有机化学教案上.doc
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1、时间 月 日 课 第一章 绪 论(4课时)星期 题 教 学 目 标1. 有机化合物及有机化学。2. 有机化合物构造式的表示方法。3. 共价键的基本属性。 4. 共价键的断键方式及有机反应中间体。 教 学 重 点共价键理论及其在有机化学上的应用;教 学难 点共价键理论及其在有机化学上的应用;课 型 专业基础课 教学媒体 多媒体 教 法选 择 互动启发式教学法 教 学 过 程板书要点第一章 绪 论第一节 有机化学的研究对象一. 有机化合物和有机化学的涵义有机化合物和有机化学的涵义1.有机化学(Organic Chemistry)有机化学:是一门研究有机化合物的化学2.有机化合物(Organic C
2、ompounds)早期:1806年瑞典贝采利乌斯(Berzeliuus J.)有机化学:植物物质及动物物质的化学,或是生命力影响下所制成的物质的化学即来自有机体的化合物称为“有生机之物”。中期: 1848年德葛美林(Gmelin L.) 德凯库勒(Kekl F A.): 投 影 此表2学时填写一份,“教学过程”栏不足者可附页有机化合物:含碳化合物(除CO、CO2、碳酸及其盐、金属氰化物及氰酸盐等)后期:德肖莱马(Schorlemmer C.):有机化合物是碳氢化合物(烃)及其衍生物有生机之物 碳化合物 烃和烃的衍生物二.有机化学的产生和发展1.建立时期(18世纪末19世纪中叶)这一时期的特点:
3、主要工作是从天然物中提取纯的有机化物,积累实验资料建立分析方法,分析有机化合物的化学组成最显著的人瑞典药剂师舍勒(Scheele S.W.)1769年:葡萄汁 酒石酸 1773年:尿液 尿素1776年:植物汁 草酸 1780年:酸牛奶 乳酸1783年:橄榄油 甘油 1784年:柠檬 柠檬酸1785年:苹果 苹果酸 1786年:五味子 没食子酸其他化学家的主要工作:1773年:牛和骆驼尿 马尿酸 1805年:鸦片 吗啡1815年:动物脂肪 胆固醇 1820年之后 金鸡呐碱、番木鳖碱 、辛可宁碱等分析方法的建立:1781年:法拉瓦锡(Lavoisier)有机定性分析的奠基人 植物物质主要由C、H、
4、O 三种元素组成 动物物质则主要C、H、O、N四种元素组成1814年:瑞典贝采利乌斯(Berzelius L.)有机定量分析的奠基人 创立了C.H.O的定量分析法1831年:德李比息(Libig J.)建立了完善的有机分析方法,对有机化合物中的元素分析可以得到精确的结果19世纪中叶,随着实验资料的积累、分析方法的建立,有机化学形成了自己的体系,成为一门科学有机合成的发展与“生命力”论的破产1806年:贝采利乌斯(Berzilius L.)提出有机物,并寓意有生机之物1828年:德维 勒(Whler F)加热氰酸铵得到尿素1845年:柯尔贝(Kolbe H)合成了醋酸1854年:贝洛特(Bert
5、helot P E M)合成了油脂2.发展时期(19世纪中 20世纪30年代)这一时期的特点:对有机化合物进行理论的研究,建立经典的结构理论代表人物1857年:德凯库勒(KeKl F A. )英库帕(Couper A S) 提出碳原子的四价以及碳原子之间结合成链的概念有机结构理论基础1874年:荷兰Vant Hoff,j H 法勒.贝尔Le Bel j A提出碳原子正四面体概念,开创了有机化合物的立体学说1917年: 英Lewis用电子对说明化学键、费歇尔(Fischer E)确定了许多碳水化合物的结构、从蛋白水解产物分离氨基酸 -开创了研究产然产物新时代1931年:量子化学解决不饱和化合物和
6、芳烃的结构3、近代有机化学(1926年以后)经典的结构理论与量子力学相结合,及先进的物理方法手段引入之后发展起来的有机化学过去的有机化学:实验现象的记录,实验经验的积累即“经验 技巧”的一门艺术现在的有机化学:构思巧妙、逻辑严密、理论严格,比较成熟的近代科学(1)这一时期特点:理论比较严格,手段比较先进(2)这一时期的“四个新”新有机化合物和新有机反应层出不穷当年有机物数量 年增加量1900年: 15万1945年:110万 (2.1万) 1961年:175 (4万)1972年:400万 (20万) 1984年:近800万 (33万)1990年:1057.6万 (42万) 2000年:2343万
