有机化学：第1章 绪 论

1、1有机化学(Organic Chemistry)23教学总时数：72学时 理论课：42学时 实验课：30学时课程学分：3.5分考核方式和期评组成：随堂测验 常规实验实验考核 期末考试4学习、研究有机化学的方法学习、研究有机化学的方法理解 记忆 实践 规律 课前预习 课上学习 课后练习 考前总结常见考试题型：选择题、命名题、鉴别题、简答题、完成反应式、推导题等5第一章第一章 绪绪 论论617世纪中期世纪中期, 把从自然界中取得的各种物质把从自然界中取得的各种物质,按照按照来来源源分为分为:动物物质动物物质植物物质植物物质一、有机化合物与有机化学一、有机化合物与有机化学有机物有机物（organic

2、 compound）无机物无机物（inorganic compound）1806年年-“有机有机”和和“生命力生命力”学说学说 （J.Berzelius）1770年年-分离提纯有机物分离提纯有机物酒石酒石-酒石酸酒石酸尿液尿液-尿素尿素鸦片鸦片-吗啡吗啡矿物物质矿物物质 自自然然界界71828年年- F.Wohle人工合成有机物人工合成有机物德国：德国：F.Wohle无机物无机物 有机物有机物 81848年年-明确是明确是C的化合物（葛美林的化合物（葛美林(Gmelin L.）1874年年-碳氢化合物及其衍生物碳氢化合物及其衍生物（肖莱马（肖莱马（Schorlemmer C.）1845年年-k

3、olbe 用用 S、C、Cl2、H2O为原料合成醋酸为原料合成醋酸9 1 1、 较易燃烧，热不稳定较易燃烧，热不稳定 2 2 、有较低的沸点和熔点、有较低的沸点和熔点 3 3 、一般不溶于水，溶于有机溶剂、一般不溶于水，溶于有机溶剂 4 4 、化学反应慢而复杂，副反应多、化学反应慢而复杂，副反应多 5 5 、数目庞大、结构复杂、数目庞大、结构复杂（三）有机化合物的特性：（三）有机化合物的特性：101112 1、生物体主要是由有机物组成，生物体内的进行的一系列的变化遵循一般有机化学的规律。 2、绝大多数的药物是有机物，而药物的构效关系涉及有机化学的变化规律。3、有机化学中的许多理论和方法在生命科

4、学的发展中起重要的作用。13（一）元素组成（二）有机分子结构15有机分子结构（structure）的含义：1和2点涉及分子的二维结构，用构造来表示2和3点涉及分子的三维结构，用构型和构象表示有机分子结构（structure） 是指分子中各原子之间的结合方式、排列顺序、以及空间位置。1、有机分子是由什么原子通过何种形式组成的2、这些原子是如何连接的（顺序和方式）3、分子中的原子或基团在空间的位置。16 构造(constitution)指分子中原子或原子团的相互连结次序和方式，用于表述分子结构的二维状态。 构型(configuration)指分子中的原子或原子团在空间固有的固有的排列状态。构型的改

5、变常通过旧键的断裂和新键的形成。 构象(conformation) 指分子中的原子或原子团在空间相对的相对的排列状态。构象的改变可通过化学键的转动而复原。17共价键共价键原子间共用电子对形成原子间共用电子对形成离子键离子键原子间电子的转移形成原子间电子的转移形成配位键配位键两原子间共用的电子对两原子间共用的电子对 , 由一个原子提供形成由一个原子提供形成化化学学键键类类型型18碳原子在有机化合物中是四价的碳原子在有机化合物中是四价的 碳与碳之间，碳与其它元素（碳与碳之间，碳与其它元素（H、O、N、X、S、P）之间以共价键相之间以共价键相结合。结合。19其要点可归纳为“3个二，1个三”2、现代价

6、键理论、现代价键理论两个条件两个原则两种类型三种形式2021yxyx沿x轴方向最大重叠，成键。Y轴方向重叠小，不成键。22s-sp-sp-p杂化轨道-S“头碰头”形成键“肩并肩”形成键23HCHCHHHHCCHHHHCCHH乙烷乙烷乙烯乙烯乙炔乙炔25杂化杂化杂化spsp2sp32P2P杂化激发2S2P2S2P基态基态激发态激发态26hybrid obital27Sp3杂化28sp2杂化120（b）平面形的C2H4分子SP2P29sp杂化杂化180（a）2个sp杂化轨道（b）直线形的C2H2分子SPP31键长(bond length)键角(bond angle)键能(bond energy)键

