高分子化學(xué)緒論1課件

第一章緒論

1.1有機化合物和有機化學(xué)1.2有機化合物的特性1.3有機化合物的分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式1.4共價鍵

1.5有機化合物的分類1.6有機化學(xué)學(xué)習(xí)方法淺談1.1有機化合物和有機化學(xué)

1.有機化合物定義1：有機化合物就是含碳化合物(L.Gmelin定義，1894年)。定義2：有機化合物就是碳氫化合物及其衍生物(Schorlemmer定義)。有機化合物中除C、H以外，只含有O、N、S、P、X等少數(shù)元素。碳和簡單的碳化合物，如CO、CO2、CS2、HCN等通常被看做無機化合物；有機化合物數(shù)目繁多，已確定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)者大于400萬種；同分異構(gòu)現(xiàn)象在有機化合物中非常普遍。有機化合物與人們的生活密切相關(guān)。

棉花、羊毛、蠶絲、合成纖維、脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、木材、煤、石油、天然氣、橡膠及合成橡膠、塑料、各種藥物、染料、添加劑、化妝品等等都是有機化合物。

2.有機化學(xué)有機化學(xué)簡史1806年，柏則里烏斯提出“有機化學(xué)”這一名詞和“生命力”學(xué)說；1828年,F.Wohler由氰酸銨NH4OCN合成尿素NH2CONH2；1845年Kolbe合成醋酸;1854年，柏賽羅合成油脂；1850－1900年，合成有機化學(xué)時代，煤焦油化學(xué)時代；1900－1940年，有機化學(xué)工業(yè)時代，煤焦油→染料、藥物、炸藥；1940年－，石油化工時代，石油→三大合成材料（橡膠、塑料、合成纖維）；

1990年－，有機化學(xué)與生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、能源工業(yè)、國防工業(yè)、電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、無機非金屬材料、各種輕工行業(yè)緊密聯(lián)系，相互促進。

有機化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的重要組成部分。200多年來，有機化學(xué)的發(fā)展，揭示了構(gòu)成物質(zhì)世界的各種有機化合物的結(jié)構(gòu)、有機分子中各原子間鍵合的本質(zhì)以及它們相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，并設(shè)計合成了大量具有特定性質(zhì)的有機分子；同時，它又為相關(guān)學(xué)科(如材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等)的發(fā)展提供了理論、技術(shù)和材料。有機化學(xué)的成就使煤、石油、天然氣、農(nóng)產(chǎn)品等自然資源得到了充分的綜合利用，為合成染料、醫(yī)藥、炸藥等工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

今天，有機化學(xué)正處于富有活力的發(fā)展時期，其趨勢和特點是：與生命科學(xué)、材料科學(xué)及環(huán)境科學(xué)密切結(jié)合；分子識別和分子設(shè)計正在滲透到有機化學(xué)的各領(lǐng)域；選擇性反應(yīng)，尤其是不對稱合成，已成為有機化學(xué)的熱點和前沿領(lǐng)域；有機化學(xué)繼續(xù)在新藥和農(nóng)、醫(yī)用化學(xué)品以及分子電子材料的開發(fā)中起主導(dǎo)作用。

1.2有機化合物的特性

有機物中原子間通常以共價鍵的方式相互結(jié)合；有機化合物的性質(zhì)有下列特點：

(1)易燃、易爆(如汽油、酒精等)；

(2)熱穩(wěn)定性差，受熱(200～300℃)易分解；

(3)m.p、b.p低，一般m.p≯300℃；例：HOAc(M=60)：m.p16.6℃，b.p118℃（弱的分子間引力）

NaCl(M=58.5)：m.p800℃，b.p1440℃（強的離子間靜電引力）

(4)難溶于水，易溶于有機溶劑；原因：“相似相溶”(水是極性溶劑，∴弱極性或非極性有機物難溶于水，但極性較強的有機物也可溶于水)。

(5)反應(yīng)速度慢，副產(chǎn)物多；有機反應(yīng)產(chǎn)率達80%相當(dāng)可觀，有40%的產(chǎn)率就有合成價值。

例1：2-甲基丙醇的表示方法：

路易斯式書寫麻煩凱庫勒結(jié)構(gòu)式短線式較麻煩

縮簡式較為常用鍵線式較為常用例2：苯的構(gòu)造式

路易斯式短線式鍵線式縮簡式1.4共價鍵

1.共價鍵的形成(1)價鍵法(2)分子軌道法2.共價鍵的基本屬性(1)鍵長(2)鍵能(3)鍵角(4)鍵的極性3.共價鍵的斷裂方式與有機反應(yīng)的類型(1)斷鍵方式與反應(yīng)類型均裂自由基反應(yīng)異裂離子型反應(yīng)周環(huán)反應(yīng)(2)有機反應(yīng)試劑的分類自由基試劑親電試劑親核試劑試劑與酸堿共價鍵具有方向性(最大重疊原理):2p1syx1s2pyx（a）x軸方向結(jié)合成鍵（b）非x軸方向重疊較小不能形成鍵1.共價鍵的形成

