有机化学 chap1-绪论

1、有机化学有机化学Organic Chemistry人工合成有机物人工合成有机物分离提纯有机物分离提纯有机物“有机有机”和和“生命力生命力”酒石酒石 酒石酸酒石酸尿液尿液 尿素尿素鸦片鸦片 吗啡吗啡来自来自动植物动植物来自来自矿物矿物有机物有机物无机物无机物含碳化合物的化学含碳化合物的化学碳氢化合物及其碳氢化合物及其衍生物的化学衍生物的化学1828年年 尿素尿素1845年年 醋酸醋酸1854年年 油脂油脂 NH4OCN(NH2CNH2O维勒维勒(德国德国)有机化学有机化学化合物的化学化合物的化学凭什么一个凭什么一个就能成为一门就能成为一门独立学科独立学科？1、与人类关系密切、与人类关系密切2、数

2、量众多、数量众多3、性质特点不同于无机物、性质特点不同于无机物为什么有机物为什么有机物的数量比无机的数量比无机物多这么多？物多这么多？有机物上千万种有机物上千万种无机物几百万种无机物几百万种每年新增有机物上万种每年新增有机物上万种 有机化学：是研究有机化合物的来源、结构、组成、性质、制备、应用和功能以及相关理论和方法的一门科学。我国在有机化学领域的贡献 1965年 首先完成了结晶牛胰岛素的人工合成 1981年11月20日 宣布成功合成了具有与天然分子相同结构和完整生物活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸 标志着我国在人工合成生物大分子的研究方面继续居于世界先进水平易易燃燃熔、熔、沸沸点点低低难难溶溶于

3、于水水反反应应速速度度慢慢副副反反应应多多单键单键双键双键三键三键CH3CH3CH2CH2CHCH性质特点性质特点结构特点结构特点以以 为核心为核心以以相结合相结合1、结构、结构决定了性决定了性质质2、由性、由性质可以推质可以推测结构测结构 组成有机物的组成有机物的(C、H、O、N、X、S、P)，但但。1、根据、根据C的骨架分类的骨架分类（1）链状化合物）链状化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物)（2）环状化合物）环状化合物脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃杂环杂环(heterocyclic compound)2、根据官能团、根据官能团(functional group)分类分类官能团官能团决定一类有机物特

4、性的基团决定一类有机物特性的基团CH3CH2CH2OHOS官能团的排列顺序是系统命名中作母体的资格顺序。官能团的排列顺序是系统命名中作母体的资格顺序。烃烃烃烃的的衍衍生生物物链烃链烃环烃环烃饱和烃饱和烃不饱和烃不饱和烃脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃卤代烃卤代烃含氧含氧化合化合物物含氮含氮化合化合物物醇、酚、醚醇、酚、醚醛、酮醛、酮羧酸和羧酸衍生物羧酸和羧酸衍生物杂环化合物杂环化合物硝基化合物硝基化合物胺胺重氮和偶氮化合物重氮和偶氮化合物CH3CH3CH3BrClCH3OHOHCH3-O-CH3CH3CHOCH3COOHCH3NO2CH3NH2N2HSO4-+OCH3-C-CH3OCH3-C-ClOC

5、H2CH2CH CHS四、有机物结构表示方式四、有机物结构表示方式表示无机物表示无机物分子式分子式组成组成(H2O)构造式构造式分子中原子的连接方式和次序。分子中原子的连接方式和次序。因为在有机物中普遍存在着因为在有机物中普遍存在着同分异构同分异构分子组成相同，但结构、性质不同。分子组成相同，但结构、性质不同。如：如：C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3其它表示式见后。其它表示式见后。（1）路易斯式）路易斯式一对电子表示一根共价键一对电子表示一根共价键H.H C HH.H C C H. . . . .H C OH. .（2）凯库勒式）凯库勒式一条短线表示一根共价键一条短线表示一根共价键HC

