大学有机化学课件

• 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
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。
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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）（
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”
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
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。
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
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
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。
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。
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
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。 、 。
《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》 》 ……
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。
• • C • + 4H • •
H •• H• C•H • ••• H
路易斯结构式
H H —C—H H
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
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
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
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。