描述共價鍵的兩種理論：價鍵理論：形象直觀，定域的觀點，常用于描述非共軛體系；分子軌道理論：離域的觀點，常用于描述共軛體系。將價鍵理論和分子軌道理論結(jié)合起來，可以較好地說明有機分子的結(jié)構(gòu)。(1)價鍵法

價鍵的形成可看作是原子軌道的重疊(交蓋)或電子(自旋相反)配對的結(jié)果。

H2的形成——成鍵電子處于成鍵原子之間。(略)

CH4、C2H4、C2H2的形成——雜化軌道的概念：(ii)sp2雜化

乙烯分子中的碳原子采取sp2雜化。雜化的結(jié)果：sp2軌道的s成份更大些

(動畫)(動畫)未參與雜化的p軌道間肩并肩重疊形成π鍵(iii)sp雜化

乙炔分子中的碳原子采取sp雜化。sp雜化的結(jié)果：

sp雜化碳為直線構(gòu)型乙炔分子的σ骨架2個相互⊥的π鍵

(動畫，乙炔的結(jié)構(gòu))

①sp雜化軌道的s成分更大，電子云離核更近!②兩個sp雜化軌道取最大鍵角180°。所以：乙炔分子中電子云的形狀為對稱于σC-C鍵的圓筒形。

(動畫)(2)分子軌道法當(dāng)原子組成分子時,形成共價鍵的電子即運動于整個分子區(qū)域;(2)分子中價電子的運動狀態(tài),即分子軌道,用波函數(shù)來描述;(薛定諤方程的解)(3)分子軌道由原子軌道線性組合形成(LCAO),形成的軌道數(shù)與參與成鍵的原子軌道數(shù)相等.1=1+2(符號相同,即:波相相同.成鍵軌道)2=1-2(符號不同,即:波相相反.反鍵軌道)

每個分子軌道只能容納兩個自旋相反的電子.

電子總是首先進入能量低的分子軌道.2個氫原子軌道組成2個氫分子軌道成鍵軌道1=1+2成鍵軌道1=1+2反鍵軌道2=1-22.共價鍵的基本屬性

(1)鍵長

成鍵原子的平衡核間距。以nm(10-9m)表示。不同的共價鍵有不同的鍵長；(P6表1-1)

例如：C—C鍵長0.154nmC—H鍵長0.109nmC=C鍵長0.133nmC—O鍵長0.143nm相同的共價鍵，處于不同的化學(xué)環(huán)境時，鍵長也稍有差異。一般地：鍵長越短，化學(xué)鍵越牢固，越不容易斷開。(3)鍵角鍵與鍵之間的夾角。鍵角與成鍵中心原子的雜化態(tài)有關(guān)，也受分子中其他原子的影響。

立體透視式的寫法(4)鍵的極性和極化性

鍵的極性

鍵的極性是由于成鍵原子的電負性(P7表1-3)不同而引起的，例如：

一般地：成鍵原子電負性差大于1.7，形成離子鍵；成鍵原子電負性差為0.5～1.6，形成極性共價鍵。小結(jié)：

絕大多數(shù)有機物分子中都存在共價鍵。共價鍵的鍵能和鍵長反映了鍵的強度，即分子的熱穩(wěn)定性；鍵角反映了分子的空間形象；鍵的偶極矩和鍵的極化性反映了分子的化學(xué)反應(yīng)活性和它們的物理性質(zhì)。

3.共價鍵的斷裂方式與有機反應(yīng)的類型

發(fā)生均裂的反應(yīng)條件是光照、輻射、加熱或有過氧化物存在。均裂的結(jié)果是產(chǎn)生了具有不成對電子的原子或原子團——自由基。有自由基參與的反應(yīng)叫做自由基反應(yīng)或均裂反應(yīng)。

