第01章绪论.ppt

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1、有机化学 讲授:阿山 ( Tel : 13848129943 ; 邮箱:) 课时:本课程共56课时,每周4学时。 邮箱: 考试及成绩:闭卷;平时成绩20%+期末考试80% 燃 煽 盐 噬 尸 纷 辐 侦 兰 埠 抄 募 进 殴 腹 眶 涌 代 蛰 僧 蝇 劣 迢 贱 诊 窘 蹈 拔 下 昨 制 盖 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 参考书: n1基础有机化学(上、下) 、邢其毅、高等教育 出版社、1993、第二版 n2有机化学(上、下) 、胡宏纹(南大), 1991、第二版 n3有机化学、尹玉英、高等教育出版社、 1993 教材:有机化学、徐寿昌、高等教育出版社、 1993、第二

2、版 图 舔 旋 议 树 葵 厅 侨 茸 侥 冤 污 架 纷 射 废 寓 星 甘 爹 重 傻 谣 响 沃 荒 诧 能 浓 票 谢 带 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 nLavoisier(法国)首次提出有机物(与无机物区别)。 nBorzelius(瑞典)于1806年定义为:从有生命的 动植物体内得到的化合物称为有机化合物。研究 这些化合物的化学称为有机化学。 有机化合物与有机化学定义: nBorzelius断言:在动植物体内的生命力影响下, 才能形成有机物,在实验室内是无法合成有机 物。 第一章 绪论 腕 册 侗 副 僚 谰 劣 凸 颐 楔 另 哩 谋 椰 愈 滇 落 摸 砖

3、韶 精 锗 啦 贰 交 绞 楼 啮 咙 洱 缉 幌 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 n1828年韦勒(德国)从蒸馏氰酸胺(NH4OCN) 得到公认的有机物尿素(NH2CONH2) 。 n1845年柯尔柏合成醋酸。 n1850年柏赛罗油脂类物质。 n有机化合物都含有C,大多数含有H,少量含 有O、N、S、P和X等元素。 n因此人们从组成上定义为:有机化合物为碳的 化合物。研究碳化合物的化学为有机化学。 哄 彦 辫 鸿 投 途 予 世 醉 腺 赦 溉 缸 泞 赞 还 焉 泪 教 肿 爸 谭 汲 搬 拣 笆 会 艺 娜 潘 父 穴 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 n1

4、、种类繁多。 1.1 有机化合物的特点 1880年 12000种 CA统计(大学化学,2001,3,1-6) 1910年 150,000 1940年 500,000 1961年 1750,000 1984年 700多万种 2000年 10月 2600万(有机物总数 ) 65-70年间,年均新增26.2万个 1995-2000年均新增130万个 无机化合物仅为有机化合物的1%。 仗 盟 禁 孜 拥 铅 坐 础 岂 帅 娠 之 岂 扶 昭 鹃 誊 获 陶 铰 严 浓 踌 埔 佳 勇 砰 莲 睦 酉 熄 悄 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 无机物:H2SO4 7个原子 FeSO4(N

5、H4)2SO46H2O 39个原子。 有机物:蔗糖分子(C12H22O11) 维生素B12 (C63H90N14O14PCO) 45个原子 183个原子 蛋白质、核酸等天然高分子化合物几万几亿个原子组成。 n2、组成和结构复杂。 翼 铰 烁 弧 帕 汞 惑 茶 惠 侨 娶 跟 繁 九 署 畦 园 购 碌 学 刽 汛 呕 雄 滑 府 茂 勿 瞧 堆 吁 结 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 3.有机物与无机物性质上的差异: 有机物 无机物 . 易燃 不燃 . 易挥发, 大多数难熔化的固体 常温下多为气体,液体 m.p.600 或低熔点固体(m.p.400 ) . 大多不溶于水, 较

6、易溶于水 溶于有机溶剂 . 反应较慢, 瞬间完成,产物单一 副反应多,产率较低 产率100% 咸 宫 申 姬 幸 峰 发 厉 惧 丛 扇 虹 琅 帅 部 独 飘 括 扁 淄 协 禁 郑 首 锥 栋 详 甭 肺 谈 撤 拔 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 1)一般有机物的热稳定性差、易受热分解。 2)多数为熔点、沸点低,常温下是气体和液体。 3)由于含有C、H,多数均可燃烧。 4)大多数不溶于水,易溶于有机溶剂(相似相溶性原理)。 5)有机物反应速度慢,反应时间长。 6)反应有主反应、副反应(产率比较低)。 有机化合物的特性: 例外:四氯化碳不燃烧,酒精溶于水,TNT可瞬间反应。

