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1、1,Organic Chemistry,主 讲：刘 春 萍Email:,有机化学课件,Tel：,2,选用教材：1、郝爱友 等主编精编有机化学教程，第二版，济南：山东大学出版社，2009,主要教学参考书：1、邢其毅，徐瑞秋，周政，裴伟伟.基础有机化学（上、下），第三版，北京：高等教育出版社，2005.62、裴伟伟.基础有机化学习题解析，北京：北京大学出版社，20053、曾昭琼主编.有机化学（上、下），第三版，北京：高等教育出版社，1993.54、胡宏纹.有机化学（上、下），第二版，北京：高等教育出版社，1990.55、Morrison and Boyd.Organic Chemistry,3rd
2、 edition.6、中国化学会，有机化学命名原则，科学出版社。,3,学习方法 学会自学，课前预习、课后及时复习总结.多做练习 思路清晰、掌握原理，寻找规律、学会分析、归纳、拓展.注意与实验相结合，在练习中加深理解和记忆 学会“用教材学，而不是简单的学教材”必备物品：笔记本、练习本、作业本,4,教学方法与成绩评定 以学生为主体，注重个体差异，坚持实践-理论相结合，运用启发法、分析法、质疑法、问题法、总结法等教学方法，师生充分互动交流。辅助多媒体教学手段，提高教学效果。单元测验、期中考试、课堂练习、作业等30%，期末考试70%,本学期课时分配,6,Chapter 1 绪论Introduction
3、,7,Content,1.1 有机化学和有机化合物1.2 有机物的结构与结构理论 1.2.1 有机化合物结构的表示方法 1.2.2 Kekle and Couper Structure 1.2.3 vont Hoff and LeBel 的碳四面体概念 1.2.4 化学键 1.3 共价键断裂的方式与有机反应类型1.4 有机反应中的热力学与动力学1.5 有机化合物的分类*1.6 有机酸碱理论,8,基本要求：1、了解有机化学的发展简史。2、掌握有机化合物的结构概念和理论Kekle结构式、Butlerov A 的化学结构理论、vant Hoff J H碳四面体概念及结构表示方法。3、掌握共价键的本质
4、及属性，了解分子轨道理论的基本原理。4、了解有机化合物的酸碱理论。,1.1 有机化学和有机化合物(Organic Chemistry and Organic compounds),Organic Chemistry:,研究有机物的结构、性质、应用及其规律的的一门科学。Organic Chemistry is the chemistry of carbon compounds.,Organic compounds:,含碳的化合物(Leopold Gmelin and Kekle,1848年)；烃及其衍生物(Schorlemmer),10,1.1.1 有机化学的发展(The origins of
5、Organic Chemistry),分离提纯,有机分析,有机合成,有机结构理论,有机化学,11,瑞典化学家舍勒（Scheele）：酒石 酒石酸（1770），酸牛乳乳酸（1780），苹果苹果酸（1785），柠檬柠檬酸（1784），五倍子没食子酸 焦性没食子酸，甘油 尿 尿素(1773)，鸦片吗啡（1805），动物脂肪胆固醇（1815），马尿马尿酸(1829），动植物生物碱，如：辛可宁、金鸡纳碱、番木鳖碱等。,1、分离提纯（Separation and Purification）,12,2、有机分析（Organic analysis）,碳、氢分析：1781年，拉瓦锡：有机物密闭燃烧生成二氧化碳、
6、水和氮气 1810年，盖吕萨和泰纳：有机物与KClO3混合制成小丸干燥后在硬制玻璃管中强烈燃烧，测定放出气体的体积，计算C、H等元素含量 1814年，贝采利乌斯改进法：KOH吸收CO2，CaCl2吸收水用称量法测定 1830年，李比息（Liebig）法：用红热的CuO氧化燃烧 碳的百分含量=（12WCO2/44W样品）100%氢的百分含量=（2WH2O/18W样品）100%氮分析：1830年，杜马定氮法：有机氮 氮气 量氮计 卤素、硫、磷等：氧瓶燃烧法现今：元素分析仪：C、H、N、S自动分析*,13,3、有机合成（Organic synthesis）,1806年，柏采里乌斯：有机化学，“生命力
