有機化學-授課教案:第一章 緒論

課程名稱

有機化學

年級

2009

專業(yè)、層次

醫(yī)學本科

授課教師

職稱

課型

理論大課

學時

3

授課題目（章、節(jié))

第一章  緒論

基本教材及主要參考書

《有機化學》第七版  呂以仙主編  人民衛(wèi)生出版社，1-14頁

參考書：基礎有機化學  邢其毅主編   化學工業(yè)出版社

目的與要求：掌握共價鍵的形成——價鍵法（sp3、sp2、 sp雜化、σ鍵與π鍵)及其基本屬性。

   掌握共價鍵的斷鍵方式及有機反應中間體。

掌握有機化合物的酸堿概念。

   了解有機化學與醫(yī)學的關系；了解確定有機物結構的步驟和方法。

   理解分子軌道和共振結構

教學內容與時間安排、教學方法：

   1、有機化化合物和有機化學     10分鐘

   2、共價鍵   70分鐘

   3、分子的極性和分子間的作用力  20分鐘

   4、有機化合物的官能團和反應類型   20分鐘

   5、有機酸堿概念 10分鐘

6、確定有機化合物結構的步驟和方法  1分鐘

7、分子軌道和共振式 5分鐘

   8、小結 4分鐘

   教學方法：CAI  講授法、討論法，模型、動畫演示。

教學重點及如何突出重點、難點及如何突破難點：

教學重點：共價鍵的形成——價鍵法；共價鍵的斷鍵方式及有機反應中間體;共振式。

教學難點：雜化軌道理論；共振式。

根據已經學過的雜化軌道理論講解碳的三種雜化方式，重點強調三種雜化軌道的空間構型。

教研室審閱意見：

教研室主任簽名：

年   月 日

基本內容

教學手段

課堂設計和時間安排

§1   有機化合物和有機化學

一、有機化合物（organic compund)

1.1早期有機物的概念

1828 年，德國化學家 Wöhler 在合成氰酸銨時，得到了尿素。

1848年 ，Gmelin 提出，有機化合物（organic  compound )即含碳的化合物。

1874 年，德國化學家 Schörlemmer 提出，碳氫化合物及其衍生物，叫做有機化合物

1.2有機化合物現(xiàn)代定義

現(xiàn)代定義：有機化合物（organic compounds)就是含碳化合物。

強調:

(1)少數含碳化合物沒有通常有機物的共性,屬于無幾物,例如:CO、CO₂、H₂CO₃、碳酸鹽（RCO₃)、(CN)₂、HCN、HCNO、氫氰酸鹽（RCN)、氰酸鹽（RCNO)、二硫化碳、碳化鈣等等 .

有機物共性:難溶于水、熔點低、受熱易分解、容易燃燒、不易導電等。

(2)不含碳的有機物：SiH₄（硅烷);不含氫的有機物：CCl₄（四氯化碳)。 

二、有機化學（organic Chemistry)

有機化學:研究有機化合物的結構、性質、合成、反應機理及相互轉化規(guī)律的一門科學。 

三、有機化學與醫(yī)藥學的關系。

§2  共  價 鍵

一、價鍵理論

1．經典的共價鍵理論

美國物理學家路易斯—“八隅體學說”，經典的共價鍵理論。

經典共價鍵理論認為原子在結合成鍵時，有一種趨勢，即希望其外層電子結構成為類似惰性氣體的穩(wěn)定電子層結構，或滿足八電子，或滿足兩電子。為了達到這種穩(wěn)定的電子層結構，它們采取失去、獲得或共用電子的方式成鍵。

離子鍵：原子間通過電子轉移產生正、負離子兩者相互吸引所形成的化學鍵。

共價鍵：成鍵原子間通過共用電子對而 相互結合的

配位鍵：成鍵原子間共用的電子對由其中一個原子提供而相互結合的一類特殊共價鍵。

   2．現(xiàn)代的共價鍵理論

1927年W.H.海特勒和F.W.倫敦首次完成了氫分子中電子對鍵的量子力學近似處理，這是近代價鍵理論的基礎。L.C.鮑林等加以發(fā)展，引入雜化軌道概念，綜合成價鍵理論(valence-bond  theory)，成功地應用于雙原子分子和多原子分子的結構。

