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1、有机化学 Organic Chemistry,丁寒锋,E-mail: hfding QQ群：16秋冬有机化学班471522133,1,QQ群： 16秋冬有机化学班471522133 （课件、文献资料、答疑、讨论、通知等） 参考书： （1）王彦广 等，有机化学第3版，化学工业出版社，2015 （2）吕萍 王彦广，中级有机化学反应与机理，高等教育出版社，2015 （3）McMurry, Organic Chemistry, 7th edition, Thomson press 网络资源： Virtual Textbook of Organic Chemistry http:/www.cem.msu
2、.edu/reusch/vtxtindex.htm,如何学好有机化学？,2,课程特点：众多官能团，无数化合物，无数有机反应，不完善的理论 坚持自学：70%课堂讲授 + 30%自学（参考书、阅读文献） 课堂练习：带笔和笔记本 课后作业：课后所有习题，独立完成 预习复习: 勤于预习，善于总结 批判精神: 发现问题，提出问题，分析问题，解决问题 最终成绩： 平时成绩：40% （ 作业 + 课堂测验） 期终考试：60%,3,核心知识结构与反应 结构与反应：数目庞大，复杂性和多样性 结构决定性质 化学反应本质：共价键的均裂和异裂 电子效应 立体效应 有机反应的活性规律 有机反应的选择性 反应机理 共振原
3、理,4,绪论 Introduction to Organic Chemistry,有机化学是研究有机化合物的结构与性质、来源与组成、合成与制备、反应与转化、功能与作用机制的一门重要学科。,研究对象 自然界中的有机化合物天然产物 人工合成的有机化合物,5,商周（约3000年前），创酒曲复式发酵法，大量酿制黄酒。 宋代（约1000年前），我国发明了蒸馏法，得到含6570%乙醇的蒸馏酒。,发展历史,6,19世纪 有机化学被确立为学科,最初定义：生命力学说 1816年：M. E. Chevreul由脂肪和烧碱制皂 1828年：F. Whler由无机物氰酸铵合成出尿素 1845年，H. Kolbe用木炭
4、、硫磺、氯气和水作原料合成出醋酸 1848年：L. Gmelin将有机化合物定义为“含碳的化合物”， 将有机化学定义为研究“碳化合物的化学” 1858年：A. Kekul 和 A. Couper分别提出“碳四价和碳原子之间可以连 接成链的学说” 1865年： A. Kekul 提出了苯环的结构 ,我可以不借助动物的肾脏来制备尿素了！,德国化学家 F. Whler,20世纪 有机化学快速发展 在人类社会需求与好奇心的驱动下,7,Elements in organic compounds: C、H、O、 X（F, Cl, Br, I）、 N、 P、S、Si,2500 万种有机化合物？ （天然产物
5、+ 合成化合物）,8,1 不锈钢 2 空调 3 阿斯匹林 4 汽车 5 电灯泡 6 袖珍计算器 7 硅片 8 电影 9 心电图 10 传真 11 光导纤维 12 照相复印机 13 彩色照片 14 微波炉 15 基因工程 16 杀虫剂 17 试管婴儿 18 胰岛素 19 因特网 20 激光 21 洗衣机 22 隐形眼镜 23 心动记录器 24 地铁 25 冰箱 26 电子计算机 27 盘尼西林 28 避孕药 29 塑料 30 雷达 31 无线电 32 辐射学 33 射电望远镜 34 放射疗法 35 核能 36 手表 37 人工肾 38 机器人 39人造卫星 40 磺酰胺 41 超导体 42 信用
6、卡 43 电视 44 电唱机 45 输血 46 录像机,二十世纪有46项重大发明 （8项与化学有关，其中7项与有机化学有关）,9,有机化学是生命科学的基础 与人类健康和日常生活密切相关,10,黄花蒿,屠呦呦因发现青蒿素 获2015年诺贝尔奖,11,紫杉醇,红豆杉（紫杉）,12,化学家在旧的自然界旁建起了一个新的自然界,13,1958 Nobel Prize in Chemistry Frederick Sanger Great Britain, Cambridge University, “for his work on the structure of proteins, especiall
7、y that of insulin“.,1953年 Sanger确定了牛胰岛素（一种51肽）的全部化学结构,14,2003年诺贝尔化学奖获得者,Peter Agre Johns Hopkins University School of Medicine，Baltimore, USA “for the discovery of water channels”,Roderick MacKinnon Howard Hughes Medical Institute, The Rockefeller University, New York, USA “for structural and mechan
