第9章有机化合物-大学化学

1、 第九章有机化合物第九章有机化合物 学习要求：学习要求： 1.了解有机化学的含义，掌握有机化学的特了解有机化学的含义，掌握有机化学的特 性性 2.了解有机化合物的基本命名原则了解有机化合物的基本命名原则 3.了解有机化合物的几类重要反应了解有机化合物的几类重要反应 9.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 十七世纪中叶，人们根据十七世纪中叶，人们根据 物质来源而将物质物质来源而将物质 分为：动物物质、植物物质和矿物物质分为：动物物质、植物物质和矿物物质 十九世纪初瑞典化学家柏十九世纪初瑞典化学家柏 齐利乌斯把动物物齐利乌斯把动物物 质和植物物质合并称有机化合物把矿物物质称质和植物物质合

2、并称有机化合物把矿物物质称 为无机化合物为无机化合物 “生命力生命力” 学说学说 年，年青的德国化学家年，年青的德国化学家 伍勒伍勒 NH4Cl + AgCNO AgCl + NH4CNO NH4CNO (NH2)2CO 有机化合物是指含碳元素的化合物。有机化合物是指含碳元素的化合物。 研究有机化合物的组成、结构、性质、合成研究有机化合物的组成、结构、性质、合成 以及变化规律的科学叫有机化学。以及变化规律的科学叫有机化学。 9.2 有机化合物的特点有机化合物的特点 组成简单、数目众多、结构复杂组成简单、数目众多、结构复杂 一、结构上的特点一、结构上的特点 数目：数目：1996年有机化合物已超过

3、年有机化合物已超过1000万种，无机化万种，无机化 合合 物只不过约物只不过约10万种。且新的有机化合物以每年新增万种。且新的有机化合物以每年新增 加加 万种，平均每天增加万种，平均每天增加1000种的非常惊人的高速种的非常惊人的高速 度度 问世。问世。 结构：异构现象结构：异构现象 例如：例如： C4H8 CH3CH2CH=CH2 CH3C=CH2 CH3 CH3CH=CHCH3 CH3 二、二、 典型有机化合物的理化特性典型有机化合物的理化特性 1. 多数有机物较易燃烧多数有机物较易燃烧 2. 有机化合物的熔点及沸点较低有机化合物的熔点及沸点较低 3.多数有机化合物易溶于有机溶剂而不易溶于

4、水多数有机化合物易溶于有机溶剂而不易溶于水 .有机物反应速度慢，而且常有副反应发生有机物反应速度慢，而且常有副反应发生 CC H3C H CH3 H CC H3C H H CH3 9.3 有机化合物分子结构式的表示方法有机化合物分子结构式的表示方法 1. 电子对代替价键表示分子结构的式子叫电子对代替价键表示分子结构的式子叫电子式电子式 2. 用价键将分子中各原子相互连接起来表示分子结构的用价键将分子中各原子相互连接起来表示分子结构的 式子叫式子叫结构式结构式 3. 简化了的结构式称为简化了的结构式称为结构简式结构简式 C H H H H CH3CH2CH2CH3 C4H10 CH3CHCH 3

5、 CH3 注意的问题：注意的问题： 1.每个原子的化合价正好饱和每个原子的化合价正好饱和 2.必须对应唯一的一种结构必须对应唯一的一种结构 C2H6O CH3CH2OH CH3OCH3 更简单的表示式是采用键线式，即碳和氢原子更简单的表示式是采用键线式，即碳和氢原子 都不必标出，只需要表明分子中的官能团。例如：都不必标出，只需要表明分子中的官能团。例如： 9.4 有机化合物的分类有机化合物的分类 一、按碳架分类一、按碳架分类 1.链状化合物的（也称开链化合物或脂肪族化合物）链状化合物的（也称开链化合物或脂肪族化合物） 2.碳环化合物碳环化合物 CH3CHCH 3 CH3 CH3CH2OHCH3

6、CH2COOH CH3 H3C 3.杂环化合物杂环化合物 二、按官能团分类二、按官能团分类 1.官能团的含义官能团的含义 2.常见的官能团及所属类别举例常见的官能团及所属类别举例 O N 碳碳叁键CC C=C 碳碳双键 官能团官能团 化合物类别化合物类别 化合物举例化合物举例 烯 丙烯 CH3CH=CH2 炔 CHHC 乙炔 卤素卤素 -X 卤代烃 氯 乙 烷 CH 3CH2Cl 羟基羟基 -OH 醇或酚 C2H5OH OH 乙醇 苯酚 C-O-C 醚 键 醚 乙 醚 CH 3CH2OCH2CH3 乙 醛 CH 3CHO 醛 C H O 醛基 C O 酮基 酮 丙酮 CH 3COCH3 C O

