有机化学-胡宏纹-教材-PPT

1基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院第一章绪论基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院1.1有机化合物和有机化学1.有机化合物：碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。C、H（O、N、X、P、S）2.有机化学：研究有机化合物来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论、变化规律和方法学科学。•三项内容：分离、结构、反应和合成[分离]从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作孤立出单一纯净的有机物。[结构]对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明其结构和特性。[反应和合成]从某一有机化合物(原料)经过一系列反应转化成一已知的或新的有机化合物(产物)。基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院3.有机化学的发展及其研究热点。“有机”(Organic)“有机体”(Organism)的来源1828年，德国化学家魏勒(Wöhler,F.)制尿素：1845年，柯尔伯(H.kolber)制得醋酸；1854年，柏赛罗(M.berthelot)合成油脂类化合物；尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；.…...有机物可来源于生物体也可由无机物转化而来。迄今已知的化合物超过2000万(主要通过人工合成)，其中绝大多数是有机化合物。NH4OCNH2NCNH2O基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院1901~1998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的化学奖55项，占化学奖61%有机化学是一门迅速发展的学科有机合成化学天然有机化学生物有机化学金属与元素有机化学物理有机化学有机分析化学药物化学香料化学农药化学有机新材料化学等学科生命科学材料科学环境科学化学生物学能源、工业、农业等方面............基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院当代有机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合。1980年(DNA)~1997年(ATP)与生命科学有关的化学诺贝尔奖八项；有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成为现代生物化学和化学生物学的理论基础；在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、合成方法的创建等方面，有机化学为分子生物学的建立和发展开辟了道路；确定DNA为生物体遗传物质,是由生物学家和化学家共同完成；人类基因组“工作框架图”组装—后基因组计划—序列基因(SequenceGenomics)—结构基因(StructuralGenomics)—功能基因(FunctionalGenomics)。基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院有机化学特别是生物有机化学参与研究项目：V研究信息分子和受体识别的机制;V发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律;V作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究;V发展提供结构多样性分子的组合化学;V对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术，等等。及时雨考研考博网2基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院有机化学中，有机合成占有独特的核心地位。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。从20世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子。一徐光宪基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院有机新材料(分子材料)化学。1.化学结构种类多；2.能够有目的地改变功能分子的结构，进行功能组合和集成；3.能够在分子层次上组装功能分子，调控材料的性能。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；4.探索新型分子材料在光电子学和微电子学中的应用等基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院1.2有机化合物的结构（C为四价）凯库勒结构式（化学键）、路易斯结构式（价电子，包括孤对电子）、立体模型(球棍模型、比例模型）基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院1.3原子轨道和分子轨道1.原子轨道含义——原子中电子的运动状态，用波函数Φ表示。表示方法：电子云的形状和疏密、界面图的大小和疏密s,p,d,f(形状、伸展方向）核外电子排布规律：Pauli不相容，能量最低，Hund规则s轨道p轨道d轨道基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院2.现代价键理论——电子定域论（1）价键的形成可看成是原子轨道重叠或电子配对的结果。条件：未成对电子，自旋相反（2）共价键的饱和性：价键数=单电子数（3）共价键的方向性：原子轨道重叠程度大小决定共价键的牢固程度。头碰头重叠（σ键）；肩并肩重叠（π键）（4）轨道杂化：同一原子的能量相近的轨道可进行杂化，组成能量相等的杂化轨道，这样使成键能力更强，体系能量降低，成键后可达到最稳定的分子状态。（杂化轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目）基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院sp杂化：如BeCl2——直线型分子sp2杂化：如BF3——平面型分子sp3杂化：如CH4——正四面体结构（5）电负性、极性元素的电负性：共价键的极性：分子的极性：双原子分子、多原子分子+++---sp2杂化及时雨考研考博网3基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院3.分子轨道理论（电子离域论）（1）分子中电子运动状态，即分子轨道，用波函数Ψ表示。分子轨道也有不同能层，电子的填充也应遵循三个原理。（2）原子轨道的数目与形成的分子轨道数目相等（原子轨道线性组合法：LACO）（3）组成分子轨道的原子轨道，能量应大致相近，对称性相同，并能最大程度地重叠，这样形成的分子轨道能量最低。