8、istic studies of ion channels”.,15,DNA 和RNA的结构,16,营养 色 香 味,美味食品,17,20 种常见 氨基酸,18,20 种常见 氨基酸（续）,19,20,人类每天都在做的一类有机反应 美拉德反应,1912年，法国化学家Louis-Camille Maillard研究了氨基酸和糖的反应，发现甘氨酸与葡萄糖混合加热时形成褐色的物质。后来人们发现这类反应不仅影响食品的颜色，而且对其香味也有重要作用。 1973年，美国化学家John E Hodge报道了这类反应机理。,21,食品加工过程中产生的有毒有害物质,Mottram D S, Wedzicha B
9、 L, Dodson A T. Nature, 2002, 419, 448. Stadler R H, Blank I, Varga N, et al. Nature, 2002, 419,449.,22,第1章 有机化合物的分子结构基础 结构决定性质,价键理论 有机化合物结构的表示方式 共振理论 杂化理论 分子轨道理论 共价键的参数 分子的极性 分子间弱的作用力 有机物的结构类型 结构与性质关系,23,1.1 价键理论,19世纪中开始 用“短线”表示化学键： 1916年 Lewis提出了共价键理论，用“电子对”表示共价键：,八隅体规律（Octet rule） 由共价键连接而成的有机化合物分
10、子中，除氢原子外，其余原子通过共用电子对而达到8电子外层结构，具有惰性气体的结构。,甲烷 水 溴分子,孤对电子,Lewis结构式,24,乙烯 乙炔,25,20世纪30年代，著名化学家L. Pauling和物理学家J. C. Slater将量子力学的原理与化学的直观经验相结合，创立了价键理论电子配对理论:,共价键的形成是由于成键原子的原子轨道（电子云）相互重叠或交盖的结果。或者说共价键的形成是自旋反平行的两个电子配对的结果,由氢原子组成H2分子的轨道重叠示意图,和氢原子与H2分子的相对能量,26,S轨道 p轨道 d轨道 2px 2py 2pz,27,共价键具有两个特点： （1）方向性：两原子轨道
11、必须沿某一方向（即原子轨道对称轴的方向）相互重叠时，重叠程度越大，形成的键越牢固。 （2）饱和性：两个原子的未成对电子自旋反平行配对后，再不能与第三个电子配对。,28,1.2 有机化合物结构的表示方式,Lewis结构式,乙烯 乙炔,甲烷 水 溴分子 乙烯 氨 臭氧,Lewis结构简式,形式电荷formal charge,29,写出下列分子或离子的Lewis结构式：,30,31,Kekul结构式,甲烷 乙烯 乙炔 氨,结构简式,甲烷 乙烯 乙炔 氨,键线式,2-氯丙烷 乙醇 环己烷,注意： 杂原子上的氢不能省,32,33,1.3 共振论,苯的结构式 苯的真实结构,1931年美国化学家L. C.
12、Pauling创立的一种分子结构理论,34,当一个分子、离子或自由基按价键规则可以写出一个以上的Lewis结构式时，它们的真实结构就是这些Lewis结构式的加和。每个Lewis结构式代表一种极限结构，又称为共振结构（resonance structure）。真实的分子、离子或自由基是所有共振结构的加和形式，称为共振杂化体（hybrid structure）。,贡献极小，可以忽略,35,如何书写共振结构？,（1）共振结构之间用双箭头“”（共振符号）联系。 （2）共振结构的本质是共轭体系中电子的“离域”，即电子的偏移。因此，只允许共轭结构上的电子离域，原子核的相对位置不能改变；一对电子的离域用弯箭
13、头表示，单个电子的离域则用鱼钩表示。,共振体系中的原子必须共平面 发生共振的电子通常为电子、孤对电子或单个电子,共振杂化体,36,（3）所有共振结构中的原子必须符合价键理论的规则，碳不能超过四价，第二周期元素价电子层的电子数不能超过8个。,（正确） （正确） （正确） （错误）,（正确） （正确） （错误）,37,（4）所有共振结构中的净的电荷数必须相同,氢氰酸根阴离子 硝基甲烷,（5）所有共振结构中的未成对电子数必须相同,（正确） （正确） （错误）,38,（6）电子从富电子性的原子向缺电子性原子转移。不同电负性原子形成的双键，其p电子流向电负性较大的原子；由相同电负性原子形成的双键，其p电
14、子流向正电荷。,（正确） （正确） （错误）,共振杂化体,共振杂化体,（错误）,39,共振稳定作用,不同的共振结构具有不同的稳定性，对真实分子（即共振杂化体）的贡献也不同；越稳定的共振结构对真实分子的贡献也越大，真实分子体现这些共振式性质的程度也越大；真实分子的能量低于任何一个共振式的能量。 共振结构中所含的共价键越多，分子越稳定。 共振结构中具有八隅体结构的原子越多，越稳定。 电荷分离将产生正、负电荷相对集中，稳定性降低。 键角和键长变形较大的共振式稳定性差。 参加共振的共振结构越多，分子越稳定。,vs,40,正确书写共振结构和共振杂化有助于理解分子结构的相对电子云密度，进而能进一步分析和理解分子在参与反应时的反应中心位置,吲哚,41,写出下列物种的共振结构式：,氯化氰 重氮甲
