中南大学有机化学绪论课件.ppt

1、中南大学化学化工学院中南大学化学化工学院使用教材使用教材有机化学简明教程有机化学简明教程（第二版）（第二版）齐欣、高齐欣、高鸿宾主编鸿宾主编 天津大学出版社，天津大学出版社，20112011年年8 8月月推荐参考书目推荐参考书目1、有机化学有机化学 （第四版）高（第四版）高鸿宾主编，高鸿宾主编，高等教育出版社，等教育出版社，20062006年年2、工科大学化学张平民主工科大学化学张平民主编编 湖南教育出湖南教育出版社，版社，2002年年3、简明有机化学学习指南简明有机化学学习指南高鸿宾主编，高鸿宾主编，天津大学出版社天津大学出版社 2003讲授学时：讲授学时：3232 第一章第一章 绪论绪论

2、第七章第七章 醇、酚、醚醇、酚、醚第二章第二章 饱和烃饱和烃 第八章第八章 醛和酮醛和酮第三章第三章 不饱和烃不饱和烃 第九章第九章 羧酸及衍生物羧酸及衍生物第四章第四章 芳烃芳烃 第十章第十章 有机含氮化合物有机含氮化合物第六章第六章 卤代烃卤代烃 第十四章第十四章 红外光谱与核磁共振谱红外光谱与核磁共振谱 实验学时：实验学时：16实验次数实验次数实验名称实验名称实验学时实验学时1 1基本知识介绍，蒸基本知识介绍，蒸馏及沸点测定馏及沸点测定4 42 2重结晶与熔点测定重结晶与熔点测定4 43 3乙酰苯胺的制备乙酰苯胺的制备4 44 4乙酸正丁酯的制备乙酸正丁酯的制备4 4罗一鸣罗一鸣 唐瑞仁

3、主编唐瑞仁主编 有机化学实验与指导（第二有机化学实验与指导（第二版）版）中南大学出版社中南大学出版社第一章第一章 The Summarizationof Organic Compounds重点：重点：有机化合物与有机化学的概念；有有机化合物与有机化学的概念；有机化合物的结构特点机化合物的结构特点;共价键的极性与分子共价键的极性与分子的极性；共价键的属性；价键理论及有机的极性；共价键的属性；价键理论及有机化合物的分类。化合物的分类。难点：难点：共价键的断裂方式与有机反应类共价键的断裂方式与有机反应类型型。一、有机化学的研究对象一、有机化学的研究对象1、有机化合物：有机化合物：含碳化合物、碳氢化合

4、含碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。天然气的主要成分是甲物及其衍生物。天然气的主要成分是甲烷烷CH4。2、有机化学：有机化学：研究含碳化合物的化学结研究含碳化合物的化学结构、组成、性质、合成方法及相互转构、组成、性质、合成方法及相互转化规律的科学。已成为一门独立的科化规律的科学。已成为一门独立的科学，是化学的一个分支。学，是化学的一个分支。二、有机化学的任务二、有机化学的任务1发现新现象（新的有机物，有机物的新发现新现象（新的有机物，有机物的新的来源、新的合成方法、合成技巧，新的的来源、新的合成方法、合成技巧，新的有机反应等）有机反应等）2、研究新的规律（结构与性质的关系，反、研究新的规律（结构

5、与性质的关系，反应机理等）应机理等）3、提供新材料、提供新材料 （提供新的高科技材料，（提供新的高科技材料，推动国民经济和科学技术的发展）推动国民经济和科学技术的发展）4探索生命的奥秘（生命与有机化学的结探索生命的奥秘（生命与有机化学的结 合）合）。三、有机化合物的结构特点三、有机化合物的结构特点1、有机化合物的结构有机化合物的结构化化合合物物的的性性质质元元素素组组成成有有关关原原子子之之间间连连接接顺顺序序（即即结结构构）有有关关l分子式为分子式为C2H6O的物质，其结构式可能有：的物质，其结构式可能有：lCH3CH2OH b.p.=78.3 液体液体 酒可饮用酒可饮用lCH3OCH3 b

6、.p.=-24.9 气体气体 8g可致盲可致盲l虽然分子式相同，但结构不同，其物理性质和化学性质虽然分子式相同，但结构不同，其物理性质和化学性质也不相同。因此，有机化合物除写分子式外，还必须写出也不相同。因此，有机化合物除写分子式外，还必须写出结构式。此外，顺反结构性质也不一样。结构式。此外，顺反结构性质也不一样。CCHHCH3CH3CCCH3HCH3H结结构构性性质质决决定定推推断断m.p.=-139.3;b.p.=3.5;d420=0.621m.p.=-105.5;b.p.=0.9;d420=0.6042、化学键化学键 离子键：离子键：通过电子转移达到稳定的电子层结构而通过电子转移达到稳定

