有机化学课件(农学)

1、 有机化学 Organic Chemistry参考书：参考书： 基础有机化学基础有机化学 （第三版）（第三版） 邢其毅等主编邢其毅等主编 有机化学习题解答有机化学习题解答 邢其毅等主编邢其毅等主编 要重视并且喜欢这门课才可能学好。要重视并且喜欢这门课才可能学好。 要有个好的开端，每次课认真听讲不缺席。要有个好的开端，每次课认真听讲不缺席。 认真完成每次作业。认真完成每次作业。 对每一章都要进行及时总结，对前后内容有意对每一章都要进行及时总结，对前后内容有意识进行前后联系。识进行前后联系。 记好笔记，复习时以笔记为主，然后再看书。记好笔记，复习时以笔记为主，然后再看书。 有不懂的及时答疑。有不懂

2、的及时答疑。如何学好有机化学？如何学好有机化学？? 第一章第一章 绪论绪论 Chapter 1 Introduction一、有机化学的研究对象和任务一、有机化学的研究对象和任务R1CCNHR2NHOO*nStarch（淀粉）CmHnm value around 8Gasoline（汽油）（一）有机化学的产生和发展（一）有机化学的产生和发展合成纤维：合成纤维：以己二胺与己二酸为原料，可制得轻柔结实的以己二胺与己二酸为原料，可制得轻柔结实的 聚酰胺纤维，取名聚酰胺纤维，取名“尼龙尼龙”，尼龙的韧性、弹，尼龙的韧性、弹性性 和耐磨性都是出类拔萃的。尼龙丝既可以织成和耐磨性都是出类拔萃的。尼龙丝既可以

3、织成 袜子、手套、衣服等，又可以制成传送带、渔袜子、手套、衣服等，又可以制成传送带、渔 网、缆绳等。网、缆绳等。合成橡胶：合成橡胶：丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶等，制备它们丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶等，制备它们 的单体都是有机化合物。合成的橡胶机械强度的单体都是有机化合物。合成的橡胶机械强度 远远超过天然橡胶，而且克服了天然橡胶受热远远超过天然橡胶，而且克服了天然橡胶受热 发粘、冷却变脆的缺点。发粘、冷却变脆的缺点。药物：药物：CHCOOHCH3CH3CHCH2CH3芬必得芬必得NO2NO2O2NCH3炸药：炸药：农药：农药：ClCHCCl3Cl双对氯苯基三氯乙烷双对氯苯基三氯乙烷（DDT）

4、世界禁用世界禁用Wine was invented before Xia dynasty. By Zhou dynasty, wine has become very important in sacrifice events. 制酒CH3CH2OH周礼Vinegar production has already become an expect technology by Zhou dynasty. 制醋COHOH3CDyeing has become am important industry before Zhou dynasty. 染色茜草17691769年从葡萄汁中取得酒石酸；年从葡

5、萄汁中取得酒石酸；17731773年首次由尿内取得纯的尿素；年首次由尿内取得纯的尿素；17801780年从酸牛奶中取得乳酸；年从酸牛奶中取得乳酸；18651865年，由鸦片中取得第一个生物碱年，由鸦片中取得第一个生物碱-吗吗啡啡. .“有生机之物有生机之物”( (Vitalism) 柏则里柏则里（J.Berzelius）：）： 1828年，年，韦勒韦勒（Wohlet F.）发现无机发现无机物氰酸铵很容易转变成尿素物氰酸铵很容易转变成尿素。(NH4)+NCO-H2NONH2Ammonium cyanate 1845年柯尔伯年柯尔伯（Kolbe.H）合成了醋酸合成了醋酸; 1854年柏赛罗年柏赛罗

6、（Berthelot.M）合成了合成了油脂等。油脂等。 后来，更多的有机物被合成后来，更多的有机物被合成: :“ “ 合成时代合成时代”（二）有机化学的研究对象（二）有机化学的研究对象1.有机化合物和有机化学的涵义有机化合物和有机化学的涵义? 虽然人们取得了不少纯的有机物质，虽然人们取得了不少纯的有机物质，但关于它的但关于它的内部组成和结构分析内部组成和结构分析问题，问题，却长期没有得到解决。却长期没有得到解决。 错误的错误的燃素学说燃素学说统治了当时化学界统治了当时化学界的思想，认为燃烧的起因是因为物质的思想，认为燃烧的起因是因为物质中含有一种不可捉摸的燃素引起的中含有一种不可捉摸的燃素引起

7、的 。燃素学说：燃素学说： 有机物燃烧都产生有机物燃烧都产生COCO2 2有机物都含有有机物都含有C C。 大部分有机物燃烧产生大部分有机物燃烧产生COCO2 2、H H2 2OO大部分有机物含大部分有机物含C C、H H。 隔绝空气条件下有些有机物也能燃烧隔绝空气条件下有些有机物也能燃烧产生产生COCO2 2、H H2 2OO有些有机物含有些有机物含O O。 有些有机物燃烧还产生氮有些有机物燃烧还产生氮有些有机有些有机物含物含N N。拉瓦锡拉瓦锡（Lavoisier A）： 德国化学家葛美林德国化学家葛美林（Leopold Gmelin, ）和和凯库勒在凯库勒在18481848年提出：年提出