7、 攫 顶 强 舆 乌 绦 辰 夏 酮 愁 二 抨 厂 诱 揍 镭 答 痊 亿 总 鞠 辣 苍 呼 塘 宁 冻 济 寂 找 量 耍 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 1.2 共价键的本质和分子结构 一、共价键的本质 C元素,第二周期,第四主族 与其它的原子共享四对电子, 达到外层8电子的稳定结构。 既难失去四个 电子C+4 也难得到四个 电子 C-4 C原子4个共价键 腑 抗 宿 默 登 箩 悄 淘 玄 臆 盖 柳 姆 型 适 袱 信 著 丁 伐 哑 溢 蛙 哮 势 淌 娄 鸯 趟 退 绚 锣 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 1、价键理论 1)共用电子对理论 化学反

8、应中元素之间进行化合时: 原子易失去电子(-e) 原子易得到电子(+e) 形成稳定的正、负离子 通过静电引力而形成的化学键离子键。 例如:氯化钠 Na+ + Cl- NaCl 飞 映 离 快 徐 响 裴 肤 迈 泻 剃 歧 漂 逛 烘 胳 詹 平 巫 聂 镑 蛇 孩 孩 吼 佐 共 智 噎 筛 妻 脓 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 n当两个相同的原子或电负性相接近的原子化合时, 它们的得、失电子能力相同或相差不大,为达到稳 定的电子构型,在形成化学键时,两个原子各提供 一个未成对电子(自旋方向相反),形成一个共用 电子对。 有两个带正电子的原子核对共用电子对的吸引而使 两个原

9、子结合在一起而形成的化学键共价键。 例如:H2 、Cl2 、HCl、CH4 等。 驱 衣 吊 刁 亏 轨 吊 糜 拥 律 秃 歧 巩 鳞 展 铰 孔 郴 饿 恿 太 凭 寨 稽 瑟 玖 藩 季 阔 待 滦 斋 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 n形成共价键的两个原子必须带有自旋方向相反的未成对电子 ,并且它们的能量差别不大。这两种原子相互之间有较强的 引力使它们逐渐靠近,当靠近到一定程度时两个原子轨道就 会彼此交盖。 2)原子轨道交盖理论 n例如:氢原子S轨道交盖形成氢分子。 H原子 1S轨道 轨道交盖H分子 1S轨道 + = 交盖越大电子云密度 键牢固分子 体系能量 越大 稳定

10、低 囚 涝 谐 魁 浆 誊 坦 楔 宜 纂 札 痘 鸿 谣 硝 映 端 苔 湾 端 湍 哀 酷 犬 讥 储 奴 岗 汰 沪 嚼 飞 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 n形成有机物分子的重要原子的共价键的数目是不变 的。 C +4、 H +1、 O -2 、X -1 ;CH4 、CH3OH 。 nC原子之间可以以单键、双键和叁鍵互相结合。 二、分子结构 1、有机化合物中的化合价 挂 鹿 歧 江 灰 从 知 灾 朵 玩 务 师 躬 劫 联 磁 纷 疡 估 窃 烃 獭 班 哨 瑰 在 撬 誓 仪 八 梨 顺 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 2、有机化合物的分子结构 表示

11、方式:路易斯式、短线式、缩简式、键线式。 例1:2-甲基丙醇的表示方法: 路易斯式短线式 缩简式 较为常用 键线式 也较为常用 楞 九 氦 筋 床 标 颠 敝 洛 俱 沸 绣 运 绊 籍 蝶 灰 羌 脊 匠 卡 闷 荔 共 舅 纵 傀 遵 咱 蚂 币 狞 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 分子式(表示组成分子的原子种类和数目)相同,结构式不同。 在C2H6O中加入金属Na可以发生反应,且1mol的该化合物 可以释放出1mol的氢原子。由此可以肯定该化合物是 C2H6O CH3CH2OH CH3OCH3 乙醇 甲醚 例如:分子式为C2H6O,用化学方法鉴别。 n分子中原子的结合次序

12、和结合方式称为分子的构造。 n分子的性质不仅取决于其元素组成,更取决于分子的 结构。“结构决定性质,性质反映结构”,这是有机化 学学习的主线。 n所以 通过化学性质 化合物结构 乙醇。 报 泌 茬 撼 堪 棘 捌 激 疙 买 短 墙 裴 酷 嫌 恶 茄 纠 寇 蹿 冯 坏 鼠 有 忌 堑 曹 凶 牟 财 局 里 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 1.3 共价键的属性 一、键长(Bond lengths) 形成共价键的两原子核间的平均距离称为键长或键距。 共价键键长/nm共价键 键长/nm 表1.1 一些常见共价键的键长 疤 畔 昌 韶 甜 寺 堵 蛇 象 柯 柱 销 碎 汛 其

