有机化合物的定义及特点

1、第一章绪 论 （一）（一）重点重点1.有机化合物的定义及特点有机化合物的定义及特点2.共价键的一些基本概念共价键的一些基本概念3.诱导效应诱导效应4. 有机化合物的研究方法有机化合物的研究方法（二）（二）难点难点1价键理论价键理论2分子轨道理论分子轨道理论3诱导效应诱导效应一、一、 有机化学的研究对象有机化学的研究对象1有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学1 1）有机化合物：）有机化合物：指碳氢化合物及以碳氢化合物衍生而得的指碳氢化合物及以碳氢化合物衍生而得的化合物。化合物。有机化和物中，除碳和氢外，常见的元素有O.N.X.S.P 等。有机化合物有一千多万种以上。）有机化学：）有机化学：研

2、究有机化合物的化学。研究有机化合物的化学。2有机化合物特点有机化合物特点1）组成元素少，但数量庞大；同分异构现象、结构）组成元素少，但数量庞大；同分异构现象、结构式表示式表示2）易燃；）易燃；3）熔沸点低；）熔沸点低；4）难溶于水；）难溶于水；5）反应慢，且产物复杂；方程式用箭头表示）反应慢，且产物复杂；方程式用箭头表示1828年年 F.Wohler(维勒维勒)将氰酸铵的水溶液加热得到尿素：将氰酸铵的水溶液加热得到尿素：NH4CNONH2CONH2说明有机物可以在实验室合成。说明有机物可以在实验室合成。 在十九世纪初期发展了定量测定有机化合物组成的方法，并在十九世纪初期发展了定量测定有机化合物

3、组成的方法，并分析了许多有机化合物。十九世纪中期以后，开始把有机化分析了许多有机化合物。十九世纪中期以后，开始把有机化合物看作是碳化合物，有机化学看作碳化合物化学。有机化合物看作是碳化合物，有机化学看作碳化合物化学。有机化学成为一门科学。学成为一门科学。 1857年，年，Kekule(德德)提出碳原子的四价学说，在此基础上提出碳原子的四价学说，在此基础上发展了有机化合物结构学说，对有机化学的发展起了很大推发展了有机化合物结构学说，对有机化学的发展起了很大推动作用。动作用。3有机化学的产生和发展有机化学的产生和发展1874年，年，vantHoff(荷荷)和和LeBel(法法)提出碳的四面体构型提

4、出碳的四面体构型学说，建立了分子的立体概念，开创了以立体观点来研究有学说，建立了分子的立体概念，开创了以立体观点来研究有机化合物的立体化学（机化合物的立体化学（stereochemistry）。）。1917年，年，Lewis(美美)用电子对来说明化学键的生成。用电子对来说明化学键的生成。1931年年Huckel(德德)用量子化学的方法来解决不饱和化合用量子化学的方法来解决不饱和化合物和芳烃的结构问题。物和芳烃的结构问题。1933年，年，Ingold（英）用化学动力学方法研究饱和碳原子（英）用化学动力学方法研究饱和碳原子上亲核取代反应的机理。上亲核取代反应的机理。60年代，年代，Hoffman.

5、福井谦一（日）发现分子轨道守恒原理，福井谦一（日）发现分子轨道守恒原理，提出前线轨道理论。提出前线轨道理论。80-90年代，年代，Corey提出合成子概念，并合成出许多复杂结提出合成子概念，并合成出许多复杂结构的具有生理活性的有机化合物。构的具有生理活性的有机化合物。4有机化学的研究内容有机化学的研究内容 1）天然产物的研究天然产物的研究2）有机化合物的结构测定有机化合物的结构测定3）有机化合物性质及应用研究有机化合物性质及应用研究4）有机合成有机合成 通过合成不但可以验证天然产物结构的正确性，通过合成不但可以验证天然产物结构的正确性，还可以得到一系列与天然产物结构相似的化合物，从中筛选还可以

6、得到一系列与天然产物结构相似的化合物，从中筛选出性能更好的产物，进一步发展为工业产品。出性能更好的产物，进一步发展为工业产品。5）反应机理的研究反应机理的研究 反应机理的研究可以加深对有机反应的反应机理的研究可以加深对有机反应的理解，有利于合理改变实验条件，提高反应产率。通过机理理解，有利于合理改变实验条件，提高反应产率。通过机理研究也可了解结构与反应活性之间的关系。研究也可了解结构与反应活性之间的关系。 二、二、 共价键的一些基本概念共价键的一些基本概念1共价键理论共价键理论1）价键理论要点：）价键理论要点：（1）原子轨道重叠，共用电子对可形成价键。原子轨道重叠，共用电子对可形成价键。（形成

