有機(jī)化學(xué)浙江大學(xué)第1章緒論課件

有機(jī)化學(xué)OrganicChemistry第1章緒論

本章內(nèi)容1.1有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)1.2有機(jī)化學(xué)的發(fā)展1.3有機(jī)結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)1.4有機(jī)化合物的分類(lèi)1.1有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)

有機(jī)化合物的主要特征是它們都有碳原子，即都是碳化合物。碳化合物、碳?xì)浠衔锛捌溲苌?。有機(jī)化合物有機(jī)化學(xué)奠基于在18世紀(jì)中葉。19世紀(jì)初，1828年德國(guó)化學(xué)家武勒(F．W?hler)首先發(fā)現(xiàn)用公認(rèn)的無(wú)機(jī)物氰酸氨(NH4OCN)，可在實(shí)驗(yàn)室中制造出有機(jī)化合物尿素(H2NCONH2)。原來(lái)尿素只能從人體排泄物尿中取得的。

“生命力”學(xué)說(shuō)有機(jī)化學(xué)的建立

同分異構(gòu)現(xiàn)象:指具有相同的分子式而結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象。容易燃燒。熔點(diǎn)低。難容于水,易溶于有機(jī)溶劑。穩(wěn)定性差,易分解。反應(yīng)慢,副產(chǎn)物多。有機(jī)化合物特點(diǎn)1.2有機(jī)化學(xué)的發(fā)展

有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備、功能及應(yīng)用的一門(mén)重要學(xué)科，它與人類(lèi)生活以及許多其他學(xué)科有著極為密切的關(guān)系。

有機(jī)化學(xué)是一門(mén)迅速發(fā)展的學(xué)科。

當(dāng)代有機(jī)化學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)是與生命科學(xué)的結(jié)合。

1．有機(jī)合成化學(xué)——?jiǎng)?chuàng)造新物質(zhì)的科學(xué)

維生素B12(WoodwardandEschenmoser,Science,1997）)1989年美國(guó)Harvard大學(xué)kishi教授等完成?？舅?palytoxin)

的全合成2.天然有機(jī)化學(xué)

紫杉醇

4．金屬有機(jī)化學(xué)和有機(jī)催化

1901年法國(guó)化學(xué)家Grignard發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)重要的金屬有機(jī)化合物--有機(jī)鎂試劑，即Grignard試劑（簡(jiǎn)稱(chēng)格氏試劑）V.Grignard因發(fā)明格氏試劑而獲得1912年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

5．生物有機(jī)化學(xué)

1953年J.D.Watson和H.C.Crick提出的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，對(duì)于生命科學(xué)具有劃時(shí)代的貢獻(xiàn)，它為分子生物學(xué)和生物工程的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，為整個(gè)生命科學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)深刻的革命。Watson和Crick共獲1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)當(dāng)代有機(jī)化學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)是與生命科學(xué)的結(jié)合有機(jī)化學(xué)以其價(jià)鍵理論、構(gòu)象理論、各種反應(yīng)及其反應(yīng)機(jī)理成為現(xiàn)代生物化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)的理論基礎(chǔ)。在蛋白質(zhì)、核酸的組成和結(jié)構(gòu)的研究、順序測(cè)定方法的建立、合成方法的創(chuàng)建等方面，有機(jī)化學(xué)為分子生物學(xué)的建立和發(fā)展開(kāi)辟了道路。確定DNA為生物體遺傳物質(zhì),是由生物學(xué)家和化學(xué)家共同完成。

人類(lèi)基因組“工作框架圖”組裝—后基因組計(jì)劃—序列基因(SequenceGenomics)—結(jié)構(gòu)基因(StructuralGenomics)—功能基因(FunctionalGenomics)。有機(jī)化學(xué)的拓展結(jié)論

有機(jī)化學(xué)也就是碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)。這一提法，體現(xiàn)了所有有機(jī)化合物在結(jié)構(gòu)上的相互聯(lián)系。也是有機(jī)化學(xué)的又一定義。1.3有機(jī)結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)