7、学说”1828年，德国有机化学家魏勒Wohler：,1845年，德国化学家柯尔伯Kolbe：,1854年，德国贝特罗Berthelot成功合成了油脂类物质；1861年，俄国布特列洛夫：多聚甲醛和石灰水糖类 18501900年：煤焦油合成时代 20世纪40年代以后：石油、天然气合成时代,1965年9月：牛胰岛素 1981年11月：酵母丙氨酸转移核糖核酸,14,1858年，Kekule和Couple：碳的四价学说和碳自身成键的假说。1865年，Kekule：苯的环状结构学说,4、有机结构理论（Structural Theory）,1861年，布特列洛夫：化学结构理论结构与性质的依赖关系1874年，
8、荷兰vont Hoff和法国Lebel：碳具有四面体构型，建立了分子结构的立体概念。1885年，von Baeyer.A：张力学说，解释了某些化合物的不稳定性。,15,1916年，美国Walther Kossel和Lewis：价键理论离子键和共价键1923年，Lewis（18751946）：共价键的电子理论，基本解释了共价键的饱和性；1926年，德国Erwis Schrodinger：量子化学，阐明了化学键的微观本质，出现了电子效应和共振论。20世纪60年代，美国Robert Burns Woodward和Hoffmann：分子轨道对称守恒原理日福井谦一（1918）提出了前线轨道理论(FMO理
9、论).,16,有机化合物的特性（Characteristic of organic compounds）,1、数目繁多，组成复杂，VB2，C63H90O14PCo 2、熔、沸点较低 3、容易燃烧 4、稳定性差5、难溶于水6、反应速度较慢，副反应多,有机化学的重要性(The important of Organic Chemistry),18,蛛网式,路易斯结构式,结构简式,键线式,1.2 有机物的结构与结构理论（The structure theory of organic compounds）,1.2.1 有机化合物结构的表示方法,19,有机化合物立体结构的表示,(S)-(+)-乳酸 四面体
10、结构的表示方法伞形式,纸面上键,伸向纸面里面的键,伸向纸面外面的键,20,1.2.2 Kekle and Couper Structure,1858年Kekle and Couper提出了有机分子结构两个重要基本规则：（1）碳原子是四价的（2）碳原子自相结合成键,有机化合物的类型学说:,氢型：HH，C2H5 H；盐酸型：HCl，C2H5 Cl；水型：HOH，C2H5OH；氨型：HNH2，C2H5NH2甲烷型：HCH3，CH3CH3，CH3CH2CH3,热拉尔Gerhardt(1853年),Kekle,21,Kekle结构式：,蛛网式结构简式键线式,结构简式,22,布特列洛夫首次提出了“化学结构
11、”的概念,化学结构只是说明每一化合物分子中各原子的一定相互关系，这些关系可以从该化合物的化学性能推断出来。分子的性质取决于组成它的原子的性质、数量和彼此的关系，由于这些不同，便引起了性质上的差异。所以，可以从分子的化学结构去了解或预测它的化学性质；反过来，也可以从化学性质去确定分子的化学结构。抽象出来的结构式是表示化学结构真正的理性式子，由于化合物只有一个结构，所以结构式也是单一的。,化学结构 化学性质,23,1.2.3 vont Hoff and LeBel 的碳四面体概念,24,化学键（Chemical bond）,1.2.4.1 原子轨道与原子的电子构型,25,化学键,离子键：依靠正、负
12、离子之间的静电引力而形成的化学键称为离子键（或电价键）。,金属键：使金属原子结合成金属晶体的化学键（metallic bond）,共价键（Covalent bond）：两个或多个原子通过共用电子对而产生的一种化学键,26,1.2.4.2 价键理论（Valence bond theory）,VB法的基本要点：I、假定分子的两个原子各具有未成对电子且自旋相反，则两原子的电子偶合成对形成共价键电子配对,II、共价键具有饱和性,III、共价键具有方向性,IV、能量相近的原子轨道可进行杂化，形成能量相等的杂化轨道,27,28,杂化轨道(hybrid orbital)：,杂化轨道保持最大远离，相互作用小，