7、键的电子对在成键前是属于一个原子时，形成的键称配价键，（形成键的电子对在成键前是属于一个原子时，形成的键称配价键，存在电子得失时则形成离子键。）存在电子得失时则形成离子键。）共用两对电子形成双键，其余类推：共用两对电子形成双键，其余类推：+.HHHH CxxxxC4HxxxxCHHHHCCHHHHCCHHHH（2）共价键具有饱和性：原子中未成键电子共价键具有饱和性：原子中未成键电子与另一原子中的某一电子配对后，不能再与第三与另一原子中的某一电子配对后，不能再与第三个电子配对。个电子配对。（3）共价键具有方向性：除）共价键具有方向性：除S轨道外，其它原子轨道外，其它原子轨道都有一定的方向性，两原

8、子轨道只有沿着一轨道都有一定的方向性，两原子轨道只有沿着一定的方向才能达到最大重叠。定的方向才能达到最大重叠。2.分子轨道理论分子轨道理论分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子的运动状态，认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的，的运动状态，认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的，该理论认为化学键是原子轨道重叠产生的，任何数目的原子该理论认为化学键是原子轨道重叠产生的，任何数目的原子轨道重叠可以形成同样数目的分子轨道，如轨道重叠可以形成同样数目的分子轨道，如H2 的形成：的形成： 2（反键轨道）=A-BABHAHB1（成键轨道）=

9、A+BHA+HBH2E A -B * A B A +B E图：氢分子的分子轨道图：氢分子的分子轨道S S 和和P P 原子轨道之间的成键包括了原子轨道之间的成键包括了S S 轨道以轨道以P P 轨道的轴线轨道的轴线方向相互接近而与方向相互接近而与P P 轨道的一端发生最大程度的重叠，同样轨道的一端发生最大程度的重叠，同样形成一对成键形成一对成键和反键和反键* *分子轨道，例分子轨道，例 HFHF： F:2PxH:1SHFHFFFHH*E*H1sF2Px图图2 二个不同的原子轨道组成分子轨道的能量关系二个不同的原子轨道组成分子轨道的能量关系 P轨道与轨道与P轨道能形成轨道能形成分子轨道，例分子轨

10、道，例F2：FFFFF:2PxF:2Px*但是，当两个互相平行的但是，当两个互相平行的P轨道在侧面重叠形成分子轨道时，如轨道在侧面重叠形成分子轨道时，如Py-PyorPz-Pz所形成的分子轨道称所形成的分子轨道称轨道。轨道。轨道还保留着对称面（基面）。例：轨道还保留着对称面（基面）。例： .CCCCCC节点一般写法在节面上电子云密度为零Py（Pz）Py（Pz）*原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个原则：原则： a）对称性匹配原则对称性匹配原则b）原子轨道重叠部分要最大原子轨道重叠部分要最大c）能量相近原则能量相近原则 3 3共价键的键参数共价键的键参数 1）

11、键长：键长：单位单位nm，一定的共价键的键长是一定的。，一定的共价键的键长是一定的。2）键角：键角：键角大小随分子结构不同而改变，它反映了分子键角大小随分子结构不同而改变，它反映了分子的空间结构。的空间结构。3）键能：键能：双原子分子的离域能便是键能。双原子分子的离域能便是键能。键能愈大，键愈牢固，一个分子中不同的键其离域能是不同键能愈大，键愈牢固，一个分子中不同的键其离域能是不同的，对多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键离域能的，对多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键离域能的平均值。的平均值。A（气） +B（气） AB（气） +键能4）键距：）键距： 例：例：CH3+Cl-键距键

12、距=ede:中心电荷中心电荷d：正负电荷中心的距离正负电荷中心的距离分子的偶极距是各键的键距向量和分子的偶极距是各键的键距向量和:=0=0=1.94DCl-Cl(键距为零键距为零)CClClClClCHClHHCHHHH4共价键的断裂共价键的断裂1）均裂）均裂ABABhvCH3R2）异裂）异裂离子型反应分为亲核与亲电反应离子型反应分为亲核与亲电反应:R+,CH3+碳正离子碳正离子R-,CH3-碳负离子碳负离子三、诱导效应三、诱导效应 定义：定义：诱导效应是指在有机化合物中由于电负性不同诱导效应是指在有机化合物中由于电负性不同的取代基的影响，使整个分子中成键电子云按取代基团的取代基的影响，使整个

