大学有机化学课件

有机化学中最常用的测定手段： 此外顺磁共振、 有机化学中最常用的测定手段：NMR、IR、UV、MS. 此外顺磁共振、 、 、 、 激光拉曼光谱、 射线衍射 中子衍射、电子自旋光谱、高倍电子显微镜等。 射线衍射、 激光拉曼光谱、X射线衍射、中子衍射、电子自旋光谱、高倍电子显微镜等。 美国化学家曾用扫描隧道显微镜得到清晰的苯环的影像，证实了 美国化学家曾用扫描隧道显微镜得到清晰的苯环的影像，证实了1865年人 年人 们提出的苯环的正六边形的构想。 们提出的苯环的正六边形的构想。
《nature 》, 2009
国内重要的有机化学研究单位 中科院成都有机化学研究所 中科院上海有机化学研究所 元素有机化学国家重点实验室（南开大学） 元素有机化学国家重点实验室（南开大学） 功能有机分子化学国家重点实验室（兰州大学） 功能有机分子化学国家重点实验室（兰州大学） …… 国内和国际重要的有机化学杂志 有机化学》 《有机化学》 《Journal of Organic Chemistry》 》 《Organic Letters》 》 ……
生命论与早期的有机化学（1828年之前） 生命论与早期的有机化学（1828年之前） 年之前
有机化合物
最早的有机化合物来自 于动植物体（有机体） 于动植物体（有机体）
生命论( 生命论(Vitalism)认为： 认为： 认为 有机化合物只能由有机体产生。 有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存 在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。 在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。
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身边的有机化合物
三聚氰胺
1.2 有机化合物的特点 绝大多数有机物只是由碳， 绝大多数有机物只是由碳，氢，氧，卤素，硫和 卤素， 磷等少数元素组成，但种类繁多。 磷等少数元素组成，但种类繁多。 碳元素： 碳元素：核外电子排布 1s22s22p2 碳原子相互结合能力很强（碳链和碳环） 碳原子相互结合能力很强（碳链和碳环） 碳的同素异形体： 碳的同素异形体： (1)石墨 石墨 (2)金刚石 金刚石 (3)足球烯 （富勒烯）（ 60/C70） ）（C 足球烯 富勒烯）（
H
B
C
Si
N P
O S
F Cl Br I
有机化合物中常见的元素
绝大多数有机化合物也都含有氢,从结构上看 所有 绝大多数有机化合物也都含有氢 从结构上看,所有 从结构上看 的有机化合物都可以看作碳氢化合物以及从碳氢化合 物衍生而得的化合物。 物衍生而得的化合物。 有机化学 — 就是研究碳氢化合物及其衍生物的化学 就是研究碳氢化合物及其衍生物的化学. 碳氢化合物及其衍生物的化学 当然,对 当然 对CO、CO2、CO32-等简单化合物习惯上还是称 、 作无机化合物. 作无机化合物
二、构造异构现象 象丁烷和异丁烷异构,只是分子中各原子间相 象丁烷和异丁烷异构 只是分子中各原子间相 互结合的顺序不同而引起的,只是构造不同而导致 只是构造不同 互结合的顺序不同而引起的 只是构造不同而导致 的异构现象,又叫做构造异构现象 又叫做构造异构现象. 的异构现象 又叫做构造异构现象 此外,有机化合物还可由于构型（ 此外 有机化合物还可由于构型（顺、反；Z、E 有机化合物还可由于构型 、 而造成异构现象. ；R、S）和构象不同而造成异构现象 、 ）和构象不同而造成异构现象
1970年：美国化学家合成了由188个氨基 酸组成的 人生长激素。 1981年：我国科学家又合成了生命遗传物 质:酵丙氨氨酸转移核糖核酸。 1984年：发现足球烯C60.现在合成了C76、 C78、 C84、 C90、 C94 ·········等.将可 用作高级润滑剂.