7、的极性(polarity)键的极化(polarization)共价键的参数共价键的参数是表征共价键性质的物理量。32（1）键长）键长 指成键原子核之间的距离指成键原子核之间的距离一些共价键的键长一些共价键的键长共价键共价键键长/nm键长/nmC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C0.1540.1470.1430.1410.1090.1770.2120.1340.1200.191键长越短，表明成键两原子结合越紧密。33（2） 键角键角乙醚乙醚戊烷戊烷甲烷甲烷指键与键之间的夹角。指键与键之间的夹角。CHHHH109.5o109.5oO104oCOHH118o121o甲醛甲

8、醛键长和键角键长和键角可了解到分子的空间构型可了解到分子的空间构型34甲烷甲烷C-HC-H键键能（键键能（414kJ.mol414kJ.mol-1-1) )是上述解离是上述解离能的平均值。能的平均值。（3）键解离能和键能）键解离能和键能 指成键时体系放出的能量或断键时体系吸收的能指成键时体系放出的能量或断键时体系吸收的能量。量。多原子分子键能通常是键的解离能平均值。多原子分子键能通常是键的解离能平均值。CH4CH3HEd(CH3H)= 423 kJ.mol-1CH3CH2HEd(CH2H)= 439 kJ.mol-1CH2CHHEd(CHH)= 448 kJ.mol-1CHCHEd(CH)=

9、347 kJ.mol-135一些共价键的键能一些共价键的键能共价键共价键键能/kJ.molC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C347305360485414339218611837285键能/kJ.mol-1-1键能键能 一定程度上反映键的稳定性大小一定程度上反映键的稳定性大小36非极性键成键的两个原子相同，正负电荷中心重合的共价键。 例如：HH极性键成键的两个原子不相同，正负电荷的中心不能重合的共价键 例如：HCl键的极性37 元素吸引电子的能力，称元素吸引电子的能力，称电负性电负性 极性共价键就是形成共价键的两个原子具有不极性共价键就是形成共价键的两个原子具有不

10、同电负性引起的。两原子间电负性相差越大，共价同电负性引起的。两原子间电负性相差越大，共价键的极性越大。各元素电负性见表：键的极性越大。各元素电负性见表：某些元素的电负性38当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（部分负电荷（- -）；电负性小的原子带有部分）；电负性小的原子带有部分正电荷（正电荷（+ +）。键的极性强弱用偶极矩（）。键的极性强弱用偶极矩（）来衡量，它是部分电荷与电荷之间距离的乘积：来衡量，它是部分电荷与电荷之间距离的乘积： =q.d=q.d（C.m)C.m)，+ + - - HClHCl=3.57x10=3.57x10-30-

11、30（C.m)C.m)键的极性和化合物的理化性质密切相键的极性和化合物的理化性质密切相关，甚至决定反应类型和反应活性。关，甚至决定反应类型和反应活性。39多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的向量和多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的向量和=0 0（C.m)C.m)= =6.47x106.47x10-30-30（C.m)C.m)= =3.28x103.28x10-30-30（C.m)C.m)CClClHHCClHHHCClClClCl 偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零的分子是极性分子；偶极矩越大，分子不为零的分子是极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。

12、极性越强。多原子分子的极性多原子分子的极性40 键的极化（键的极化（polarization）外电场作用下外电场作用下,键的极性发生变化的现象。键的极性发生变化的现象。41极化度极化度-即键极化的难易程度。即键极化的难易程度。 极化度的大小主要取决于成键原子的极化度的大小主要取决于成键原子的电子云流动电子云流动性的大小性的大小，电子云流动性大，则极化度就高，而原，电子云流动性大，则极化度就高，而原子半径愈大，电子云的流动性就愈大。子半径愈大，电子云的流动性就愈大。CX键极化顺序：CICBrCClCF键的极化影响到化学反应中旧键的断裂键的极化影响到化学反应中旧键的断裂和新键的形成过程。和新键的形

13、成过程。4243 有机化合物一般有两种分类方法： 一种按照骨架分类 一种按照官能团分类441、按碳的骨架分类有机化合物开链化合物碳环化合物杂环化合物脂环族芳香族CH3CH2CH3CH3CHCH2452 2、按官能团分类、按官能团分类化化合合物物类类别别官官能能团团构构造造C CC C官官能能团团名名称称烯烃炔烃卤代烃硝基化合物胺醇和酚X(F,Cl,Br,I)NO2NH2OH双键三键卤原子硝基氨基羟基醚醛酮腈羧酸磺酸OCHOCOCNCOOHSO3H醚键醛基(甲酰基)酮羰基氰基羧基磺酸基464748 惰性气体原子的最外层电子轨道内分别具惰性气体原子的最外层电子轨道内分别具有二个或八个电子，这样的电

