01 第一章 有机化合物的结构与性质.ppt

第1页：有机化学

有机化学

第2页：使用教材

• 使用教材：徐寿昌主编《有机化学》第二版（国优教材）
• 参考书：《基础有机化学》、刑其毅、徐瑞秋、周政编，高等教育出版社。
• 《有机化学—提要、例题和习题》王永梅、王桂林编，天津大学出版社。
• 《有机化学》美R
• T
• 莫里森编，科学出版社。
• 《有机化学》曾昭琼主编，高等教育出版社，第三版。
• 《有机化学反应机理指南》英P
• 赛克斯著，科学出版社。
• 课堂要求
• 着装整齐，精神饱满。
• 按时到课，迟到一次在期末总评中扣二分，旷课一次在期末总评中扣三分。
• 课前预习，课后复习。
• 按时完成作业。
• 作业要求
• 每人准备两本作业本（全班使用统一的作业本）。
• 课后24小时内上交当次作业
• 作业要认真、规范，字迹要恭正，版面要整洁。
• 作业情况是平时成绩的重要依椐，要避免拖交和旷交作业的现象，拖交作业三次记为一次旷交，旷交作业达三次者，每旷交一次在期末总评中扣一分。

第3页：第一章有机化合物的结构与性质

• 第一章有机化合物的结构与性质
• 学习要求
• 1．掌握共价键理论的要点、共价键的属性及重要参数。
• 2．掌握主要官能团的式子。
• 3. 掌握共价键的均裂、异裂。4．理解有机化合物的特点，从中弄清与无机化合物的主要区别。5．理解有机化合物的分类原则。
• 6. 理解有机化学中的酸硷概念。
• 7．了解有机化合物和有机化学的涵义。8．了解有机化学的发展简史。9．了解有机化合物的研究程序和方法。

第4页：第一章绪论

第一章绪论（一）重点1．共价键的一些基本概念2.诱导效应3.有机化合物的研究方法（二）难点1．共价键理论2．分子轨道理论3．共价键的键参数4．诱导效应

第5页：1.1 有机化合物和有机化学

• 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。
• 1. 有机化合物：碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。
• 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)。1.1 有机化合物和有机化学

第6页：德国化学家魏勒(Wö

• 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：在十九世纪初期发展了定量测定有机化合物组成的方法，并分析了许多有机化合物。十九世纪中期以后，开始把有机化合物看作是碳化合物，有机化学看作碳化合物化学。有机化学成为一门科学。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；.…
• 1857年，Kekule(德)提出碳原子的四价学说，在此基础上发展了有机化合物结构学说，对有机化学的发展起了很大推动作用。

第7页：建立了分子的立体概念

1874年，van’tHoff(荷)和LeBel(法)提出碳的四面体构型学说，建立了分子的立体概念，开创了以立体观点来研究有机化合物的立体化学（stereochemistry）。1917年，Lewis(美)用电子对来说明化学键的生成。1931年．Huckel(德)用量子化学的方法来解决不饱和化合物和芳烃的结构问题。1933年，Ingold（英）用化学动力学方法研究饱和碳原子上亲核取代反应的机理。60年代，Hoffman.福井谦一（日）发现分子轨道守恒原理，提出前线轨道理论。80-90年代，Corey提出合成子概念，并合成出许多复杂结构的具有生理活性的有机化合物。

第8页：诺贝尔化学奖共90项

有机化学

是一门迅速发展的学科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%

第9页：与生命科学的结合

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(Sequence Genomics)—结构基因(Structural Genomics)—

第10页：功能基因

• 功能基因(Functional Genomics)。有机化学特别是生物有机化学参与研究项目
• 研究信息分子和受体识别的机制
• 发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律
• 作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究
• 发展提供结构多样性分子的组合化学
• 对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术，等等。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。