7、R O 酯基 羧酸酯 C OH O 羧基 羧酸 乙 酸 CH 3COOH 乙酸乙酯 CH3COOCH2CH3 氨基 -NH2 胺 乙 胺 CH 3CH2NH2 硝基 -NO2 硝基化合物 NO2 硝基苯 氰基 -CN 腈 乙 腈 CH 3CN 9.5 有机化合物的命名有机化合物的命名 一、一、 烃类的命名烃类的命名 1. 烷烃的命名烷烃的命名 普通命名法普通命名法 普通命名法一般只适用于简单的，普通命名法一般只适用于简单的， 含碳较少的烷烃。基本原则是根据分子中碳原子的数目含碳较少的烷烃。基本原则是根据分子中碳原子的数目 而称为某烷。而称为某烷。 CH3CH2CH2CH2CH3 正正戊戊烷烷

8、CH3CHCH2CH3 CH3 异异戊戊烷烷 CH3CCH3 CH3 CH3 新新戊戊烷烷 CH3(CH 2)10CH3 十二 烷 烷基的概念及伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、烷基的概念及伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、 叔氢原子叔氢原子 烷基烷基 CnH2n+1 CH3CH2CH2 丙基丙基 （CH3)2CH 异丙基异丙基 CH3 CH3CH2CHCH2CH3 CH3CH2CHCCH3 CH3 CH3 CH3 伯碳 仲碳叔碳 季碳 系统命名法系统命名法 原则：原则： 选择主链选择主链 给主链的碳原子编号（给主链的碳原子编号（“最低系列最低系列” 原则）原则） 写出化合物的名称写出化合物的名称 C

9、H3 CH3CH2CHCH 2CH3 3-甲基戊烷甲基戊烷 CH3CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH CH3 CH3 CH3 CH3 10987 654321 12 345 6 789 10 左往右：左往右：3，4，9右往左：右往左：2，7，8 2,7,8- 三甲基癸烷 最低系列原则最低系列原则 2. 不饱和烃不饱和烃-烯烃、二烯烃和炔烃的命名烯烃、二烯烃和炔烃的命名 其原则基本和烷烃相似。其原则基本和烷烃相似。 选择含有双键在内的最长而连续的碳链作为主链，选择含有双键在内的最长而连续的碳链作为主链， 根据其所含碳原子数称为某烯（或某炔或某二烯）。根据其所含碳原子数称为某烯（或某炔或某

10、二烯）。 主链编号时，从距双键（或三键）较近一端开始，主链编号时，从距双键（或三键）较近一端开始， 使双键（或三键）所在的位次尽可能小。使双键（或三键）所在的位次尽可能小。 命名时把双键（或三键）碳原子中较小的编号写在命名时把双键（或三键）碳原子中较小的编号写在 烯烃或炔烃的名称前面，取代基的位置、数目和名称也烯烃或炔烃的名称前面，取代基的位置、数目和名称也 写在烯烃或炔烃之前，其取代基的顺序是先写简单，后写在烯烃或炔烃之前，其取代基的顺序是先写简单，后 写复杂的。写复杂的。 CH3CCH=CH2 CH3 CH3 3,3-二甲基1丁烯 CH2=CCH2CH3 CH2CH2CH3 2-乙基1戊烯

11、 CCH3CH3CHC CH3 4-甲基2戊炔 烯基的名称：烯基的名称： CH2=CH 乙烯基 CH3CH=CH 丙烯基 CH2=CHCH2 烯丙基 3. 脂环烃的命名脂环烃的命名 单环烃的系统命名与脂肪烃基本相同，只是以碳环单环烃的系统命名与脂肪烃基本相同，只是以碳环 为母体，母体的名称是在相应脂肪烃的名称前冠以为母体，母体的名称是在相应脂肪烃的名称前冠以 “环环”字。不饱和脂环烃母体环的编号，以重键位次最小字。不饱和脂环烃母体环的编号，以重键位次最小 为原则，环烷烃中环的编号为原则，环烷烃中环的编号,仍按最低系列原则编号。仍按最低系列原则编号。 CH3 CH3 1 1, ,2 2- -二二

