有机化学认识基团.pptx
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1、organic chemistry,有机化学,目录,1.概论2.烷烃3.烯烃4.脂环烃5.芳香烃6.杂环化合物,第一章,绪论,为什么有机物的数量比无机物多这么多?,有机化学碳化合物的化学,凭什么一个C就能成为一门独立学科?,1、与人类关系密切2、数量众多3、性质特点不同于无机物,有机物上千万种无机物几百万种每年新增有机物几千种,有机物结构繁杂!,结构,学习有机化学的方法,理解的基础上记忆的必要性;在有机化学中,涉及到大量的化合物的结构特性、理化性质以及各化合物之间的关联,很难想象,如果不花时间去记忆的话,是很难取得好成绩的。掌握结构的特点;从结构上理解化合物的反应性就容易记住;掌握一般规律,也
2、要记一些重要的特殊性质;勤学好问;很高兴总有能问问题的人。如果一个人学了一本有机化学觉得没什么好问的话,有两种可能,要么是天才,要么就是没有用心的学。但很多人问的问题其实课本中就有答案,为什么找不到?看书太马虎(希望带着问题精研教材)。独立完成习题的重要性;很多人抱怨,知识点能记得,也能理解,但遇到题目就不会,或者是题目讲的时候都知道,就自己做不出。这就是缺乏习题训练的结果。,1.1 有机化合物及有机化学的涵义,一、有机化合物,有机化合物中除C、H以外,还含有O、N、S、P、卤素等少数几种元素。,含碳的化合物(除CO、CO2、CS2、HCN、碳酸盐等):,1828年,维勒由氰酸铵(典型无机物)
3、制成尿素(典型有机物),柠檬酸 苹果酸,碳氢化合物(烃 hydrocarbons)及其衍生物(derivative),分子式的表示方法简介,短线构造式:,CH3CH2CH2CH3,构造简式:,键线式(Bond-line formula):,CH3-CH2-CH2-CH3,注意扩展表示,CH3(CH2)2CH3,构造式分子中原子的连接方式和次序。,分子式的表示方法简介,楔形图:表示立体效果,锯架式:用于表示构象,重叠式,交叉式,键的可极化性电子云受外来电场影响而变形的特性,电子云的流动性对动态反应性能影响更大,键的极化只在反应是时候体现!与键的极性概念不同!,1.2、元素的电负性与键的极性,1.
4、3 有机物的分类 p11,2)碳环化合物:完全由碳原子组成的碳环结构的化合物,一、按碳架分类,1)开链化合物(脂肪族化合物:碳原子相互连接成链状),A、脂环族化合物:性质与脂肪族化合物相似,桥环烃,环己烷 环己烯,3)杂环化合物:碳原子和其它原子(O、S、N)组成环,B、芳香族化合物(同平面环闭共轭体系),喹ku啉,呋喃,噻吩,吡啶,嘌呤,咪唑,萘,共轭体系:单双键交替的体系,四氢呋喃,稠环,上述分类不能反映各类化合物的性质特征,脂环,芳环,课堂练习,以下化合物按碳骨架分属于哪一类?,以上分类只是从有机物母体(或碳干)形式分,并不反映其性质,实际也不反映其结构本质。,二、按官能团分类 P13,
5、官能团:能赋予有机化合物某些特性、易起化学反应的原子或原子团,称为官能团;含有相同官能团的化合物往往具有相似的性质,可归为一类,反应性质主要由官能团决定!,透彻了解各种官能团的特性,是识别有机化合物和学好有机化学课程的关键!,无,(碳碳双键),CC(碳碳三键),X(卤素),OH(羟基),ROR(醚键),CHO(醛基),C=O(羰基),COOH(羧基),COOR(酯基),乙酸,CH3-COOH,羧基,-COOH,羧酸,丙酮,CH3COCH3,羰基,C=O,醛和酮,乙醇,C2H5-OH,羟基,-OH,醇和酚,溴乙烷,C2H5-Br,卤素,-X(F,Cl,Br,I),卤代烃,乙炔,H-C三C-H,三
6、键,-C三C-,炔烃,乙烯,H2C=CH2,双键,C=C,烯烃,实 例,官能团名称,官能团式子,化合物类别,二、按官能团分类,官能团:能赋予有机化合物某些特性、易起化学反应的原子或原子团,称为官能团;含有相同官能团的化合物往往具有相似的性质,可归为一类,乙胺,C2H5NH2,氨基,-NH2,胺,按官能团分类,有机化学学什么?怎么学?,化学性质,命名,结构,写出,写出,系统命名,平面结构和立体结构,说明,推测,反应历程,合成,鉴别,官能团,典型化合物举例,苯磺酸,硝基苯,苯胺,酰氯,酸酐,酯,酰胺,氯原子,酰氧基,烷氧基,氨基,吡啶,苯,芳香环,1.4 有机化合物的特点,一、有机化合物结构的特点