第11页：要实现“理想的”合成法

21世纪，要实现“理想的”合成法。强调实用、环境友好、资源可持续利用。简单原料、温和条件，经过简单步骤，快速、高选择性、高效地转化为目标分子。——绿色合成——2001年诺贝尔化学奖“手性催化氢化反应”、“手性催化氧化反应”独特功能分子（各种性能材料、生理活性分子、天然产物）的全合成。计算机技术引入，结构测定、分子设计和合成设计。

第12页：化学结构种类多

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

第13页：有机化合物数量多

1、有机化合物数量多。已知的化合物有一千多万种，其中有机化合物占绝大多数，而其余九十几种元素组成的无机化合物不过几十万种。而且每年还要新合成和发现几万到几十万种有机化合物。为什么有机化合物数量如此之多呢？有两个原因，一是组成有机化合物的碳原子可以是一个碳原子到几十万甚至几百万个碳原子；其二，有机化合物普遍存在异构现象使其数量大大增加。为什么把含碳原子的化合物单独列为有机化合物？这是因为有机化合物具有自己的特点。其特点如下：1.2 有机化合物的特点

第14页：也有例外

3、有机化合物大多数不溶于水，当然这是对大多数有机化合物而言，也有的有机化合物与水混溶。4、大多数有机化合物易燃烧，也有例外，比如四氯化碳，不但不燃，而且可以灭火。2、有机化合物普遍存在异构现象，虽然无机化合物也有异构现象，但是没有有机化物普遍和复杂。比如，含以八个碳原子为主的汽油，已经确认的碳氢化合物就有二百种以上。

第15页：比如炸药的爆炸

5、大多数有机化合物发生的有机化学反应速度比较慢，不像无机反应可以瞬间完成。当然有的有机反应速度很快，比如炸药的爆炸，反应速度很快。6、大多数有机化学反应都有副反应，反应不是定量进行的，所以一般情况下有机化学反应式不用配平，只要写出主要产物就可以。7、大多数有机化合物熔点较低，超过3000C以上很少。8、大多数有机化合物分解温度比较低，超过4000C的很少。当然有例外，如碳纤维30000C还稳定。

第16页：1.3．有机化合物中共价键理论

1.3．有机化合物中共价键理论1）价键理论（1）价键的形成可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果，如：（形成键的电子对在成键前是属于一个原子时，形成的键称配价键，存在电子得失时则形成离子键。）共用两对电子形成双键，其余类推

第17页：共价键的饱和性

（2）共价键的饱和性：原子中未成键电子与另一原子中的某一电子配对后，不能再与第三个电子配对。（3）方向性。

第18页：如H2 的形成

2.分子轨道理论分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子的运动状态，认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的，该理论认为化学键是原子轨道重叠产生的，任何数目的原子轨道重叠可以形成同样数目的分子轨道，如H2 的形成：ψ2（反键轨道）=ψA-ψBψAψBHAHBψ1（成键轨道）=ψA+ψB

第19页：氢分子的分子轨道

ψA-ψBσ*ψAψBψA+ψBσ图：氢分子的分子轨道

第20页：和P 原子轨道之间的成键包括了S 轨

S 和P 原子轨道之间的成键包括了S 轨道以P 轨道的轴线方向相互接近而与P 轨道的一端发生最大程度的重叠，同样形成一对成键σ和反键σ*分子轨道，例HF：σ*σ

第21页：σ*H1sF2Pxσ图2 二个不同的

σ*H1sF2Pxσ图2 二个不同的原子轨道组成分子轨道的能量关系

第22页：轨道与P 轨道能形成σ分子轨道

P 轨道与P 轨道能形成σ分子轨道，例F2：F:2PxF:2Pxσσ*

第23页：π轨道还保留着对称面（基面

但是，当两个互相平行的P轨道在侧面重叠形成分子轨道时，如Py-Py or Pz-Pz所形成的分子轨道称π轨道。π轨道还保留着对称面（基面）。例：Py（Pz）Py（Pz）ππ*

第24页：原子轨道组成分子轨道

原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个原则：a）对称性匹配原则b）原子轨道重叠部分要最大c）能量相近原则