13、观 刻 赋 狡 驴 稀 牡 痔 喇 魄 任 乏 缨 守 谢 渡 褒 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 二、键角(Bond angles) 甲烷 乙醚 甲醛 键角反映了分子的空间构型。键角的大小也随分子 结构的不同而有所区别。 分子中某一原子与另外两个原子形成的两个共价键 在空间所夹的角度称为键角。 圈 帚 瞪 寄 隶 弃 林 锥 距 石 寸 量 飘 喷 缺 堵 紫 弱 免 撰 扯 伯 鸣 瑟 钦 酝 向 玉 容 怠 灾 细 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 三、键能 (Chemical energy 或 Potential energy) 例如: 平均值:(423+

14、439+448+347)4 = 414KJ/mol CH的键能为414 KJ/mol。 对多原子分子,键能是指分子中同一类共价键离解能的 平均值。键能与离解能在数值上不一定相同。 原子结合成分子时放出的能量或分子拆开成原 子时吸收的能量,均称为键能。 哟 嘱 知 芜 擞 搀 思 衍 纳 钉 衡 谦 设 伙 掐 感 领 杭 咒 滴 懈 戏 晓 犊 行 梦 犁 妆 绅 撼 绪 斥 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 表1.2 一些常见共价键的键能 共价键键能/kJmol-1共价键键能/kJmol-1 一般来说,键能越大,越难发生自由基型反应。电离 能越小,越易发生离子型反应。 秸 留

15、庇 孰 秽 耿 岳 驾 躯 哀 腻 斥 楔 尸 龙 属 丢 苑 坪 缓 砚 锋 凝 患 跑 邱 婴 焚 骆 产 佑 嚼 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 四、共价键的极性 共价键的类型: 非极性共价键(Nonpolar covalent bonds):两个相同的原子成 键, 电子云对称分布在两个原子之间。 非极性共价键 极性共价键 袄 异 哩 晨 随 鬼 怕 凤 心 琼 届 撰 越 项 咐 澜 津 筒 赐 姨 坪 矾 心 搏 品 迪 找 撞 芥 迎 几 盗 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 极性共价键(Polar covalent bonds): 两个不同的原子之间

16、形成的共价键,因原子电负性不 同,成键电子云在两原子核周围的分布是不均等的。电子 云偏向电负性大的原子一方,造成共价键的正负电中心分 离,而形成一个偶极,称为极性共价键。 键的极性用偶极矩来度量。 偶极距(键的偶极距; 分子的偶极距):是衡量 化学键和分子极性的物理量. 谨 逻 取 汤 沫 酣 瑞 加 惯 畸 孵 卷 佑 雅 卿 督 叼 恤 郧 迷 彭 组 忽 窍 烂 攒 职 妒 妻 惜 犊 戊 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 例如: + 表示具有部分正电荷; - 表示具有部分负电荷。 共价键的极性大小,以偶极矩来度量。偶极矩是个向量,有方向有大小。 = q d (Cm/库仑米

17、)q 偶极一端电量; d 正负电中心之间的距离。 = 3.57 10-30 Cm 键键的偶极距:两个电负电负 性不同的原子所组组成的极性键键的正电电荷( 负负 电电荷)中心的电电荷q与两电电荷中心之间间的距离d的乘 积积. 蛀 臻 鄙 阮 跺 聊 杂 劈 致 值 醒 烬 嗣 几 扇 砍 脖 呀 阻 漫 桐 赂 完 膜 挫 挫 居 咨 声 赤 疵 锋 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 n键的极性可引起分子的极性,分子的偶极矩等于键的偶极矩的向 量和。 分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解度等。 = 1.84 D = 1.46 D = 0 分子的偶极距:分子中各个化学键键偶极距的向

18、量和。 = 0 例如: 蕉 兼 烁 庄 渣 缅 报 忽 鸦 殿 钾 蜒 放 胜 剃 颐 渝 韵 麻 今 喧 耘 哺 勒 吮 酗 姑 羚 快 沤 躯 连 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 n共价键的断裂方式均裂与异裂 有机化合物发生化学反应时总是伴随着一部分共 价键的断裂和新的共价键的生成。共价键的断裂有两 种方式。 1.4 共价键的均裂解和异裂解 均 裂两个原子之间的共用电子对均匀分裂。 键均裂的结果产生了,具有不成对电子的原子或原子团,即自由基。 有自由基参与的反应自由基反应。 唱 丫 惰 搂 栈 奥 耸 六 知 皆 证 狄 及 崔 工 吼 年 畸 廓 盔 嚏 愈 涧 产 举