2.1價鍵理論基本要點：

（1)可配原理:具有自旋相反的單電子的原子相互接近時,自旋相反的單電子可以配對構成共價鍵。

（2)原子軌道最大重疊原理:成鍵電子的原子軌道重疊越多,兩個核間的電子云密度也越大,形成的共價鍵m.zxtf.net.cn/jianyan/越穩(wěn)定(兩核間正電荷的排斥降低,體系能量降低).

2.2共價鍵的特性：

（1)共價鍵的飽和性：  每個原子所形成共價鍵的數目取決于該原子中的單電子數。

價鍵數 = 單電子數

（2)共價鍵的方向性：共價鍵的形成在可能的范圍內一定按原子軌道最大重疊的方向，這就是共價鍵的方向性。

（３)有兩種成鍵類型

頭碰頭重疊（σ鍵)

肩并肩重疊（π鍵)

2.3 σ鍵和π鍵的比較

二、m.zxtf.net.cn/sanji/雜化軌道

根據電子配對法,碳原子只有2個單電子,只能形成2個共價鍵,且鍵角應為90度左右.事實上,有機化合物中的碳能形成4個共價鍵

1931年，美國化學家 Pauling提出 “ 雜化軌道理論 ” (hybrid   orbital   theory )。

能量相近的不同原子軌道，在化學反應中 ,   能量互相混合 ，重新組合成新的原子軌道的過程，叫做軌道的雜化。

重新組合成的新的原子軌道，叫做雜化軌道。

有機化化合物的骨架為碳鏈，因此，我們只討論碳的軌道的雜化。

碳原子的核外電子排布為：1s²2s²2p²

其成健電子在軌道上的具體的排布為：

這里有1個s軌道，3個p軌道，其雜化方式應有3種。具體為：

1、sp3 雜化軌道

2、sp2雜化軌道

3、sp雜化軌道

小   結

電負性：S > SP > sp2 > sp3  >P

三、共價鍵的性質

1、鍵長   2、鍵角   3、鍵能   4、共價鍵的極性

5、鍵的極化

　鍵的可極化性對分子的反應性能起重要作用。

C—X　鍵的極性：C—F ＞ C—Cl ＞ C—Br ＞ C—I
　　C—X　鍵的可極化性：C—I ＞ C—Br ＞ C—Cl ＞ C—F
　　C—X　鍵的化學活性：C—I ＞ C—Br ＞ C—Cl ＞ C—F
　　四、有機化合物結構的表示方法

4.1平面結構式的表示方法

包括分子的構造、構型和構象。

電子式：用電子對表示共價鍵, 比較直觀，但書寫比較麻煩。

價鍵式：把電子式中的一對共用電子對用一條“-”來表示。

結構簡式：把碳原子上所連接的相同原子進行合并，合并以后的個數寫在該原子的右下方；省略單鍵。比較常用。

骨(碳)架式:只把碳原子用短橫線連接起來

4.2立體結構式的表示方法

楔形式（透視式)傘形式

鋸架式

紐曼投影式 

Fisher投影式

§3 分 子間的作用力

1、極 性

當一個分子的正電荷中心和負電荷中心不能重合，即構成了一個偶極,這種分子為極性分子。分子的極性，通常用偶極矩來表示。鍵的偶極常用表示，箭頭所指方向從部分正電荷到部分負電荷。分子中正電荷中心或負電荷中心的電荷值（e)與正負電荷中心間的距離（d)的乘積，叫做分子的偶極矩（dipole  moment)用 µ 來表示：

