李艳梅有机化学课件第六章
清华大学李艳梅有机化学课件
烷烃名称的写出
A 将支链(取代基)写在主链名称的前面 B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出
烷基的大小次序: 甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基。
C 相同基团合并写出,位置用2,3……标出, 取代基数目用二, 三……标出。
D 表示位置的数字间要用逗号隔开,位次和取代基名称之间要用 “半字线”隔开。
在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子(或一级碳原子,用1°表示) 与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子(或二级碳原子,用2°表示) 与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子(或三级碳原子,用3°表示) 与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子(或四级碳原子,用4°表示)
与伯,仲,叔碳原子相连的H原子,分别称为 伯,仲,叔H原子
(3)同系物
烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H
同系物—在组成上相差一个或多个 CH2,且结构和性质(官 能团种类和个数相同)相似的一系列化合物称为同系
列.同系列中的各化合物互称同系物.系差—同系列相邻的两 个分子式的差值 CH2 称为系差.
(4)烷烃中碳原子的分类:
CH 3CH 2CH CH 3
(CH3)3C—
• (1) 直链烷烃按碳原子数命名 • 10以内:依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸. • 10以上:用中文数字:十一....烷.
(2)带有支链的烷烃
•选择主链
(1)选择分子中最长的碳链作为主链,按这个链所含的 碳原子数称为某烷,并以此作为母体。
(2) 分子中有两条以上等长碳链时,则选择支链多的 一条为主链。
或: CnH2n+2
•同分异构体——由于分子式相同,但它们的构 造不同(分子中各原子相连的方式和次序不同). 又叫构造异构体。
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39、勿问成功的秘诀为何,且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔,思而不学则殆。——孔子
清华大学有机化学李艳梅老师
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律,就难以成功。
3、道德行为训练,不是通过语言影响 ,而是 让儿童 练习良 好道德 行为, 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体,养 成儿童 自觉的 纪律性 ,这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
谢谢!
36、自己的鞋子,自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢,但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
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物
例如:甲烷,乙烷,丙烷,丁烷(正丁烷,异丁烷),戊烷 (正戊烷, 异戊烷,新戊烷)......
名称 分子式
甲烷
CH4
乙烷 C2H6
结构式
丙烷 C3H8 丁烷 C4H10
戊烷 C5H12
结构简式
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3(CH2)2CH3 CH3(CH2)3CH3
烷基的大小次序: 甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基。
C 相同基团合并写出,位置用2,3……标出, 取代基数目用二, 三……标出。
D 表示位置的数字间要用逗号隔开,位次和取代基名称之间要用 “半字线”隔开。
E 如果支链上还有取代基时,则必须从与主链相连接的碳原子开始, 给支链上的碳原子编号。然后补充支链上烷基的位次、名称及数 目。
注意:键线式书写烷烃的分子结构:
•为了方便,只要写出锯齿形骨架,用锯齿形线的角及其端 点代表碳原子.不写出每个碳上所连的氢原子.但其它原子
必须写出.
