有机化学绪论46282

1、第第1 1章章 绪论绪论本章内容本章内容1.1 有机化合物和有机化学1.2 有机化学的发展1.3 有机结构理论基础1.4 有机化合物的分类1.1 1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 什么是有机化学什么是有机化学 有机化学是化学的一个重要的分支，它是研究有机化合物的化学。有机化合物的主要特征是它们都有碳原子，即都是碳化合物，因此有机化学就是研究碳化合物的化学。caco3o2nno2no2ch3h3cocoohclclcoohoch3otnt百草敌乙酰水杨酸有机化学的建立有机化学的建立 有机化学奠基于在18世纪中叶。19世纪初，1828年德国化学家武勒(fwhler)首先发现；用公认

2、的无机物氰酸氨(nh4ocn)，可在实验室中制造出原来只能从人体排泄物尿中取得的有机化合物尿素(h2nconh2)。从此，化学家们摒弃了不科学的“生命力”学说的束缚，即认为有机物只能存在于生物体中，是“生命力”在制造这些有机化合物。 agocnnh4clagclnh4ocnnh4ocnnh2conh2同分异构现象是指具有相同的分子式而结构不同的现象1.2 1.2 有机化学的发展有机化学的发展 有机化学是研究有机化合物的结构、性质、制备、功能及应用的一门重要学科，它与人类生活以及许多其他学科有着极为密切的关系。 1有机合成化学创造新物质的科学 2. 天然有机化学3物理有机化学4金属有机化学和有机

3、催化5生物有机化学 1 1有机合成化学有机合成化学创造新物质的科学创造新物质的科学维生素b12(woodward and eschenmoser, science,1997)2. 2. 天然有机化学天然有机化学oooch3och3coohcch3ohoch3ch3ch3onhoohoooh紫杉醇3 3物理有机化学物理有机化学20世纪30年代，著名化学家l. pauling（1954年获诺贝尔化学奖）和物理学家j. c. slater将量子力学的原理与化学的直观经验相结合，创立了价键理论，在经典化学中引入了量子力学理论和一系列新的概念，如杂化、共振、键、键、电负性、电子配对等。 4 4金属有机化

4、学和有机催化金属有机化学和有机催化1901年法国化学家grignard发现了一类重要的金属有机化合物有机镁试剂，即grignard试剂（简称格氏试剂） v. grignard因发明格氏试剂而获得1912年诺贝尔化学奖 5 5生物有机化学生物有机化学1953年j.d.watson和h.c.crick提出的dna分子双螺旋结构模型，对于生命科学具有划时代的贡献，它为分子生物学和生物工程的发展奠定了基础，为整个生命科学带来了一场深刻的革命。为此watson和crick共获1962年诺贝尔生理学或医学奖。结论 有机化学也就是碳氢化合物及其衍生物的化学。这一提法，体现了所有有机化合物在结构上的相互联系，

5、也是有机化学的又一定义。1.3 1.3 有机结构理论基础有机结构理论基础有机化合物分子中的化学键主要是共价键，以共价键结合是有机化合物分子基本的、典型的结构特点 1.3.1 价键理论价键理论认为，共价键的形成是由于成键原子的原子轨道（电子云）相互重叠或交盖的结果。或者说共价键的形成是自旋反平行的两个电子配对的结果。因此，价键理论又称为电子配对理论电子配对理论。两个原子轨道中自旋反平行的两个电子，在轨道重叠区域内运动，为两个原子所共有，此时两个原子核相互吸引，体系能量降低。4hcchhhhliliefef共价键通过电子的共享而形成离子键是通过电子转移而形成的共价键具有两个特点一是方向性: 两原子

6、轨道必须沿某一方向（即原子轨道对称轴的方向）相互重叠时，重叠程度最大，形成的键最牢固。二是饱和性: 两个原子的未成对电子自旋反平行配对后，再不能与第三个电子配对。根据价键理论的观点，成键电子只能在轨道重叠的区域内运动，是定域的定域的。 价键理论能很好地解释共价键形成的本质、成键规则、成键能力等，但不能解释空间构型问题.杂化理论杂化理论认为：成键时，2s中的一个电子首先激发到2pz轨道中，然后四个原子轨道重新组合（即杂化），形成新的杂化轨道。激发杂化杂化轨道2s2p2s2psp3杂化后形成的每一个sp3杂化轨道的形状 一个sp3杂化轨道图1-1109o28四个sp3杂化轨道形状 sp2杂化是由一

7、个s轨道和两个p轨道参加的杂化，三个sp2杂化轨道在三维空间的空间形状为平面三角形，轨道与轨道之间的夹角为120，未参加杂化的p轨道垂直于sp2杂化轨道平面p轨道sp2轨道120o sp杂化轨道是由一个s轨道和一个p轨道参加杂化形成的，sp杂化轨道的空间形状为直线形，未参加杂化的两个p轨道彼此垂直且都垂直于sp杂化轨道对称轴。 p轨道sp轨道p轨道sp轨道1.3.2 1.3.2 分子轨道理论分子轨道理论处理共价键和分子结构的另一种近似方法是分子轨道法。分子轨道法通常是采用原子轨道的线性组合来处理共价键。反键轨道成键轨道分子轨道原子轨道原子轨道能量 1中原子核间的波函数增大，电子云密度增加，这种

