有机化学课件 第一章 绪论

课前介绍办公室：化学化工学院办公室电话：5500690（转：3）E-mail：[e-mail]主讲教师：何承东教材：有机化学（第三版）（上、下册）胡宏纹高等教育出版社出版辅导教材：基础有机化学（第三版）邢其毅、裴伟伟基础有机化学习题解答与解题示例邢其毅、徐瑞秋、裴伟伟编北京大学出版社出版教学安排第一学期：第一章~第十一章11月中旬考试（前六章）第二学期：第十二章~第二十二章注：1.两册书的内容，融合在一起。考试和成绩期中和期末考试各一次课堂练习多次成绩评定的主要因素：期末考试（70%）成绩评定的其它因素：习题完成情况、学习态度和出勤率等关于习题每节课后根据教学内容自行安排一定量的练习每次课堂测试当堂交作业课后的习题和练习自行完成，随堂抽检。鼓励完成课堂布置思考题1.课前预习2.听课、记笔记3.整理、归纳、总结4.做习题（巩固）——非常重要！！5.讨论及答疑学好有机化学的几个重要环节切记：不要死记硬背不要临时抱佛脚反应物产物学习中应注意的几个方面1.有机化合物的结构与反应反应性质结构2.有机反应与反应机理有规律的反应特殊反应反应原理反应过程机理反应规律3.有机反应的应用——有机合成简单化合物多步反应复杂分子?反应物如何步骤最少产率最好性质上课纪律的要求：1、每节课前关闭手机；上课玩手机发现后没收。2、每次课提前五分钟到课堂；3、值周班干必须在每次课前点名，向老师汇报本班到课情况。旷课三次补考，考试作弊补考。4、上课不得吃东西。第一章绪论§1-1有机化学研究的对象§1-2有机化合物结构§1-3有机化合物的分类一、有机化学与有机化合物●有机化学是化学科学的一个分支，是与人类生活有着极其密切关系的一门学科，它的研究对象是有机化合物。其发展自19世纪初期至今不足200年。●有机化学的主要任务---讨论各类有机化合物的结构、性质、合成方法和它们的应用。§1-1有机化学的研究对象什么是有机化合物呢？C8H18、C15H32、C2H5OH、C6H12O6、CH3COOH涵义：“有生机之物”无机物----非生物体或矿物质得到的物质有机物----生物体（植物或动物）中获得的物质瑞典化学家贝格曼(T.D.Bergman)于1777年将化学分为“无机”和“有机”两大类。从组成上看主要含有C、H还有O、N、X、S、P等“有机化学”是由当时在世界上享有盛名的瑞典化学家贝采利乌斯(Berzelius.J.J.1979-1848)于1808年首先引用，以区别于矿物的化学——无机化学。其引用有机化学这个名词并将有机化学与无机化学绝对分开是基于“生命力论”。1874年肖莱马（Schorlemmer.C.1834－1892）：——将有机化合物定义为“碳氢化合物及其衍生物”1851年葛美林（Gmelin.L.1788－1853）和凯库勒（Kekule.A.1829－1896）等：——“含碳的化合物称为有机化合物”但CO、CO2、Na2CO3、KCN等为无机化合物。所以含碳化合物不一定是有机化合物，但有机化合物一定是含碳化合物有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支。为什么有机化学要作为一门独立学科呢？⑴C-C结合力强⑶同分异构体的产生主要原因：1.种类繁多，结构复杂2.性能特点（超过1000万种）C4H10CH3CH2-OHCH3-O-CH3C2H6O异构体分子式CH3CH2CH2CH3CH3-CH-CH3CH3⑵碳与碳之间可以多种方式结合碳与碳之间可以C-C、C=C、C≡C相互结合，并且可以形成链状或环状。性能特点：②熔点、沸点低，热稳定性差；一般＜400℃m.p.（NaCl）=801℃；b.p.（NaCl）=1413℃①容易燃烧，生成CO2和H2O；但CCl4不但不燃烧，而且可以作灭火剂③难溶于极性大的水，易溶于非极性的有机溶剂；但CH3COOH、C2H5OH、CH2-CH-CH2等易溶于水OHOHOH如：易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。