8、： 有机化合物：含碳的化合物。有机化合物：含碳的化合物。 德国肖莱马德国肖莱马（Schorlemmer）在物质结构在物质结构理论的基础上进一步发展了理论的基础上进一步发展了GmelinGmelin的观点，的观点，他认为，碳的四价除自身成键外，其余与氢他认为，碳的四价除自身成键外，其余与氢结合，形成各种各样的烃，其它的碳化合物结合，形成各种各样的烃，其它的碳化合物是由杂原子取代烃中的氢而衍生出来的烃的是由杂原子取代烃中的氢而衍生出来的烃的衍生物，因此：衍生物，因此： 有机化合物：烃及其衍生物。有机化合物：烃及其衍生物。 有机化合物有机化合物（Organic compoundsOrganic co

9、mpounds）？除了碳和氢以外，有的有机化合物还含有除了碳和氢以外，有的有机化合物还含有O、S、N、P、X（卤素）。（卤素）。C6H5NH2C6H5SHPOOHOHROCH3ICH3CH2OH例：例：注意：有机化合物中不能没有碳，有些有机化合物只含注意：有机化合物中不能没有碳，有些有机化合物只含 有碳，但碳本身和一些简单的碳化合物不属于有有碳，但碳本身和一些简单的碳化合物不属于有 机化合物。机化合物。 例：例：CO、CO2、CO3、CaC2、金属羰基化合物等，它、金属羰基化合物等，它 们都属无机化合物。们都属无机化合物。 研究有机化合物的结构、性质、应用研究有机化合物的结构、性质、应用及其规

10、律的一门科学。及其规律的一门科学。有机化学（有机化学（Organic ChemistryOrganic Chemistry）：）： 为什么把有机化学与无机化学分为两个学科来研究？为什么把有机化学与无机化学分为两个学科来研究？有机化合物数目庞大，据目前统计有有机化合物数目庞大，据目前统计有2230万种以上，现万种以上，现仍在以指数形式的速率迅速增长，而无机化合物只有几仍在以指数形式的速率迅速增长，而无机化合物只有几万种；碳原子的结构特征使有机化合物与无机化合物在万种；碳原子的结构特征使有机化合物与无机化合物在组成、结构和性质上有很大的差异。组成、结构和性质上有很大的差异。（三）有机化学的任务（三

11、）有机化学的任务p分离提取；分离提取；p研究有机物结构与性质间的关系、反研究有机物结构与性质间的关系、反应经历的途径、影响反应的因素等；应经历的途径、影响反应的因素等；p合成。合成。二、有机化合物的分子结构（一）（一） 碳原子轨道的杂化碳原子轨道的杂化 spsp3 3杂化杂化 spsp2 2杂化杂化 spsp杂化杂化 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组4个个sp3轨道轨道C: 1s22s22p2109.5o1. sp3杂化杂化HCHHH 键(sp3-s)HCHH 键(sp3-s)HCHH 键(sp3-sp3)HCHHCl 键(sp3-p)

12、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 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 2pz120ol 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） 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃

13、迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组sp 2py 2pz180ol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)CCH3CCHCH2三种三种sp杂化轨道的电负性：杂化轨道的电负性：因为因为s轨道比轨道比p轨道控制电子的能力更强。轨道控制电子的能力更强。不同杂化态碳原子的电负性差异sp3sp2spsp杂化形式的轨道成键后，两成键原子间电子云密度最大的区域最偏向该碳原子可视为sp杂化的碳原子的电负性最大即：s成分越多的杂化形式，可视为电负性越大(二二) 化学键与分子结构化学键与分子结

14、构共价键（共价键（Covalent bond）理论）理论 价键理论价键理论 ： 1. 价键的形成可看作是原子轨道的重叠或电子价键的形成可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果，如：配对的结果，如：+.HHHH CxxxxC4HxxxxCHHHH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：CCHHHHCCHHHH2. 2. 共价键的饱和性：原子中未成键电子与另一原子共价键的饱和性：原子中未成键电子与另一原子中的某一电子配对后，不能再与第三个电子配对。中的某一电子配对后，不能再与第三个电子配对。3. 3. 共价键的方向性：共价键的方向性：CC共价键的键参数：共价键的键参数： 1.

