大學(xué)有機(jī)化學(xué)-第一章-緒論

1、有機(jī)化學(xué) Organic Chemistry,1. 任 課 教 師: 曾育才2. 課 時: 本課程共102學(xué)時,分兩學(xué)期完成。3. 教 材: 曾昭瓊主編《有機(jī)化學(xué)》第四版，上下冊， 高等教育出版社，2004 4. 本學(xué)期教學(xué)進(jìn)度(教學(xué)日歷）說明：,1,第一章 緒論,有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)參考書,

2、1、《如何學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)》 劉親明等編著，19912、《有機(jī)化學(xué)》 袁履冰主編 19993、《有機(jī)化學(xué)》 高鴻賓主編 第三版 19994、《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)》（上下冊）邢其毅等著，高等教育出版社，第三版， 20075、《有機(jī)化學(xué)：學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題詳解》（第二版）李寶林　編 陜西師范大學(xué)出版社 20056、《有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)及解題指導(dǎo)》，華北東北等九所高等師范院校合 編，科學(xué) 出版社，第

3、一版，1999。 7、《有機(jī)化學(xué)提要、例題和習(xí)題》，王永梅主編，天津大學(xué)出版 社，第一版，1999。 8、《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)問題》，袁履冰編著權(quán) 19849、《有機(jī)化學(xué)考研輔導(dǎo)》李小瑞主編，化學(xué)工業(yè)出版社 2004 以上可選擇一至兩本作參考,2,第一章 緒論,每人準(zhǔn)備兩本作業(yè)本 ；每次課后布置作業(yè),每章交一次作業(yè)；作業(yè)要認(rèn)真、規(guī)范，字跡端正、整潔。,作業(yè)要求,3,第一章 緒論,第一章

4、 緒論,第一節(jié) 有機(jī)化學(xué)的研究對象 第二節(jié) 共價鍵的一些基本概念 第三節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟第四節(jié) 有機(jī)化合物的分類 和官能團(tuán) 習(xí)題（本章不要求）,4,第一章 緒論,第一節(jié) 有機(jī)化學(xué)的研究對象一、有機(jī)化學(xué)的研究對象和涵義,有機(jī)化學(xué)（organic chemistry）是研究有機(jī)化合物的來源

5、、制備、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用以及有關(guān)理論和方法學(xué)的科學(xué)。,自從拉瓦錫(Lavoisier.A.L)和李比希(1803-1873 VonLiebig.J.F)創(chuàng)造有機(jī)化合物的分析方法之后，發(fā)現(xiàn)有機(jī)化合物均含有碳元素，絕大多數(shù)的含氫元素，此外，很的有機(jī)化合物還含氧、硫、氮等元素。,李比?！袡C(jī)化學(xué)、生物化學(xué)和農(nóng)業(yè)化學(xué)的開路人。,5,第一章 緒論,1848年德國化學(xué)家葛美林（Gmelin.L)凱庫勒(KeKule .A) 認(rèn)為碳

6、是有機(jī)化合物的基本元素，把“碳化合物稱為 有機(jī)化合物”，“有機(jī)化學(xué)定義為碳化合物的化學(xué)”。,此后肖萊馬（Schorlemmer,c.)在此基礎(chǔ)上發(fā)展了這個觀點，把有機(jī)化學(xué)定義為: 有機(jī)化學(xué)——研究烴及其衍生物的化學(xué),歷史上： 有機(jī)化合物的最初涵義是——“有生機(jī)之物” 稱有機(jī)化學(xué)是研究“有生機(jī)之物”的化學(xué)。

7、 “有機(jī)化學(xué)”名詞于1806年首次出現(xiàn),6,第一章 緒論,二、有機(jī)化學(xué)的發(fā)展簡史,有機(jī)化學(xué)作為一門科學(xué)僅近200年歷史1、十九世紀(jì)初之前 “生命力”學(xué)說支配有機(jī)化學(xué)界，陰礙了有機(jī)化學(xué)的發(fā)展2、1828年——28歲德國化學(xué)家維勒人工合成了第一個有機(jī)物——尿素，震動了“生命力”學(xué)說； 1845年——Kolbe合成了醋酸 1854年——合成了油酯 1