7、的电子层结构而形成离子，离子间通过静电相互吸引而成键。形成离子，离子间通过静电相互吸引而成键。Na*+ClNa*Cl+共价键：共价键：通过电子对共用，彼此都达到稳定的通过电子对共用，彼此都达到稳定的电子层结构，同时共用电子对与两个成键原子电子层结构，同时共用电子对与两个成键原子的原子核相互吸引而成键。的原子核相互吸引而成键。C +4 HH C HHH3、价键理论价键理论 从从“形成共价键的电子只处于形成共价键的形成共价键的电子只处于形成共价键的两原子之间两原子之间”的定域观点出发的。的定域观点出发的。共价键的形成是由于成键原子的原子轨道相互共价键的形成是由于成键原子的原子轨道相互交盖的结果。两

8、个原子轨道中自旋反平行的两交盖的结果。两个原子轨道中自旋反平行的两个电子，在轨道交盖区域内为两个原子所共有，个电子，在轨道交盖区域内为两个原子所共有，增加了对成键两原子的原子核的吸引力，降低增加了对成键两原子的原子核的吸引力，降低了体系的能量而成键。了体系的能量而成键。+1s1s=轨轨道道交交盖盖氢氢分分子子氢氢原原子子的的S S轨轨道道交交盖盖形形成成氢氢分分子子4、共价键的性质共价键的性质 共价键的饱和性共价键的饱和性 按照价键理论的观点，成键电子必须是两个自按照价键理论的观点，成键电子必须是两个自旋方向相反的未成对电子组成，而不能容纳第旋方向相反的未成对电子组成，而不能容纳第三个未成对电

9、子，这就是共价键的饱和性。三个未成对电子，这就是共价键的饱和性。碳原子位于元素周期表中的第二周期，处于电碳原子位于元素周期表中的第二周期，处于电负性很强的卤素与电负性很弱的碱金属之间，负性很强的卤素与电负性很弱的碱金属之间，既不容易失去电子，也不容易得到电子。既不容易失去电子，也不容易得到电子。有机化合物分子中，原子与原子之间主要是以有机化合物分子中，原子与原子之间主要是以共价键结合的，每一个原子都有一定的化合价。共价键结合的，每一个原子都有一定的化合价。如如C：1S2 2S2 2P2。共价键的方向性共价键的方向性 共价键的形成是由于成键原子的原子轨道（电共价键的形成是由于成键原子的原子轨道（

10、电子云）相互交盖的结果；子云）相互交盖的结果；电子云的交盖使成键两原子之间的电子云出现电子云的交盖使成键两原子之间的电子云出现的几率增加；的几率增加；电子云密度的增大，增加了成键两原子原子核电子云密度的增大，增加了成键两原子原子核的吸引力，减小了两核之间的排斥力，因而降的吸引力，减小了两核之间的排斥力，因而降低了体系的能量而结合成键；低了体系的能量而结合成键；电子云交盖程度越大，成键两原子之间的电子电子云交盖程度越大，成键两原子之间的电子云密度也越大，形成的共价键越牢固。云密度也越大，形成的共价键越牢固。C：1S2 2S2 2P2 2S1 2Px1 2Py1 2Pz14个个SP3杂化轨道杂化轨

11、道 一个一个C原子可以形成四个原子可以形成四个SP3杂化轨道，其形杂化轨道，其形状为钫锤形：状为钫锤形：C原子与原子与H原子成键时，总是沿着电子云密度原子成键时，总是沿着电子云密度最大的方向重叠成键，这样重叠区域大，稳最大的方向重叠成键，这样重叠区域大，稳定性大，这就是定性大，这就是共价键的方向性。共价键的方向性。共价键的定域性共价键的定域性 价键理论认为，成键电子处于以共价键价键理论认为，成键电子处于以共价键相连原子的区域内，即成键电子处于成相连原子的区域内，即成键电子处于成键原子之间，是定域的。键原子之间，是定域的。5、共价键的属性共价键的属性 键长键长 形成共价键的两原子原子核之间的平均