6、CHHCOHHCH HH甲烷甲烷乙炔乙炔甲醛甲醛路易路易斯式斯式凯库凯库勒式勒式标出外层电子标出外层电子（3）构造简式）构造简式省略省略CH键和键和(主链主链)中的单键中的单键相同的部分可以用括号表示：相同的部分可以用括号表示：左端相同基团，左端相同基团，写在连接写在连接C之前；之前；其他写在连接其他写在连接C之后。之后。(CH3)2CHCH2CH CHCH2CCCCCCCC（4）骨架式）骨架式省略凯库勒式中的省略凯库勒式中的HCH3CH3CHCH2CHCHCH2CH3CH2CH2CH3CH3(CH2)2CH3(CH3)2CHCH3CH3CHCH3CH3CCCCCCCC（5）键线式）键线式省略

7、省略C、H原子，画出原子，画出C之间的价键之间的价键线，线的端点和交点代表一个线，线的端点和交点代表一个C。CH3CH2CH2CH2CH2CH3ClCH2CH2CH2CH2OOClCH3CHCHCH2CHCCH1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 7CH3CHCH2CH2CCH2CH3CH3CH2CH3CH31 1、C在周期表中的位置决定在周期表中的位置决定生成共价键；生成共价键；四价。四价。C既不易得既不易得个电子，个电子，也不易失也不易失个电子。个电子。2 2、有机物分子结构、有机物分子结构3C3CConstitution(Constitution(构造构造):):指组成分子的原子

8、或基团相互指组成分子的原子或基团相互 连接的顺序。如连接的顺序。如C C2 2H H4 4ClCl2 2有有CHCH2 2ClCHClCH2 2ClCl和和CHCH3 3CHClCHCl2 23C3C：Constitution, Configuration, ConformationConstitution, Configuration, ConformationConfiguration(Configuration(构型构型):):指组成分子的原子或基团的固指组成分子的原子或基团的固有空间排列，其排列状态的改变，必须靠共价键的断有空间排列，其排列状态的改变，必须靠共价键的断裂和新的化学键的形

9、成。裂和新的化学键的形成。如：如：Conformation(Conformation(构象构象) )：指组成分子的原子或基团的相指组成分子的原子或基团的相对空间排列，其排列状态可因化学键的转动而复原。对空间排列，其排列状态可因化学键的转动而复原。3、共价键、共价键两原子的原子轨道，相互交两原子的原子轨道，相互交叠即形成叠即形成沿轨道轴平行方沿轨道轴平行方向成键。重叠大、稳定、向成键。重叠大、稳定、可沿键轴自由旋转。可沿键轴自由旋转。 键键沿轨道轴垂直方沿轨道轴垂直方向成键。重叠小、不稳定、向成键。重叠小、不稳定、不能沿键轴旋转不能沿键轴旋转。共共价价键键的的类类型型交叠越大，成键越牢固交叠越大

10、，成键越牢固例如：例如：H2分子分子4、 氢键氢键较小原子半径、电负性强、有未共用电子对的原子。较小原子半径、电负性强、有未共用电子对的原子。氢键用虚线表示：氢键用虚线表示： XH-Y氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关。氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关。氢键FHFOHONHNNHF键能KJmol 28.0 18.8 5.4 20.9 元素的电负性越大、原子半径越小，形成的氢键越强。元素的电负性越大、原子半径越小，形成的氢键越强。分子间氢键具有方向性、饱和性。分子间氢键具有方向性、饱和性。 分子间力的大小顺序：分子间力的大小顺序：氢键氢键 色散力色散力偶极偶极偶极作用力偶极作用力键长键

11、长键角键角离解能和键能离解能和键能极性和极化性极性和极化性六、共价键的属性六、共价键的属性断裂或断裂或生成一生成一个键所个键所消耗或消耗或放出的放出的能量能量H C HHH平均值平均值C-H:415.7kJ/mol键的极性键的极性取决于成键原取决于成键原子的电负性。如子的电负性。如CC、HCl分子的极性分子的极性取决于键取决于键的极性、分子形状。如：的极性、分子形状。如：CH4键的极化性键的极化性受外电场作受外电场作用，极性的变化。用，极性的变化。 比比s s容易极容易极化。化。CCCC两核距离两核距离两键夹角两键夹角有机反应的本质有机反应的本质1、根据反应形式：、根据反应形式： 取代、加成、

