990年，有機(jī)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源工業(yè)、國防工業(yè)、電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、無機(jī)非金屬材料、各種輕工行業(yè)緊密聯(lián)系，相互促進(jìn)。,有機(jī)化學(xué)可以看作是碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)，它包括天然有機(jī)化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、元素及金屬有機(jī)化學(xué)、應(yīng)用有機(jī)化學(xué)、有機(jī)分析化學(xué)、有機(jī)合成化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)等分支。,二、有機(jī)化學(xué)的定義,有機(jī)化學(xué)就是研究有機(jī)化合物即含碳化合物的化學(xué)， 或者說是研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)。 有機(jī)化學(xué)研究有機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì) 及其變

5、化規(guī)律。,有機(jī)化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的重要組成部分。200多年來有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，揭示了各種有機(jī)物結(jié)構(gòu)、有機(jī)分子中各原子間鍵合本質(zhì)以及其相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，并設(shè)計(jì)合成了大量具有特定性質(zhì)的有機(jī)分子；同時(shí)，它又為相關(guān)學(xué)科(如環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等)的發(fā)展提供了理論、技術(shù)和材料。有機(jī)化學(xué)的成就使煤、石油、天然氣、農(nóng)產(chǎn)品等自然資源得到了充分的綜合利用，為合成染料、醫(yī)藥、炸藥等工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。,今天，有機(jī)化學(xué)正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期。 對人類越來越發(fā)揮其重要作用。,組成,除C、H以外，只含有O、N、S、P、X等少數(shù)元素。有機(jī)物數(shù)目繁多(1000萬),原子間通常以共價(jià)鍵的方式結(jié)合； 同分異構(gòu)現(xiàn)象普遍,易燃、易爆；熱

6、穩(wěn)定性差；熔、沸點(diǎn)低；難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑；反應(yīng)速度慢，常伴有副反應(yīng) 例：HOAc: m.p 16.1 b.p 116; NaCl: m.p 800 b.p 1440 ,三、 有機(jī)化合物的一般特點(diǎn),1-2 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵理論 一、有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu) 概念1： 化學(xué)結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）：分子中原子相互結(jié)合的順序和方式。,乙烯,乙醇,甲醚,正丁烷 CH3CH2CH2CH3 或 CH3CH2CH2CH3,環(huán)戊烷,異丁烷,同分異構(gòu)現(xiàn)象：分子式相同而結(jié)構(gòu)式不同的現(xiàn)象。 同分異構(gòu)體：分子式相同而結(jié)構(gòu)式不同的化合物。,概念2： 同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體,二、共價(jià)鍵的電子理論,1、原子軌道 描述原子核外電

7、子的運(yùn)動狀態(tài)，用波函數(shù)表示。,1s；2s，2p；3s，3p，3d；4s，4p，4d，4f； s軌道：1個(gè)；p軌道：3個(gè)；d軌道：5個(gè)；f軌道：7個(gè)。 軌道能級：1s2s2p3s3p4s3d,在有機(jī)化學(xué)中參與成鍵的主要是s軌道和p軌道。,正負(fù)號是代數(shù)符號，只代表位相的不同，與電荷無關(guān)。 只有位相相同的原子軌道重疊才能有效的成鍵。,p軌道,原子核外電子排布規(guī)律： 1、鮑里不相容原理： 每個(gè)軌道最多只能容納兩個(gè)電子，且自旋相反配對。 2、能量最低原理： 電子盡可能占據(jù)能量最低的軌道。 1s2s2p3s3p4s 3、洪特規(guī)則： 有幾個(gè)簡并軌道而無足夠的電子填充時(shí)，必須在幾個(gè)簡并軌道逐一地各填充一個(gè)自旋

8、平行的電子后，才能容納第二個(gè)電子。,C、N、O、F 核外電子排布？,2、價(jià)鍵理論 共價(jià)鍵是兩個(gè)原子的未成對而又自旋相反的電子偶 合配對的結(jié)果。（電子配對法） 兩個(gè)電子的配合成對也就是兩個(gè)原 子軌道相互重疊， 重疊部分越大，形成的共價(jià)鍵就越牢固。,共價(jià)鍵具有飽和性： 未成對電子已配對成鍵后不能再與其它原子的未成對電子配對成鍵。 A + 2 B BAB B-A-B 2 A AA A=A,共價(jià)鍵有： 單鍵 C-C C-H 雙鍵 C=C C=O 叁鍵 CC CN,共價(jià)鍵具有方向性：,兩成鍵軌道的電子云必須最大程度的重疊，鍵才牢固、穩(wěn)定。,“肩并肩” 鍵,3.分子軌道理論 形成化學(xué)鍵的電子是在整個(gè)分子中

