《物理有机化学 》有机化学硕士教学大纲

 
  课程名称:物理有机化学

  课程编号:0703032X03

  总学时数:80

  学分:4

  开课学期:2

  考试方式:笔试(闭卷)

  课程说明:

  有机化学专业硕士研究生学位课程。

  物理有机化学是由物理化学和有机化学相结合而发展起来的一门边缘学科。物理有机化学主要由有机化合物的结构研究和反应历程的研究两方面来探讨有机化学。其研究对象主要是有机化合物的结构以及有机化合物在反应过程中结构的变化;研究有机分子的结构和反应条件对有机化合物的物理、化学性能的影响以及化学反应历程。物理有机化学的理论基础是量子化学和以此为依据的化学键理论和电子理论。关于有机化合物的结构的研究方法以物理化学方法为主,化学方法只起辅助作用。在反应化学方面则是以动力学、热力学为主,同时经典的有机化学方法如产物或中间体的分离,分析和鉴定等方法也是必需的。要求学生通过学习,了解物理有机化学的基本理论,了解和掌握有机化合物结构与性能关系以及有机反应机理的研究方法,以便进一步理解和掌握有机化学的基本原理。

  课程主要内容和课时分配

  第一章、价键理论(6学时)

  1.1电子对键-Lewis结构

  1.2分子轨道

  1.3杂化轨道

  1.4离域π键体系

  1.5芳香性

  1.6微扰理论

  1.7对称性

  1.8分子间相互作用

  1.9π体系中微扰理论和对称性的应用

  本章要求:掌握有机分子结构的表达方法(Lewis结构、价键理论、分子轨道)微扰理论、芳香性、、对称性、分子间的相互作用它们在机理研究中的应用。

  第二章、物理有机化学基础(12学时)

  2.1立体化学

  2.2线性自由能关系

  2.3热化学

  2.4溶液

  2.5动力学和机理

  2.6速率常数的解释

  2.7反应进程分析

  2.8电子转移反应

  2.9同位素效应

  本章要求:了解和掌握Hammett方程、反应机理的动力学研究方法、过渡态理论、Hamond假设及同位素效应,并能应用它们分析于反应机理的研究中。

  第三章、酸碱理论(8学时)

  3.1 Brønsted酸和碱

  3.2弱Brønsted碱的强度;酸度函数

  3.3弱Brønsted酸的强度

  3.4取代对Brønsted酸和碱强度的影响

  3.5 Lewis酸和碱

  本章要求:了解Brønsted酸和碱、共轭酸碱的定义,理解酸度函数的建立方法及它们在弱Brønsted酸和碱强度测定中的应用,了解Brønsted催化定律及在反应机理研究中的作用、取代对Brønsted酸和碱强度的影响。了解Lewis酸和碱的定义及软硬酸碱原理。

  第四章、脂肪族亲核取代(10学时)

  4.1 SN2和极限SN1反应

  4.2 SN1路径的完整图

  4.3过渡态模式

  4.4溶剂、亲核试剂、离去基团和作用物结构的影响

  4.5碳正离子的直接观察

  4.6 SNN1反应

  本章要求:了解和掌握SN2和极限SN1反应的特征、SN1反应中的溶剂亲核协助、亲核取代中的离子对中间体、过渡态理论对SN2和极限SN1反应分析以及溶剂、亲核试剂、离去基团和作用物结构的影响,了解碳正离子的直接观察方法和SNN1反应。

  第五章、分子内正离子重排(8学时)

  5.1碳正离子中的1,2-迁移

  5.2碳鎓离子

  5.3向羰基碳的迁移

  5.4向富电子的氮和氧的重排

  本章要求:通过碳正离子中的1,2-迁移,了解和掌握碳正离子重排的特点、立体化学、迁移基团的迁移性,了解和掌握碳鎓离子的定义、碳鎓离子的类别及研究方法、富电子重排的类别和机理。

  第六章、碳负离子、卡宾和亲电脂肪族取代(6学时)

  6.1碳负离子

  6.2脂肪族亲电取代

  6.3卡宾

  本章要求:了解和掌握碳负离子的稳定性、形成及反应,了解SE1、SE2反应的特点和反应机理,了解和掌握卡宾的形成、结构及反应。

  第七章、加成和消除反应(8学时)

  7.1双键和三键的亲电加成

  7.2 1,2-消除反应

  7.3重键的亲核加成

  7.4芳香族亲电取代

  7.5芳香族亲核取代

  本章要求:了解和掌握双键和三键亲电加成的分析和处理方法,掌握一般和特殊酸碱催化原理,线性自由能关系对酸碱催化水合的处理,掌握1,2-消除反应、芳香族亲电、亲核取代。

  第八章、羰基化合物的反应(8学时)

  8.1羰基的水和以及酸碱催化

  8.2其他简单的加成

  8.3加成-消除反应

  8.4氮亲核试剂的加成

  8.5羧酸衍生物

  8.6烯醇、烯醇离子及碳亲核试剂对羰基的加成

  本章要求:了解和掌握如何用机理的基本观点关联不同羰基官能团的反应,掌握羰基化合物的反应类别及各类反应的条件、立体化学。

  第九章、自由基反应(4学时)

  9.1有机自由基的特征

  9.2自由基的生成和终止

  9.3链反应

  9.4自由基取代

  9.5自由基加成和消除

  9.6自由基重排

  本章要求:掌握有机自由基的特征、结构的研究、电子自旋共振的原理和应用,掌握自由基的产生和终止方法,了解链反应、自由基取代、加成、消除和重排的特点和基本应用。

  第十章、周环反应理论和周环选择规则的应用(10)

  10.1周环反应和过渡态芳香性

  10.2 Hückel环和anti-Hückel环中的芳香性和反芳香性

  10.3周环反应中的前线轨道相互作用

  10.4轨道能级相关图

  10.5环加成反应

  10.6电环化反应

  10.7σ-迁移反应

  本章要求:了解和掌握周环反应的三种理论,学会用周环选择规则分析各类周环反应,掌握Diels-Alder反应的配向选择性原理和σ-迁移反应中的立体化学。

  主要参考教材:1.Mechanism and Theory in Organic Chemistry(third edition)

  —Thomas H.Lowry,Kathleen Schueller Richardson 2.Advanced Organic Chemistry(fourth edition)

  —Francis A.Carey and Richard J.Sundberg

  大纲起草人:花成文

  大纲审定人:杨秉勤

  
 
 
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