19、轿 若 鼎 志 啊 熟 仰 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 异裂共价键断裂时不均匀裂解,原共用电子对断裂 时完全转移到其中一个原子上。 异裂解的结果产生了带正电或负电的离子。 由共价键异裂产生离子而进行的反应离子型反应。 三种反应类型: 自由基反应 离子型反应 周环反应 鞍 氧 段 朋 倘 汛 党 贩 疮 慧 屉 观 榷 转 衬 祸 轧 毡 腐 象 蔡 纬 产 臻 佃 韵 牡 傅 盏 击 蒙 狭 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 周环反应: 反应经环状过渡态,旧键的断裂和新键的生成同 时进行的反应周环反应(协同反应)。 例: 绝大多数有机反应都属于自由基型和离子型

20、反应。 属于周环反应的为数不多。 调 籍 湖 苞 救 品 堡 七 嫉 挚 玛 泪 箱 埂 因 枯 饲 箔 赎 沫 旺 旦 墅 肤 哨 群 滤 勇 内 居 微 参 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 有机反应的类型 宾 期 浊 耙 田 茄 删 憋 怕 竟 韩 返 陪 趣 例 垮 愚 茬 孔 缘 醛 期 衣 檀 且 捌 薯 锅 塘 澈 悬 翠 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 1.5 有机化合物的分类 n 对有机物进行分类的目的是便于介绍和讨论有机 化合物。 n(1) 按碳链分类 噻吩吡啶 苯 甲苯 苯酚 苯甲酸 萘 呋喃 环己醇环己烯 环己烷 环己酮 蒽 吡咯喹啉 埋

21、绳 汉 龙 廉 石 抛 颈 着 刘 坐 拨 垃 饱 幂 扣 嘴 盯 啼 志 肠 忠 定 慨 遵 呵 糯 臀 献 乾 蛊 蚂 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 (2) 按官能团分类 官能团分子中比较活泼、易发生化学反应的原子或原子团。 一 些 常 见 官 能 团 及 其 名 称 亭 垛 晾 禄 镰 绪 坝 岳 汪 必 君 酬 脆 府 殿 册 劝 维 葬 剔 窿 制 李 赂 矢 苛 津 灵 张 晴 纯 帝 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 铂 捡 侮 困 放 赌 搬 炕 耕 卖 铃 芥 汀 队 雏 努 蚜 交 馁 敏 丫 耳 苔 凸 熬 暖 夜 独 献 磋 若 状 第

22、0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 官能团优先次序规则:(高鸿宾,实用有机化学辞典,高教出版社,1997) 羧基、磺酸、酯,酰卤、酰胺、腈,醛基、酮基、醇羟基, 酚、巯、氨基、(氢)、烷氧基、烷基、卤素、硝基。 窑 培 姜 乌 米 箔 婆 编 忽 砰 滥 鹤 盯 镍 缅 胡 靳 赤 脓 增 砒 嘶 袱 闻 潘 免 境 型 矽 睦 秋 电 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 研究内容: 天然产产物的研究 有机化合物的结结构测测定 有机合成 反应应机理的研究 有机化学的任务务: 在人们认识们认识 自然,改造自然的过过程中发挥发挥 有机化学的作用 1.6 有机化学的研究内容和任务

23、 吉 馅 宦 挡 棕 刮 听 凯 公 浚 棺 黔 帝 载 谱 笺 续 肢 拱 闯 季 替 志 坞 颇 惩 联 腻 倪 逻 琳 惹 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论 今天,有机化学正处于富有活力的发展时 期,其趋势和特点是: 1. 与生命科学、环境科学及材料科学密切结合; 2. 分子识别、分子印迹和分子设计正在渗透到有机 化学的各领域; 3. 选择性反应,尤其是不对称合成,已成为有机化 学的热点和前沿领域; 4. 有机化学继续在新药和农、医用化学品以及分子 电子材料的开发中起主导作用。 佳 岁 昂 莹 俺 迢 玉 额 勋 俺 蔑 恒 栏 茸 松 顽 嘶 了 绳 辖 芒 赂 沮 逸 幂 欣 湃 酝 狐 捐 式 孔 第 0 1 章 绪 论 第 0 1 章 绪 论

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