8、856年——合成了甲烷 1856年——英國人柏琴（Perkin） 制造了第一種合成染料——苯胺紫——人類很快從天然染料向人工染料轉(zhuǎn)變。 到19世紀(jì)中葉“生命力”破產(chǎn)，有機(jī)化學(xué)進(jìn)入了一個合成時代。,7,第一章 緒論,3、19世紀(jì)中葉至19世紀(jì)末，經(jīng)典的有機(jī)結(jié)構(gòu)理論基本 形成——有機(jī)化學(xué)——獨立的系統(tǒng)的二級學(xué)科：,1858年，庫帕（Couper,A·S）提出：“有機(jī)化合物分子中碳原子都是四價的，而且互相結(jié)

9、合成碳鏈。,1861年，布特列洛夫提出了化學(xué)結(jié)構(gòu)的觀點，指出分子中各原子以一定化學(xué)力按照一定次序結(jié)合——分子結(jié)構(gòu)：一個有機(jī)化合物具有一定的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)決定了它的性質(zhì)，分子中各原子之間存在著互相影響。,1865年，凱庫勒提出了苯的構(gòu)造式。,1857年凱庫勒提出了“碳四價”學(xué)說。,8,第一章 緒論,1874年，范特霍夫(Vant Hoff.J.H)和勒貝爾(Le Bel,J.A)分別提出碳四面體構(gòu)型學(xué)說，建立了分子的立體概念，說明

10、了旋光異構(gòu)現(xiàn)象。,1885年，拜爾（Von Baeyer.A)提出張力學(xué)說。,4 、20世紀(jì)建立了現(xiàn)代有機(jī)結(jié)構(gòu)理論：,1916年，路易斯（Lewis,G.N)提出了共價鍵電子理論。,二十世紀(jì)初：建立了價鍵理論，分子軌道理論、 提出了誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)、空間效應(yīng)、 共振理論等，解釋了大量實驗事實，

11、 建立了各種有機(jī)反應(yīng)歷程。,9,第一章 緒論,5、二十世紀(jì)60年代：波譜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用； 合成B12過程中發(fā)現(xiàn)了分子軌道守恒原理； 近幾年，計算機(jī)應(yīng)用于有機(jī)合成的設(shè)計，理論有機(jī)化學(xué)向微觀和定量方向發(fā)展。6、二十世紀(jì)后期到二十一世紀(jì)：一些新的實驗技術(shù)的應(yīng)用，如光化學(xué)技術(shù)、催化技術(shù)、微波技術(shù)、超聲技術(shù)，大幅度地提高了有機(jī)物的轉(zhuǎn)化速率和產(chǎn)物的選擇性。 有機(jī)化學(xué)發(fā)展到今天,已成為與人類生活有著密切關(guān)系的學(xué)科.例

12、如高效農(nóng)藥、醫(yī)藥、燃料、染料、高分子材料和生命科學(xué)等領(lǐng)域都需要有機(jī)化學(xué)，而這些領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展又促進(jìn)了有機(jī)化學(xué)的前進(jìn)。,10,第一章 緒論,三、有機(jī)化合物的特點,（相對典型無機(jī)物而言）（1）結(jié)構(gòu)上的主要特點—— 同分異構(gòu)現(xiàn)象(isomerism)普遍——分子組成復(fù)雜 有機(jī)化合物必須使用構(gòu)造式或結(jié)構(gòu)式表示 而不能僅用

13、分子式表示；,易燃燒對熱不穩(wěn)定熔點、沸點低（一般 ＜ 400°C）難溶于水反應(yīng)速度較慢、反應(yīng)較復(fù)雜、副反應(yīng)多,（2）性質(zhì)上的特點：,這就是為什么要把有機(jī)化學(xué)作為獨立的一門學(xué)科來研究的原因,11,第一章 緒論,第二節(jié)、共價鍵的一些基本概念1、價鍵理論,主要內(nèi)容：（1）共價鍵的形成是由于成鍵原子的原子軌道相互交 蓋（重疊）或電子配對的結(jié)果。 原子的未成對 電子數(shù)就是它的原子價

14、,（2）共價鍵具有飽和性（3）共價鍵具有方向性 在經(jīng)典價鍵理論的基礎(chǔ)上發(fā)展：雜化軌道理論、共振論,,12,第一章 緒論,共價鍵的方向性,σ 鍵,π 鍵,13,第一章 緒論,2、分子軌道理論,分子軌道理論認(rèn)為：共價鍵是由成鍵原子的原子軌道重新組合成整體的結(jié)果,共價鍵的電子在整個分子的區(qū)域內(nèi)運動,即從分子的整體出發(fā)來研究分子中的電子運動狀態(tài)——分子軌道（Ψ函數(shù)）. 求解分子軌道的方法——原子軌道線性組合LCAO