2、新理论、新概念日新月异。 、 。
• • C • + 4H • •
H •• H• C•H • ••• H
路易斯结构式
H H —C—H H
Baidu Nhomakorabea凯库勒结构式
σ键与π键 键与π
σ键：沿着轨道对称轴方向的重叠（头碰头）形成的 共价键。 π键：沿着轨道对称轴平行方向的重叠（肩并肩）形 成的共价键
2s N
y z x
2p N N
y z x
N2
π
y
π N π σ
方向性——决定分子空间构型，因而影响分子性质. 决定分子空间构型， 方向性 二 、分子轨道理论 (1)当原子组成分子时，形成共价键的电子即运动 当原子组成分子时， 当原子组成分子时 于整个分子区域； 于整个分子区域； (2) 分子中价电子的运动状态，即分子轨道，用波 分子中价电子的运动状态，即分子轨道， 函数ψ 来描述； 薛定谔方程的解 薛定谔方程的解) 函数ψ 来描述；(薛定谔方程的解
近代有机化学可归纳为四个新来描述：
1、新的有机化合物和新的有机反应层出不穷。 、
1900年：15万 1945年： 110万 1961年： 175 1972年： 400万
年增加量 （2.1万） （4万） （20万）
O
1984年：近800万 （33万） 1990年：1057.6万 （42万） 第一千万种化合物
三、 化合物的结构 是指：分子中原子间的排列次序， 是指：分子中原子间的排列次序，原子相互 间的立体位置， 间的立体位置，化学键的结合状态以及分子中 电子的分布状态等各项内容在内的总称。 电子的分布状态等各项内容在内的总称。
1.2.2 有机化合物性质上的特点
(1) 大多数有机化合物可以燃烧(如汽油) (2) 一般有机化合物热稳定性较差,易受热分解 (3) 许多有机化合物在常温下为气体 、液体 (4) 一般有机化合物的极性较弱或没有极性. (5) 有机物的反应多数不是离子反应,而是分子间的
• 有机化学是一门迅速发展的学科
有机合成化学 天然有机化学 生物有机化学 金属与元素有机化学 物理有机化学 有机分析化学 药物化学 香料化学 农药化学 学 有机新材料化 ...... 等学科 生命科学 材料科学 境 环 科学 化学生物学 能源、工业、农业 ...... 方面 等
1901~2009年，诺贝尔化学奖共101项，其中有机化学方面的 年 诺贝尔化学奖共 项 化学奖58项，占化学奖57%. 化学奖 项 占化学奖
z
z
N
y
π
量子化学的价键理论: 一 、量子化学的价键理论 量子化学的价键理论
原子轨道—原子中每个电子的运动状态都可以用一个单电 原子轨道 原子中每个电子的运动状态都可以用一个单电 子的波函数φ 子的波函数φ（x，y，z）来描述 φ称为原子轨道 因此电 ， ， ）来描述. 称为原子轨道,因此电 子云的形状也可以表达为轨道的形状. 子云的形状也可以表达为轨道的形状 交盖)或电子 （1）价键的形成可看作是原子轨道的重叠 交盖 或电子 ）价键的形成可看作是原子轨道的重叠(交盖 (自旋相反 配对的结果。 自旋相反)配对的结果 自旋相反 配对的结果。 （2）共价键具有饱和性 一个未成对的电子既经配对成 ）共价键具有饱和性—一个未成对的电子既经配对成 就不能与其它未成对电子偶合. 键,就不能与其它未成对电子偶合 就不能与其它未成对电子偶合 （3）共价键具有方向性(最大重叠原理 两个电子的原 ）共价键具有方向性 最大重叠原理):两个电子的原 最大重叠原理 子轨道的重叠部分越大,形成的共价键就越牢固 形成的共价键就越牢固. 子轨道的重叠部分越大 形成的共价键就越牢固
上世纪最后一天据 美国CA统计:2343万（128万／年增）
目前有机化合物有三千多万种， 目前有机化合物有三千多万种，有机化合物占化合 物总数的95%左右。 左右。 物总数的 左右
近代有机化学中的部分重要合成：
1972年：〔美〕哈佛大学教授伍 年 德（Woodward)合成VB12.