④原子间主要以共价键结合；反应条件催化剂加热光照（活化分子）（增加分子热运动）⑤反应速度慢、副反应多。CH3CH2CH3+Cl2hνCH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3ClCH3CH2CHCl+ClCH2CH2CH2ClClCH3CHCH2Cl+CH3-C-CH3ClClCl所以写有机反应式常用“”而不用“”较简单，较少异构現象复杂，常有异构現象构造较无副反应，且反应速率较快常有副反应的可能，所以较复杂，但因非离子反应，所以速率较慢，故常需催化剂反应及速率一般为电解质，常为离子反应一般为非电解质，所以多数为非离子反应离子反应不燃的较多在空气中多数会燃烧可燃性一般溶于水，但不溶于有机溶剂一般不溶于水，但溶于有机溶剂溶解性一般较高一般较低熔点离子结合多共价结合多化学结合约100种全部元素主要C、H、O、N、P、S、X构成元素比较少（40万种）非常多（约1000万种）种类无机化合物有机化合物有机和无机的差別人类在很早时期就已经学会利用从生物体取得的物质。并对这些物质进行简单加工。例如：酿酒、制醋、造纸。但对有机物纯物质的认识和制备，并发展成为化学领域的一个极其重要的学科——有机化学，迄今不足200年。■古代（周朝）——懂得造纸、酿酒■18世纪末期——开始制备分离分离提纯阶段（第一阶段）二、有机化学的起源与发展1773：从尿中提取出了尿素1769：制得了许多有机酸:葡萄汁酒石酸酸牛奶乳酸柠檬汁柠檬酸但这一成就未能立即给“生命力”以致命的打击。由于维勒当时所用的氰酸铵是依赖有机物制成的，“生命力”维护者争辩说：“生命力”即在维勒所用的氰酸铵中。■1828年，德国化学家维勒（F·wohler）由氰酸铵（典型无机物）制成尿素（典型有机物）。NH4OCNH2N-C-NH260℃O1806年斯图萘尔（sertüner)首次从鸦片中分离出第一个生物碱----吗啡，直到1952年才确定了其结构，并为全合成所证实。这对于认识有机化合物无疑是一个重要阶段。但还未能用人工方法合成出有机化合物。因当时盛行的“生命论”，从而阻碍了有机合成的发展。■1854年-1856年，又合成了甲烷、甘油、乙醇等许多典型有机化合物。“生命力”学说才宣告破产。从此确信了人工合成有机化合物是完全可能的。这就是有机化学最初发展的第二阶段（合成阶段）。■1854年柏赛罗（M.Berthelot）合成了油脂。■1845年德国有机化学家科尔伯（H·Kolbe）从无可争辩的无机物制成了公认为有机物的醋酸：C+Cl2CCl4Cl3CCOOHCH3COOHS水，阳光Na-Hg标志着有机化合物与无机化合物之间并没有绝然的界限。它们遵从着同一规律，因此，有机化合物和有机化学就失去了它原来的含义。■19世纪中期至末期——有机化学逐渐形成为一门学科。为了研究有机化合物，需要进行分子结构的研究。●1858年德国化学家凯库勒（F·A·Kekule）和英国有机化学家库帕（A·S·Couper）分别提出了“碳的四价概念”和“碳碳可以相互结合成键”的学说。为有机化学结构理论的建立奠定了基础。●1861年俄国化学家布特洛夫（A·M·Butlerov）提出了“化学结构概念”。认为有机分子中的原子不是机械堆积，而是按一定化学关系结合，化学结构决定化学性质。●1874年荷兰化学家范霍夫（J·H·VantHoff）和法国化学家勒贝尔（J·A·Lebel）同时提出了组成有机化合物分子的“碳原子的四面体构型”学说，建立了有机立体化学的基础，并阐明了旋光异构体现象。●1885年德国化学家拜尔（A·Baeyer）提出了环状化合物的“张力学说”，至此建立了有机化学经典结构理论。●到了二十世纪20年代以来，随着量子力学的引入，近代分析方法和实验技术的不断发展及电子计算机的广泛应用，有机结构理论迅速发展，提出了“价键理论”、“分子轨道理论”和“分子轨道对称守恒原理”，揭示了化学键的微观本质，建立了现代结构理论的基础，使理论有机化学沿着微观和定量的方向迅速发展。●近年来由于生物学的发展，对于复杂的生命现象的研究已进入分子的水平，是分子的形成、运动及变化的过程。