(2)烷烃的通式——直链烷烃分子中,一个或几个 -CH2-基团(亚甲基)连成碳链,碳链的两端再连 有两个氢原子,因此直链烷烃的通式可写为:
H-(-CH2-)n-H
C
8
C
7
C
6
CC
5
C
4
C3 C C2
C 1 C C
6C
C 2 1 编号错误
(2) 若第一个支链的位置相同,则依次比较第二 、第三个支链的位置,以取代基的系列编号最小( 最低系列原则)为原则。
烷烃名称的写出
A 将支链(取代基)写在主链名称的前面 B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出
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Pauli电子交换作用:
乙烷的能量随扭转角的变化。0º、120º对应于重叠式,60º对应 于交叉式。以交叉式的能量为零点。实线为实际情形,虚线为 去掉Pauli电子交换排斥作用之后的理论值。
Pauli电子交换排斥作用降低了旋转能 垒,对旋转能垒的产生起的是“反作用”
静 电 作 用 :
原子核间(nn)、电子之间(ee)的静电斥力能随扭转角的变化。0º、120º对应于重 叠式,60º对应于交叉式。以交叉式的能量为零点。图中,“RR”线是指分子 骨架固定不变,只有两甲基绕轴旋转的情况;“FR”线是考虑了所有静电效应 之后的结果。
同系物具有相似的化学性质,其物理性质一般随分 子量的改变而规律性变化。 系差: CH2为同系列的系差
构造式:代表分子中原子的种类、数目和排列次序的 式子。
结构式:除了代表分子中原子的种类、数目和排列次 序的之外,还包括了空间及原子、电子、构 型、构象等信息的式子。
同分异构:分子式相同而结构不同的现象。
HH
Newman projection
将乙烷模型置于纸面上,使C—C键与纸面垂直, 从C—C键上方往下看,用一个点表示前面的碳原子, 与这一个点相连的线表示碳原子上的键,用周围表 示后面的碳原子,从周围的、向外伸出的线表示后 一个碳原子上的键。
H HH HH
mation 交叉式(能量较低)
Nature杂志2001年5月的一篇报道指出: 文献:V. Pophristic, L. Goodman, Nature 411, 565-568 (31 May 2001)
Pauli电子交换作用
空
Pauli不相容原理
间 阻
碍
决定乙烷构 象的因素
静电作用
效 应
清华大学有机化学李艳梅课件全共7文档
清华大学有机化学李艳梅课件全共7文档•课程介绍与有机化学概述•烃类化合物及其衍生物•羰基化合物及其衍生物•碳碳重键与芳香性目录•立体化学基础与手性合成策略•有机合成方法与路线设计•现代有机化学实验技术与方法01课程介绍与有机化学概述介绍清华大学有机化学课程的开设背景、历史沿革以及在国内外的学术地位。
课程背景课程内容教学方法概述本课程的主要教学内容,包括有机化合物的结构、性质、合成方法以及反应机理等。
介绍本课程采用的教学方法,如课堂讲授、实验操作、小组讨论等。
030201清华大学有机化学课程简介有机化学研究对象与特点研究对象阐述有机化学的研究对象,即有机化合物,包括其结构、性质、合成和反应等方面。
特点介绍有机化学的特点,如化合物种类繁多、结构复杂、反应条件温和等。
有机化学发展历史及现状发展历史回顾有机化学的发展历程,包括早期有机化学、近代有机化学和现代有机化学等阶段。
现状介绍当前有机化学的研究热点和前沿领域,如有机合成、有机材料、生物有机化学等。
本课程教学目标与要求教学目标明确本课程的教学目标,包括知识目标、能力目标和素质目标等。
教学要求提出本课程对学生的教学要求,如掌握基本概念和原理、具备实验技能和创新能力等。
02烃类化合物及其衍生物烷烃饱和链烃,分子中只含有单键,通式为CnH2n+2,性质稳定,主要发生取代反应。
烯烃含有碳碳双键的链烃,通式为CnH2n,性质活泼,可以发生加成、氧化、聚合等反应。
炔烃含有碳碳三键的链烃,通式为CnH2n-2,性质活泼,可以发生加成、氧化、聚合等反应。
烷烃、烯烃、炔烃结构和性质苯的结构和性质苯分子为平面正六边形结构,6个碳原子和6个氢原子共平面。
苯环上的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特键,使得苯具有特殊的稳定性。
芳香烃含有苯环的烃类化合物,具有特殊的芳香气味,通式为CnH2n-6。
芳香烃的取代反应芳香烃在催化剂作用下可以发生取代反应,如硝化、磺化、卤化等。
清华大学有机化学李艳梅课件全75页PPT
