有机化学第二版第一章徐伟亮

1、有机化学有机化学48学时学时2021-10-22有机化学2v 第一章第一章 绪绪 论论1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学1.2 有机化合物的特性有机化合物的特性1.3 分子结构和结构式分子结构和结构式(掌握表示方法掌握表示方法!)1.4 共价键共价键:1.4.1 共价键的形成共价键的形成(价键理论价键理论;轨道杂化轨道杂化csp3;分子轨道理论分子轨道理论) 1.4.2 共价键的属性共价键的属性(键长键长;键能键能;键角键角;键的极性和诱导效应键的极性和诱导效应i) 1.4.3共价键的断裂和有机反应的类型共价键的断裂和有机反应的类型;1.5 有机化合物的分类有机化合物的分类: 1

2、.5.1 按碳架分类按碳架分类;1.5.2 按官能团分类按官能团分类1.6 有机化合物的研究程序有机化合物的研究程序1.7 如何学好有机化学如何学好有机化学重点重点邑大学五五2021-10-22有机化学3v 五五. .有机物研究程序、有机知识应用有机物研究程序、有机知识应用创新意识、创新意识、 能力培养。能力培养。第一章第一章 绪论绪论 本章作为课程导言，其本章作为课程导言，其中心课题中心课题是讨论以下是讨论以下一一. .有机化合物有机化合物和和有机化学有机化学了解有机物产生历史了解有机物产生历史 和有机化学学科形成、发展以及重要作用和地位。和有机化学学科形成、发展以及重要作用和地位。二二.

3、.有机分子结构有机分子结构及及表示方法表示方法三三. .共价键共价键四四. .有机化合物的分类有机化合物的分类重要基本知识重要基本知识! !邑大学五五2021-10-22有机化学4v1.1.1 有机化合物有机化合物vantoine lavoisier (1743-1794): (法国化学法国化学家）家） “来自有生命机体的物质称为有机来自有生命机体的物质称为有机物。物。”1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 邑大学五五2021-10-22有机化学5v 1769年，从葡萄汁中得到了纯的酒石酸；v 1773年，从尿中得到了尿素；v 1780年，从酸奶中得到了乳酸；v 1805年，从鸦片

4、中得到了吗啡。v 1806年，瑞典化学权威berzelius提出了“生命力学说”从有生命动植物体内得到的化合物称为有机化合物。邑大学五五2021-10-22有机化学6v v jakob berzelius (1779-1848) 邑大学五五2021-10-22有机化学7v ( (vitalism)邑大学五五2021-10-22有机化学8v 有机“有生命的物质”邑大学五五2021-10-22有机化学9v animals邑大学五五2021-10-22有机化学10v microbes邑大学五五2021-10-22有机化学11v 1828年，friedrich whler (1800-1882) wa

5、s a chemistry professor in gttingen. 将氰酸铵的水溶液加热得到了尿素。邑大学五五2021-10-22有机化学12v nh2cnh2onh4cno+-inorganicorganic邑大学五五2021-10-22有机化学13v 1845年，德国科学家h.kolbe （1816-1884 ）合成了醋酸；v 邑大学五五2021-10-22有机化学14v 1854年，marcellin berthelot （1827-1907）paris, france 合成了油脂类物质。2021-10-22有机化学15v 有机化学（有机化学（organic chemistry）

6、研究研究有机化合物有机化合物的结构的结构和性质的科学和性质的科学 有机化合物有机化合物 含碳的化合物含碳的化合物hcnofpsclbrisib有机化合物中常见的元素有机化合物中常见的元素邑大学五五2021-10-22有机化学16v 有机化合物有机化合物 性质性质 性质的变化规律性质的变化规律 结构与反应结构与反应性之间的关系性之间的关系 组成组成结构结构 有机化学的研究内容：有机化学的研究内容： 有机反应有机反应 应用应用有机合成有机合成 邑大学五五2021-10-22有机化学17v 1.2 有机化合物的特性有机化合物的特性1.3 分子结构和结构式分子结构和结构式 分子分子(molecules

7、): 组成的原子按一定的排列顺组成的原子按一定的排列顺 序相互影响、相互作用而结合的整体序相互影响、相互作用而结合的整体 分子结构分子结构(molecular structures): 原子排列的顺序和相互作用原子排列的顺序和相互作用邑大学五五 共价键结合共价键结合 有机化合物数量庞大，异构现象普遍有机化合物数量庞大，异构现象普遍 易燃烧易燃烧 熔点较低熔点较低 难溶于水，易溶于有机溶剂难溶于水，易溶于有机溶剂 反应速率一般较小反应速率一般较小 2021-10-22有机化学18v 分子式分子式(molecular formulas ):表示组成分子的原子种类和数目表示组成分子的原子种类和数目c

