有机化学结构和命名省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1主讲人：主讲人：尹桂尹桂南京大学化学化工学院南京大学化学化工学院07月03-13日有机化学结构与命名部分有机化学结构与命名部分第1页sp3杂化轨道杂化轨道电子云分布示意图电子云分布示意图第2页/10/103第3页sp2杂化示意图杂化示意图第4页乙烯中键形成乙烯中键形成第5页/10/106第6页/10/107第7页乙炔结构乙炔结构Pz Py sp杂化，直线型结构第8页苯分子中六个碳苯分子中六个碳原子原子都以都以sp2杂化相互成键杂化相互成键第9页 键和键和 键键 键能够绕键对称轴键能够绕键对称轴旋转，其键不会发生断裂，旋转时所需旋转，其键不会发生断裂，旋转时所需能量极少，故烷烃构象丰富多彩。能量极少，故烷烃构象丰富多彩。第10页构象异构构象异构 n因为围绕单键旋转而产生分子中原子因为围绕单键旋转而产生分子中原子或基团在空间排列形式，即是构象异或基团在空间排列形式，即是构象异构。单键旋转后能够产生无数个构象构。单键旋转后能够产生无数个构象异构体，但有几个极端构象异构体，但有几个极端构象 n乙烷重合式、交叉式；丁烷对位交叉乙烷重合式、交叉式；丁烷对位交叉式、部分重合式、邻位交叉式、全重式、部分重合式、邻位交叉式、全重合式；环己烷船式和椅式；简单环己合式；环己烷船式和椅式；简单环己烷稳定构象。烷稳定构象。第11页 构象构象：指有一定结构分子经过单键旋转，形指有一定结构分子经过单键旋转，形成各原子或原子团空间排布。成各原子或原子团空间排布。第12页乙烷构象乙烷构象透视式：纽曼式：第13页构象与能量关系示意图构象与能量关系示意图第14页正丁烷构象正丁烷构象正丁烷正丁烷第15页正丁烷构象，把正丁烷构象，把C1和和C4作甲基，然后作甲基，然后C2-C3键旋转，键旋转，其构象纽曼式其构象纽曼式=0,360 =60 =120 =180 =240 =300全重合式 顺交叉式 部分重合式 反交叉式 部分重合式 顺交叉式 A B C D E F第16页正丁烷构象与能量关系示意图正丁烷构象与能量关系示意图第17页环己烷构象环己烷构象第18页键特点键特点 1）键没有轴对称，所以以双键相连两个原子之键没有轴对称，所以以双键相连两个原子之间不能再以间不能再以C-C 键为轴自由旋转，假如吸收一键为轴自由旋转，假如吸收一定能量，克服定能量，克服 p 轨道结协力，才能围绕碳碳轨道结协力，才能围绕碳碳键键旋转，结果使旋转，结果使键破坏。键破坏。2）键由两个键由两个p轨道侧面重合而成，重合程度比轨道侧面重合而成，重合程度比普通普通键小，键能小，轻易断裂发生化学反应。键小，键能小，轻易断裂发生化学反应。3）键电子云不是集中在两个原子核之间，而是键电子云不是集中在两个原子核之间，而是分布在上下两侧，原子查对分布在上下两侧，原子查对电子束缚力较小，电子束缚力较小，所以所以电子有较大流动性，在外界试剂电场诱导电子有较大流动性，在外界试剂电场诱导下，电子云易变形，造成下，电子云易变形，造成键被破坏而发生化学键被破坏而发生化学反应。反应。第19页顺反异构顺反异构第20页/10/1021第21页第22页3、对映异构、对映异构n结构相同，构型不一样而且互呈镜象对映关系立结构相同，构型不一样而且互呈镜象对映关系立体异构现象称为对映异构。体异构现象称为对映异构。n对映异构体最显著特点是对平面偏振光旋光性不对映异构体最显著特点是对平面偏振光旋光性不一样，所以也常把一样，所以也常把对映异构对映异构称为称为旋光异构或光学旋光异构或光学异构异构。第23页物质旋光物质旋光平面偏振光平面偏振光n光是一个电磁波，光波振动方向与其前进方向垂光是一个电磁波，光波振动方向与其前进方向垂直。