8、分子轨道能量比原来的原子轨道的能量低，为成键轨道成键轨道或成键轨道）。2中原子核间的波函数减少，电子云密度 反键轨道成键轨道分子轨道原子轨道原子轨道能量 如果两个原子轨道是沿原子轨道对称轴方向相互叠加，即“头碰头”重叠，形成的键叫键键。成键轨道用表示，反键轨道用*表示。如果两个原子轨道的对称轴相互平行相叠加，即“肩并肩”重叠，形成的键叫键键。成键轨道用表示，反键轨道用*表示。 +yx212121+12yyxx1212+yxy2x112原子轨道组成分子轨道必须具备下列三个条件：（1）只有对称性相同的原子轨道，即“对称匹配”，才能有 效成键。（2）只有能量相近的原子轨道，才能有效成键。如果两原 子

9、轨道的能量相差太大，则成键轨道的能量与原子轨道 能量相比降低的少，不能形成稳定的分子轨道。 （3）原子轨道重叠程度越大，形成的键越牢固。分子轨道理论认为：成键电子不是“定域”在成键轨道中，而是在整个分子内运动，即是“离域”的。这也是价键理论与分子轨道理论最根本的区别。1.3.3 1.3.3 共价键参数共价键参数1. 键长 成键原子原子核之间的距离，称为键长 同一类型的共价键，在不同化合物中它的键长也可能稍有不同。原子在分子中不是孤立的，它们受到分子中其他原子的相互影响。 c-c（0.154nm)，c=c（0.134nm）， cc（0.120nm）v 2. 键能 断裂单个特定共价键所吸收的能量，

10、称为该键的离解能*共价键的键能是断裂分子中全部同类共价键的离解能的平均值*键能的大小反映了键的稳定性，键能较大，键也较稳定甲烷分子中有四个键，它们逐个断裂所需的离解能依次分别为：h1 = 435kj, h2 = 444kj, h3 = 444kj, h4 = 339kj,h1 + h2 + h3 + h4= h总 = 1662kj甲烷分子中c-h的键能是每个c-h键的离解能的平均值，为：1662 1/4 4155 （kj/mol）3. 键角 10.59两个共价键之间的夹角。有机分子的键角与碳原子的杂化状态有关，键角还会因所连的原子或基团的大小而有所变化。chhhh109.51.3.4 1.3.

11、4 共价键的极性、分子偶极矩和诱导效应共价键的极性、分子偶极矩和诱导效应 1. 共价键的极性 非极性共价键：非极性共价键：对于两个相同原子形成的共价键，可以认为成键电子云是均匀地分布在两核之间，这样的共价键没有极性，为非极性共价键。h-h* *极性共价键：极性共价键：但当两个不同原子形成的共价键时，由于原子的电负性不一样，成键电子云偏向电负性大的原子一边，这样一个原子带有部分正电，而另一个原子带有部分负电。电子云不完全对称而呈现极性的共价键叫做极性共价键。键的极性大小表示键的极性大小通常用偶极矩表示，用德拜（d）作为偶极矩的单位;偶极矩有方向性，在多原子分子中，分子的偶极矩是分子中各个键的偶极

12、矩的向量和;偶极矩大小表示一个键或一个分子的极性。hclch3clhcch =1.03d =1.87d =0d =qd键矩等于正、负电荷中心的距离d与正或负电荷q的乘积。单位是d（debye，德拜） 杂化轨道的电负性的大小具有以下结果 sspsp2sp3p2. 分子偶极矩 对于双原子分子，其键矩就是分子的偶极矩；对于多原子分子，分子的偶极矩是各键矩的矢量和。 cclhhh=1.87 dcclclclcl= 03. 诱导效应 由于原子电负性不同，使得分子中电子云密度分布不均匀，且这种影响沿分子链传递下去，这种效应称为诱导诱导效应效应（inductive effect），常用i表示。ch3ch2c

13、h2ch2ch212cl345诱导效应有两个特点： 沿着键分子链传递； 渐远渐减。诱导效应传递到第三个碳上已经很小，到第五个碳原子，完全消失。诱导效应是一种静电作用，是永久性的，属于电子效应的一种。 诱导效应有正、负之分。与碳原子的电负性相比，如果与碳相连的原子y的电负性比碳大，cy键电子对偏向y（cy），则原子y或其基团的诱导效应为负，用-i表示；反之，y的电负性比碳小，电子对偏向碳（cy），则原子y或其基团的诱导效应为正，用+i表示。 ch2=ch-ch3 ch3oh 1.3.5 1.3.5 共价键的断裂和有机反应类型共价键的断裂和有机反应类型 共价键的断裂有两种方式：（1） 均裂，即共价

14、键断裂时，成键的一对电子平均分给成键的两个原子或基团，产生了带有未成对电子的原子或基团，称为自由基自由基或游离基游离基 a-babcl-clclcl （2）异裂，即共价键断裂时，成键电子对完全属于一个原子或基团，产生了正离子和负离子。如果成键原子是碳，带正电荷的离子称为碳正离子碳正离子；带负电荷的离子称为碳负离子碳负离子。 abab(ch3)3c cl(ch3)3ccl:+_:+_自由基、碳正离子和碳负离子都是反应过程中产生的、只能瞬间存在的高活性粒子，称为活性中间体活性中间体。1.4 1.4 有机化合物的分类有机化合物的分类 1按碳架分类按碳架可将有机化合物分为以下三类：（1）开链化合物：分子中的碳原子连接成链状。 ch3ch2chch2ch3ch2=chch3ch3cch3cch33-甲基戊烷丙烯2-丁