13、成键能力强。如：sp 杂化轨道：,29,VB法的优点与局限性：,形象、简单明了，易于接受。局限性：由于电子定域于两个原子之间，只能表示两个原子相互作用成键，难以表示多原子分子成键；难于解释某些双原子分子的现象，如O2的顺磁性。,30,1.2.4.3 分子轨道理论(Molecular orbital theory),MO法的主要内容：I.假定分子中每一个电子的运动状态用状态函数来描写。即为分子轨道MO，2为几率密度，每个分子轨道具有相应的能量E。II.分子轨道用原子轨道的线性组合来表示，原子轨道线性组合形成分子轨道必须具备三个条件能量相近、电子云最大重叠、对称性相同。原子轨道的总数等于分子轨道的
14、总数。III.电子在分子轨道中的排布遵照AO中电子排布的同样规则鲍利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。,31,如：H2分子，HAHB,1=A+B，2=A B,反键轨道成键轨道,32,相同波函数之间的相互作用,不同波函数之间的相互作用,33,1.2.4.4 共价键的本质与属性,I.键长：(Bond length):成键两原子核之间的距离（p7表1-2）原子 共价半径(nm)：单键 双键 三键 C 0.077 0.0667 0.0603 H 0.028 CC 0.154,C=C 0.1334,0.1206,CH 0.105,II.键角（Bond angle）：价键之间的夹角（p9表1-5）,注意
15、：不同原子形成的共价键的键长不同；而同类型的共价键在不同化合物中略有差异，可看作大体不变。,键角涉及分子的立体形象。键角随分子结构而改变.注意：若键角与正常键角相比改变很大，分子就会出现一些特殊性质，如环丙烷的不稳定性。键角与所连有的基团大小有关，如：水 105o；(CH3)2O：COC 1110。,34,III.键能（Bond Energe）:键的离解能D或键能E在0.1MPa（1atm），25，使1mol气态物质离解成气态原子所需的能量（kJ/mol）（p8表1-3，1-4）,IV.键矩键的极性（Polarity of bond）:由成键原子的电负性差异所引起（p9-10表1-7，表1-8
16、）,+-CCl=q.d+,注意：离解能D并不完全等于键能E，对双原子分子：D=E；对多原子分子：E=同类型共价键离解能的平均值=Di/n,应用：根据键能，可粗略计算出反应的热效应：H=E反 E生,35,36,注意：分子的偶极矩是各键矩的矢量和=i。共价键的极性与成键原子的电负性密切相关。电负性的影响可通过分子链影响其他原子，并随距离的增大而减弱。这种由于电负性不同所引起的极性效应，是通过静电诱导影响分子的其它部分，称为诱导效应（Inductive effect）。,1).偶极-偶极作用力：极性分子之间，与极性强弱有关2).色散力：与极化率、接触面积有关3).氢键：H（O、N、F）,V.分子间的
17、作用力（熔点、沸点、溶解度）,37,I.均裂（homolysis,homolytic reaction）自由基型反应 free radical reaction,AB A+B,II.异裂（Heterolysis,Heterolytic reaction）,AB A+B-,离子型反应（Ionic reaction）,1.3 共价键断裂的方式与有机反应类型,38,III.协同反应（Concerted reaction）,CX C+X-亲核反应(Nucleophilic reaction)CX C-+X+亲电反应（Electrophilic reaction）,39,反应机理（mechanism）对
18、有机反应过程的详细描述,注意：（1）反应机理是根据大量实验事实总结后提出的，有一定的适用范围。（2）反应机理能解释许多实验事实，并能预测反应的发生。如果发现新的实验事实无法用原有的反应机理进行解释，就要提出新的反应机理。（3）在表述反应机理时，必须指出电子的流向，分别用不同箭头表示单电子（）、一对电子（）的转移。,40,1.4 有机反应中的热力学与动力学（Thermodynamics and dynamics in organic reactions）,1.热力学与化学平衡(Thermodynamics and chemical equilibrium),2.动力学与反应速率(Dynamics