直。n普通光在全部垂直于其前进方向平面上振动。普通光在全部垂直于其前进方向平面上振动。第24页平面偏振光平面偏振光只在一个平面上振动。只在一个平面上振动。第25页旋光物质 物质将振动平面旋转了一定角度，我们把含有此物质将振动平面旋转了一定角度，我们把含有此种性质物质称为旋光性物质或光学活性物质。种性质物质称为旋光性物质或光学活性物质。比旋光度比旋光度（tD）-在钠光源下，每毫升含有在钠光源下，每毫升含有1 g待测物质溶液，置于待测物质溶液，置于1 dm长样品管中，在温度为长样品管中，在温度为t下测得旋光度数值。下测得旋光度数值。第26页第27页旋光性与对映异构现象旋光性与对映异构现象n法国化学家路易法国化学家路易巴斯德（巴斯德（LPasteur）发觉酒石）发觉酒石酸钠铵有两种不一样晶体酸钠铵有两种不一样晶体.左旋和右旋酒石酸钠左旋和右旋酒石酸钠铵晶体外型不对称，它们之间关系相当于左手与铵晶体外型不对称，它们之间关系相当于左手与右手或物体与镜象。右手或物体与镜象。n荷兰化学家范特荷夫和法国化学家勒比尔分别提荷兰化学家范特荷夫和法国化学家勒比尔分别提出了碳原子正四面体学说，碳原子处于四面体中出了碳原子正四面体学说，碳原子处于四面体中心，四个价指向四面体四个顶点，假如碳原子所心，四个价指向四面体四个顶点，假如碳原子所连接四个一价基团互不相同，这四个基团在碳原连接四个一价基团互不相同，这四个基团在碳原子周围就有两种不一样排列方式，代表两种不一子周围就有两种不一样排列方式，代表两种不一样四面体空间构型，它们像左右手一样互为镜象，样四面体空间构型，它们像左右手一样互为镜象，非常相同但不能叠合。非常相同但不能叠合。第28页两种不一样四面体构型两种不一样四面体构型第29页乳酸分子两种构型乳酸分子两种构型第30页 通常把与四个互不相同原子或基团相连接碳原子通常把与四个互不相同原子或基团相连接碳原子通常把与四个互不相同原子或基团相连接碳原子通常把与四个互不相同原子或基团相连接碳原子叫叫叫叫不对称碳原子不对称碳原子不对称碳原子不对称碳原子。第31页手性与对称原因手性与对称原因n物质与其镜象关系，与人左手、右手一样，非常物质与其镜象关系，与人左手、右手一样，非常相同，但不能叠合，所以我们把物质这种特征称相同，但不能叠合，所以我们把物质这种特征称为手性。为手性。n手性是物质含有对映异构现象和旋光性必要条件，手性是物质含有对映异构现象和旋光性必要条件，也即是本质原因。物质分子含有手性，就必定有也即是本质原因。物质分子含有手性，就必定有对映异构现象，就含有旋光性；反之，物质分子对映异构现象，就含有旋光性；反之，物质分子假如不含有手性，就能与其镜象叠合，就不含有假如不含有手性，就能与其镜象叠合，就不含有对映异构现象，也不表现出旋光性。对映异构现象，也不表现出旋光性。n手性与分子对称性亲密相关，一个分子含有手性，手性与分子对称性亲密相关，一个分子含有手性，实际上是缺乏一些对称原因所致。实际上是缺乏一些对称原因所致。第32页第33页/10/1034判断判断A A和和B B光学活性光学活性第34页/10/1035判断判断C-EC-E光学活性光学活性第35页构型构型R.S命名命名 首先按次序规则排列出与手性碳原子相连四首先按次序规则排列出与手性碳原子相连四个原子或原子团次序，如：个原子或原子团次序，如：abcd，观察者，观察者从排在最终原子或原子团从排在最终原子或原子团d对面看，假如对面看，假如abc按顺时针方向排列，其构型用按顺时针方向排列，其构型用R表示。假如表示。假如abc按反时针方向排列，则构型用按反时针方向排列，则构型用S表示。表示。R.S分别为拉丁文分别为拉丁文Rectus与与Sinister字首，意为字首，意为“右右”与与“左左”。这种判断。