均裂(1)斷鍵方式與反應(yīng)類型異裂

發(fā)生異裂的反應(yīng)條件是有催化劑、極性試劑、極性溶劑存在。

異裂的結(jié)果產(chǎn)生了帶正電荷或負電荷的離子。發(fā)生共價鍵異裂的反應(yīng)，叫做離子型反應(yīng)或異裂反應(yīng)。周環(huán)反應(yīng)：

反應(yīng)經(jīng)環(huán)狀過渡態(tài)，舊鍵的斷裂和新鍵的生成同時進行。例：有機反應(yīng)的類型

(2)有機反應(yīng)試劑的分類

自由基試劑

能產(chǎn)生自由基的試劑是自由基試劑。例如：

常見的自由基試劑：X2、過氧化物(R-O-O-R)、偶氮化物(R-N=N-R)等。

親電試劑常見的親電試劑：

H+、Cl+、Br+、SO3、BF3、AlCl3、+NO2等。親電試劑的特點：有正電荷或空軌道。親電試劑在進行化學(xué)反應(yīng)時，進攻反應(yīng)對象的負電中心。由親電試劑首先進攻的反應(yīng)稱為親電反應(yīng)。

對電子有親合力的試劑是親電試劑。例如：

親核試劑對碳原子核有親合力的試劑是親核試劑。例如：常見的親核試劑：

OH-、NH2-、CN-、H3CO-、H2O、NH3等。親核試劑的特點：①有負電荷或孤對電子。②親核試劑在進行化學(xué)反應(yīng)時進攻反應(yīng)對象的正電中心。

由親核試劑首先進攻的反應(yīng)稱為親核反應(yīng)。

試劑與酸堿布倫斯特(Brφnsted)酸堿能給出質(zhì)子者為酸(如HCl、CH3COOH)；能與質(zhì)子結(jié)合者為堿(如OH-、NH3等)；路易斯(lewis)酸堿能接受外來電子對者為酸(如H+、FB3、AlCl3等)；能給出電子對者為堿(如Cl-、OH-、NH3、H2O等)。試劑與酸堿所有的lewis酸都是親電試劑；所有的lewis堿都是親核試劑。(1)酸的強弱

HA+H2OH3O++A-

Keq=[H3O+][A-]/[HA][H2O]在稀水溶液中:

Ka=Keq[H2O]=[H3O+][A-]/[HA]Ka

為酸性常數(shù).一般以Ka

值的負對數(shù)pKa

來表示酸的強弱.

pKa=-lgKapKa值越低酸性越強.酸堿的強弱和酸堿反應(yīng)

在有機化學(xué)中關(guān)于酸堿的強弱一般也是指布倫斯特定義的酸堿.(2)堿的強弱同理堿強度以pKb表示,也常用其共軛酸的pKa

值來表示.共軛酸強則其共軛堿是個弱堿.酸堿的強弱和酸堿反應(yīng)利用各化合物的pKa值來預(yù)測酸堿反應(yīng)的進行,例:CH3COOH+OH-CH3COO-+H-OH乙酸(pKa=4.72)

共軛堿(強)共軛堿(弱)水(pKa=15.74)

乙酸的酸性比水強質(zhì)子的轉(zhuǎn)移總是由弱堿轉(zhuǎn)移到強堿反應(yīng)向右進行.討論：①堿性指試劑與質(zhì)子結(jié)合的能力，親核性指試劑與碳核結(jié)合的能力；②試劑的屬性與反應(yīng)條件或反應(yīng)物的性質(zhì)有關(guān)。例如：Cl2在高溫或光照下是自由基試劑，在極性介質(zhì)中是親電試劑；

HBr在極性介質(zhì)中是親電試劑，在高溫或光照下是自由基試劑。③由親電試劑首先進攻碳原子的反應(yīng)稱為親電反應(yīng)。由親核試劑首先進攻碳原子的反應(yīng)稱為親核反應(yīng)。例：1.5有機化合物的分類

對有機物進行分類的目的是便于介紹和討論有機化合物。(1)按碳鏈分類

烴鹵代烴醇酚醚醛酮羧酸有機化合物能決定化合物的特性的原子或原子團稱為官能團（functionalgroup).（2）按官能團分類1.6有機化學(xué)學(xué)習(xí)方法淺談?wù)n前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)。學(xué)會聽課，及時發(fā)問，提高學(xué)習(xí)效率。必要的記憶：如命名原則、某些重要的反應(yīng)等。通過必要