有機(jī)化合物分子中的化學(xué)鍵主要是共價(jià)鍵，以共價(jià)鍵結(jié)合是有機(jī)化合物分子基本的、典型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

離子鍵是通過(guò)電子轉(zhuǎn)移而形成雜化理論分子軌道理論

價(jià)鍵理論方向性?xún)稍榆壍辣仨氀啬骋环较颍丛榆壍缹?duì)稱(chēng)軸的方向）相互重疊時(shí)，重疊程度最大，形成的鍵最牢固。

飽和性

兩個(gè)原子的未成對(duì)電子自旋反平行配對(duì)后，再不能與第三個(gè)電子配對(duì)。根據(jù)價(jià)鍵理論的觀點(diǎn)，成鍵電子只能在軌道重疊的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，是定域的。價(jià)鍵理論能很好地解釋共價(jià)鍵形成的本質(zhì)、成鍵規(guī)則、成鍵能力等，但不能解釋空間構(gòu)型問(wèn)題。

空間結(jié)構(gòu)？問(wèn)題雜化軌道理論SP

Pauling在對(duì)大量分子結(jié)構(gòu)總結(jié)后提出雜化軌道理論。

理論指出：能量相近的軌道才能發(fā)生雜化；根據(jù)碳原子不同的鍵合形式可分別以sp3、sp2、sp等雜化軌道成鍵。

雜化軌道理論是有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的重要內(nèi)容。

sp2雜化軌道sp2雜化是由一個(gè)s軌道和兩個(gè)p軌道參加的雜化。三個(gè)sp2雜化軌道在三維空間的空間形狀為平面三角形，軌道與軌道之間的夾角為120，未參加雜化的p軌道垂直于sp2雜化軌道平面。sp雜化軌道是由一個(gè)s軌道和一個(gè)p軌道參加雜化形成的。sp雜化軌道的空間形狀為直線形，未參加雜化的兩個(gè)p軌道彼此垂直且都垂直于sp雜化軌道對(duì)稱(chēng)軸。

sp雜化軌道原子軌道組成分子軌道必須具備下列的條件（1）只有對(duì)稱(chēng)性相同的原子軌道，即“對(duì)稱(chēng)匹配”，才能有效成鍵。（2）只有能量相近的原子軌道，才能有效成鍵；如果兩原子軌道的能量相差太大，則成鍵軌道的能量與原子軌道能量相比降低的少，不能形成穩(wěn)定的分子軌道。（3）原子軌道重疊程度越大，形成的鍵越牢固。

對(duì)稱(chēng)匹配/原子軌道的重疊具有方向性/能量相近

σ鍵：如果兩個(gè)原子軌道是沿原子軌道對(duì)稱(chēng)軸方向相互疊加，即“頭碰頭”重疊，形成的鍵叫σ鍵；成鍵軌道用σ表示，反鍵軌道用σ*表示。σ鍵和π鍵成鍵電子不是“定域”在成鍵軌道中，而是在整個(gè)分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)，即是“離域”的。這也是價(jià)鍵理論與分子軌道理論最根本的區(qū)別。如果兩個(gè)原子軌道的對(duì)稱(chēng)軸相互平行相疊加，即“肩并肩”重疊，形成的鍵叫π鍵。成鍵軌道用π表示，反鍵軌道用π*表示。π鍵共價(jià)鍵參數(shù)

共價(jià)鍵的屬性鍵長(zhǎng)鍵角（共價(jià)鍵方向性的物理量）鍵能（鍵能與離解能的區(qū)別）。共價(jià)鍵參數(shù)

1.鍵長(zhǎng)

成鍵原子原子核之間的距離，稱(chēng)為鍵長(zhǎng)。同一類(lèi)型的共價(jià)鍵，在不同化合物中它的鍵長(zhǎng)也可能稍有不同。原子在分子中不是孤立的，它們受到分子中其他原子的相互影響。C-C（0.154nm)，C=C（0.134nm），CC（0.120nm）