15、 键长键长(Bond length) ：以共价键结合以共价键结合的两个原子核间的距离（的两个原子核间的距离（nm）。）。 2. 键角（键角（Bond angle）：）：两价以上的原两价以上的原子与其它原子成键时，两共价键之间的夹子与其它原子成键时，两共价键之间的夹角。键角大小随分角。键角大小随分 子结构不同而改变，它子结构不同而改变，它反映了分子的空间结构。反映了分子的空间结构。 3. 键能（键能（Band energy)：在在0.1MPa（1atm），），25，使，使1mol气态物质离解成气态原子所需的能量气态物质离解成气态原子所需的能量（kJ/mol）。）。 双原子分子的离解能便是键能。键

16、能愈大，键愈双原子分子的离解能便是键能。键能愈大，键愈牢固，一个分子中不同的键其离解能是不同的，对牢固，一个分子中不同的键其离解能是不同的，对多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键离多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键离解能的平均值。解能的平均值。 A（气）（气） + B（气）（气） AB（气）（气） + 键能键能4. 4. 键矩键矩: : 键的极性（键的极性（Polarity of bond）= q.d 三三、分子间的力分子间的力 1. 1.偶极偶极- -偶极作用力（定向力）偶极作用力（定向力） 2.2.色散力色散力 3.3.氢键氢键 数目繁多，组成复杂数目繁多，组成复杂; ;例：

17、维生素例：维生素B12 C63H90N14O14PCo 183个原子。个原子。四四、有机化合物的一般特点有机化合物的一般特点例：例：CH3CH2OHb.p. 78.5 C2H6OCH3OCH3b.p. 23.6 有有35种异构体，每一种异构体代表一种物质。种异构体，每一种异构体代表一种物质。C9H20例：例：同分异构现象的存在，使得有机化合物更加复杂，因此，同分异构现象的存在，使得有机化合物更加复杂，因此，有机物要有机物要用用结构式结构式表示，而表示，而不能用分子式不能用分子式表示。表示。2. 容易燃烧容易燃烧例：乙醚、汽油、甲烷（沼气）等。例：乙醚、汽油、甲烷（沼气）等。但但CCl4不燃烧，

18、而是灭火剂（扑灭电源内或电源附近不燃烧，而是灭火剂（扑灭电源内或电源附近的火）。的火）。3. 熔点低熔点低有机化合物熔点比较低，而无机化合物熔点较高。有机化合物熔点比较低，而无机化合物熔点较高。例：例：NaCl m.p. 801 b.p. 1478CH3CH2Cl m.p. 136.4 b.p. 12.2 原因：原因：NaCl 化学键是离子键，而化学键是离子键，而CH3CH2Cl是共价键。是共价键。4. 难溶于水难溶于水根据相似相溶原理，水是极性分子，而有机物大多是非根据相似相溶原理，水是极性分子，而有机物大多是非极性分子或极性较弱的分子。极性分子或极性较弱的分子。5. 反应速度慢反应速度慢例

19、：例：Cl- + Ag+AgClRCl + Ag+AgCl快快RCl要和要和Ag+反应，首先要打开反应，首先要打开R-Cl键，使氯转变为离子键，使氯转变为离子型，才能与型，才能与Ag+反应。反应。6. 副反应多副反应多有机分子组成复杂，反应时有机分子的各个部分都会受到有机分子组成复杂，反应时有机分子的各个部分都会受到影响，即反应时并不限定在分子某一部位。因此一般有主影响，即反应时并不限定在分子某一部位。因此一般有主产物、副产物。主产物产率达到产物、副产物。主产物产率达到70-80%就是比较满意的就是比较满意的反应。反应。五、有机反应的基本类型五、有机反应的基本类型（一）按照反应途径分类（一）按

20、照反应途径分类 1 1取代反应：取代反应：分子中一个原子或分子中一个原子或基团被另一个原子或基团所替代的反基团被另一个原子或基团所替代的反应。应。 Y- + R-X Y-R + X- 2 2加成反应：加成反应： 两分子加合成单一分子的反应，通两分子加合成单一分子的反应，通常发生在双键、叁键上。常发生在双键、叁键上。 3 3消除反应：消除反应： 从一个分子中除去两个原子或基团从一个分子中除去两个原子或基团的反应。的反应。4 4重排反应：重排反应： 在试剂、加热或其它因素影响下，在试剂、加热或其它因素影响下，分子中某些原子或基团发生转移或分分子中某些原子或基团发生转移或分子内碳原子骨架发生改变的反应。子内碳原子骨架发生改变的反应。5 5氧化还原反应：氧化还原反应： 涉及电子转移或氧化数改变的反应。涉及电子转移或氧化数改变的反应。Hemolytic cleavage 均裂ABAB自由基自由基Free radicalUnshared electron pair未配对电子未配对电子CH3Cl（二）按照键断裂的方式分类（二）按照键断裂的方式分类1. 游离基反应：游离基反应：Hetrolytic cleavage 异裂ABAB负离子负离子Anion正离子正离子CationCarbonion 碳负离子碳负离子CH3+Carbonium ion 碳正离子碳正离子CH3-2离子型反应：离子型反应：3