基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院a成键分子轨道：波相相同，波函数相加而成，能量低于相应的原子轨道；两核间电子云密度大；稳定分子b反键分子轨道：波相相反，波函数相减而成，能量高于相应的原子轨道；两核间区域以外电子云密度大，不稳定。原子轨道线性组合基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院4.共价键的键参数（1）键长：键长越短，键越稳定。（2）键角：反映分子的空间结构。（3）键能：键能越大，键越强。（4）键距：正负电荷中心的电荷（e）与正负电荷中心之间的距离（d）的乘积。μ=e×d（衡量键的极性）方向：正→负单位：Debye(D)分子的偶极距：分子中各键的键距矢量和（平行四边形法则）。衡量分子的极性。如：CS2，CCl4基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院5、有机化学反应的类型按反应时键的断裂方式，可分为：（1）均裂反应：键断裂时原成键的一对电子平均分给两个原子或基团。A∶B→A·+B·特点：有自由基中间体生成。（自由基反应）条件：光、热或自由基引发剂的作用下进行。（2）异裂反应：键断裂时原成键的一对电子为某一原子或基团所占有。C∶X→C++X-C∶Y→C-+Y+特点：有正离子或负离子中间体生成。（离子型反应）基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院根据进攻试剂的种类可分为：亲电反应和亲核反应（3）协同反应：反应过程中只有键变化的过渡态，成键和断键同时发生，没有活性中间体生成。（分子型反应）特点：一步反应，有一个环状过渡态。如双烯合成。基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院1.4有机化合物的结构测定（1）提纯分离，（2）元素定性分析和定量分析，（3）经验式和分子式的确定，（4）结构式的确定，（5）几何构型的确定。及时雨考研考博网4基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院1.5官能团和有机化合物的分类一、按碳架分类：1．开链化合物2．碳环化合物（1）脂环化合物（2）芳香族化合物（3）杂环化合物二、按官能团分类官能团是指有机化合物分子中能起化学反应的一些原子和原子团，官能团可以决定化合物的主要性质。因此，我们可采用按官能团分类的方法来研究有机化合物。常见的重要官能团见P13表1—1及时雨考研考博网1基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院第二章烷烃基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院§2.1烷烃的同系列和异构一、烷烃的同系列(通式：CnH2n+2)具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。二、烷烃的同分异构现象构造（constitution)——分子中原子互相连接的方式和次序。分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为构造异构现象。构造异构现象是有机化学中普遍存在的异构现象的一种，这种异构是由于碳链的构造不同而形成的，故又称为碳链异构。基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院三、伯、仲、叔、季碳原子在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子（或一级碳原子，用1°表示）与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子（或二级碳原子，用2°表示）与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子（或三级碳原子，用3°表示）与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳原子，用4°表示）与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院四、烷烃的结构特点（1）C:sp3杂化，C—C，C—H键均为σ键，键角接近109º28´。（2）C，H电负性差别小，σ电子云不易偏向某一原子，整个分子电子云分布均匀，没有电子云密度较大或较小的部位，对Nu或E+均没有特殊的亲和力。（化学性质较稳定）思考：1.C6H14共有几种同分异构体？请写出其构造式。2.直链烷烃的分子链真是直的吗？基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院§2.2烷烃的命名烷烃常用的命名法有普通命名法和系统命名法一、普通命名法根据分子中碳原子数目称为“某烷”，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊……癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。CH3-CH2-CH2-CH2-CH3CH3CHCH2-CH3CH3CH3CCH3CH3CH3例如：正戊烷异戊烷新戊烷基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院二、烷基烷基：烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。烷基名称通常符号CH3-甲基MeCH3CH2-乙基EtCH3CH2CH2-丙基n-Pr(CH3)2CH-异丙基i-PrCH3CH2CH2CH2-正丁基n-Bu(CH3)2CHCH2-异丁基i-BuCH3CH2CH(CH3)-仲丁基s-Bu(CH3)3C-叔丁基t-Bu烷基的通式为CnH2n+1，常用R表示及时雨考研考博网2基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院三、系统命名法（IUPAC命名法）系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的。系统命名法规则如下：1.选择主链（母体）（1）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。（2）分之中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。例如：CH3-CH2CHCHCH2-CH3CH2CH3CHCH3CH3选择错误选择正确CH3-CH2-CHCHCHCH-CH3CH3CH2CH2CH3CH3CH3选择正确选择错误2.碳原子的编号(1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3……编号基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院CCCCCCCC2346781CCC876543215CCCCCCCC234615162编号正确编号错误编号正确编号错误（2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。（3）若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。