1965年：我国化学家合成了具有生物活性的结晶 年 牛胰岛素,是我国化学家在探索生命奥 秘的征途上所攀登上的第一座高峰。
3、新方法新技术不断发展 、 在合成方法上除了传统的化学合成方法 这些年来发展了多种新的合成方法： 外，这些年来发展了多种新的合成方法：光 合成、电合成、超声波合成、 合成、电合成、超声波合成、微波合成等新 方法。 方法。 利用计算机设计合成路线也已得到了初步 的应用。 的应用。
4、新的实验测试手段日益更新 、
organic
J. J. Berzelius（Sweden） （ ）
1845年Kolbe合成了醋酸；1854年 柏赛罗合成油 1845年Kolbe合成了醋酸；1854年，柏赛罗合成油 合成了醋酸 脂类化合物等。 脂类化合物等。 19世纪下半叶,有机合成得到了快速发展,20世纪初 19世纪下半叶,有机合成得到了快速发展,20世纪初 世纪下半叶 ,20 开始建立了以煤焦油为原料合成染料、 开始建立了以煤焦油为原料合成染料、药物和炸药 为主的有机化学工业。 为主的有机化学工业。 20世纪40年代开始发展了以石油为主要原料的有机 20世纪40年代开始发展了以石油为主要原料的有机 世纪40 化学工业,特别是生产合成纤维 、合成橡胶 、合 化学工业, 成树脂和塑料为主的有机合成材料工业。 成树脂和塑料为主的有机合成材料工业。
C60 / C70中的碳原子处于 (SP2- SP3) 中间过渡态 中间过渡态
1.2.1 有机化合物结构上的主要特点 一、同分异构现象 分子式相同而结构相异因而其性质也各异的不 分子式相同而结构相异因而其性质也各异的不 同化合物， 同化合物，称为同分异构体 ，这种现象叫同分 异构现象。 异构现象。 CH3-O-CH3 例1: CH3CH2-OH 乙醇 二甲醚 例2: CH3CH2CH2CH3 （CH3）2 CHCH3 丁烷 异丁烷
Friedrich Wöhler (German)的实验(1828 ) (German)的实验 的实验(1828
由氰酸铵（无机物） 由氰酸铵（无机物）制得尿 O 有机物） 素（有机物）
+ NH4 CNO H2N C NH2
发现同分异构体现象！
inorganic
“我应当告诉您，我制出了尿素， 我应当告诉您，我制出了尿素， 而且不求助于肾或动物－无论人或犬。 而且不求助于肾或动物－无论人或犬。 ” 既然你制出了尿素， 既然你制出了尿素，那能不能在实验室 里“制造出一个小孩来”？ 制造出一个小孩来”
有
机
化
学
Organic
Chemistry
主讲人：张勇
E-mail:zy0340907@yahoo.com.cn QQ:411077431
第一章 有机化合物的结构和性质
1.1 有机化学和有机化合物
有机化学（Organic Chemistry） 有机化学（ ） —— 研究有机化合物的结构和性质的科学 研究有机化合物 有机化合物的结构和性质的科学 有机化合物 —— 含碳的化合物
反应.除自由基型反应外,大多数反应需要一定的时 间. (6) 有机反应往往不是单一反应.(主反应和副反应)
1.3 有机化合物中的共价键
碳元素:核外电子排布 1S22S22P2 ， 不易获得或失去 价电子，易形成共价键。 (1) 路易斯结构式: 用共用电子的点来表示共价键的结 构式. (2) 凯库勒结构式: 用一根短线代表一个共价键.
碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多,它的同 碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多 它的同 分异构体也越多.如 分异构体也越多 如:
C7H16的同分异构体数 9 个. C8H18的同分异构体数可达 个. 同分异构体数可达18个 C10H22的同分异构体数可达 个. 同分异构体数可达75个
VB12具有 具有512个立体异构体。 个立体异构体。 具有 个立体异构体
石墨的晶体结构 (SP2)
金刚石的晶体结构( SP3)
足球烯(富勒烯 单纯 足球烯 富勒烯):单纯 富勒烯 由碳元素结合形成的 稳定分子，具有60个 稳定分子，具有 个 顶点和32个面 个面， 顶点和 个面，其中 12个面为正五边形， 个面为正五边形， 个面为正五边形 20个面为正六边形， 个面为正六边形， 个面为正六边形 整个分子形似足球。 整个分子形似足球。 具有芳香性。 具有芳香性。
1963年：[美] Pearson 提出软硬酸碱理论。 年 美 提出软硬酸碱理论。 1965年：〔美〕Woodward ＆ Hoffmann 提出 年 “分子轨道对称守恒原理”。 分子轨道对称守恒原理” 二十世纪70年代中期： 二十世纪 年代中期： 年代中期 同系线性规律” 我国化学家蒋明谦提出 “同系线性规律”。 二十世纪80年代初： 二十世纪 年代初： 年代初 [美]赫尔顿（Herndon）提出“结构共振论， 赫尔顿（ 美 赫尔顿 ）提出“结构共振论， 使 得鲍林的共振论得以定量化。 得鲍林的共振论得以定量化。