15、LCAO法認(rèn)為：各原子相互結(jié)合成分子時， （1）有幾個原子軌道就可組成幾個分子軌道 （2）能量比未成鍵原子軌道低的——成鍵軌道 能量比未成鍵原子軌道高的——反鍵軌道 （3）分子中各電子占據(jù)分子軌道遵循：能量最低原 理、洪 特規(guī)則、保里不相容原理,14,第一章 緒論,以氫分子的形成為例說明LCAO法：,15,第一章 緒論,組成分子軌道三原則：,原子軌道組成分子軌道（

16、是否穩(wěn)定）必須符合三個條件：一是對稱匹配（位相相同）二是原子軌道重疊部分要最大三是能量相近,16,第一章 緒論,分子軌道理論——兩種典型分子軌道：,σ軌道,π 軌道,σ*,σ,σ,π*,π,17,第一章 緒論,π *-Antibonding Orbital,p-Bonding molecular orbital),,18,第一章 緒論,3、共價鍵的鍵參數(shù),(1)鍵長(bond length) (P7 表1-1)必須記住：

17、,（2）鍵角（bond angle)----- 反映分子的空間結(jié)構(gòu)）（3）鍵能（bond energy)-----反映分子的牢固程度）,0.1530 0.1510 0.1456,同一類型的共價鍵的鍵長在不同的化合物中可能稍有區(qū)別:,成鍵時所放出的能量稱為鍵能,鍵離解時所需要的能量叫鍵的離解能,,19,第一章 緒論,鍵能和鍵離解的區(qū)別：,鍵能和鍵

18、離解能概念不同，數(shù)值有時相同有時不同 對雙原子分子 鍵能和離解能數(shù)值相等； 對多原子分子 鍵能為離解能的平均值;一般說共價鍵的鍵能是指一類共價鍵離解能的平均值,利用鍵能可以估算反應(yīng)熱，了解其反應(yīng)是吸熱還是放熱反應(yīng)： △H = Σ 反應(yīng)物鍵能和—Σ 生成物鍵能和 △H 負(fù)值為放熱 △H 正值為吸熱,20

19、,第一章 緒論,4、鍵的極性和分子的極性——偶極矩 (dipole moment),鍵的極性：用偶極矩(鍵矩)來度量，并有方向性（向電負(fù)性大的原子） u= e· d（單位為Debye 簡寫為D） 兩個相同原子組成共價鍵的鍵矩為零； 對雙原子分子：鍵的極性就是分子的極性； 對多原子分子：分子的極性是由各共價鍵的偶極矩的 向量和決定的。例如：,分子的極性影響物質(zhì)

20、的熔點、沸點和溶解度大小，一般：分子極性增加，沸點升高，水溶性增大；鍵的極性對反應(yīng)起決定性的作用；,21,第一章 緒論,5 、鍵的極化性,共價鍵在外電場作用下，鍵的極性發(fā)生的變化 ——鍵的極化性——用極化度來度量：表示成鍵電子被成鍵原子核電荷約束的相對程度。 極化度與成鍵原子體積、電負(fù)性、鍵的種類、外電場 強(qiáng)度有關(guān)。一般： 成鍵原子體積越大，電負(fù)性越小，鍵的極化度越大； 外電

21、場強(qiáng)度越強(qiáng)，鍵的極化度越大。 例如：下列共價鍵的極化度：,22,第一章 緒論,絕大多數(shù)有機(jī)化合物分子中都有共價鍵。共價鍵的鍵能和鍵長——反映了鍵的強(qiáng)度，即分子的 熱穩(wěn)定性。 鍵角——反映了分子的空間形象偶極矩和鍵的極化性——反映了分子的化學(xué)反應(yīng)活性

22、 和影響它們的物理性質(zhì)。,分子間作用力： 氫鍵、 色散力、取向力——偶極-偶極作用——極性分子間作用力之一,23,第一章 緒論,6、共價鍵的斷裂與有機(jī)反應(yīng),（1）均裂——游離基反應(yīng)（自由基型反應(yīng)、均裂反應(yīng)） （homolysis) 條件：光照、強(qiáng)熱、引發(fā)劑等。,（2）異裂——離子型反應(yīng)（heterolysis)