这种判断R或或S构型方法可比喻构型方法可比喻为观察者对着汽车方向盘连杆进行观察，排在最为观察者对着汽车方向盘连杆进行观察，排在最终终d在方向盘连杆上，在方向盘连杆上，a、b、c三个原子或原子团三个原子或原子团则在圆盘上。则在圆盘上。第36页*次序规则次序规则：a.原子按原子序数大小排列，同位数按原子量大小次原子按原子序数大小排列，同位数按原子量大小次序排列序排列 I,Br,Cl,S,P,O,N,C,D,H b.对原子团来说，首先比较第一个原子原子序数，如对原子团来说，首先比较第一个原子原子序数，如相同时则再比较第二、第三，以这类推。相同时则再比较第二、第三，以这类推。第37页c.假如基团含有双键或三键时，则看成两个或三个假如基团含有双键或三键时，则看成两个或三个单键对待，认为连有两个或三个相同原子。单键对待，认为连有两个或三个相同原子。第38页第39页n在系统命名法中，取代基排列次序、顺反构型确在系统命名法中，取代基排列次序、顺反构型确实定、手性化合物绝对构型都依据这个次序规则实定、手性化合物绝对构型都依据这个次序规则 n双键化合物双键化合物Z/E命名法命名法n单脂环化合物顺反单脂环化合物顺反(cis/trans)命名法命名法n旋光化合物（含旋光化合物（含1个、个、2个手性碳化合物）个手性碳化合物）R/S标标识及其命名识及其命名第40页COOHHOHCH3R/S命名标准优先次序OHCOOHCH3顺时针 R型名称 R（）乳酸投影式COOHCH3OHHHOOCCH3OHHC第41页构型表示方法费歇尔投影式透视式COOHCH3OHHHCOOHCH3HO（）乳酸（）乳酸D（）乳酸 D/L法R（）乳酸 R/S法构型标识COOHCH3HOHCHOHCOOHH3CC-第42页n对平面式直接观察，若次序排在最终原子或基团在竖线对平面式直接观察，若次序排在最终原子或基团在竖线上，另外三个基团由大到小按顺时针排列，为上，另外三个基团由大到小按顺时针排列，为R构型，按构型，按逆时针排列则为逆时针排列则为S构型。构型。R-S-第43页 假如次序排在最终原子或原子团，在横线上，另外三假如次序排在最终原子或原子团，在横线上，另外三个基团由大到小为顺时针排列，为个基团由大到小为顺时针排列，为S构型，按反时针排列，构型，按反时针排列，则为则为R构型。构型。第44页D/L和R/S命名法之间并无一定对应关系。注意！注意！说明C*上四个基团在空间排列形象。是由仪器实际测定。构型和旋光方向没有什么必定对应关系第45页第46页n手性是判断化合物分子是否含有对映异构手性是判断化合物分子是否含有对映异构(或光或光学异构学异构)必要和充分条件必要和充分条件,分子含有手性分子含有手性,就一定有就一定有对映异构对映异构,而且一定含有旋光性。而且一定含有旋光性。n判断化合物分子是否含有手性判断化合物分子是否含有手性,只需要判断分子只需要判断分子是否含有对称面和对称中心是否含有对称面和对称中心,凡是化合物分子既凡是化合物分子既不含有对称面不含有对称面,又不含有对称中心又不含有对称中心,普通就是手性普通就是手性分子。分子。n含有一个手性碳原子分子必定是手性分子含有一个手性碳原子分子必定是手性分子,含有含有多个手性碳原子化合物分子不一定是手性分子多个手性碳原子化合物分子不一定是手性分子,这种化合物可能有手性这种化合物可能有手性,也可能不含有手性也可能不含有手性(如内如内消旋体消旋体)。第47页含多个手性碳原子化合物对映异构含多个手性碳原子化合物对映异构 含两个不相同手性碳原子化合物含两个不相同手性碳原子化合物第48页因为分子中存在对称面而使分子内部旋光性相互抵消化合物，称为内消旋体。