这些分子主要是有机分子，这些复杂分子结构，随着物理及化学的发展而被一一阐明（如胆甾醇、血红素、叶绿素等）。尤其是对核酸、蛋白质的结构研究，现在也已进入一定程度，并了解到二者在控制遗传信息的传递、高等动物的记忆活动等许多方面的特殊作用。彻底揭开其结构的奥秘，将使生物体及生命现象的研究进入一个新水平。研究有机化学的深远意义之一是在于研究生物体及生命现象。●我国在天然有机化合物的合成领域处于世界领先水平，1965年合成了具有生理活性的蛋白质——结晶牛胰岛素（化学通报，1965.5P257-285)；●1979年完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的半合成，1981年完成了全合成（化学通报，1982.12P28）有机化学是涉及大量天然物质和合成物质的独特的学科，这些物质直接关系到人类的衣、食、住、行。利用有机化学可以制造出无数在生活、健康和生产方面不可缺少的产品，这是一门对国民经济起着决定性作用的学科。石油化工，新型燃料，橡胶、塑料、涂料、化妆品、杀虫剂、农药、药品、合成材料等工业部门的基础，这些部门成为国民经济的支柱产业。组成人体器官的物质、供给人体营养的食物以及人体中发生的反应——实质上也是有机物质和有机反应。构成动、植物结构组织的蛋白质和纤维素、水果和花的香气等也是有机化学的研究范围之内。三、有机化学的重要性当今世界有机化学：1、很多复杂的分子结构被阐明，其中很多具有强烈的生理作用，为其他学科提出了大量研究课题；2、合成与天然物完全相同的分子；3、对天然分子进行改性；4、用计算机进行有机合成的设计工作。有机化学中，有机合成占有独特的核心地位。21世纪，要实现“理想的”合成法。强调实用、环境友好、资源可持续利用。简单原料、条件温和，经过简单步骤，快速、高选择性、高效地转化为目标分子——绿色合成如：Woodward等完成VB12全合成；1989年美国Harvard大学kishi教授等完成海葵毒素(palytoxin)的全合成。Woodward等完成VB12全合成（1965年获诺贝尔化学奖）当前研究的热点领域：1.具有潜在光、电、磁等功能的有机分子的合成和组装；2.分子材料中的电子、能量转移和一些快速反应过程的研究；3.研究分子结构、排列方式与材料性能的关系，发展新的分子组装的方法，探讨产生特殊光电磁现象的机制；探索新型分子材料在光电子学和微电子学中的应用。有机化学与我们有着千丝万缕的关系，学习有机化学就是要改善我们的生活与生产。既然我们以化学为未来的事业贡献聪明才智，学习有机化学就有了巨大的动力和责任感。生物化工、功能材料、生物科学与有机化学结合，形成新的产业部门。有机化合物分子中各原子之间一般是以共价键连接起来的。对于共价键形成的理论解释，常用的有两种方法。价键理论分子轨道论一、价键理论共价键的形成，可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果。§1-2有机化合物结构共价键的本质是在1927年由海特勒（Heitler）和伦敦（Lodon）用量子力学处理氢分子后才得以阐明的。假定分子的原子具有未成对电子且自旋方向相反，就可以配对偶合，每一对电子形成一个共价键；原子的未共用电子数就是它的原子价数；如果一个原子的未共用电子已经配对，它就不能再与其它未成对电子配对，这种性质叫做共价键的饱和性；电子云重迭的程度越大，形成的价键越稳定，因此原子轨道要尽可能在键轴方向上实现最大程度的重迭，这种性质叫做共价键的方向性；能量相近的原子轨道可进行杂化形成能量相近的杂化轨道，这样可加强其成键能力，成键后达到最稳定的状态。主要内容分子轨道理论认为共价键的形成是由于成键原子的原子轨道相互重叠后，重新组合成整体的分子轨道的结果。分子轨道理论与价键理论的不同之处是成键电子不再定域在个别原子上，也不定域在两个成键原子之间，而是离域到整个分子中运动。σ成键分子轨道σ*反键分子轨道σ原子轨道σ原子轨道能量两个原子轨道充分接近后，能通过原子轨道的线性组合，形成两