21、没有人陪你走一辈子,所以你要 适应孤 独,没 有人会 帮你一 辈子, 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候,留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运,首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首,因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿. 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ,它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ,以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做,明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生,以及整个命运 的,只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
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目录•有机化学概述•碳原子结构与性质•官能团及其反应活性•立体异构现象与手性分子识别•有机合成策略与方法•绿色化学原理在有机合成中应用有机化学概述有机化学定义与发展历程定义研究有机化合物结构、性质、合成、反应机理及其应用的科学发展历程从早期对天然产物的提取和分离,到合成有机化合物的探索,再到现代有机化学的飞速发展有机化合物分类及特点分类按碳骨架分类(开链化合物、碳环化合物、杂环化合物等)、按官能团分类(烃类、醇类、醛类、酮类等)特点种类繁多、结构复杂、性质各异,具有广泛的应用价值有机化学在科研与工业中应用科研应用研究生命现象的本质、探索新药物和新材料、发展高效低毒的农药和化肥等工业应用合成纤维、塑料、橡胶等高分子材料,生产染料、香料、涂料等精细化学品,制备医药、农药等中间体。
碳原子结构与性质碳原子杂化类型及空间构型sp杂化碳原子形成两个σ键,呈直线型构型,如乙炔中的碳原子。
sp²杂化碳原子形成三个σ键,呈平面三角形构型,如乙烯中的碳原子。
sp³杂化碳原子形成四个σ键,呈四面体构型,如甲烷中的碳原子。
0102 03σ键由两个原子轨道沿键轴方向重叠而形成,具有方向性和饱和性。
π键由两个原子轨道垂直于键轴方向重叠而形成,具有方向性和不饱和性。
共价键的极性由成键原子的电负性差异决定,差异越大,极性越强。
共价键形成与性质分析03疏水作用非极性分子间的相互作用力,使非极性分子在水溶液中相互聚集。
01范德华力普遍存在于分子间的相互作用力,与分子的大小和极性有关。
02氢键存在于含有氢原子的分子间的一种特殊相互作用力,具有方向性和饱和性。
碳原子间相互作用力探讨官能团及其反应活性卤素原子(-X )具有亲电性,可发生亲核取代、消除等反应。
-NH2)具有亲核性和碱性,可参与亲核取代、缩合等反应。
羧基(-COOH )具有酸性,可发生酯化、酰卤化等反应。
羟基(-OH )具有亲核性,可参与亲核取代、消除等反应。
有机化学(上)第六章 6.2.3
CO2↑
O
O
Mn
O
>C=C<
KMnO4 冷、稀 OH -
>C
O C< H2O
顺邻二 醇OH OH >C Nhomakorabea C< + MnO2
由于邻二元醇的进一步氧化,反应条件不易控制, 收率低。如用四氧化锇代替高锰酸钾,使用H2O2作为 氧化剂,则收率大大提高,但毒性大。
+ H2O2
Os O4
H OH
H OH
2.催化氧化
H2C CH CH3 + O2
Cu2O
350℃,0.25MPa
H2C CHCHO + H2O
丙烯在铋、钼、磷等催化剂存在下,用空气和 氨直接氧化生成丙烯腈的反应称为氨氧化反应。
H2C
CH
CH3+
3 2
O2+
NH3
催化剂 470℃
H2C CHCN + 3 H2O
C
Cα
δ-
δ+
XX
X·
高温或光照α-氢卤代,低温双键加成
与氯相比,溴的反应活性较差,但是选择性比氯 好。对于苄基或者烯丙基的溴代通常使用N-溴代 丁二酰亚胺(简称NBS)作溴化剂。
+ Br2
光照
Br + HBr
O
+
CCl4 N Br
O NBS
Br +
O NH
O
二、α-氢的氧化反应
工业上以金属氧化物(如Cu2O)为催化剂,用 空气氧化丙烯,生成丙烯醛:
3)烯烃加次卤酸后在碱性条件下脱卤化氢
4.臭氧化
CH3CH=CH2 O3
O H3C CH CH2
OO
[理学]清华大学李艳梅有机化学课件
Step II: numbering
• 优先照顾母体官能团,使其位次最小
CH3CH2CH2COOH
CH2CH3 CH3CCH2COOH OH
既有双键又有叁键! • 如果两种编号方式母体官能团位次均一
样,则可兼顾取代基
Step III: nomenclature