含有两个相同手性碳原子化合物第49页不含手性碳原子化合物对映异构不含手性碳原子化合物对映异构含有碳原子以外手性原子化合物含有碳原子以外手性原子化合物第50页第51页碳环化合物对映异构碳环化合物对映异构2羟甲基羟甲基1环丙烷羧酸立体异构环丙烷羧酸立体异构第52页环丙烷环丙烷1，2羧酸立体异构羧酸立体异构第53页环丁烷羧酸立体异构环丁烷羧酸立体异构第54页顺反异构体性质(Z)-丁烯二酸熔点：130.5 oCpKa1 1.83pKa2 6.07(E)-丁烯二酸熔点：286.5 oCpKa1 3.03pKa2 4.44第55页顺反异构体对化学性质影响顺反异构体对生理活性影响比如：生物体内甘油脂肪酸中不饱和羧酸中碳谈双键普通为Z构型，而维生素A侧链上碳谈双键都为E构型。若改变它们构型，生理活性降低甚至完全丧失。第56页伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子/10/1057第57页1、按官能团优先次序来确定分子所属主官能团类按官能团优先次序来确定分子所属主官能团类COOH、SO3H、COOR、COX、CONH2、CN、CHO、COR、OH、SH、NH2、OR、CC、C=C、R、2、选取含有主官能团在内碳链最选取含有主官能团在内碳链最长长取代基最取代基最多多侧链位次侧链位次最最小小主链主链作为母体作为母体3、将母体化合物进行编号，使主官能团位次尽可能小将母体化合物进行编号，使主官能团位次尽可能小4、确定取代基位次及名称，按确定取代基位次及名称，按次序规则次序规则*给取代基列出给取代基列出次序，较优基团后列出次序，较优基团后列出5、按、按系统命名基本格式系统命名基本格式写出化合物名称写出化合物名称系统命名法系统命名法第58页有机化合物系统命名基本格式第59页2，3，5三甲基4丙基辛烷第60页3,4-二甲基庚烷 2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷 2-甲基-6-氯庚烷顺-1，3-二甲基环己烷3-氯-4-溴己烷第61页5-羟基己醛3-戊烯-1-醇5,5-二甲基-2-己醇3-羟基-4-氯环己甲酸3-羟甲基-1,7-庚二醇注意：假如结构给出立体构型则必须注明注意：假如结构给出立体构型则必须注明第62页（1R，2R）-2-甲基环戊醇（1R，2R）-1，2-环己二醇第63页2-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)癸烷第64页一些化合物缩写一些化合物缩写/10/1065蚁蚁酸酸、醋醋酸酸、草草酸酸、硬硬脂脂酸酸、软软脂脂酸酸、酒酒石石酸酸、肉肉桂桂酸酸、苦苦味味酸酸、葡葡萄萄糖糖、果果糖糖、麦麦芽芽糖糖、蔗蔗糖糖、核核糖糖、脱脱氧氧核核糖糖、甘甘氨氨酸酸、卤卤仿仿、甘甘油油；DMF、THF、DMSO、DNA、RNA第65页互变异构互变异构 第66页互变异构互变异构葡萄糖变旋现象葡萄糖变旋现象第67页电子效应电子效应1.诱导效应：因为分子中原子电负性不一样而产生一个极化效应，它沿键传递，且渐远渐弱。吸电子诱导效应（I）与给电子诱导效应（I）-I：FClBrI+I：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH32.共轭效应：（共轭稳定化）在共轭体系中，因为 电子离域而产生效应，只存在于共轭体系中，传递时远而不弱。第68页共轭体系共轭体系第69页第70页n3.在许多有机化合物中，诱导效应与共轭效应往在许多有机化合物中，诱导效应与共轭效应往往同时起作用，其综合影响决定于两种效应方向往同时起作用，其综合影响决定于两种效应方向及相对强度。及相对强度。