2.鍵能

斷裂單個(gè)特定共價(jià)鍵所吸收的能量，稱(chēng)為該鍵的離解能。共價(jià)鍵的鍵能是斷裂分子中全部同類(lèi)共價(jià)鍵的離解能的平均。鍵能的大小反映了鍵的穩(wěn)定性，鍵能較大，鍵也較穩(wěn)定。例.甲烷分子中有四個(gè)Ｃ－Ｈ鍵，它們逐個(gè)斷裂所需的離解能依次分別為：?H1=435KJ,?H2=444KJ,?H3=444KJ,?H4=339KJ,?H1+?H2+?H3+?H4=?H總=1662KJ甲烷分子中C-H的鍵能是每個(gè)C-H鍵的離解能的平均值，為：16621/4415．5（KJ/mol）3.鍵角

10.5℃9兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角。有機(jī)分子的鍵角與碳原子的雜化狀態(tài)有關(guān)，鍵角還會(huì)因所連的原子或基團(tuán)的大小而有所變化。109.5。共價(jià)鍵的極性、分子偶極矩和誘導(dǎo)效應(yīng)

1.共價(jià)鍵的極性

非極性共價(jià)鍵：對(duì)于兩個(gè)相同原子形成的共價(jià)鍵，可以認(rèn)為成鍵電子云是均勻地分布在兩核之間，這樣的共價(jià)鍵沒(méi)有極性，為非極性共價(jià)鍵。極性共價(jià)鍵：但當(dāng)兩個(gè)不同原子形成的共價(jià)鍵時(shí)，由于原子的電負(fù)性不一樣，成鍵電子云偏向電負(fù)性大的原子一邊，這樣一個(gè)原子帶有部分正電，而另一個(gè)原子帶有部分負(fù)電;電子云不完全對(duì)稱(chēng)而呈現(xiàn)極性的共價(jià)鍵叫做極性共價(jià)鍵。共價(jià)鍵的極性、分子偶極矩和誘導(dǎo)效應(yīng)

共價(jià)鍵鍵的極性大小通常用偶極矩表示，用德拜2.分子偶極矩偶極矩(μ):鍵的極性大小偶極矩μ=q×d單位：D(德拜)q:正電中心或負(fù)電中心的電荷,d:兩個(gè)電荷中心之間的距離=1.03D=1.87D=0D。2.分子偶極矩偶極矩大小表示一個(gè)鍵或一個(gè)分子的極性大小。對(duì)于雙原子分子，其鍵矩就是分子的偶極矩。對(duì)多原子分子來(lái)說(shuō)，分子的偶極矩是各鍵鍵矩的向量和（與鍵的極性和分子的對(duì)稱(chēng)性有關(guān)）。構(gòu)成共價(jià)鍵的兩個(gè)元素的電負(fù)性相差越大，所形成的共價(jià)鍵的極性也越大。電負(fù)性：一個(gè)元素吸引電子的能力。雜化軌道的電負(fù)性的大小：s＞sp＞sp2＞sp3＞p由于原子電負(fù)性不同，使得分子中電子云密度分布不均勻，且這種影響沿分子鏈傳遞下去，這種效應(yīng)稱(chēng)為誘導(dǎo)效應(yīng)（Inductiveeffect），常用I表示。3.誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)有兩個(gè)特點(diǎn)：①沿著σ鍵分子鏈傳遞；②漸遠(yuǎn)漸減。誘導(dǎo)效應(yīng)傳遞到第三個(gè)碳上已經(jīng)很小，到第五個(gè)碳原子，完全消失。誘導(dǎo)效應(yīng)是一種靜電作用，是永久性的，屬于電子效應(yīng)的一種。誘導(dǎo)效應(yīng)有正、負(fù)之分。與碳原子的電負(fù)性相比，如果與碳相連的原子Y的電負(fù)性比碳大，C-Y鍵電子對(duì)偏向Y（C→Y），則原子Y或其基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)為負(fù)，用-I表示；反之，Y的電負(fù)性比碳小，電子對(duì)偏向碳（C←Y），則原子Y或其基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)為正，用+I表示。3.誘導(dǎo)效應(yīng)1.3.5共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)類(lèi)型