“取代基位号-取代基名称-母体官 能团位号-母体” 若有几个相同的支链,则在支 链前加“二、三”等数字
(3)含有双键或叁键的基团,可认为连 有两个或叁个相同的原子。
(C) (C) eg C CH C C H (C) (C) HC (C) C (C) CH
原则三:如果两个不同取代基所取代的位 置按两种编号法位号相同,则从顺序较小 基团的一端开始编号。
原则四:书写时顺序较小的基团列于前
eg CH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CHCH2CH2CH3 CH2CH2CH3 CH(CH3)2
7
6
5
4
3
2
1
两种选法均有三个支链
选
支链位号为 [2,4,5]
选
支链位号为 [2,4,6]
故选
比较原则:按编号顺序比较,先比第一个 ,若想同则比第二个……依此类推。 最低系列规则亦用于编号
eg C C C C C C 1 2 3 4 5 6 C C C
6 5 4 3 2 1
(2,4,5) (2,3,5)
二级碳
三级碳
四级碳
与叔碳原子相连的氢原子 叔 与仲碳原子相连的氢原子 仲 与伯碳原子相连的氢原子 伯 氢
3 2 1
一级 二级 三级
CH3 CH3 CH2 CH CH3 C CH3 CH3
(二) 基 、 亚基 、 次基
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表示法
指向电子云偏移的方向。 即从电负性小的原子指向电负性大的原子。
δδδ +
δδ +
δ+
δ-
CH3
CH2
CH2
Cl
分类
以C-H键为标准 如果X原子电负性大于H原子 吸电子诱导效应 -I 效应
如果X原子电负性小于H原子
C
N
P
X
O
S
给电子诱导效应
+I 效应
F
Cl
-O+R2 -OR
C
Y
As Se Br
Elimination occurs when this bond broken
Shows some acidity Easier to break
H H H H H
Nu:
诱导效应,易 断裂,“消除”
H C H
H
+
CH2
C H
-
X
X吸电子,且C-X 键键能较小,易断 裂,且生成的X-更 稳定。X被“取代”
3、与杂化态的关系
R C CR
hybridization s content Electro negativity
C CHR R
sp2
33%
C CH 2R R
sp3
25%
sp
50%
+I 效应的强度 1、一般为带负电的基团。
钥原子电负性越弱,给电子能力越强,+I 效应越强
--NR > -O2、饱和烷基具有+I 效应。
Alkyl halides
第六章 卤代烷
Organic Chemistry A (1) By Prof. Li Yan-Mei Tsinghua University
Content
6.1 Classification, nomenclature and isomers
6.2 Physical property & Spectrum data 6.3 Chemical properties 6.4 Mechanism of nucleophilic substitution 6.5 Elimination reaction vs nucleophilic substitution 6.6 Preparation (learn on your own) 6.7 Important alkyl halides (learn on your own)
R Br
R Cl
R F
RI
Primary alkyl Secondary alkyl
Tertiary alkyl
RBr
RBr
Heating required
X X
RX
+
AgONO2
R'OH
RONO2
+
AgX
反应速度: RI > RBr > RCl > RF 苯甲型、烯丙型、30RX > 20RX > 10RX > 卤苯型、乙烯型
6.3.3 Elimination
6.3.4 Reaction with metals
6.3.5 Reduction
6.3.1 Structure and inductive effect 结构与诱导效应
1, Structure of alkyl halides 卤代烷的结构
C-F 139pm C-Cl 176pm C-Br 194pm
含 义
一个分子,在外界电场的影响下,分子中的电荷 分布可发生相应的变化。发生这种变化的能力称 为分子的可极化性。
Highly polarizable molecules or electrons are easier to change their shape to tone the reaction, making it easier.