8、2h6och3ch2ohch3och3乙醇乙醇二甲醚二甲醚 分子结构式分子结构式(molecular structural formulas):表示分子中原子连接的顺序表示分子中原子连接的顺序表示方式：表示方式： 键线式键线式(bond-line formulas): ch3ch2ch2ch3ochhhh邑大学五五 短线式短线式(dash formulas): 缩简式缩简式(condensed formulas):2021-10-22有机化学19v 邑大学五五+c+hhhhhchhh+c+hhhhc+hchchhch4h2cch2c+hhc+chchhcch+c+hhhhhchhh+c+hhh

9、hc+hchchhch4h2cch2c+hhc+chchhcch2021-10-22有机化学20v +c+hhhclhchhclch3cl+c+hhhc+hho+hhchhchhohch3ch2oh+c+hhhco+hc+hhhchhcochhhh3ccoch3ch3cch3och3clch3coch32021-10-22有机化学21v 1.4 共价键共价键(covalent bonds)： 有机化合物中典型的化学键：共价键有机化合物中典型的化学键：共价键 有机化合物的共同结构特征：共价键结合有机化合物的共同结构特征：共价键结合邑大学五五 由两个原子间共用一对电子产生的化学键。由两个原子间共用

10、一对电子产生的化学键。c4 h+chhhhchhhhkecul 价键式价键式惰性气体构型惰性气体构型甲烷甲烷2021-10-22有机化学22v kekul, friedrich august (1829-1896) 德国波恩大学教授。2021-10-22有机化学23v 1916:lewis 结构式结构式最外层电子：最外层电子：h: 2 电子；其它原子电子；其它原子: 8 电子类似于电子类似于氖的稳定结构。氖的稳定结构。乙烯乙烯chhchhcchhhh乙炔乙炔chc hhcch 八隅体规则八隅体规则(octet rule)邑大学五五2021-10-22有机化学24v gilbert n.lewi

11、s（18751946），美国加利福尼亚大学伯克利分校教授。v 2021-10-22有机化学25v 邑大学五五1.4.1 共价键的形成共价键的形成- 1916: lewis电子配对电子配对(1) 价键理论价键理论(valence bond theory) 是成键原子的原子轨道是成键原子的原子轨道 (电子云电子云)相互交盖的结果相互交盖的结果hh+氢原子氢原子s 轨道轨道h h=氢分子氢分子轨道交盖轨道交盖2021-10-22有机化学26v 成键电子处于成键原子之间成键电子处于成键原子之间定域观点定域观点 共价键的方向性共价键的方向性除除s 轨道外轨道外,其它从伸展方向交盖其它从伸展方向交盖 共价

12、键的饱和性共价键的饱和性一个原子的每一个未成对电子只一个原子的每一个未成对电子只 能形成一个共价键能形成一个共价键-故故价键理论价键理论称为称为电子配对法电子配对法 价键理论的局限性价键理论的局限性邑大学五五2021-10-22有机化学27v (2) 杂化轨道理论杂化轨道理论(hybrid orbital theory) :linus cpauling 美国斯坦福大学教授美国斯坦福大学教授(1901- 1994) ，1954年诺贝尔化学奖，年诺贝尔化学奖，1963年诺贝尔和平奖。年诺贝尔和平奖。邑大学五五2021-10-22有机化学28v 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0c在基态时

13、的电子构型：在基态时的电子构型：邑大学五五 (a)碳原子轨道的碳原子轨道的sp3杂化杂化基态基态2p2s1s激发态激发态2p2s1ssp3 杂化态杂化态1ssp3杂化杂化杂化：混合后再重新分配杂化：混合后再重新分配能量相等能量相等电子电子跃迁跃迁解释了有机化合物的结构特征：解释了有机化合物的结构特征：c原子为原子为4价价!2021-10-22有机化学29v hchhh 键(sp3-s)hchh 键(sp3-s)hchh 键(sp3-sp3)hchhcl 键(sp3-p)l 甲烷甲烷(ch4)的的 成键示意成键示意chhhhchhhh轴对称方式交叠轴对称方式交叠邑大学五五2021-10-22有机

14、化学30v 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组 3个个sp2轨道轨道 2pz120o邑大学五五2021-10-22有机化学31v l 乙烯乙烯(ch2=ch2)的成键示意的成键示意csp2轨道p轨道c+hhhhchhp轨道chhcchhhh 键(sp2-s) 键(sp2-sp2) 键 (p-p)cchhhch3 键(sp2-sp3)ochch3 键(sp2-sp2) 键 (p-p)键键 侧面交叠侧面交叠（电子云结合较松散）（电子云结合较松散）邑大学五五2021-10-22有机化学32v 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py