第25页：1.4．共价键的键参数

1.4．共价键的键参数1）键长：单位nm，一定的共价键的键长是一定的。2）键角：键角大小随分子结构不同而改变，它反映了分子的空间结构。3）键能：双原子分子的离域能便是键能。键能愈大，键愈牢固，一个分子中不同的键其离域能是不同的，对多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键离域能的平均值。A（气）+B（气）A—B（气）+键能

第26页：中心电荷

4）键距：例：CH3δ+Clδ-键距μ=ede:中心电荷d：正负电荷中心的距离分子的偶极距是各键的键距向量和:μ=0μ=0μ=1.94DCl-Cl(键距为零)

第27页：1.5．共价键的断裂

1.5．共价键的断裂1）均裂（一对电子平均分给两个原子或原子团）

第28页：碳正离子

2）异裂离子型反应分为亲核与亲电反应:R+,CH3+碳正离子R-,CH3-碳负离子+

第29页：1.6诱导效应定义

1.6诱导效应定义：诱导效应是指在有机化合物中由于电负性不同的取代基的影响，使整个分子中成键电子云按取代基团的电负性所决定的方向而偏移的效应。-I效应：CH3δδδ+-CH2δδ+-CH2δ+→Clδ-+I效应：诱导效应在没有外加电场影响下也存在，它体现的是分子自身的性质。诱导效应一般用I 表示，饱和C-H 键的诱导效应规定为零。

第30页：电子云偏离碳原子

当一个原子或原子团与碳原子成键后，电子云偏离碳原子，称为-I 效应。例：一般来说，原子吸电子能力越强，-I效应就越大。例：-F>-Cl>-Br>-I，-F>-OR>-NR2，-O+R2>-N+R3

第31页：正诱导效应用+I表示

+I诱导效应与-I诱导效应相反。具有+I效应的原子或原子团与碳原子成键后，可使电子云偏向该碳原子。正诱导效应用+I表示。例：具有+I效应的原子团主要是烷基，并只有在与不饱和碳相连时才呈+I效应:（CH3）3C->（CH3）2CH->CH3CH2->CH3-

第32页：称静态诱导效应

上面为静态分子中所表现出来的诱导效应，称静态诱导效应，它仅与键本身的极性有关。另外，在化学反应中，由于分子受到许多外界条件的影响，例另一分子的影响，其它进攻试剂的影响，溶剂的影响等等。在外界电场的作用下，分子会发生诱导极化，这种在外界电场影响下在化学反应时才表现出来的诱导效应称为动态诱导效应。动态诱导效应往往是有机反应得以实现的决定性因素。

第33页：1.7有机化合物的分类

1.7有机化合物的分类：有机化合物数量巨大，我们在学习有机化学时不可能一个一个的研究，而是进行分类。同一类化合物具有相同的反应规律。只要学习具有代表性的化合物，就可以对同类化合物的各方面信息有所了解。对有机化合物的分类有两种方法，一种是按碳架分类，另一种方法是按官能团分类。（一）、按碳架分类：①、开链化合物—脂肪族化合物，碳原子连成链状，不含碳环，脂肪具有这样结构，所以又叫脂肪族化合物。

第34页：脂环族化合物

②、脂环族化合物，含有碳环结构，但是性质上类似脂肪族化合物。③、芳香族化合物，含有碳环结构，但是具有芳香性。④、杂环化合物，为有机环状化合物，组成环的原子除碳原子之外还有杂原子，所谓杂原子是指氧、硫、氮等。这本书上所指杂环化合物是指具有芳香性的杂环化合物。（二）、按官能团分类：所谓官能团是指有机化合物分子中比较活泼易发生反应的原子或原子团。

第35页：常见的官能团有

化合物的性质主要由官能团决定，反应主要发生在官能团及其相关部位，具有相同的官能团的化合物具有类似性质。常见的官能团有：-C=C-碳－碳双键；－C三C-碳－碳叁键；－OH羟基；C-O-C 醚键；X(F,Cl,Br,I)卤原子；C=O 羰基；－COOH 羧基；SO3H 磺酸基；NO2硝基；NH2氨基等。