迅速反应 不反应
CH2X
X
H2C
CH CH2X
H2C
CHX
6.3.3 Elimination 消去(消除)反应
δδδ + δδ + δ+
E
CH CH HCl
CH3
CH HCH2 ClFra bibliotekδ-CH3
消去反应: 从有机底物分子上失去一个小分子 (如:HX,H2O,NH3等)的反应
Reactivity 反应性
C H C C C Cl C Br C I C S 415KJ/mol 相对 345.6KJ/mol 较大 330KJ/mol 285KJ/mol 218KJ/mol 272KJ/mol
带部分正电荷,易 被带负电荷或带孤 对电子的分子进攻
键能
6.3.2 Nucleophilic substitution
R
δδδ+
SN
R
δ-
X
+
δδ+
Nu:δ+
Nu +
Cl-
Cl -
Leaving group 离去基团
CH3
Substrate 底物
CH2
CH2 Nu:
Nucleophile
Cl
亲核试剂
特点: 带负电荷或 孤对电子
H2O NaOH NaOC2H5 NaHS NaSR’ NaCN
ROH ROH ROC2H5 RSH RSR’ RCN
碳架异构
卤原子位置异构
6.2 Physical property & Spectrum data
6.2.1 Physical properties
6.2.2 spectrum data
1 1H-NMR
2
13C-NMR
3 IR
1H-NMR
1.81 1.06 3.47
Cl
X
CH2
CH2
CH2
2.16-4.4
C-H 110pm
C-I
214pm
Both the carbon and the halo atom are sp3 hybridized.
2, Dipole moment 偶极矩
barycentre of positive charge
μ=q×d
D(debye)
+q d -q
Compound
CH3F CH3Cl
R
Cl
(1S, 3R)-1-甲基-3-氯环己烷 (1R,3S)-1-chloro-3-methylcyclohexane
S
Cl CH3
S R
why not cis?
Cl
H H
Cl
(1S,3R)-1-chloro-3-methylcyclohexane
6.1.3 Isomers (learn on your own)
同族元素:原子越小,原子核对电子的控制越牢,可极化性越小: RI > RBr > RCl > RF 孤对电子比成键电子结合得松散,可极化性更强,反应易发生在孤 对电子上。
R O H
弱键电子比强键电子结合松散,可极化性更强,更易发生反应。
H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Ga Ge As Se Br 可极化性更强的 键通常更易反应
30 RX > 20 RX > 10 RX
Selectivity 选择性
立体专一性:反式共平面
Elimination occurs when the hydrogen atom and the halogen atom are on the same plane, but on different sides of the C-C bond. 消去反式共平面的氢原子
Cl
δδδ +
δδ +
δ+
δ-
特点
CH3
CH2
CH2
Cl
1、静电作用,永久性效应,没有外界电场影响时也存在。
“静态诱导效应” 分子的固有性质
2、共用电子并不完全转移到另一原子,只是电子云密度发 生变化。 即:键的极性发生变化(与C-H键比较) 3、沿碳链传递,并随着链的增长而迅速减弱或消失。 经过三根共价键后,其影响就极弱,可忽略不计。
B
与反 应性 的关 系
可极化性强的分子或电子,在外界的影响下,分子 或电子易改变形状以适应反应的需要,故而易于进 行反应。
Inducted Dynamic Nuclear Polarization
Nu: Br Nu: Br Nu
Br
δ+ δ-
δ’+ δ”-
C
影 响 因 素
Effects on the polarizability
应用于鉴别
Polarizability
Bonding frangibility
When adding AgONO2
RI RBr RCl RF
R
I
Sedimentation quickly Room temperature Heat for several minutes
Heat for several minutes
1.25-1.55 1.03-1.08
13C-NMR
ChemNMR 13C Estimation
26.6 11.2 46.9
-碳、-碳化学位移向低场方向移动
10.0 Ultra
Cl
Estimation quality is indicated by color: good, medium, rough
Br
Saturated alkyl halide
Br
n>1
polyhaloalkane