共價(jià)鍵的斷裂有兩種方式:均裂和異裂均裂：即共價(jià)鍵斷裂時(shí)，成鍵的一對(duì)電子平均分給成鍵的兩個(gè)原子或基團(tuán)，產(chǎn)生了帶有未成對(duì)電子的原子或基團(tuán)，稱(chēng)為自由基或游離基

異裂：即共價(jià)鍵斷裂時(shí)，成鍵電子對(duì)完全屬于一個(gè)原子或基團(tuán)，產(chǎn)生了正離子和負(fù)離子。如果成鍵原子是碳，帶正電荷的離子稱(chēng)為碳正離子；帶負(fù)電荷的離子稱(chēng)為碳負(fù)離子。自由基、碳正離子和碳負(fù)離子都是反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的、只能瞬間存在的高活性粒子，稱(chēng)為活性中間體。

另外還有一類(lèi)反應(yīng)，它不同于以上兩類(lèi)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中舊鍵斷裂和新鍵的生成同時(shí)進(jìn)行，無(wú)活性中間體生成，這類(lèi)反應(yīng)稱(chēng)為周環(huán)反應(yīng)。

1.4有機(jī)化合物的分類(lèi)有機(jī)化合物數(shù)量巨大，只要學(xué)習(xí)具有代表性的化合物，就可以對(duì)同類(lèi)化合物的各方面信息有所了解。對(duì)有機(jī)化合物的分類(lèi)有兩種方法，一種是按碳架分類(lèi)，另一種方法是按官能團(tuán)分類(lèi)。

按碳架可將有機(jī)化合物分為以下三類(lèi)：（1）開(kāi)鏈化合物：分子中的碳原子連接成鏈狀。（2）碳環(huán)化合物：分子中的碳原子連接成環(huán)狀

（3）雜環(huán)化合物：即分子中含有由碳原子和其它原子（如O，N，S等，稱(chēng)為雜原子）組成的環(huán)狀化合物。按碳架分類(lèi)鏈形化合物環(huán)形化合物（脂肪族化合物）碳環(huán)化合物雜環(huán)化合物芳環(huán)化合物脂環(huán)化合物脂雜環(huán)化合物芳雜環(huán)化合物按官能團(tuán)分類(lèi)所謂官能團(tuán)是指有機(jī)化合物分子中比較活潑易發(fā)生反應(yīng)的原子或原子團(tuán)?；衔锏男再|(zhì)主要由官能團(tuán)決定，反應(yīng)主要發(fā)生在官能團(tuán)及其相關(guān)部位。具有相同的官能團(tuán)的化合物具有類(lèi)似性質(zhì)。烷烴（Alkanes）醛酮（Carbonylcompounds）烯烴（Alkenes）羧酸（Acid）酯（Ester）炔烴（Alkynes）酰鹵（Carbonylhalide）芳烴（Aromaties）酸酐（Anhydride）鹵烴（Alkylhalide）酰胺（Amide）醇（Alcohol）胺（Amine）酚（Phenol）磺酸(sulphoacid)醚（Ether）有機(jī)化合物的研究程序（有機(jī)化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容）

[分離]從自然界或反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)蒸餾、結(jié)晶、吸附、萃取、升華、層析等操作孤立出單一純凈的有機(jī)物。

[結(jié)構(gòu)]對(duì)分離出的有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)和物理行為的了解，闡明其結(jié)構(gòu)和特性。物理常數(shù)鑒定：一個(gè)純凈的有機(jī)化合物一般具有固定的物理性質(zhì)，通過(guò)物理常數(shù)測(cè)定不但可以鑒定單一的有機(jī)化合物，而且可以判斷其純度。元素分析和實(shí)驗(yàn)式確定：元素分析可以確定化合物由那些元素組成及其組成比例。在此基礎(chǔ)上就可以求得化合物的實(shí)驗(yàn)式。相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定和分子式：物理化學(xué)方法或儀器手段——質(zhì)譜儀。結(jié)構(gòu)的確定：官能團(tuán)分析；化學(xué)降解及