12、距离。形成共价键的两原子原子核之间的平均距离。两原子之间形成的键越短，表示键越强，越两原子之间形成的键越短，表示键越强，越牢固，相同的共价键的键长在不同的化合物牢固，相同的共价键的键长在不同的化合物分子中不同；分子中不同；例如：例如：CC：0.154nm;C=C:0.134nm 键能和键的离解能键能和键的离解能 形成共价键的过程中体系释放出的能量，或形成共价键的过程中体系释放出的能量，或断裂共价键体系所吸收的能量。键能反映了断裂共价键体系所吸收的能量。键能反映了共价键的强度，键能愈大键愈牢固。共价键的强度，键能愈大键愈牢固。离解能：离解能：是指分子中某一个给定的共价键是指分子中某一个给定的共价

13、键断裂生成原子或自由基时所吸收的能量。断裂生成原子或自由基时所吸收的能量。气态双原子分子的键能也就是气态双原子分子的键能也就是键的解离能；键的解离能；多多原子分子的键能与键的离解能并不完全一致。原子分子的键能与键的离解能并不完全一致。以甲烷为例：以甲烷为例：分解为四个分解为四个H原子和一个原子和一个C原原子吸收的热量为：子吸收的热量为：1661kJ/mol,4种种C-H键解键解离能的平均值为离能的平均值为415kJ/mol。各键的离解能为各键的离解能为：CH4CH2+H439.3kJ/molCH3CH+H442kJ/molCH2C+H442kJ/molCH2CH2+H338.9kJ/mol键角

14、键角 键角反映了分子的空间结构，键角的大小与成键角反映了分子的空间结构，键角的大小与成键的中心原子有关，并随着分子结构不同而改键的中心原子有关，并随着分子结构不同而改变，因为分子中各原子或基团是相互影响的。变，因为分子中各原子或基团是相互影响的。CHHHH109.5109.5O104ooo键的极性和诱导效应键的极性和诱导效应 两个相同元素的原子所形成的共价键，由于电子两个相同元素的原子所形成的共价键，由于电子云在两个原子之间对称分布，正负电荷中心相重云在两个原子之间对称分布，正负电荷中心相重合，这种共价键没有极性，称为合，这种共价键没有极性，称为非极性共价键。非极性共价键。如如HH；ClCl；

15、不相同原子形成的共价键，由于成键原子的电负不相同原子形成的共价键，由于成键原子的电负性不同，其吸引电子的能力不同，电子云在成键性不同，其吸引电子的能力不同，电子云在成键原子之间并不是对称分布的。电负性较强一端电原子之间并不是对称分布的。电负性较强一端电子云密度较大，具有部分负电荷（一般用子云密度较大，具有部分负电荷（一般用表表示），而另一端电子云密度较小，具有部分正电示），而另一端电子云密度较小，具有部分正电荷，以荷，以+表示。这样的键具有极性，称为表示。这样的键具有极性，称为极性极性共价键。共价键。如：如：HCl键，键，电负性差为电负性差为0.9。键的极性以偶极矩来衡量，键的极性以偶极矩来衡

16、量，=ed,e是电荷，是电荷，库仑库仑（C）；）；d是正负电荷中心之间的距离，是正负电荷中心之间的距离，米米（m）；单位是；单位是Cm(库仑库仑米米)。偶极矩是。偶极矩是矢量，具有方向性，一般用矢量，具有方向性，一般用箭头表示由正箭头表示由正端指向负端。例如：端指向负端。例如：HCl+-HCl=3.57*10-30Cm构成共价键的两个不同原子，其电负构成共价键的两个不同原子，其电负性差值越大，键的极性越强。性差值越大，键的极性越强。在双原子分子中，键的偶极矩即是分子的在双原子分子中，键的偶极矩即是分子的偶极矩。但多原子分子的偶极矩，则是整偶极矩。但多原子分子的偶极矩，则是整个分子中各个共价键偶

17、极矩的矢量和。个分子中各个共价键偶极矩的矢量和。ClClClClClHHHClClHHCCC=0 =6.47*10-30Cm =3.28*10-30 Cm 偶极矩为零的分子是非极性分子，偶偶极矩为零的分子是非极性分子，偶极矩不等于零的分子为极性分子。偶极矩不等于零的分子为极性分子。偶极矩越大，分子的极性越强。极矩越大，分子的极性越强。判断下列分子有没有极性？在外界电场（极性试剂或极性溶剂）作用下，共在外界电场（极性试剂或极性溶剂）作用下，共价键的极性发生改变的现象，称为价键的极性发生改变的现象，称为键的极化。键的极化。键的极化难易程度简称为极化度。键的极化键的极化难易程度简称为极化度。键的极化