第36页：1.4研究有机化合物的一般步骤

• $1.4研究有机化合物的一般步骤
• 1．活性初测，分离提纯。
• 2．纯度检定：熔、沸点测定，薄层层析、气相色谱（GC）、高压液相色谱（HPLC）鉴定。
• 3．元素定性分析和定量分析
• 4．经验式和分子式的确定
• 5．结构式的确定（四谱的运用）。
• 6. 该化合物的合成及构效关系研究。

第37页：某有机物

例：某有机物，元素分析结果为：C：60.00%；H：13.40%（O：26.60%）百分含量摩尔比最小整数比（原子数目比）C60.0060.00/12.01=5.005.00/1.66=3H13.4013.40/1.008=13.2913.29/1.66=8O26.6026.60/16.00=1.661.66/1.66=1该化合物的实验式：C3H8O分子式：（C3H8O）n=分子量（可用质谱法、沸点升高法、熔点降低法、渗透压法等测定）当分子量为60时，分子式为C3H8O。当分子量为120时，分子式为C6H16O2 。

第38页：有机化学的重要性及其学习方法

1.8、有机化学的重要性及其学习方法：有机化学既然是一门基础课，就说明它是以后要学习的课程的基础。另外有机化学还可以是一门专业课，可以直接应用于科学研究和生成实践。这门课也是考研究生常考的课程。对于有机化学的地位及重要性不再多讲。下面讲以下如何学好有机化学

第39页：①要重视这门课

①要重视这门课，同时喜欢这门课才可能学好有机化学，你们在中学学过一点有机化学，因为中学的化学课中有机化学所占比例很小，所以认为有机化学很简单，所以开始不重视，把中学学的有机内容当成有机化学的全部，如果是这样，必将给这门课的学习带来很大的麻烦。有的学生在开始学有机化学时认为太简单，不认真学。当发现有机化学决不像中学化学那样简单时，已为时过晚。

第40页：②要有个好的开端

②要有个好的开端，每次课不缺席，及时完成作业，不欠帐。③认真完成每次作业。应该先复习，基本上都懂之后再动笔，不要做一个题找一次书，更不要抄其他人作业。④对每一章都要进行及时总结，对前后内容有意识进行前后联系。⑤记好笔记，复习时以笔记为主，然后再看书。⑥有不懂的及时答疑。

第41页：另外•理解•学习过程

• 另外
• 理解
• 学习过程中，要及时弄懂和掌握各章节的重点内容、主要问题、难题，做好课堂笔记。
• 记忆
• 在理解的基础上做必要的记忆。对有机化合物的构造式、命名、基本性质等在开始学习时，要象记外文单词那样反复的强化记忆。除了用视觉多看之外，还要多写、多练。当脑海中的材料积累多了，就会掌握内在规律，并上升为理解记忆。机械记忆和理解记忆是相辅相成的，记忆的材料越多，越有利于理解，而理解了的东西也就记得更牢，只求理解而不刻苦记忆是学不好有机化学的。
• 应用（从三方面入手）
• 多思考遇到疑难问题要先思考，再查书或求老师解疑，切忌不求甚解，煮夹生饭。疑难问题积累多了得不到解决则有学不下去的危险，因为有机化学内容是前后连贯的，系统性很强，只有掌握了前面的知识，才能理解后面的内容。
• 勤练习认真做练习题是学好有机化学的重要环节，不仅对理解和巩固所学知识是最有效的，同时也是检验是否完成学习任务的必要方法，做习题要在系统复习的基础上进行，切不可照抄答案，否则有百害而无一利。
• 善总结学会归纳总结，要总结化合物结构与性质的关系，以了解共性与个性。还要揭示各类化合物之间内在联系与相互转化关系。某一类化合物的性质往往是另一类化合物的制法，熟练的掌握了这些关系，才能设计各种特定化合物的合成路线。要把每章新出现的名词、概念搞清楚，做到准确理解。应用自如。