第71页电子效应对化合物性质产生重大影响电子效应对化合物性质产生重大影响n（1）对化合物酸碱性强度影响）对化合物酸碱性强度影响n（2）对化合物反应活性及活性中心位置）对化合物反应活性及活性中心位置影响影响n（3）对碳正离子、碳负离子、游离基稳定性影）对碳正离子、碳负离子、游离基稳定性影响响第72页/10/1073第73页 苯酚连接吸电子基团，使酸性增强，连接供电子基苯酚连接吸电子基团，使酸性增强，连接供电子基团时，酸性越弱。团时，酸性越弱。Ka=710-9 Ka=110-10 Ka=6.710-11第74页(1)C2H5OHOC6H5OCH3COO(2)R3CR2NROFn碳正离子稳定性碳正离子稳定性n碳负离子稳定性碳负离子稳定性n游离基稳定性游离基稳定性第75页第76页分子间力及其与物理性质关系分子间力及其与物理性质关系n1.静电力静电力：n 主要存在于极性较大得分子之间，其影响大于主要存在于极性较大得分子之间，其影响大于非极性分子范得华力，分子相对质量相近极性分非极性分子范得华力，分子相对质量相近极性分子与非极性分子比较，前者沸点比后者高。子与非极性分子比较，前者沸点比后者高。第77页n2.范德华力：范德华力：n 这是非极性分子之间一个主要作用力，它伴随这是非极性分子之间一个主要作用力，它伴随分子之间间距增大急剧减小。所以，直链较多化分子之间间距增大急剧减小。所以，直链较多化合物与它支链异构体相比其沸点要低。例：烷烃合物与它支链异构体相比其沸点要低。例：烷烃同分异构体沸点改变规律。同分异构体沸点改变规律。第78页n3.氢键：氢键：n 是含有活泼氢原子有机化合物分子之间最强烈是含有活泼氢原子有机化合物分子之间最强烈一个相互作用力。它可分为分子内氢键、同种物一个相互作用力。它可分为分子内氢键、同种物质分子间氢键、溶质溶剂间形成氢键。氢键愈多、质分子间氢键、溶质溶剂间形成氢键。氢键愈多、愈强，在分子质量相近化合物中其沸点越高愈强，在分子质量相近化合物中其沸点越高第79页第80页 醇分子之间能形成氢键。醇分子之间能形成氢键。固态，缔合较为牢靠。液态，形成氢键和氢键解离均存在。气态或在非极性溶剂稀溶液中，醇分子能够单独存在。因为醇分子之间能形成氢键，沸点较对应分子量烷烃高。因为醇分子与水分子之间能形成氢键，三个碳醇和叔丁醇能与水混溶。第81页键极性键极性-偶极矩偶极矩 例：例：CH3+Cl-键距键距 =ed e:中心电荷中心电荷 d：正负电荷中心距离正负电荷中心距离 Cl-Cl (键距为零键距为零)分子偶极距是各键键距向量和分子偶极距是各键键距向量和:=0 =0 =1.94D 第82页/10/1083碳正离子稳定性碳正离子稳定性n碳正离子稳定性次序：碳正离子稳定性次序：n3 3级级,烯丙型、苄基型大于烯丙型、苄基型大于 2 2级大于级大于1 1级大于甲基正级大于甲基正离子离子n桥头碳因为不易形成平面桥头碳因为不易形成平面SPSP2 2结构，故形成碳正结构，故形成碳正离子不稳定离子不稳定第83页亲核试剂与亲电试剂亲核试剂与亲电试剂/10/1084第84页亲核试剂亲核能力亲核试剂亲核能力/10/1085第85页/10/1086*一一个个极极性性化化合合物物在在外外界界电电场场作作用用下下，分分子子中中电电荷荷分布发生改变，这种改变能力被称为可极化性分布发生改变，这种改变能力被称为可极化性*同同一一周周期期，从从左左到到右右可可极极化化性性减减弱弱；同同同同一一族族，从从上上到到下下可可极极化化性性增增强强；未未成成对对电电子子比比成成键键电电子子可可极化性大；极化性大；I I-，HSHS-，SCNSCN-碱碱性性弱弱但但可可极极化化性性很很强强，不不论论在在质质子子溶溶剂剂中中还还是是偶偶极极溶溶剂剂中中都都不不易易溶溶剂剂化化，所所以以在在两两种种溶剂中均表现出高亲核性溶剂中均表现出高亲核性第86页87致致 谢谢祝同学们学习进步，祝同学们学习进步，健康高兴！健康高兴！第87页