15、2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组sp 2py 2pz180o邑大学五五2021-10-22有机化学33v l乙炔乙炔(ch ch)的成键示意的成键示意:csp轨道py+hhchchpzcpypzcchh 键(sp-s) 键(sp-sp)2 键 (p-p) 键 (sp-sp2)cch3cchch2邑大学五五2021-10-22有机化学34v 1.4.2 共价键的特性共价键的特性v （1）键长（）键长（bond length）v分子中成键两原子间的平均距离。分子中成键两原子间的平均距离。邑大学五五2021-10-22有机化学35v 表1.1 常见共价键的键长共价键 键长/nm 共价键 键长/

16、nm 共价键 键长/nmc-h 0.109 c=c 0.134 c=c 0.120c-c 0.154 c=n 0.128 cn 0.116c-n 0.147 c=o 0.120 h-n 0.107c-o 0.141 h-o 0.096c-f 0.142c-cl 0.177c-br 0.191c-i 0.213键长数据可通过分子光谱或单晶体x-射线衍射等实验手段测得，还可用量子力学的近似方法，从已知热力学数据算得。邑大学五五2021-10-22有机化学36v （2）键角）键角(bond angle)：v两个共价键之间的夹角称之。两个共价键之间的夹角称之。v键角数据也是通过分子光谱和x-射线衍射法

17、确定的。邑大学五五2021-10-22有机化学37v（3）键能）键能(bond energy)v 形成共价键时体系释放的能量，或断裂形成共价键时体系释放的能量，或断裂共价键共价键 时体系吸收的能量。时体系吸收的能量。v 键能反映了共价键的强度，键能越大则键能反映了共价键的强度，键能越大则键越牢固。气态双原子分子键能也是离解能；键越牢固。气态双原子分子键能也是离解能；多原子分子键能与离解能不完全一致。多原子分子键能与离解能不完全一致。邑大学五五2021-10-22有机化学38v 表表1.2 一些共价键的键能一些共价键的键能共价键共价键键能键能/kjmol-1共价键共价键键能键能/kjmol-1c

18、cchcncocf347414305360485cclcbrccccci339285218611837ch4 各各c-h键键ed分别为分别为:423;439;448；347.平均为平均为414邑大学五五2021-10-22有机化学39v （4）键的极性）键的极性+ -ch3 cl非极性共价键（非极性共价键（nonpolar bond）：）：当两个相同原子形成共价键时，成键电子云是对称分布于两原子之间，这样的键没有极性，称非极性共价键。非极性共价键。极性共价键（极性共价键（polarized covalent bond）两个不同的原子结合形成共价键时，成键电子云不完全对称而呈现极性的共价键，称极

19、性共价键，极性共价键，如：邑大学五五h cl2021-10-22有机化学40v 常见共价键的偶极矩共价键 u/10-30c.m 共价键 u/10-30c.m 共价键 u/10-30c.mh-c 1.33 c-n 0.73 c=o 7.67 h-n 4.34 c-o 2.47 cn 11.67h-o 5.04 c-s 3.00h-s 2.72 c-f 4.70h-cl 3.60 c-cl 4.78h-br 2.60 c-br 4.60h-i 1.27 c-i 3.97极性共价键的电荷分布不均匀，正、负电中心不相重叠，就构成了一个偶极，偶极的大小由偶极矩 表示。邑大学五五2021-10-22有机化

20、学41电负性值相差越大，共价键的极性也越大。 物性物性: :熔点、沸点、溶解度熔点、沸点、溶解度分子极性对分子极性对 都有影响都有影响 化性化性: :化学反应性化学反应性chhhh = 0ohh = 1.84d多原子分子的偶极矩多原子分子的偶极矩各键的偶极矩的向量和各键的偶极矩的向量和邑大学五五2021-10-22有机化学42v 1.4.3 共价键的断裂和有机反应的类型共价键的断裂和有机反应的类型v v（1）均裂）均裂 断裂时，组成该键的两个原子各保留一个电子，自由基反应。a : b a b v（2）异裂）异裂 断裂时，组成该键的一对电子完全转移到一个原子上，离子型反应。a : b a :ba : b :a b邑大学五五2021-10-22有机化学43v （3）协同反应）协同反应v 在反应过程中无明显的分布的共价键均裂或异裂，而是通过一个环状过渡态环状过渡态，旧键的断裂和新键的生成同时完成。邑大学五五2021-10-22有机化学44v 1.5 有机化合物的分类有机化合物的分类v 1.5.1 按碳架分类按碳架分类链形化合物链形化合物环形化合物环形化合物（脂肪族化合物）（脂肪族化合物）碳环化合物碳环化