  µ =  e  ×  d

偶極矩的單位為庫侖 • 米 。習慣上仍多用 D ( Debye,德拜 ),1D=3.336×10-³⁰C·m

1.1偶極矩的大小 ，標志著不同分子的極性強弱 。

1.2具有偶極矩的分子 ，叫做偶極分子，又叫極性分子 。偶極矩為零的分子 ，叫做非極性分子。

1.3在兩個以上原子組成的分子中，分子的極性是分子中每個鍵的極性的向量和。

2、分子間作用力

分子與分子之間的作用力包括：偶極—偶極力、氫鍵、 van del waals力等。它們重點影響化合物的物理性質，如:熔點、沸點、溶解度等，同時對化學性質也有一定的影響。

氫鍵

較小原子半徑、電負性強、有未共用電子對的原子可與氫原子形成氫鍵。常見的原子O,N,F

van del waals力

非極性分子瞬時偶極之間的作用力

§4   有機化合物的官能團和反應類型

1、官能團

決定有機化合物的種類和特性的原子或原子團 ，叫做官能團 或功能基(functional group) 。

一些常見的官能團見下表：

有機化合物的數量很多,在學習化合物的性質時,掌握某種官能團 的性質,就掌握了具有這種官能團 的所有化合物的共同性質,所以我們先掌握一類化合物的物理化學性質,然后再應用到典型化合物就可以了.

此書以官能團為基礎。

2、反應類型

2.1自由基反應

2.2離子型反應：親電反應，親核反應。

2.3協(xié)同反應

本教材只討論自由基反應和離子型反應。

1、自由基型反應

在共價鍵斷裂時，構成共價鍵的兩個電子，被每個碎片（原子或基團)各分享一個的斷裂方式稱均裂（homolysis)。這種帶有單電子的原子或基團，叫自由基或游離基（ free redical )。

自由基是反應中的一種活潑中間體，通過自由基進行的反應，叫做自由基反應（ reaction  of  free  redical   type ) 。

2、離子型反應

在共價鍵斷裂時，構成共價鍵的兩個電子，被一個碎片（原子或基團)所占有的斷裂方式稱異裂（heterolysis)。即原來成鍵的兩個原子，異裂之后，變成一個帶正電荷，另一個帶負電荷的兩種離子。這種由于異裂生成正負離子的反應，叫做離子型反應 (reaction  of  ionic  type )。

正碳離子（碳正離子) carbonium ion

負碳離子（碳負離子) carbanium ion

正碳離子能與負離子或Lewis堿進行反應，這種由親核試劑進攻正碳離子的反應稱親核反應（nuclophilic reaction)。

負碳離子能與正離子或Lewis酸進行反應，這種由親電試劑進攻負碳離子的反應稱親電反應（eletrophilic reaction)。

正碳離子、負碳離子、游離基都是非常不穩(wěn)定的中間體。

§5   有機酸堿概念

在有機反應中 ，應用最多的是 Brønsted的酸堿質子理論和 Lewis的酸堿電子理論。

（一) Brønsted酸堿質子理論

1、酸堿的定義：

凡是能給出質子（ H+)的物質都是酸；凡是能獲得質子的物質都是堿。

也就是說，酸是質子的給予體；堿是質子的接受體。

酸堿可為分子、陰陽離子。無鹽的概念。

2、 化合物的酸堿性強度的表示：

酸用其在水中的離解常數Ka 或其負對數 pKa來表示。Ka值越大或 pKa 越小，酸性越強。

堿用堿在水中的離解常數 Kb 或其負對數pKb 來表示， Kb 值越大或 pKb越小，堿性越強。

酸堿質子理論，體現(xiàn)了酸和堿相互轉化和相互依存的關系：酸給出質子后，產生的酸根為原來酸的共軛堿。酸越強，其共軛堿越弱；同理，堿越強，其共軛酸越弱。

如何判斷化合物的酸性強弱？

主要取決于化合物離解出H+后的負離子穩(wěn)定性。負離子越穩(wěn)定則原來的化合物酸性越強。

負離子的穩(wěn)定性與中心原子的電負性、原子半徑的大小、與其相連的原子團的結構以及溶劑等因素有關。

3、質子理論的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：擴大了酸堿的范圍，將酸堿性質與溶劑性質聯(lián)