7、,1、分子组成复杂,数量大,有机化合物组成元素少,但是数量远远超过了无机化合物的数量,并且结构复杂。,同分异构体:具有相同的分子式,结构和性质不同的化合物。,同分异构现象:具有同分异构体这种现象。,例如:C5H12,10C:75种,20C:366,319种,又如C2H6O,有乙醇C2H5OH、甲醚CH3OCH3两种分子,无机化合物:一般一个分子式只代表一个化合物,如:H2SO4 只代表硫酸。,构象,构造,分子结构,立体异构体,分子中原子的连接顺序和方式,分子中,仅因围绕-单键旋转而产生的原子或原子团在空间的不同排列形象,同分异构体:具有相同分子式,结构和性质不同的化合物,构型,分子中的各原子或
8、原子团在空间的排列方式,有机化合物的分子结构包括三个层次:即构造、构型、构象。,确定一个有机物的结构:构造构型构象!,碳架异构体:因碳架不同而引起的异构体,如:,位置异构体:由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构体,如:,官能团异构体:由于分子中官能团不同而产生的异构体。,构造异构体:原子间连接顺序和方式不同而引起的异构体,C3H6O:丙醛 丙酮,C6H12:,互变异构:分子式相同的两种构造式可以迅速互变平衡的现象.烯醇式(-OH在双键C原子上)与酮式互变,构造异构体:原子间连接顺序和方式不同而引起的异构体,20%,80%,不稳定,很少,互变异构是一种动态异构,构型异构体:构造相同,原
9、子在空间排列方式不同,顺反异构:因双键和环使键转动受限制引起的同分异构,对映异构:两分子互为镜像但不能重叠,手性分子,有旋光性,如糖的结构,构象异构体:,构造、构型相同,仅因-单键的旋转使原子在空间排列方式不同,碳架(链)异构体官能团异构体官能团位置异构体互变异构体,构型异构体构象异构体:,顺反异构体对映异构体(旋光异构),构造异构体,同分异构体,立体异构体,(原子的连接顺序和方式不同),(构造相同的分子,原子在空间的排列方式不同),仅因-单键的旋转,同分异构体:具有相同分子式,结构和性质不同的化合物,确定一个有机物的结构:构造构型构象!,确定一个有机物的结构:构造构型构象!,DNA的螺旋链,
10、1)价键理论的要点:,共价键的饱和性:原子的价键数=原子未成对电子的数目;,共价键的方向性(最大重叠原理):共价键键能与原子轨道重叠程度成正比。,键电子云集中于两原子核的连线上,呈圆柱形分布,可绕键轴自由旋转,键电子云分布在键所在平面的上下两方,不能绕键轴自由旋转,1.5、价键理论回顾,有机化合物中碳原子 C 以三种杂化轨道参与成键:sp3、sp2、sp杂化。中心原子的杂化轨道不同,分子的空间构型也不同。,C:2s22p2,甲烷CH4的形成,2)、杂化轨道理论,sp3,乙烯的生成,sp2,乙烷的生成,p轨道,2)、杂化轨道理论,苯分子的形成,sp,p,p,乙炔的生成,2)、杂化轨道理论,离域键
11、或称共轭体系,键能与键长比较,552 kJ/mol,835 kJ/mol,376 kJ/mol,420 kJ/mol,611 kJ/mol,444 kJ/mol,1.09,1.6 有机化学中的酸和碱,1.6.1 Bronsted(布郎斯特)酸碱质子理论,定义:酸:给出质子的分子或离子 碱:接受质子的分子或离子,两性电解质(两性物)既能给出质子,又能接受质子的分子或离子,称为“两性电解质”,简称“两性物”。,酸碱共轭关系:,共轭酸碱对(只差一个质子!):,酸 H+碱,注意:1)H+本身既不是酸也不是碱,它是酸碱之间传递的物质.2)酸越强,其共轭碱越弱;碱越强,其共轭酸越弱。,Lewis酸:具有空
12、轨道原子的分子或正离子,Lewis 碱:具有未共用电子对原子的分子或负离子,1.6.2 Lewis 酸碱理论,Lewis 酸(Lewis acids):能够接受未共用电子对的分子或离子Lewis 碱(Lewis bases):能够给出电子对的分子或离子,A+:B=A:B(路易斯酸碱加合物),例如:乙醇可看成酸(CH3CH2+)和碱(OH-)的配合物,H+、Fe3+、Ag+、Li+、Mg2+、R+(碳正离子)、,具有强极性双键的分子,如羰基:,路易斯酸碱理论,加合物1,加合物2,较稳定,Lewis碱1,较强,Lewis碱2,较弱,注意:路易斯碱包括质子碱,但路易斯酸却并不总是与质子酸一致!,更多