14、子构型是最稳有二个或八个电子，这样的电子构型是最稳定的。原子最外层具有八电子构型时（或二定的。原子最外层具有八电子构型时（或二电子构型）称为八隅体。电子构型）称为八隅体。49甲烷甲烷乙烯乙烯乙炔乙炔50CHHHOCHHHH3COCH3甲醚W.Heitler W.Heitler 和和 F.London F.London 应用量子力学揭示了共价健的本质应用量子力学揭示了共价健的本质JC.Slater JC.Slater 和和 L.PaulingL.Pauling建立现代价键理论和杂化轨道理论建立现代价键理论和杂化轨道理论RS.MuilikenRS.Muiliken 和和F.Hund F.Hund

15、提出了分子轨道理论提出了分子轨道理论路易斯结构式仅给出了分子共价结合的模型，并没有路易斯结构式仅给出了分子共价结合的模型，并没有给出电子共用的明确概念和共价键的本质。给出电子共用的明确概念和共价键的本质。52CHHCHCHHHHHCH3CH2CH3示性式：用短线表示共价键简化示性式：C H3C H2C H3CH2CHCH2CH3CH3CH2CHCH2CH3CH2CH CH22、实线式（蛛网式）53CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH3CH33、键线式（骨架式）：不写氢原子，拐角为CH2，线头为CH3HO胆固醇胆固醇54HCHHH表示分子的立体形象甲烷的球棒模型甲烷的球棒模型甲烷

16、的楔形式甲烷的楔形式4、立体结构式55（一）（一） 按反应物和生成物的组成和结构变化分为按反应物和生成物的组成和结构变化分为取代反应取代反应加成反应加成反应消除反应消除反应聚合反应聚合反应五、有机化学反应类型和条件五、有机化学反应类型和条件CH4+Cl2hvCH3Cl HCl+CH2=CH2+Cl2CH2CH2ClClH2OCH3CH2OHH2SO4170CH2=CH2+H2OCH2CH2CH2CH2nn催化剂56均裂均裂-自由基反应自由基反应（二）（二） 按键的断裂方式不同分为按键的断裂方式不同分为异裂异裂-离子型反应离子型反应协同反应协同反应57A BAB+1、均裂、均裂(homolysi

17、s)：反应条件：加热、光照或加入自由基引发剂反应条件：加热、光照或加入自由基引发剂共价键断裂时，成键电子对平均分给成键的原子或原共价键断裂时，成键电子对平均分给成键的原子或原子团。这种带有未成对电子的原子或原子团称为子团。这种带有未成对电子的原子或原子团称为自由自由基或游离基，基或游离基，有自由基或游离基参加的反应称为自由有自由基或游离基参加的反应称为自由基反应。基反应。自由基反应自由基反应自由基取代反应自由基取代反应自由基加成反应自由基加成反应中间体：自由基中间体：自由基58反应条件：酸、碱或极性物质反应条件：酸、碱或极性物质2、异裂、异裂(heterlysis)：A B+A+B-59RCH

18、HARCHHA+RC+HHA-+正碳离子和负碳离子大都是非常不稳定的中间体，只能正碳离子和负碳离子大都是非常不稳定的中间体，只能在瞬间存在，但它对反应的发生起着不可替代的作用。在瞬间存在，但它对反应的发生起着不可替代的作用。负碳离子中间体负碳离子中间体正碳离子中间体正碳离子中间体有机物异裂后能产生正碳离子或负碳离子能量能量能量能量60离离子子型型反反应应亲电反应亲电反应亲核反应亲核反应亲电加成反应亲电加成反应亲电取代反应亲电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61A + B C在反应中与试剂发生反应的化合物称为底物。 反应底物 试剂 产物有机化学反应可简单表述如下:62亲电

19、试剂：亲电试剂：缺电子缺电子的物质具有的物质具有亲电子亲电子的性的性质，在反应中能与反应底物中质，在反应中能与反应底物中带部分负电带部分负电荷的碳荷的碳发生反应，这种物质称为亲电试剂。发生反应，这种物质称为亲电试剂。亲电试剂在反应中它们是亲电试剂在反应中它们是电子对的接受体电子对的接受体，所以亲电试剂也就是所以亲电试剂也就是Lewis酸酸。亲核试剂：亲核试剂：具有孤对电子具有孤对电子的物质，能与反应的物质，能与反应底物中底物中带部分正电荷的碳带部分正电荷的碳发生反应，这种物发生反应，这种物质称为亲核试剂。亲核试剂在反应中是质称为亲核试剂。亲核试剂在反应中是电子电子对的提供体对的提供体，所以亲核试剂也就是，