12、甲甲基基环环己己烷烷 CH3 4 4- -甲甲基基环环己己烯烯 CH2=CHCHCH3 3 3- -环环戊戊基基丁丁烯烯 4.芳香烃的命名芳香烃的命名 命名有两种方法，一种是以芳香环作为母体，将其他命名有两种方法，一种是以芳香环作为母体，将其他 烃基看作芳香环上的取代基；另一种是将芳香环看作烃的烃基看作芳香环上的取代基；另一种是将芳香环看作烃的 取代基来命名。取代基来命名。 1 2 3 4 5 6 7 8 萘萘 CH3 2 2- -甲甲基基萘萘或或 - -甲甲基基萘萘 CH3 CH2CH3 2 2- -甲甲基基- -1 1- -乙乙基基萘萘 二、二、 烃的衍生物的命名烃的衍生物的命名 烃分子中

13、的氢原子被其他原子或官能团取代后烃分子中的氢原子被其他原子或官能团取代后 生成的化合物叫做烃的衍生物，其命名与烃的命名相似。生成的化合物叫做烃的衍生物，其命名与烃的命名相似。 1. 脂肪族衍生物的命名脂肪族衍生物的命名 对简单的衍生物，首先区分化合物的类别（醇、卤代烃、对简单的衍生物，首先区分化合物的类别（醇、卤代烃、 醛、羧酸等），然后按照碳原子的数目和烃基的名称命名。醛、羧酸等），然后按照碳原子的数目和烃基的名称命名。 CH2=CHCH 2Br 烯烯丙丙基基溴溴 CH3CHCH3 OH 异异丙丙醇醇 CH3COCH3 丙酮 CH3OCH 2CH3 甲乙醚 CH3CHCH2COOH CH3

14、异丁酸 结构复杂的烃的衍生物，采用系统命名法结构复杂的烃的衍生物，采用系统命名法 CH3CHCHO CH3 2 2甲甲基基丙丙醛醛 CH3CH2CHCHCH2CH3 OH CH3 4 4甲甲基基3 3己己醇醇 CH3CHCH2CHCOOH CH3CH2CH3 4 4甲甲基基2 2- -乙乙基基戊戊酸酸 CH3CH2C CHCH2CCH3 O CH3O 4 4甲甲基基2 2，5 5- -庚庚二二酮酮 CH3C CH3 OH CH2CHO 3 3- -甲甲基基- -3 3- -羟羟基基丁丁醛醛 CH2=CCOOCH3 CH3 2 2- -甲甲基基- -丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯 2. 芳香族衍生物的命名

15、芳香族衍生物的命名 芳香族衍生物的命名基本上与脂肪烃命名相同。通常，芳香族衍生物的命名基本上与脂肪烃命名相同。通常， 当环上有硝基（当环上有硝基（-NO2）、卤素（）、卤素（-X）时，把芳环当作母体；）时，把芳环当作母体； 含有其他官能团如：羟基（含有其他官能团如：羟基（-OH）、氨基）、氨基(-NH2)、醛基、醛基 (-CHO)、羧基、羧基(-COOH)等时等时 ，把芳环当作取代基进行，把芳环当作取代基进行 命名。命名。 OH NO2 邻硝基苯酚 OH COOH 邻羟基苯甲酸 SO3H Cl 1-氯-2-萘磺酸 3 . 杂环化合物的命名杂环化合物的命名 目前主要采用音译法进行命名。一般在同音

16、汉字目前主要采用音译法进行命名。一般在同音汉字 的左边，加上一个的左边，加上一个“口口”旁。旁。 O 呋喃 (furan) S 噻吩 (thiophene) N H 吡咯 (pyrroe) N 吡啶 (pyridine) 9.6 有机反应有机反应 有机反应的类型也多种多样，根据反应物和生成物有机反应的类型也多种多样，根据反应物和生成物 之间的关系，我们在这里介绍裂化反应、取代反应、之间的关系，我们在这里介绍裂化反应、取代反应、 氧化还原反应、加成与加聚反应、缩合及缩聚反应等。氧化还原反应、加成与加聚反应、缩合及缩聚反应等。 一、一、 裂化反应裂化反应 裂化反应是在一定条件下，把相对分子质量大的

17、烃裂化反应是在一定条件下，把相对分子质量大的烃 断裂为相对分子质量小的烃的过程。裂化反应分为热裂反断裂为相对分子质量小的烃的过程。裂化反应分为热裂反 应和催化裂化两类。应和催化裂化两类。 1. 热裂反应热裂反应 热裂反应就是在隔绝空气、高温的条件下发生热裂反应就是在隔绝空气、高温的条件下发生 键断裂的反应。键断裂的反应。 CH3 H CCH2 HH 460 H3CCH=CH2 + H2 CH3 460 CH2CH2 H CH2=CH 2 + CH4 2. 催化裂化反应催化裂化反应 催化裂化是应用催化剂如催化裂化是应用催化剂如-氧化铝氧化铝-硅胶，在硅胶，在450 550的温度下，将较大分子的烷