12、聚合、消除取代、加成、聚合、消除2、根据反应机理：、根据反应机理： 协同反应和分步反应。协同反应和分步反应。协同反应协同反应旧键的断裂和新键的生成旧键的断裂和新键的生成完成完成分步反应分步反应旧键的断裂和新键的生成旧键的断裂和新键的生成完成完成A BA BA + BA+ + B-均裂均裂异裂异裂由由引发的反应引发的反应反应反应由由引发的反应引发的反应、反应反应碳正离子碳正离子 平面形结构平面形结构 sp2杂化杂化 三个三个sp2轨道与其轨道与其它原子形成三个它原子形成三个键，处于一个平面键，处于一个平面内内 未杂化的未杂化的pz轨道是轨道是空的，无电子空的，无电子 碳负离子碳负离子 四面体结构

13、四面体结构 sp3杂化杂化 三个三个sp3轨道与其它轨道与其它原子形成三个原子形成三个键键 另一个另一个sp3轨道中有轨道中有一对电子一对电子 共轭体系可能是或接共轭体系可能是或接近平面近平面碳自由基碳自由基 平面结构平面结构 sp2杂化杂化 三个三个sp2轨道与其它轨道与其它原子形成原子形成 键，在键，在一个平面内一个平面内 单电子处于未杂化单电子处于未杂化的的p轨道轨道 亲电试剂亲电试剂: 正离子、缺电子化合物正离子、缺电子化合物 有机化学中亲电试剂是路易斯酸有机化学中亲电试剂是路易斯酸 亲电反应：由亲电试剂的进攻而发生的反应亲电反应：由亲电试剂的进攻而发生的反应 亲核试剂：负离子、有孤对

14、电子亲核试剂：负离子、有孤对电子 亲核试剂是路易斯碱亲核试剂是路易斯碱 亲核反应：由亲核试剂的进攻而发生的反应亲核反应：由亲核试剂的进攻而发生的反应游离基加成反应游离基加成反应游离基取代反应游离基取代反应亲核取代反应亲核取代反应亲核加成反应亲核加成反应亲电取代反应亲电取代反应亲电加成反应亲电加成反应取代反应取代反应加加成成反反应应游离基型反应游离基型反应协同反应协同反应(周环反应周环反应)离子型反应离子型反应亲电反应亲电反应亲核反应亲核反应反应类型反应类型(2)、质子理论：、质子理论：(3)、电子理论：、电子理论：(1)、解离理论：、解离理论：在水中，解离在水中，解离 离子全部是离子全部是 的

15、是的是凡能凡能 的物质是的物质是凡能凡能 的物质是的物质是Lewis酸碱理论酸碱理论酸：电子对的接受体酸：电子对的接受体。 分子：分子：BF3 、 AlCl3 、 FeCl3 、 SnCl4 金属离子：金属离子：Li、 Ag、 Cu 正正 离离 子：子： R 、Br 、 NO2 、H碱：电子对的给予体。与质子碱相同。碱：电子对的给予体。与质子碱相同。 负离子；负离子； 含具有未共用电子对原子的分子；含具有未共用电子对原子的分子； 富有富有 电子的分子如烯和芳香化合物。电子的分子如烯和芳香化合物。分离提纯分离提纯元素分析元素分析确定分子式确定分子式确定结构式确定结构式IR, UV, NMR, M

16、S化学性质和反应历程化学性质和反应历程化学性质化学性质命名命名结构结构十、有机化学发展 有机化学是一门迅速发展的学科有机化学是一门迅速发展的学科 有机合成化学天然有机化学生物有机化学金属与元素有机化学物理有机化学有机分析化学药物化学香料化学农药化学有机新材料化学 等学科生命科学材料科学环境科学化学生物学能源、工业、农业 等方面. 19011998年，诺贝尔化学奖共年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的项，其中有机化学方面的 化学奖化学奖55项，占化学奖项，占化学奖61%1989年美国年美国Harvard大学大学kishi教授等完成海教授等完成海葵毒素葵毒素(palytoxin) 的全合成。的全合成。农农 业业医医 药药卫卫 生生工工 业业。国国 防防硝硝酸酸甘甘油油感感冒冒清清古古汉汉养养生生精精有机化学与现代人类的生活息息相关。有机化学与现代人