19、 and reaction velocity),K=生成物浓度的乘积/反应物浓度乘积=CD/AB,G=H TS=RTlnK,平衡常数K=1016，G=-92 kJ.mol-1 活化能Ea为104.6 kJ.mol-1,41,动力学研究的理论依据：,1、碰撞理论(Collision theory)：根据Arrhenius速率公式：速率=PZeEa/RT，Z为碰撞频率，与反应物浓度有关；P为取向概率，即有效碰撞几率；eEa/RT为能量概率，是指具有最低活化能的碰撞分数。能量概率与温度关系很大，通常温度每升高10，反应速率提高1倍左右。,反应速率是在单位时间内反应物浓度或生成物浓度的变化。A B+C
20、 速率=-dA/dt=dB/dt=dC/dt=kA 一级反应A+B C+D 速率=kAB 二级反应2A+B C+D 速率=kA2B 三级反应,42,2、过渡态理论(Transition state)：,A+BC A.B.C A B+C 过渡态,反应进程中的势能变化示意图,43,3、哈蒙特假说（Hammond hypothesis）：,（1）放热反应中过渡态结构与反应物近似（2）吸热反应中过渡态结构与产物近似,44,按碳架分类和按官能团(function group)分类两种。,1.5.1 按碳架分类,1.5 有机化合物的分类,45,1.开链（脂肪族）化合物 aliphatic compound
21、,正丁烷 2-甲基丁烷 2-戊烯,十六碳酸（软脂酸）2-丁醇,46,2.环状化合物：环状化合物可分碳环和杂环。,碳环化合物(carbocyclic compound)：碳碳连结成环，环内也可有双键、叁键。,脂环族化合物（alcyclic compound)-与脂肪族化合物性质类似,芳香族化合物（aromatic compound)-具有特殊的芳香性,47,杂环化合物（hetrocyclic compound）：环内含有杂原子如氧、氮、硫等杂原子称杂环化合物。,脂杂环化合物（aliphatic heterocyclic compound)-与脂肪族化合物性质类似,芳杂环化合物（aromatic
22、heterocyclic compound)-具有特殊的芳香性,48,看书思考：什么是官能团？(p11表1-9）常见的官能团有哪些？有机物一定要有官能团吗？根据官能团可以将有机物分为哪些类？官能团相同分类一定相同吗？,1.5.2 按官能团分类,49,一些重要的官能团及其类名(1),50,一些重要的官能团及其类名（2）,51,1.6*酸碱概念（Acids and bases）,1.6.1 Bronsted 酸碱理论,酸 碱 共轭碱 共轭酸,碱酸,酸碱强度通常用pKa表示Ka=A H3O+/HA，pKa=lgKa,HCl（2.2）；HNO3（1.3）；H2O（15.74）；CH3SO3H（1.2）
23、；CF3COOH(0.2)；CH3COOH(4.74)；C6H5OH(10.1)；CH3OH(15.5)；CH3COCH3(20)；C6H5CH3(41)；CH4(49),CH3CO-CH3+H2SO4(CH3)2C=OH+CH3CO-CH3+CH3ONa CH3CO-CH2,1.6.2 Lewis酸碱理论,Lewis酸主要包括：亲电试剂BF3，AlCl3，SnCl4，ZnCl2等；金属离子Li+，Ag+，Cu2+等；正离子R+，RCO+，Br+，NO2+，H+等。Lewis碱主要包括：亲核试剂NH3，RNH2，ROH，ROR，RCHO，R2C=O，RSH等；负离子 X，R，SH，CN等；烯或
24、芳香化合物等.,A+B AB,53,思考题,1、根据表1-3和1-4数据分析：（1）按键离解能的大小排列C-H,C-F,C-Cl，C-C,C-Br,C-I，在均裂反应中哪个价键断裂所需要的能量最小或温度最低？（2）比较不同类型C-H键的离解能的大小，并说明在化学反应中其反应难易的趋向。2、根据键的偶极矩和化合物的立体结构判断下列化合物的极性及其方向：CHCl3 CCl4 CH3NH2 CH3OH CH3OCH3,54,预习：第二章 烷烃和环烷烃,3、根据Lewis酸碱理论，举例说明下列化合物在反应中各作为酸、碱的反应部位和产物结构。H2O NH3 CH3CH2OH CH3OCH3 CH3COCH3,学会从图表中分析数据并得出一定的结论,
