有機(jī)化學(xué)-授課教案:第一章 緒論

課程名稱

有機(jī)化學(xué)

年級

2009

專業(yè)、層次

醫(yī)學(xué)本科

授課教師

職稱

課型

理論大課

學(xué)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(jī)化學(xué)》第七版  呂以仙主編  人民衛(wèi)生出版社，1-14頁

參考書：基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)  邢其毅主編   化學(xué)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(jī)反應(yīng)中間體。

掌握有機(jī)化合物的酸堿概念。

   了解有機(jī)化學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系；了解確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的步驟和方法。

   理解分子軌道和共振結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容與時間安排、教學(xué)方法：

   1、有機(jī)化化合物和有機(jī)化學(xué)     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(jī)化合物的官能團(tuán)和反應(yīng)類型   20分鐘

   5、有機(jī)酸堿概念 10分鐘

6、確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的步驟和方法  1分鐘

7、分子軌道和共振式 5分鐘

   8、小結(jié) 4分鐘

   教學(xué)方法：CAI  講授法、討論法，模型、動畫演示。

教學(xué)重點(diǎn)及如何突出重點(diǎn)、難點(diǎn)及如何突破難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn)：共價鍵的形成——價鍵法；共價鍵的斷鍵方式及有機(jī)反應(yīng)中間體;共振式。

教學(xué)難點(diǎn)：雜化軌道理論；共振式。

根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的雜化軌道理論講解碳的三種雜化方式，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)三種雜化軌道的空間構(gòu)型。

教研室審閱意見：

教研室主任簽名：

年   月 日

基本內(nèi)容

教學(xué)手段

課堂設(shè)計和時間安排

§1   有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)

一、有機(jī)化合物（organic compund)

1.1早期有機(jī)物的概念

1828 年，德國化學(xué)家 Wöhler 在合成氰酸銨時，得到了尿素。

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

1874 年，德國化學(xué)家 Schörlemmer 提出，碳?xì)浠�合物及其衍生物，叫做有機(jī)化合物

1.2有機(jī)化合物現(xiàn)代定義

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

強(qiáng)調(diào):

(1)少數(shù)含碳化合物沒有通常有機(jī)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(jī)物共性:難溶于水、熔點(diǎn)低、受熱易分解、容易燃燒、不易導(dǎo)電等。

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

二、有機(jī)化學(xué)（organic Chemistry)

有機(jī)化學(xué):研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成、反應(yīng)機(jī)理及相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的一門科學(xué)。 

三、有機(jī)化學(xué)與醫(yī)藥學(xué)的關(guān)系。

§2  共  價 鍵

一、價鍵理論

1．經(jīng)典的共價鍵理論

美國物理學(xué)家路易斯—“八隅體學(xué)說”，經(jīng)典的共價鍵理論。

經(jīng)典共價鍵理論認(rèn)為原子在結(jié)合成鍵時，有一種趨勢，即希望其外層電子結(jié)構(gòu)成為類似惰性氣體的穩(wěn)定電子層結(jié)構(gòu)，或滿足八電子，或滿足兩電子。為了達(dá)到這種穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)移產(chǎn)生正、負(fù)離子兩者相互吸引所形成的化學(xué)鍵。

共價鍵：成鍵原子間通過共用電子對而 相互結(jié)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(jié)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(xué)近似處理，這是近代價鍵理論的基礎(chǔ)。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(yīng)用于雙原子分子和多原子分子的結(jié)構(gòu)。

2.1價鍵理論基本要點(diǎn)：

（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(gòu)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52667788.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(shù)目取決于該原子中的單電子數(shù)。

價鍵數(shù) = 單電子數(shù)

（2)共價鍵的方向性：共價鍵的形成在可能的范圍內(nèi)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、52667788.cn/sanji/雜化軌道

根據(jù)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(yīng)為90度左右.事實(shí)上,有機(jī)化合物中的碳能形成4個共價鍵

1931年，美國化學(xué)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(xué)反應(yīng)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(jī)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(yīng)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(jié)

電負(fù)性：S > SP > sp2 > sp3  >P

三、共價鍵的性質(zhì)

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(yīng)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(xué)活性：C—I ＞ C—Br ＞ C—Cl ＞ C—F
　　四、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的表示方法

4.1平面結(jié)構(gòu)式的表示方法

包括分子的構(gòu)造、構(gòu)型和構(gòu)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(jié)構(gòu)簡式：把碳原子上所連接的相同原子進(jìn)行合并，合并以后的個數(shù)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(jié)構(gòu)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(dāng)一個分子的正電荷中心和負(fù)電荷中心不能重合，即構(gòu)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(fù)電荷。分子中正電荷中心或負(fù)電荷中心的電荷值（e)與正負(fù)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(xí)慣上仍多用 D ( Debye,德拜 ),1D=3.336×10-³⁰C·m

1.1偶極矩的大小 ，標(biāo)志著不同分子的極性強(qiáng)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(diǎn)影響化合物的物理性質(zhì)，如:熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等，同時對化學(xué)性質(zhì)也有一定的影響。

氫鍵

較小原子半徑、電負(fù)性強(qiáng)、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(jī)化合物的官能團(tuán)和反應(yīng)類型

1、官能團(tuán)

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

一些常見的官能團(tuán)見下表：

有機(jī)化合物的數(shù)量很多,在學(xué)習(xí)化合物的性質(zhì)時,掌握某種官能團(tuán) 的性質(zhì),就掌握了具有這種官能團(tuán) 的所有化合物的共同性質(zhì),所以我們先掌握一類化合物的物理化學(xué)性質(zhì),然后再應(yīng)用到典型化合物就可以了.