18、度主要决定于成键电子云的流动性大小。度主要决定于成键电子云的流动性大小。CX键的极化度顺序是：键的极化度顺序是：CICBrCClCF 碳碳共价键中，碳碳共价键中，键比键比键容易极化。键容易极化。键的极性和极化度是共价键的重要键的极性和极化度是共价键的重要性质之一性质之一 。键的极性是固有的。键的极性是固有的。键的极化是暂时的。键的极化是暂时的。诱导效应：诱导效应：由于分子内成键原子的电负性不同，由于分子内成键原子的电负性不同，而引起分子中电子云密度分布不均匀，而且这种而引起分子中电子云密度分布不均匀，而且这种影响沿分子链静电诱导地传递下去，这种分子内影响沿分子链静电诱导地传递下去，这种分子内原

19、子间相互影响的电子效应，称为诱导效应原子间相互影响的电子效应，称为诱导效应（inductive effect）。例如：。例如：1-氯丁烷分子中，电氯丁烷分子中，电子云的偏移情况。子云的偏移情况。CH3CH2CH2CH2Cl4321-+诱导效应的方向诱导效应的方向吸电子吸电子 比较标准比较标准 给电子给电子(-I)诱导效应诱导效应 (+I)诱导效应诱导效应诱导效应方向的判断诱导效应方向的判断 以以C-H键中的键中的H作为比较标准，若作为比较标准，若X X是一是一个个电负性电负性大于大于H的基团，当的基团，当X X取代取代H H后后C-XC-X键的电子云偏向键的电子云偏向X X，X X称为称为吸电

20、子基团吸电子基团，引起引起-I-I诱导效应诱导效应 。若若Y Y是一个电负性小于是一个电负性小于H H的基团，当的基团，当Y Y取取代代H H后后C-YC-Y键的电子云偏向键的电子云偏向C C，Y Y称为给称为给(斥斥)电子基团电子基团，引起引起+I+I诱导效应诱导效应。诱导效应的相对强度：一般以电负性的大小作比较对+I:具有+I效应的原子团主要是烷基，其 相对强度如下：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 对-I 同族元素来说 F Cl Br I同周期元素来说 -F -OR -NR2 不同杂化状态的碳原子来说CCR CR=CR2 -CR2-CR3 诱导效应是有机化合物中普遍

21、存在的一诱导效应是有机化合物中普遍存在的一种电子效应，它影响着有机化合物的性种电子效应，它影响着有机化合物的性质。例如醛、酮质。例如醛、酮a-Ha-H的酸性，取代的酸性，取代羧酸羧酸酸性等等。酸性等等。1.5 分子结构和结构式的表示法分子结构和结构式的表示法 分子结构分子结构：分子内原子间相互结合的顺：分子内原子间相互结合的顺序和方式。序和方式。结构式结构式：表示分子结构的化学式。一种：表示分子结构的化学式。一种分子只有一种结构式。分子只有一种结构式。结构决定性质，性质反映结构。结构决定性质，性质反映结构。6、碳的三种杂化轨道、碳的三种杂化轨道（杂化态杂化态）SP2Pz2Py（杂化态杂化态）2

22、PzSP 2（基态基态）2S2Py2Pz2Px激发激发（激发态激发态）2Px 2Py2Pz2S杂化杂化（杂化态杂化态）SP3杂杂 化化 轨轨 道道 杂化轨道：杂化轨道：在共价键形成过程中，由于原子在共价键形成过程中，由于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的几间的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道。键能力更强的新的原子轨道。pi(p p)bonds sigma(s s)bonds 键和键和键的主要特点键的主要特点 键键

23、 可可单独单独存在。存在。成键轨道成键轨道“头碰头头碰头”重叠，键较稳定重叠，键较稳定 电子云呈电子云呈圆柱状圆柱状，极极化度小化度小。成键两原子成键两原子可可沿键轴沿键轴“自由自由”旋转。旋转。键键 不能不能单独存在。单独存在。成键轨道成键轨道“肩并肩肩并肩”重叠，重叠，键不稳定键不稳定。电子云呈块状，电子云呈块状，极极化度大化度大。成键原子成键原子不能不能沿键沿键轴轴“自由自由”旋转旋转杂化轨道小结杂化轨道小结 类型类型 S成分成分 形形 状状 立体构型立体构型 键键 角角 sp3 1/4 葫葫 芦芦 正四面体正四面体 109.5。sp2 1/3 稍胖葫芦稍胖葫芦 平面三角平面三角 120

