天津大學有機化學第一節(jié)講課課件

1、一門博大精深，處于核心和主導地位的科學一門博大精深，處于核心和主導地位的科學第一章 緒 論 1.1 有機化合物和有機化學 1.2 分子結(jié)構和結(jié)構式1.3 共價鍵 1.3.1 共價鍵的形成 1.3.2 共價鍵的屬性 1.3.3 共價鍵的斷裂和有機反應的類型1.4 分子間相互作用力 1.4.1 偶極-偶極相互作用 1.4.2 van der Waals 力 1.4.3 氫鍵1.5 酸堿的概念 1.5.1 Brnsted 酸堿理論 1.5.2 Lewis 酸堿理論 1.5.3 硬軟酸堿原理1.6 有機化合物的分類 1.6.1 按碳架分類 1.6.2 按官能團分類數(shù)量 超過8000萬種不足40萬種構成

2、元素 C、H、O、N、P、S、X約100種全部元素化學鍵共價鍵為主離子鍵為主熔點 一般較低一般較高溶解性一般溶于有機溶劑一般溶于水可燃性多數(shù)易燃燒不燃的較多反應特點反應復雜，副產(chǎn)物多，速率較慢，常需催化劑副反應少，速率快結(jié)構特性 復雜，常有異構現(xiàn)象較簡單，較少異構CCl4CO2NH4HCO3H2NCONH2NaHCO3CHCl3CH4如何學好有機化學？1、培養(yǎng)興趣：生動性、趣味性、豐富性、實用性2、別掉隊: never let yourself get behind ！環(huán)環(huán)相扣3、把握知識點：把知識點“網(wǎng)絡化”4、及時獨立作業(yè)：看懂真懂5、記錄所學、所想：寫機理、做合成HCHHCHHHC2H6

3、HCHHCOHHHHCHHOCHHH分子式同為C2H6O兩個化合物分子式相同，結(jié)構不同的現(xiàn)象叫做同分異構。由原子之間鍵合次序不同而產(chǎn)生的異構現(xiàn)象叫構造異構，這在有機化學里非常普遍。隨著組成分子的原子數(shù)目增加，構造異構體數(shù)目激增。例如：C4H10O就包含7種異構體。HCHHCHHCHHCHHHCH3CH2CH2CH3HCHHCOCHHHCH3COCH3O縮簡式正規(guī)、鍵線式便捷：是成鍵原子的原子軌道 (電子云)相互交蓋的結(jié)果 交蓋區(qū)域內(nèi)的共用電子增加了其對成鍵原子核吸引，降低了體系能量。成鍵電子定域在兩個原子核之間。HH+HH=氫原子氫原子的 s 軌道交蓋形成氫分子H2軌道交蓋氫原子氫分子C :2

4、s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基態(tài)時的價電子構型：C :2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基態(tài)時的價電子構型：雜化：混合后再重新分配原始的原子軌道(基態(tài)) 激發(fā)態(tài) sp3雜化軌道 原始的原子軌道(基態(tài)) 激發(fā)態(tài) sp3雜化軌道 120 120 府視圖分子軌道(MO)：由原子軌道線性組合而成。氫分子軌道形成示意圖成鍵電子在整個分子軌道中運動。節(jié)面節(jié)面+-*+121 2p 能級相近p 交蓋程度越大，形成的鍵越穩(wěn)定p 對稱性(位相)相同原子軌道的交蓋與對稱性+-xyxy+-+Bond Lengths and Energies (kJ/mol ) of Commonly Chem

5、ical Bonds Bond Lengths and Energies (kJ/mol ) of Commonly Chemical Bonds CCHH121o118oHH共價鍵的類型：兩個相同的原子成鍵, 電子云對稱分布在兩個原子之間，所形成的鍵叫做非極性共價鍵。 非極性共價鍵(nonpolar covalent bonds)：= q.dq: 電荷電量d: 正負電荷之間的距離:單位為Cm (庫侖米) = 3.57 10-30 Cm 雙原子分子偶極矩共價鍵的偶極矩多原子分子偶極矩各個共價鍵偶極矩矢量和ClCClClClClCClClClClCClClClClCClClClClCClClCl