13、关于路易斯酸碱的知识参见:无机化学专论李大成等编著;高等无机化学关鲁雄主编,从有机反应的角度来说,路易斯酸具有亲近另一分子负电荷中心的倾向,故叫做“亲电试剂”;相应的路易斯碱叫“亲核试剂”。,-,+,:,:,:,烷烃的系统命名法;同系列和同分异构体的概念和书写方法;烷烃构象的表示和书写方法;,烃,链烃,环烃,饱和烃,不饱和烃,脂环烃,芳香烃,CH3CH3,CH2CH2,CH CH,烃分类,烃:有机化合物中只含有碳氢两种元素,统称为碳氢化合物,简称为烃。,“烃”是取碳中之“火”、氢中之“”组合而成,代表碳氢化合物。,吡啶,衍生物,2.1 烷烃的系统命名法,一、烷烃的同分异构体,1、烷烃的同系列、
14、同系物,通式CnH2n+2,同系列:具有一个通式,结构相似,性质相似 的化合物系列。同系物:同系列中的各个化合物互称同系物。系列差:CH2称为同系列的系列差,也称系差。,在判断两个化合物是否为同系物时,最重要的因素是要考虑它们的结构而不是分子式。例如:CH3CHO(C2H4O)乙醛,CH3COCH3(C3H6O)丙酮,CH3CH2CH2CHO(C4H8O)丁醛,虽然通式均为CnH2nO,但并不都是同系物。,非同系物,构造式:,构造简式:,键线式:,3、写出烷烃的同分异构体,例1:C6H14,2、构造式的书写方法,构造:分子中原子互相连接的方式和顺序。,例2:C7H16,方法:逐步减碳法,同分异
15、构体:9个,按照所连接的碳原子的数目,可分为四类:,4、碳、氢原子的分类,1,2,3,4,1,连有二个碳原子称为仲(20)碳原子,所连的氢原子仲(20)氢原子;,连有三个碳原子称为叔(30)碳原子,所连的氢原子叔(30)氢原子;,连有四个碳原子称为季(40)碳原子。,连有一个碳原子称为伯(10)碳原子,所连的氢原子伯(10)氢原子;,CH4?,二、烷烃的命名,1、习惯命名法(普通命名法),以分子中所含碳原子的数目,用“天干”:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和大写数字十一、十二、二十等命名的。,丁烷,十二烷,庚烷,二十烷,碳链异构体可以在名称前加形容词正、异、新来表示。,正戊烷(n),异
16、戊烷(i),新戊烷(neo),新己烷,正:直链化合物;异:由链端开始第二个碳上连有一个甲基;新:由链端开始第二个碳上连有两个甲基。,适用范围:7C以下,2、烷基的命名,一个化合物从形式上去掉一个或几个H原子后剩余的部分称为“基”;,一个化合物分子去掉一个H 原子后得到的基团为一价基;命名时称为“某基”,如,1)一价基:,甲基(Me),乙基(Et),丙基(Pr),丁基(Bu),异丙基(i-Pr),正丙基(n-Pr),正丁基(n-Bu),仲丁基(Sec-Bu):去仲氢,异丁基(i-Bu),叔丁基(t-Bu):去叔氢,2)二价基:,亚甲基,3)三价基:,次甲基,3、衍生物命名法,以甲烷为母体,其它部
17、分都作为取代基来命名.(一般总是选连有烷基最多的碳原子作为甲烷的碳原子),四甲基甲烷,二甲基正丙基异丙基甲烷,4、系统命名法(某烷),系统命名法由母体名称、取代基的位次和取代基名称。,1)主链选择(母体):选择一个最长的碳链为主链(母体),其它的支链,作为取代基。,具体命名法则:,注:直链不一定是主链!,当几条碳链等长时,则选择取代基最多的为主链。,烷烃没有官能团,最长链即为母体!,2 1,2)主链编号:主链编号遵循最低系列(最早碰面)原则,从最靠近取代基一端开始,取代基位次最小。,1 2 3 4 5 6,3 4 5,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5 6 7 8,当几条碳链等长时,则选择
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