此書以官能團(tuán)為基礎(chǔ)。

2、反應(yīng)類型

2.1自由基反應(yīng)

2.2離子型反應(yīng)：親電反應(yīng)，親核反應(yīng)。

2.3協(xié)同反應(yīng)

本教材只討論自由基反應(yīng)和離子型反應(yīng)。

1、自由基型反應(yīng)

在共價鍵斷裂時，構(gòu)成共價鍵的兩個電子，被每個碎片（原子或基團(tuán))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(tuán)，叫自由基或游離基（ free redical )。

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

2、離子型反應(yīng)

在共價鍵斷裂時，構(gòu)成共價鍵的兩個電子，被一個碎片（原子或基團(tuán))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(fù)電荷的兩種離子。這種由于異裂生成正負(fù)離子的反應(yīng)，叫做離子型反應(yīng) (reaction  of  ionic  type )。

正碳離子（碳正離子) carbonium ion

負(fù)碳離子（碳負(fù)離子) carbanium ion

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

負(fù)碳離子能與正離子或Lewis酸進(jìn)行反應(yīng)，這種由親電試劑進(jìn)攻負(fù)碳離子的反應(yīng)稱親電反應(yīng)（eletrophilic reaction)。

正碳離子、負(fù)碳離子、游離基都是非常不穩(wěn)定的中間體。

§5   有機(jī)酸堿概念

在有機(jī)反應(yīng)中 ，應(yīng)用最多的是 Brønsted的酸堿質(zhì)子理論和 Lewis的酸堿電子理論。

（一) Brønsted酸堿質(zhì)子理論

1、酸堿的定義：

凡是能給出質(zhì)子（ H+)的物質(zhì)都是酸；凡是能獲得質(zhì)子的物質(zhì)都是堿。

也就是說，酸是質(zhì)子的給予體；堿是質(zhì)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(qiáng)度的表示：

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

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

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

如何判斷化合物的酸性強(qiáng)弱？

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

負(fù)離子的穩(wěn)定性與中心原子的電負(fù)性、原子半徑的大小、與其相連的原子團(tuán)的結(jié)構(gòu)以及溶劑等因素有關(guān)。

3、質(zhì)子理論的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)大了酸堿的范圍，將酸堿性質(zhì)與溶劑性質(zhì)聯(lián)

   系起來。

缺點(diǎn)：把酸堿只限于質(zhì)子的放出和接受，故物質(zhì)必有

   氫，對無氫的物質(zhì)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(zhì)，叫做酸。

凡能提供電子對的物質(zhì)，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(zhì)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(yīng)：

可見，酸可與具有孤對電子的物質(zhì)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(jī)化合物的結(jié)構(gòu)的步驟與方法

一、分離純化

（一) 結(jié)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(shí)驗(yàn)式

(二) 測定分子量：確定分子式

(三) 波譜分析：確定結(jié)構(gòu)式

紅外光譜；核磁共振；質(zhì)譜； 紫外光譜 ；X-衍射

§7   分子軌道與共振結(jié)構(gòu)

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(yùn)動狀態(tài)的波函數(shù)（ Ψ )叫做分子軌道．

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

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(jié)構(gòu)

1、共振結(jié)構(gòu)的提出

2、共振結(jié)構(gòu)表示法

3.共振結(jié)構(gòu)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(xí)

自學(xué)

講授

動畫、模型

模型

講解

講解

設(shè)問

自學(xué)

（★－重點(diǎn)，☆－難點(diǎn))

10分鐘

設(shè)問：有機(jī)化學(xué)？

引出：有機(jī)化合物概念

40MIN

復(fù)習(xí)中學(xué)的離子鍵、共價鍵概念，提出經(jīng)典共價鍵理論

由經(jīng)典共價鍵理論的局限性引出現(xiàn)代價鍵理論（VB法)

強(qiáng)調(diào)：σ鍵與π鍵的特點(diǎn)。

由有機(jī)物的碳形成4個共價鍵，鍵角不是90度的事實(shí)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(qiáng)化sp3、sp2、 sp雜化軌道空間構(gòu)型

第一節(jié)課完

強(qiáng)調(diào)鍵能和離解能的區(qū)別

★強(qiáng)調(diào)鍵的極性和極化的區(qū)別。鍵的可極化性與反應(yīng)活性的關(guān)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(yīng)類型及反應(yīng)中間體

祥講

1

★正碳離子、負(fù)碳離子的空間構(gòu)型

10分鐘

設(shè)問:什么是酸,堿?

引出:兩種酸堿理論

強(qiáng)調(diào):兩種理論的異同

★讓學(xué)生認(rèn)識常見Lewis酸堿

1MIN

 ★☆教會書寫共振式

小

結(jié)

1、有機(jī)化學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系。

2、有機(jī)化學(xué)的基本知識——價鍵理論、結(jié)構(gòu)式表示、酸堿理論、反應(yīng)類型和中間體,共振式。

   4分鐘

（第三節(jié)課完)―――――

復(fù)

習(xí)

思

考

題

、

作

業(yè)

題

1、總結(jié)碳的三種雜化方式。

2、比較自由基反應(yīng)和離子型反應(yīng)。

3、σ鍵與π鍵的關(guān)系。

4、習(xí)題：1-4、1-5、1-6、1-7、1-8。

下

次

課

預(yù)

習(xí)

要

點(diǎn)

預(yù)習(xí)第二章：烷烴

1、碳的類型。

2、烷烴的命名。

3、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)

4、烷烴的鹵代反應(yīng)機(jī)制

實(shí)

施

情

況

及

分

析