7、 (128万)部分重要合成1960年:美伍德(Woodward)合成了VB121965年:我国化学家合成了结晶牛胰岛素1970年:美国化学家合成了人生长激素1981年:我国合成了酵丙氨酸转移核糖核酸1985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新理论、新概念日新月异1965年:美Woodward和Hoffmann 提出“分子轨道对称守恒原理”20世纪80年代初:美赫尔顿(Herndon)提出“结构共振论,使得鲍林的共振论得以定量化发现的新活性中间体有阳离子自由基、阴离子自由基、叶立德、卡宾、苯炔等新方法新技术不断发展新合成方法:光合
8、成、电合成、超声波合成、微波合成等、计算机设计合成新的实验测试手段日益更新最常用的测定手段:NMR、IR、UV、MS、顺磁共振、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、扫描隧道显微镜等21世纪有机化学将在:v 有机合成化学“绿色合成” 、尤其是有独特功能或天然产物的合成研究。v 天然产物化学重点是开展中草药药效的研究和海洋生物资源的研发。v 农药化学着重研究生物调控剂、仿生化学农药和植物防御、免疫激活剂,以及“绿色农药”等。v 有机新材料化学。v 有机化学研究正在进入一个富有发展活力的新阶段有机化学发展中的两个事例:富勒烯 Fullerenes 1985年,科学家英国
9、的克罗托和美国斯莫利等意外地发现了碳的第三种同素异形体 C60 。碳原子之间相互键联,形成一个由12个正五边形和20个正六边形组成的闭合系统。 C60的发现将开辟有机化学的新纪元。海葵毒素 ( C145H264N4O78)1989年,Kishi经8年的努力,由24位研究生和博士后完成了全合成。 海葵毒素是由海洋生物中分离得到的一个最复杂的天然有机物,也是目前最毒的化合物(LD50 0.4g/kg,为河豚毒素的25倍)。有24个手性中心,可能存在271个异构体。这一复杂立体专一的合成显示了有机合成界当今所具有的非凡的能力。三、有机化学的任务与作用任务:发现和研究自然界存在的化合物,了解其结构和性
10、能,总结规律,合成与天然化合物结构完全相同或类似但性能更好的化合物作用:建立一个更加丰富的物质世界,丰富、美化人们的生活有机化学与人类健康合成药物30年代中后期肺炎、脑膜炎、败血症等抗癌药物紫杉醇2/3以上开发中的药物为手性药物,市场上40%的手性药物为单一异构体2002年全球手性药物市场1590亿美元有机化学与材料聚烯烃: 2002年世界产量:8800万吨2003年中国产量:839.8万吨, 市场消费1579.8万吨聚乙烯: 2002年世界产量: 5000万吨2002年中国产量: 354万吨, 市场消费809.5万吨中国聚乙烯消费量:3.4千克/人,年世界聚乙烯人均消费量:6.2千克/人,年
11、四、有机化合物的特点1组成和结构特点 种类多、数目大(已有两千多万种),但组成元素少 (C,H, O,N ,P, S,X等)原因:1)C原子相互结合力强 2)结合方式多样(单键、双键、三键、链状、环状) 3)同分异构现象 (构造异构、构型异构、构象异构)2熔点低、热稳定性差易燃烧有机物的熔点(m.p)一般小于400,沸点 (b.p.) 较低,易挥发3绝大多数难溶于水 有机物多数都不溶于极性溶剂中,而有强极性基团的在水中溶解度较大4、反应速度慢、副反应多产物复杂有机反应一般是非离子反应,常伴有副反应、产生的混合物复杂,主要的反应产率低第二节 共价键的一些基本概念1、共价键理论(1)价键理论(以价
12、电子定域为出发点、着眼于价电子仅限于成键的两原子核之间运动(a)共价键的定域性 自旋反平行的两个电子,属成键原子共同所 有。电子对在两核之间出现的几率最大(b)共价键的饱和性每个原子成键的总数,由原子的成单电子数决定 c)共价键的方向性 原子轨道沿一定方向重叠时,重叠度最大(2)分子轨道理论(共价电子离域为出发点)1)分子轨道是电子在分子中运动的状态函数.由几个原子轨道可组合成几个分子轨道 比原来原子轨道能量低的叫成键轨道;比原来原子轨道能量高的叫反键轨道y1 = c1 j 1 + c2 j2 y1 = c1 j 1 c2 j2y :分子轨道函数 j:原子轨道函数 c:系数,波的振幅,有大小及
13、正负之分,反映原子轨道在形成分子轨道时贡献的大小2)分子轨道由原子轨道线性组合而成,并遵守 a.能量相近 b.电子云最大重叠 c.对称性匹配等三原则3)电子在分子轨道中排列遵守能量最低原理、保里(Pauli)原理和洪特规则2、共价键的参数键长:成键原子引力、斥力作用平衡后原子核间的平均距离一定的化学键键长是一定的同一类型化学键的键长在不同化合物 中稍有差别键角:共价键对称轴的间夹角,反映分子的结构键能:对于双原子分子由气态原子生成气态分子放出的能量或由气态分子打开共价键生成气态原子所需要能量多原子分子指同类型共价键离解能的平均值键的极性:由于两原子的电负性不同而使共价键的一端带正电荷,另一端带