18、烃断裂成带支链的的温度下，将较大分子的烷烃断裂成带支链的 烷烃、烯烃和芳烃的过程。烷烃、烯烃和芳烃的过程。 CH3(CH2)5CH3 CH3(CH2)4CH=CH2 + H2 脱氢 CH3 CH3 + 3H2 环化 芳构化 脱氢 CH3(CH2)3CH CH3 CH3 异 构 化 二、二、 取代反应取代反应 有机化合物分子中的某些原子被其他原子或基团有机化合物分子中的某些原子被其他原子或基团 取代的反应总称为取代反应。取代的反应总称为取代反应。 1 . 烷烃的取代反应烷烃的取代反应 在高温或光照条件下，烷烃可与氯气、溴、硝酸、在高温或光照条件下，烷烃可与氯气、溴、硝酸、 硫酸等试剂发生取代反应

19、，生成相应的卤代烃、硝基硫酸等试剂发生取代反应，生成相应的卤代烃、硝基 化合物、烷基磺酸化合物。由于反应剧烈，产物往往化合物、烷基磺酸化合物。由于反应剧烈，产物往往 是复杂的混合物。是复杂的混合物。 或光照 CH4+ Cl2 CH3Cl + HCl CH2Cl2 +HCl CHCl3+ HCl CCl 4+ HCl 2. 单环芳烃的取代反应单环芳烃的取代反应 苯环上的氢原子容易被其他原子或基团取代，这是单环芳烃苯环上的氢原子容易被其他原子或基团取代，这是单环芳烃 最重要的反应。主要有卤代、硝化、磺化、烷基化和酰基化等。最重要的反应。主要有卤代、硝化、磺化、烷基化和酰基化等。 卤代反应卤代反应

20、55-60 X2 + FeX3 X (X=Cl 、Br)+ HX Cl2 CH3 FeCl3 + Cl CH3 CH3 Cl + 58%42% 硝代反应硝代反应 HO NO2 浓 H2SO4 50-60 + NO2 H2O+ NO2 HO NO2 浓 H2SO4 95 + H2O NO2 NO2 + 30 NO2 浓 H 2SO4 CH3 HO+ NO2 CH3 CH3 NO2 + 磺化反应磺化反应 HO SO3H+ SO3H H2O+ 烷基化和酰基化反应烷基化和酰基化反应 CH3CH2Cl 无水AlCl3 + CH2CH3 乙苯 + CH3CCl O 无 水 AlCl 3 CCH3 O 苯乙

21、酮 三、三、 氧化还原反应氧化还原反应 因此有机化学中一般把与氧结合（分子中加入氧）因此有机化学中一般把与氧结合（分子中加入氧） 或失去氢（分子中去掉氢）的反应叫做氧化，把与氢或失去氢（分子中去掉氢）的反应叫做氧化，把与氢 结合或失去氧叫做还原。结合或失去氧叫做还原。 1.氧化反应氧化反应 不饱和烃的氧化不饱和烃的氧化 CH=CH2R KMnO4(稀冷) 中性或碱性 R OH CH-CH2 OH + MnO2 RCH=CH2 KMnO4 酸性 RCOOH + HCOOH H2O + CO2 R C= R KMnO4 酸性 C R H R C=O R + RCOOH KMnO4 酸性 RCCRR

22、COOH + RCOOH 芳环侧链氧化芳环侧链氧化 CH(CH3)2 C(CH3)3 KMnO4 + H2SO4 COOH C(CH3)3 醛的氧化醛的氧化 RCHO 2Ag(NH3)2+ 2OH - 2AgRCOONH 4 H2O3NH3 吐伦试剂吐伦试剂 RCHO2Cu2+ 5OH - RCOO -3H2OCu2O 费林试剂费林试剂 2. 还原反应还原反应 醛和酮的还原反应醛和酮的还原反应 还原成醇：还原成醇： RCHOH2 Ni RCH2OH 伯醇 RCOR H2 Ni RCHR OH 仲醇 CH3CH =CHCHO Ni H2 巴巴豆豆醛醛 CH3CH2CH2CH2OH CH3CH =CHCHO NaBH 4CH3CH =CHCH 2OH