23、條件：催化劑、極性試劑、在極性溶劑中等。,表示電子的轉(zhuǎn)移方式：單箭頭、雙箭頭,24,第一章 緒論,協(xié)同反應(yīng)（周環(huán)反應(yīng)）——第十七章,,25,第一章 緒論,親電試劑和親核試劑：,親電試劑（electrophilic reagent 或者說 electrophiles ) ——反應(yīng)過程中進(jìn)攻有機(jī)物中帶部分負(fù)電荷的位置 并能接受電子或共用電子的試劑。 如： H+ Cl+ Br+ SO3

24、 BF3 AlCl3 +NO親核試劑 (nucleophilic reagent 或 necleophilies ) ——反應(yīng)過程中進(jìn)攻有機(jī)物中帶部分正電荷的位置 并能提供電子對的試劑。 如： -OH - NH2 -CN -CH3 H2O： :NH3 在一定條件下，有些試劑既可作親電試劑又可作親核試劑——兩可試劑 +NO：,26,第一章 緒

25、論,下列物種中的親電試劑是： ； 親核試劑是 。a. H+； b. RCH2+； c. H2O； d. RO—； e. NO2+； f CN—； g. NH3； h.,,27,第一章 緒論,第三節(jié)、研究有機(jī)化合物的一般步驟,28,第一章 緒論,分子結(jié)構(gòu)包括：構(gòu)造(constitution)——分子中原子成鍵的順序和鍵性構(gòu)型(configuration)——

26、具有一定構(gòu)造的分子中原子 在空間的排列狀況構(gòu)象(conformation)——具有一定構(gòu)造的分子通過單鍵 的旋轉(zhuǎn)形成各原子或原子團(tuán)的 各種空間排布構(gòu)造式的寫法：蛛網(wǎng)式、縮寫式、鍵線式,29,第一章 緒論,立體結(jié)構(gòu)

27、的表示方式：,比例摸型紐曼投影式費歇爾投影式鋸架透視式楔形透視式,楔型式,30,第一章 緒論,第四節(jié)、有機(jī)化合物的分類和官能團(tuán),一、按碳架分類傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)家的分類方法是根據(jù)碳干的不同把它們分成如下幾類：,1、開鏈化合物：2、碳環(huán)化合物脂環(huán)化合物：芳香環(huán)化合物：雜環(huán)化合物：,31,第一章 緒論,能決定化合物的特性的原子或原子團(tuán)稱為官能團(tuán)（functional group).,二、按官能團(tuán)分類,烴,鹵代烴,醇,酚,醚

28、,醛,酮,羧酸,有機(jī)化合物,,,,,,,,,32,第一章 緒論,怎樣才能學(xué)好有機(jī)化學(xué),學(xué)好有機(jī)化學(xué)，總的可概括為六個字： 理解、記憶、應(yīng)用。理解——學(xué)習(xí)過程中，要及時弄懂和掌握各章節(jié)的重點內(nèi)容、主要問題、難題，做好課堂筆記。記憶——在理解的基礎(chǔ)上做必要的記憶。 多看 、多寫、多練——材料積累多了，就會掌握內(nèi)在規(guī)律，并上升為理解記憶。機(jī)械記憶和理解記憶相輔相成，記憶的材料越多，越有利于理解，而理解了

29、的東西也就記得更牢，只求理解而不刻苦記憶是學(xué)不好有機(jī)化學(xué)的。 應(yīng)用——從三方面入手：,33,第一章 緒論,1、多思考----遇到疑難問題要先思考，再查書或求老師解疑，切忌不求甚解。疑難問題積累多了得不到解決則有學(xué)不下去的危險，因為有機(jī)化學(xué)內(nèi)容是前后連貫的，系統(tǒng)性很強(qiáng)，只有掌握了前面的知識，才能理解后面的內(nèi)容。 2、勤練習(xí)-----認(rèn)真做練習(xí)題是學(xué)好有機(jī)化學(xué)的重要環(huán)節(jié)，不僅對理解和鞏固所學(xué)知識是最有效的，同時也是檢驗是否完成學(xué)習(xí)任

30、務(wù)的必要方法，做習(xí)題要在系統(tǒng)復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，切不可照抄答案，否則有百害而無一利。3、善總結(jié)------學(xué)會歸納總結(jié)，要總結(jié)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，以了解共性與個性。還要揭示各類化合物之間內(nèi)在聯(lián)系與相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。 某一類化合物的性質(zhì)往往是另一類化合物的制法，熟練掌握了這些關(guān)系，才能設(shè)計各種特定化合物的合成路線。要把每章新出現(xiàn)的名詞、概念搞清楚，做到準(zhǔn)確理解，應(yīng)用自如。 最后：重視實驗課,34,第一章 緒論,35,第一章