13、分子中成键电子云按取代基团的电负性所决定的方向而偏移的效应。的电负性所决定的方向而偏移的效应。 -I效应效应： CH3+-CH2+-CH2+Cl-+I效应效应： CH3C HO诱导效应在没有外加电场影响下也存在，它体现的是分子自身的性质。诱导效应在没有外加电场影响下也存在，它体现的是分子自身的性质。诱导效应一般用诱导效应一般用I 表示，饱和表示，饱和C-H 键的诱导效应规定为零。键的诱导效应规定为零。 当一个原子或原子团与碳原子成键后，电子云偏当一个原子或原子团与碳原子成键后，电子云偏离碳原子，称为离碳原子，称为-I 效应。效应。 例：例： CH3XCH3OHCH3OH一般来说，原子吸电子能力

14、越强，一般来说，原子吸电子能力越强，-I效应就越大。例：效应就越大。例： -F-Cl-Br-I ， -F-OR-NR2 ， -O+R2-N+R3 +I诱导效应与诱导效应与-I诱导效应相反。具有诱导效应相反。具有+I效应的原子或效应的原子或原子团与碳原子成键后，可使电子云偏向该碳原子。正原子团与碳原子成键后，可使电子云偏向该碳原子。正诱导效应用诱导效应用+I表示。例：表示。例：CCHHCH3CH3具有具有+I效应的原子团主要是烷基，并只有在与不饱和碳效应的原子团主要是烷基，并只有在与不饱和碳相连时才呈相连时才呈+I效应效应:（CH3）3C-（CH3）2CH- CH3CH2- CH3- 上面为静态

15、分子中所表现出来的诱导效应，称上面为静态分子中所表现出来的诱导效应，称静态诱导静态诱导效应效应，它仅与键本身的极性有关。另外，在化学反应中，它仅与键本身的极性有关。另外，在化学反应中，由于分子受到许多外界条件的影响，例另一分子的影响，由于分子受到许多外界条件的影响，例另一分子的影响，其它进攻试剂的影响，溶剂的影响等等。在外界电场的作其它进攻试剂的影响，溶剂的影响等等。在外界电场的作用下，分子会发生诱导极化，这种在外界电场影响下在化用下，分子会发生诱导极化，这种在外界电场影响下在化学反应时才表现出来的诱导效应称为学反应时才表现出来的诱导效应称为动态诱导效应动态诱导效应。 动态诱导效应往往是有机反

16、应得以实现的决定性因素。动态诱导效应往往是有机反应得以实现的决定性因素。四、四、 研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物的一般步骤1活性初测，分离提纯。活性初测，分离提纯。 2纯度检定：熔、沸点测定，薄层层析、气相色谱纯度检定：熔、沸点测定，薄层层析、气相色谱（GC）、高压液相色谱（）、高压液相色谱（HPLC）鉴定。）鉴定。 3元素定性分析和定量分析元素定性分析和定量分析 4经验式和分子式的确定经验式和分子式的确定 5结构式的确定（四谱的运用）。结构式的确定（四谱的运用）。6.该化合物的合成及构效关系研究。该化合物的合成及构效关系研究。 例：某有机物，元素分析结果为：例：某有机物，元素分析结果

17、为： C：60.00 %；H：13.40 % （O：26.60 %） 百分含量 摩尔比 最小整数比（原子数目比） C 60.00 60.00/12.01 = 5.00 5.00/1.66 = 3 H 13.40 13.40/1.008 = 13.29 13.29/1.66 = 8 O 26.60 26.60/16.00 = 1.66 1.66/1.66 = 1 该化合物的实验式该化合物的实验式： C3H8O 分子式：分子式： （C3H8O）n = 分子量（可用质谱法、沸点升高法、熔点降低法、渗透压法等测定） 当分子量为60时，分子式为C3H8O。 当分子量为120时，分子式为C6H16O2 。 五、五、 有机化合物的分类有机化合物的分类1按碳架分类按碳架分类1）开链化合物）开链化合物CH3CH2OHCH3CH2O CH2CH32)碳环化合物碳环化合物 （1）脂环化合物）脂环化合物 CH2CH2CH2CH2CH2（2）芳香环化合物）芳香环化合物 （3）杂环化合物）杂环化合物 NSO2按官能团分类按官能团分类官能团是指有机化合物分子中特别能起反应的官能团是指有机化合物分子中特别能起反应的一些原子或原子团。一些原子或原子团。本书的内容编排基本上是按照官能团分类进行本书的