   系起來。

缺點：把酸堿只限于質子的放出和接受，故物質必有

   氫，對無氫的物質不能解釋。

（二)（Lewis)酸堿電子理論

1、酸堿的定義：

凡能獲得電子對的物質，叫做酸。

凡能提供電子對的物質，叫做堿。

也就是說 ，酸是電子對的接受體；堿是電子對的給予體。

常見的lewis酸：

質子酸：H⁺、HCl、H²SO⁴……

具有可以接受電子對的空軌道的分子：BF₃、AlCl₃、SnCl₄、ZnCl₂、FeCl₃……

正離子：Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺……

常見的lewis堿:

陰離子：HO^-、CH₃O^-、Cl^-、……

中性具有未共用電子對的分子：H₂O、R₂O、RNH₂……

具有π電子的不飽和烴和芳烴。

2、酸堿反應：

可見，酸可與具有孤對電子的物質成鍵，所以酸常作親電試劑。相反，堿常作親核試劑。

§6   確定有機化合物的結構的步驟與方法

一、分離純化

（一) 結晶

（二) 蒸餾

常壓蒸餾 ，減壓蒸餾 ，分餾

（三) 抽提及色譜法

1、萃取

2、色譜法

薄層層析，紙層析，柱層析，氣相色譜，高效液相色譜

二、分析

  (一)  元素分析：確定實驗式

(二) 測定分子量：確定分子式

(三) 波譜分析：確定結構式

紅外光譜；核磁共振；質譜； 紫外光譜 ；X-衍射

§7   分子軌道與共振結構

一、分子軌道

（一)問題的提出

（二)分子軌道定義

描述分子中單個電子運動狀態(tài)的波函數（ Ψ )叫做分子軌道．

（三)分子軌道理論（molecular orbital theory )要點

原子軌道組成成鍵分子軌道時必須遵循的三原則：

（1)最大重疊原則

（2)能量相近原則 

（3)對稱性匹配原則

二、共振結構

1、共振結構的提出

2、共振結構表示法

3.共振結構式的書寫原則 

4.共振式和共振雜化體的穩(wěn)定性

討論

講授

動畫、

分子模型

講授

練習

自學

講授

動畫、模型

模型

講解

講解

設問

自學

（★－重點，☆－難點)

10分鐘

設問：有機化學？

引出：有機化合物概念

40MIN

復習中學的離子鍵、共價鍵概念，提出經典共價鍵理論

由經典共價鍵理論的局限性引出現(xiàn)代價鍵理論（VB法)

強調：σ鍵與π鍵的特點。

由有機物的碳形成4個共價鍵，鍵角不是90度的事實引出雜化軌道理論

★☆通過動畫講解sp3、sp2、 sp雜化過程，★用模型強化sp3、sp2、 sp雜化軌道空間構型

第一節(jié)課完

強調鍵能和離解能的區(qū)別

★強調鍵的極性和極化的區(qū)別。鍵的可極化性與反應活性的關系

32分鐘

略講

20MIN

★☆分子極性概念。

★氫鍵的形成

第二節(jié)課完

10MIN

略講

★反應類型及反應中間體

祥講

1

★正碳離子、負碳離子的空間構型

10分鐘

設問:什么是酸,堿?

引出:兩種酸堿理論

強調:兩種理論的異同

★讓學生認識常見Lewis酸堿

1MIN

 ★☆教會書寫共振式

小

結

1、有機化學與醫(yī)學的關系。

2、有機化學的基本知識——價鍵理論、結構式表示、酸堿理論、反應類型和中間體,共振式。

   4分鐘

（第三節(jié)課完)―――――

復

習

思

考

題

、

作

業(yè)

題

1、總結碳的三種雜化方式。

2、比較自由基反應和離子型反應。

3、σ鍵與π鍵的關系。

4、習題：1-4、1-5、1-6、1-7、1-8。

下

次

課

預

習

要

點

預習第二章：烷烴

1、碳的類型。

2、烷烴的命名。

3、烷烴的構象異構

4、烷烴的鹵代反應機制

實

施

情

況

及

分

析