有机化学第一章、第二章-绪论及烷烃课件

1、有 机 化 学教材:王积涛 主编 南开大学出版社Organic Chemistry第一章 绪论一、有机化合物有机化学是化学科学的一个分支，是与人类生活有着极其密切关系的一门学科，它的研究对象是有机化合物。其发展自19世纪初期至今已有200多年历史。什么是有机化合物呢？C8H18 、C15H32 、C2H5OH 、C6H12O6 、CH3COOH涵义：“有生命的物质”1.1 有机化学的发展有机“有生命的物质”ANIMALSMICROBES无机物-非生物体或矿物质得到的物质。 有机物-生物体（植物或动物）中获得的物质。 瑞典化学家贝格曼(T.D.Bergman )于1777年将化学分为“无机”和“

2、有机”两大类。从组成上看主要含有C、H 还有 O、N、X、S、P 等。HCNOFPSClBrISiB有机化合物中常见的元素神秘的“生命力”！（生命力论） 1874年肖莱马（Schorlemmer.C. 18341892）： 将有机化合物定义为“碳氢化合物及其衍生物” 1851年葛美林（Gmelin.L. 17881853）和 凯库勒（Kekule.A. 18291896）等： “含碳的化合物称为有机化合物”但CO、CO2、Na2CO3、KCN 等为无机化合物。所以含碳化合物不一定是有机化合物，但有机化合物一定是含碳化合物。有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支。肖莱马(Schorlemm

3、er.C. 18341892德国有机化学家)肖莱马是一位共产主义战士，同时又是一位优秀的化学家。1834年9月30日出生于德国黑森州的达姆施塔特的一个手工业家庭。1859年进入吉森大学化学系，由于交不起学费，只读了一个学期中途缀学。1859年到英国曼彻斯特担任欧文斯学院化学教授罗斯科的私人助手，从此定居英国。1861年成为正式助手，在该院的化学实验室里工作，1872年开始发表论文，由于他致力于科学，1871年当选为英国皇家学会会员。1874年任教授，为英国第一位有机化学教授。 肖莱马的化学研究是从脂肪烃作为起点。他从石油中分离出戊烷、己烷、庚烷和辛烷。对丙烷和庚烷分别进行氯代得到1-氯丙烷和两

4、种氯庚烷，从而水解得到相应的醇。肖莱马测定烷烃的沸点，发现直链烷烃比其异构体有较高的沸点，揭示了结构与性质的关系。 人类在很早时期就已经学会利用从生物体取得的物质。并对这些物质进行简单加工。例如：酿酒、制醋、造纸。 但对有机物纯物质的认识和制备，并发展成为化学领域的一个极其重要的学科有机化学，迄今不足200年。 古代（周朝）懂得造纸、酿酒。 18世纪末期开始制备分离 分离提纯阶段（第一阶段）。二、有机化学的起源与发展 1773：从尿中提取出了尿素。 1769：制得了许多有机酸: 葡萄汁 酒石酸 酸牛奶 乳 酸 柠檬汁 柠檬酸 但这一成就未能立即给“生命力”以致命的打击。由于维勒当时所用的氰酸铵

5、是依赖有机物制成的，“生命力”维护者争辩说：“生命力”即在韦勒所用的氰酸铵中。 1828年，德国化学家维勒（Fwohler）由氰酸铵（典型 无机物）制成尿素（典型有机物）。NH4OCN H2N-C-NH260O 1806年斯图萘尔（sertner)首次从鸦片中分离出第一个生物碱- 吗啡，直到1952年才确定了其结构，并为全合成所证实。 这对于认识有机化合物无疑是一个重要阶段。但还未能用人工方法合成出有机化合物。因当时的“生命力论”，从而阻碍了有机合成的发展。 维勒是因首先在实验室里从无机物合成了有机物-尿素而闻名于世。1800年7月31日生于德国法兰克福。1820年考入马尔堡大学医学院，182