9、運(yùn)動。 分子軌道：描述分子中電子運(yùn)動狀態(tài)，用波函數(shù) 表示。,波函數(shù)可用原子軌道線性組合法近似求得。 例如氫分子軌道波函數(shù)可用下式表示： = 1 2 分子軌道數(shù)目與原子軌道數(shù)目相等。n個(gè)原子軌道組 合產(chǎn)生n個(gè)分子軌道。,成鍵軌道：分子軌道能量低于原子軌道能量。 反鍵軌道：分子軌道能量高于原子軌道能量。 非鍵軌道：分子軌道能量等于原子軌道能量。,1-3 共價(jià)鍵的鍵參數(shù) 決定共價(jià)鍵性質(zhì)的重要鍵參數(shù)有： 鍵長、鍵能、鍵角、鍵的極性,一、鍵長： 形成共價(jià)鍵的兩原子核間的距離。單位：pm、nm(1pm=10-3nm) 鍵長與原子半徑（共價(jià)半徑）有關(guān)； 與共價(jià)鍵的類型有關(guān)； 與原子所連接的基團(tuán)也有 一定的關(guān)

10、系。,一些共價(jià)鍵的鍵長（pm）,二、鍵角： 兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角。 鍵角反映了分子的空間結(jié)構(gòu)。 鍵角的大小與成鍵的中心原子有關(guān)。 與所連接的原子或基團(tuán)有關(guān)。,化合物的鍵角,三、鍵能 共價(jià)鍵形成時(shí)會放出能量，而共價(jià)鍵斷裂時(shí)會吸收能量。 鍵的離解能：在標(biāo)況下(101325Pa,298K), 1mol氣態(tài)A-B分子完全離解為氣態(tài)的A、B原子所吸收的能量。,C-H鍵鍵能： (435+443+443+340)4=415kj/mol,多原子分子：共價(jià)鍵的鍵能為同類鍵的離解能的平均值。,注意： 離解能指的是離解特定共價(jià)鍵的鍵能。 鍵能則指多原子分子中幾個(gè)同類型鍵的離解能的平均值。,常見共價(jià)鍵的平均鍵能可查表

11、得到。 共價(jià)鍵的鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，不易斷裂。,利用平均鍵能可以計(jì)算反應(yīng)熱。 H2 + Cl2 2HCl 反應(yīng)前：1個(gè)HH鍵（436kj/mol）；1個(gè)ClCl鍵（243kj/mol）。 反應(yīng)后：2個(gè)HCl鍵（431kj/mol）。 H 反應(yīng)物分子中鍵能的總和 產(chǎn)物分子中鍵能的總和 4362432431183kj/mol H：負(fù)值，放熱反應(yīng)；正值，吸熱反應(yīng)。 沒有考慮分子內(nèi)其它原子對化學(xué)鍵鍵能的影響，結(jié)果是粗略的。,四、鍵的極性 以偶極距（）表示， 單位：庫侖.米（C.m），德拜（D） 1D=3.335641030庫侖.米,=0,=0,偶極矩()是一個(gè)向量，有方向性： 箭頭由正端指向負(fù)端，

12、即指向電負(fù)性大的原子。,電負(fù)性：量度原子對成鍵電子吸引能力的相對大小。 也可看作是原子形成負(fù)離子傾向相對大小的量度。 當(dāng)A和B兩種原子結(jié)合成雙原子分子AB時(shí)，若A的電負(fù)性大，則生成分子的極性是A-B+ ，即A原子帶有較多的負(fù)電荷，B原子帶有較多的正電荷。 分子的極性愈大，離子鍵成分愈高。,常見元素的電負(fù)性（鮑林）： F O Cl N Br I S C P H B Si 3.98 3.44 3.16 3.04 2.96 2.66 2.58 2.55 2.19 2.10 2.04 1.90,多原子分子的偶極距是各個(gè)鍵的偶極距的向量和。,偶極距的大小反映了有機(jī)分子極性的強(qiáng)弱。 分子的極性對熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和溶解度等物理性質(zhì)有較 大影響。 鍵的極性對化學(xué)反應(yīng)起決定性作用。,1-4 分子間作用力,氫鍵力,分子間作用力是影響物理性質(zhì)的主要因素。,分子形成氫鍵必備的兩個(gè)條件: 1. H原子與電負(fù)性很大的原子相連，形成裸露的質(zhì)子； 2. 具有電負(fù)性較大、原子半徑較小、含孤電子對的原子 (F、O、N) 。,1-5 有機(jī)反應(yīng)的基本類型 一、游離基反應(yīng)（自由基反應(yīng)）： 通過游離基歷程而進(jìn)行的反應(yīng)。 均裂：AB A + B 游離基或自由基 一般在熱、 光或引發(fā)劑存在下進(jìn)行。,二、離子型反應(yīng)： 通過離子型中間體進(jìn)行的反應(yīng)。(正碳離子、負(fù)碳離