6、每個CCl 鍵的偶極矩分子偶極矩 6.47x10-30C.m 3.28x10-30C.mClCClHHClCHHHClCHHHClCClHHClCClHHClCClHHClCHHHClCHHHClCHHHClCHHH 由于分子內(nèi)成鍵原子的電負性不同，而引起分子內(nèi)電子云密度分布不均勻。這種影響沿分子鏈靜電誘導地傳遞下去，這種分子內(nèi)原子相互影響的電子效應誘導效應誘導效應：隨距離增加迅速衰減，超過4個化學鍵就可以忽略。CH3CH2CH2CH2Cl CH3CH2CH2CH2ClCH2CHCH2FCH2CHCH2F沿飽和鍵鏈依次傳遞，沿不飽和鍵鏈交替?zhèn)鬟f2.85 4.05 4.594.81CH3CH2C

7、H COOHClCH3CHCH2COOHClCH2CH2CH2COOHClCH3CH2CH2COOHpKa: 共價鍵斷裂的方式：有機反應的本質(zhì)：舊鍵的斷裂和新鍵的生成均裂(homolytic bond cleavage)異裂(heterolytic bond cleavage)自由基是有機反應活性中間體。經(jīng)過自由基進行的反應叫做RLRLR+L碳正離子、碳負離子是有機反應活性中間體。 ；經(jīng)過碳正離子、碳負離子進行的反應叫做CLCLCLCL+CLCL+極性分子帶部分正電荷的一端與另一個分子帶部分負電荷的一端的靜電吸引作用。極性分子之間強的偶極作用導致其沸點較相近分子量的非極性分子高。例如：丙酮沸點

8、58oC；丁烷：-0.5oCHCl HCl HCl HCl 非極性分子之間存在的吸引力 瞬間偶極和誘導偶極之間相反電荷的區(qū)域彼此吸引-氫鍵 偶極-偶極吸引力 van der Waals力 (Y: N, O, F等原子)HYH3COHOBrnsted 定義：(currency=proton)+NH3OH+HHOHNH3弱堿強酸弱酸強堿+H2SO4HSO4HCH3OHCH3O+H化合物名稱酸的分子式pKa共軛堿的分子式乙烷CH3CH351CH3CH2-甲烷CH448CH3-乙烯CH2CH244CH2CH-氨NH338-NH2氫氣H235H-乙炔CHCH25CHC-丙酮CH3COCH319.2CH3

9、COCH2-叔丁醇(CH3)3COH18(CH3)3CO-乙醇CH3CH2OH15.9CH3CH2O-水H2O15.7HO-甲銨離子CH3NH3+10.64CH3NH2碳酸氫根離子HCO3-10.33CO32-苯酚C6H5OH9.95C6H5O-銨離子NH4+9.24NH3乙酰丙酮CH3COCH2COCH39.0(CH3COCHCOCH3)-硫化氫H2S7.04HS-一一些些常常見見化化合合物物的的pKa值值 碳酸H2CO36.36HCO3-乙酸CH3COOH4.76CH3COO-苯銨離子C6H5NH3+4.63C6H5 NH2苯甲酸C6H5COOH4.19C6H5COO-甲酸HCOOH3.7

10、5HCOO-氫氟酸HF3.2F-三氟乙酸CF3COOH0.18CF3COO-磷酸H3PO42.1H2PO4-硝酸HNO3-1.4NO3-水合氫離子H3O+-1.74H2O甲醇合氫離子CH3O+H2-2.5CH3OH丙酮合氫離子(CH3)2CO+H-3.8(CH3)2CO苯磺酸C6H5SO3H-6.5C6H5SO3-鹽酸HCl-7Cl-氫溴酸HBr-8Br-硫酸H2SO4-9HSO4-氫碘酸HI-9I-六氟銻酸HSbF6H2SO4比 H2SO3穩(wěn)定1.6.1 按碳架分類C原子連接成鏈狀C原子連接成環(huán)狀含有芳環(huán)結(jié)構含有由C原子和其它原子(如 O,N,S)連接成環(huán)的化合物CH3CH3CH3CH2CH CH2CH3CH2OHCH3CCHOHOHClSNOCHOO官能團(functional groups):容易發(fā)生反應的原子或基團OHOClO化合物類型 化合物 官能團構造 官能團名稱 烯烴炔烴鹵代烴醇和酚醚醛酮羧酸腈胺硝基化合物