高等物理有机化学  070303M04001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:杨镜奎
授课时间: 星期二,第5、6 节
授课地点: 教二楼327
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
授课时间: 星期四,第1、2 节
授课地点: 教二楼327
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 070303M04001H 课时: 50 学分: 3.00
课程属性: 专业核心课 主讲教师:杨镜奎 助教:
英文名称: Advanced Physical Organic Chemistry 召集人:

教学目的、要求

本课程为化学学科有机化学专业研究生的专业核心课程。要求学生用有机化学及物理化学的理论、概念和方法研究有机化合物的结构、 性质及有机反应机理。从分子轨道理论、动力学、立体化学、介质效应及有机反应活性中间体等不同角度研究反应机理及结构与性能的相关性。由分步反应到协同反应,从基态到激发态讨论不同的反应机理。其宗旨是达到对复杂有机化学反应是如何发生(Why)的和物质结构与性能关系有更深入的认识,并学会将相关理论用到今后的实际研究工作中。同时通过阅读近期文献中相应于各章内容有关文献资料,了解前沿研究结果,发现有待解决的难题尝试提出新的研究内容,学习如何提出研究问题并利用综合实验数据,得出相应结论的科学研究方法,一方面培养学生发现问题的能力,另一方面也逐步提高独立思考及综合分析和解决问题的能力。

预修课程

必修课:有机化学、有机结构分析、物理化学
补充课程:量子有机化学基础 

教 材

1. 魏运洋,李建编著,《化学反应机理导论》,科学出版社,北京,2004; 
2. 叶秀林,《立体化学》,北京大学出版社,  北京, 2001; 
3. 孙祥玉,《理论有机化学导论》,中国科学院研究生院化学部,北京,1994.7

主要内容

三、讲授内容 
第一章 有机反应过渡态、能量、机理及相关问题 
研究反应机理的方法及有关理论问题:过渡态理论、Hammond假说、Curtin-Hammett原 理、动力学同位素效应、张力效应、场效应、中间体的捕获; 取代基效应:取代基参数σ、反应参数ρ、线性自由能关系;诱导效应; 共轭效应:超共轭效应、同共轭效应、螺共轭效应、异头效应。 
第二章 溶剂效应及酸碱理论 
溶剂极性及氢键对反应和化合物性质的影响;离子对;疏水亲脂效应,脂水分配系数; 酸碱理论:软硬酸键理论及实际应用;超分子包合作用。 

第三章 周环反应(协同反应) 
Mobius-Huckel概论、节点、前线分子轨道(HOMO,LUMO)、轨道对称性守恒、对旋/ 同旋、同面/异面、久期行列式、分子轨道系数; 周环反应:电环化反应、环加成与环消除反应、σ-迁移反应、基团迁移反应、ene 反应、 螯变反应;周环反应在化学合成中的立体控制应用。 

第四章 立体化学 
立体化学与化学反应;旋光活性测定与预测计算;旋光谱(ORD);圆二色谱(CD); 八区率;其他谱学方法在立体化学研究中的 应用(NMR、IR、UV、MS);超分子与立体 化学;手性与手性分离。 
第五章 有机反应活性中间体及研究方法 
碳正离子、碳负离子、自由基、(阴、阳)离子自由基、碳烯、氮烯、苯炔、反芳香化合物、张力环及其它反应性。 
第六章 催化反应和机理 
催化氢化、催化氧化、催化羰基化、催化聚合、酶催化。机理描述的具体应用。

 第七章 有机光化学和电化学 
激发与激发态;激发态的失活及能量的传递;羰基化合物的光化学;烯与双烯的光化学; 电子转移,阳极反应,阴极反应。 

四、教学重点与难点 
第一到五章为重点掌握内容; 第六章及第七为初步掌握或一般了解。 
具体重点如下:
不同共轭效应及取代基效应和场效应;软硬酸碱理论及氢键对结构与性能的影响;久期行列式;如何利用各类分子轨道理论预测化学反应过程中的立体化学控制及位置选择性控制;Mobius环;旋光活性预测计算;旋光谱(ORD)或圆二色谱(CD)与八区率的关系;不同活性中间体的杂化轨道及立体空间结构;离子自由基的性能与反应独特性。 
难 点:如何将经典的基础理论与前沿研究有效结合,提高学生的学习兴趣发现科学研究中深层次的问题。 

五、学时分配与进度计划 
主课程内容50学时。其他一般初步了解或自学课程内容约3-5学时。
引言课程介绍: 2学时; 
第一章:11~12学时;
第二章:6学时;
第三章:13-14学时;
第四章:8-10学时; 
第五章:6学时; 
第六章:2-3学时(一般了解);
第七章:1-2学时(自学为主); 
考试:2学时。

参考文献

1. Eric V. Anslyn, Dennis A. Dougherty, 《Modern Physical Organic Chemistry》, University of Science Books,2006.(ISBN: 1-891389-31-9);(中译本:E.A.Anslyn等著,计国桢,佟振合等译,《现代物理有机化学》,高等教育出版社,2009); 
2. Neil Isaacs, 《Physcial Organic Chemistry》(物理有机化学),Addison Wesley Longman(世界知识出版社); 
3.魏荣宝,何旭斌,欧其等编,《有机化学中的螺共轭效应和异头效应》,科学出版社,2008;
4. 王剑波,《物理有机化学简明教程》,北京大学出版社, 北京, 2013; 
5. 朱永,韩世纲,朱平仇编著,《量子有机化学》(上下册),上海科学技术出版社,1985;
6.高振衡,《物理有机化学》,高等教育出版社, 1983;
7.(丹麦)多沃德(Dorwald)著;田伟生 彭逸华 译《有机合成中的副反应(I)—成功 合成设计指南》,华东理工大学出版社,2006;
8.F.Z.Dorwald(瑞士)著;田伟生,史勇译《有机合成中的副反应(II)——芳香族分 子取代反应》  ,华东理工大学出版社,2017;
9.朱华结 《现代有机立体化学》,科学出版社,2009.3;
10.Hua-Jie Zhu, Organic Stereochemistry:Experimental and Computational Methods,Published by Wiely-VCH,2015((ISBN 978-3-527-33822-1);
11.ACS.Org, RSC.Org, Wiley.Com 等期刊出版社最新前沿进展。