14、负电荷,这种共价键叫做极性共价键共价键的极性用偶极矩表示=q . d 单位D( 德拜Debye )q:正或负电荷中心的电量 d:正负电荷中心之间的距离偶极矩有方向通常由正指向负,用表示,分子的偶极矩是各个共价键偶极矩的向量和3、共价键断裂方式和有机反应类型共价键断裂方式: 均裂:成键的一对电子平均分给两个原子或原子团,生成两个中性自由基。反应称为均裂型反应或自由基型反应自由基(游离基):带单电子的原子或原子团异裂:成键的一对电子在断裂时给某一原子或原子团,生成正或负离子,此反应称为异裂反应, 也叫离子反应自由基、碳正离子和碳负离子是反应过程中的中间体在生成的瞬间就参与反应离子型反应亲电试剂:反
15、应中接受电子或共用电子的试剂亲电反应:由亲电试剂进攻而引发的反应亲核试剂:反应中提供电子而进攻反应物中带部分正电荷的碳原子的试剂亲核反应:由亲核试剂进攻而引发的反应 第三节 研究有机化合物的一般过程1、分离提纯2、纯度的检定3、实验式和分子式的确定 钠熔法确定元素组成,定量分析元素比例计算得到实验式实验式:表示分子中各元素原子相对数目的最简单式子4、结构的确定 化学或物理方法(紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱、质谱等)分子结构包括构造、构象和构型,分子构造是指分子中原子的连接顺序如:甲烷第四节 有机化合物的分类一、按碳架分类:开链化合物(脂肪族化合物):碳和碳相互结合成开链而非环状其中包括:烷烃
16、、烯烃、炔烃等 碳环化合物(环状化合物)脂环族化合物:碳碳连接成环,环内可有双键、叁键,性质与脂肪族化合物相似芳香族化合物: 分子中含有一个或多个由碳原子组成的在同一平面内的闭环共轭体系,如苯环等3)杂环化合物:由碳原子与杂原子(氧、硫和氮)形成环状结构且具有芳香性的化合物例如二、按官能团分类官能团:具有不同性质的原子或基团称为官能团 烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、醌、羧酸及其衍生物、胺、硝基化合物、偶氮化合物、糖类、氨基酸和蛋白质时间 月 日 课 第二章 烷 烃星期 题 教 学 目 标掌握烷烃的同分异构现象、分类及命名熟悉烷烃的结构和构象掌握烷烃的化学性质和物理性质 掌握烷烃
17、的自由基取代反应历程了解重要烷烃的来源和用途 教 学 重 点烷烃的同分异构现象、命名,烷烃的化学性质教 学难 点烷烃的自由基取代反应历程课 型 专业基础课 教学媒体 多媒体教 法选 择 互动启发式教学法 教 学 过 程板书要点第二章 烷 烃烃(碳氢化合物)由碳氢两元素形成的有机物饱和烃 开链烃烷 环 烃环烷开链不饱和烃烯烃和炔烃烃 不饱和烃环状不饱和烃环烯和环炔芳香烃 苯开链饱和烃叫烷烃特征:C与C以单键相连,其余碳原子均被氢原子所饱和通式为:CnH2n+2 投 影 此表2学时填写一份,“教学过程”栏不足者可附页第一节 烷烃的同系列和同分异构现象一、烷烃的同系列1、同系列:有一个通式、结构相似
18、、化学性质也相似、物理性质随碳原子的增加而有规律性变化的一系列化合物叫同系列,同系列中的化合物互称为同系物。2、系列差:相邻同系物相差的CH2叫系列差 二、烷烃的同分异构现象1、同分异构(构造异构、构型异构和构象异构)构造异构:分子式相同而构造不同的异构体(分子中原子的连接顺序不同)互称为构造异构体2、碳链(架)异构 由于碳原子的连接顺序不同而引起的异构3.书写烷烃构造异构体的要点:(以庚烷为例) 写出此烷烃的最长直链式再写出少一个C原子的直链,另一个C作为取代基再写少二个C原子的直链,另二个C作为取代基(甲基或乙基)类推,再写少三个C原子的直链不重复的只能写出9个构造式、简式、碳干式和键线式
19、三、伯、仲、叔、季碳和伯、仲、叔氢伯碳:(第一碳)用1O表示与一个C原子直接相连仲碳:(第二碳)用2O表示与二个C原子直接相连叔碳:(第三碳)用3O表示与三个C原子直接相连季碳:(第四碳)用4O表示与四个C原子直接相连伯仲叔碳原子上连接的氢原子分别称为伯氢、仲氢和叔氢,分别表示为1O H、2O H和3O H第二节 烷烃的命名法一、普通命名法1、烷烃名称称为“某烷”英文名词尾-nae2、碳原子数小于10用“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”来表示、碳原子数大于10则以“十一、十二、十三”等汉字来表示例如: CH3-CH3 乙 烷 CH3(CH2)10CH3 十二烷3、同分异构体常用一些词头
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