24、。sp 1/2 胖胖 葫葫 芦芦 直直 线线 180。杂化轨道和杂化轨道重叠形成杂化轨道和杂化轨道重叠形成键。杂化键。杂化轨道与轨道与s轨道轨道或或p轨道重叠也形成轨道重叠也形成键键 。上述三种杂化轨道的碳原子分别能形成上述三种杂化轨道的碳原子分别能形成多少个多少个键和键和键？键？四、共价键的断裂和有机反应类型四、共价键的断裂和有机反应类型 1、自由基反应自由基反应 均裂：均裂：成键的一对电子平均分给两个成键原子或成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团，共价键的这种断裂方式称为基团，共价键的这种断裂方式称为均裂。均裂。产生的产生的未成对电子的原子或基团，未成对电子的原子或基团，叫自由基。叫自

25、由基。R LR+L均均裂裂自由基反应：自由基反应：共价键均裂生成自由基共价键均裂生成自由基活性中间体而引起的反应。活性中间体而引起的反应。2、离子型反应离子型反应 异裂：异裂：成键的一对电子完全为成键原子中成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所占有，形成正、负离的一个原子或基团所占有，形成正、负离子，共价键的这种断裂方式称为子，共价键的这种断裂方式称为异裂。异裂。C LC+L异异裂裂L+C异异裂裂离子型反应：离子型反应：共价键异裂生成共价键异裂生成C+、C-活性中间体进行的反应。活性中间体进行的反应。离子型反应亲电反应亲核反应五、有机化合物的分类五、有机化合物的分类根据组成有机化合物

26、的碳架和其分子结构根据组成有机化合物的碳架和其分子结构中的官能团来分。中的官能团来分。（一）（一）按碳的骨架分类按碳的骨架分类1、开链化合物开链化合物由于它们最早是从含长链结构的脂肪酸和脂肪中分由于它们最早是从含长链结构的脂肪酸和脂肪中分离出来的。所以开链化合物又称为离出来的。所以开链化合物又称为脂肪族化合物。脂肪族化合物。CH3CH2CHCH3CH3CH2CH2CHOCH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH2 2-甲甲基基丁丁烷烷9 9 -十十八八碳碳烯烯酸酸丁丁醛醛CH3分子中的碳连接成环状，根据碳环的特点又分子中的碳连接成环状，根据碳环的特点又可分为以下两类：可分为以下两类：2、

27、碳环化合物碳环化合物（1）脂环族化合物脂环族化合物 环环己己烷烷环环己己烯烯甲甲基基环环丙丙烷烷CH3（2）芳香族化合物芳香族化合物 苯苯萘萘苯苯甲甲酸酸COOH3、杂环化合物杂环化合物 分子中含有由碳原子和其它原子如氧、氮、硫等分子中含有由碳原子和其它原子如氧、氮、硫等组成的环状结构。环上的非碳原子称为杂原子。组成的环状结构。环上的非碳原子称为杂原子。OSN呋呋喃喃噻噻吩吩吡吡啶啶（二）按官能团分类二）按官能团分类 能决定化合物基本化学性质的原子或原子能决定化合物基本化学性质的原子或原子团叫官能团团叫官能团（functional group）。）。含有相同官能团的化合物的化学性质基本含有相同

28、官能团的化合物的化学性质基本相似，所以可以把官能团作为主要标准对相似，所以可以把官能团作为主要标准对有机化合物进行分类。有机化合物进行分类。有机化合物的常见官能团有机化合物的常见官能团类类 型型 官能团官能团 实实 例例 英文名称后缀英文名称后缀 烷烃烷烃 无无 CH4 -ane 烯烃烯烃 C=C CH2=CH2 -ene 炔烃炔烃 C C H-C C-H -yne卤代烃卤代烃 -X CH3CH2Cl chloro-醇醇 -OH CH3CH2OH -ol 醚醚 R-O-R CH3-O-CH3 ether 醛醛 -CHO CH3CHO -al 酮酮 -CO-CH3COCH3 -one 羧酸羧酸 -COOH CH3COOH -oic acid 胺胺 -NH2 CH3CH2NH2 -amine习题：1、指出下列化合物各属于哪一族？(1)CH2=CHCH2CH=CH2 (2)CH3CH2CH2CCHOH(3)(4)CHCH2(5)(6)(7)O(8)COCH3（2）指出下列化合物的官能团(1)COCH3(2)Cl(3)NH2(4)CH3CH2COHO(5)CH2=CH-CN(6)H3CSO3H作业作业 P8（一）（一）（1）（5）（四）、（五）（四）、（五）