6、1年开始对化学感兴趣，1823年他决定放弃医学，在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一年。1825年维勒回国，在柏林化学和矿物学校和卡塞尔技术学校教化学。1836年维勒任格丁根大学化学教授。 维勒在大学时代便致力于氰基化合物的研究，确定了异氰酸的组成，和李比希确定的雷酸结果一致，导致了对异构体的认识。维勒还鉴定出氰酸银,发现了安息香基、扁桃苷和氢醌。最早分离出元素铍并命名。1842年他制备了碳化钙。维勒（Fwohler,18001882,德国化学家） 1854年-1856年，又合成了甲烷、甘油、乙醇等许多典 型有机化合物。“生命力”学说才宣告破产。 从此确信了人工合成有机化合物是完全可能的。这时有

7、机化学的发展进入了第二阶段（合成阶段）。 同年柏赛罗（M. Berthelot）合成了油脂。 1845年德国有机化学家科尔伯（HKolbe）从无可争辩 的无机物制成了公认为有机物的醋酸：C + Cl2 CCl4 Cl3CCOOH CH3COOHS水，阳光Na-Hg 我国在天然有机化合物的合成领域处于世界领先水 平，1965年合成了具有生理活性的蛋白质结晶 牛胰岛素（化学通报，1965.5 P257-285)； 1979年完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的半合成， 1981年完成了全合成（化学通报，1982.12 P28）因此，有机化学中，有机合成占有独特的核心地位： 如：1973年，Woodwar

8、d等近百人历时11年完成的VB12全合成 （获诺贝尔化学奖）； 1989年美国Harvard大学kishi教授等完成海葵毒素 (palytoxin) 的全合成。 C63H90N14PCo为了研究有机化合物的性质，需要进行分子结构的研究： 1856年德国化学家凯库勒（FAKekule）和英国有机 化学家库帕（ASCouper）分别提出了“碳的四价概 念”和“碳碳可以相互结合成键”的学说。为有机 化学结构理论的建立奠定了基础。 1861年俄国化学家布特洛夫（AMButlerov）提出了“ 化学结构概念”。认为有机分子中的原子不是机械堆 积，而是按一定化学关系结合，化学结构决定化学性质。三、有机分子

9、结构理论及其发展 1874年荷兰化学家范霍夫（JHVant Hoff）和法国化学家勒贝尔（J A Lebel）同时提出了组成有机化合物分子的“碳原子的四面体构型”学说，从此揭开了立体化学研究的序幕，也阐明了旋光异构体现象。由于JHVant Hoff在立体化学方面的贡献，使他获得了1901年诺贝尔化学奖。 1885年德国化学家拜尔（A Baeyer）提出了环状化合物的“张力学说”，至此建立了经典的有机化学结构理论。 到了1917年，美国化学家路易斯（G.N.Lewis)提出了“价键理论”，它解释了共价键的饱和性,却说明不了“共价键的方向性”。 随后，美国化学家鲍林（L.Pauling)提出了“杂

10、化轨道和共振论”的概念，进一步丰富和发展了价键理论。他因此获得了1954年的诺贝尔化学奖。1901-1998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的化学奖55项，占化学奖61%。从20世纪50年代开始，随着现代物理方法介入到有机化学，诞生了量子化学，产生了分子轨道理论，使人们对共价键的本质有了更深层次的了解。用量子化学理论对反应机理的广泛深入研究，也使有机化学进入了一个新的发展阶段。时至今日，有机化学已深入到人类生活的每个角落，并不断的地显示出其强大的作用。生命科学（生物化学，分子生物学等）医药学（药物化学，病理学，药理生化分析等）农业（农业化学，农用化学品等）石油（石油化工等）材料科学（

11、高分子化学，功能材料等）食品（食品化学，营养学，添加剂等）日用化工（染料，涂料，化妆品等）四、有机化学是许多现代科学技术的基础 五、学习有机化学的重要性1、人体的组成成分除了水分子和无机离子外，几乎都是由有机分子组成。2、机体的代谢过程，同样遵循有机化学反应的活性规律。3、95%以上的药物为有机化合物，药物的制备、质量控制、贮存、作用机制、代谢都与有机化学相关。杜马克(GerhardDomagk)，这也是一位德国科学家。于1935年发 明了人类第一种抑菌药物-百浪多息(磺胺类)。他的第一例临床试验是在他的女儿身上进行的。他的女儿由于针刺引起链球菌感染，百浪息多使她神奇的得到康复。后来巴黎巴斯德

12、研究所的医学家发现百浪多息对链球菌的作用是通过其分子中的苯磺酰胺分发挥作用的，从而发明了磺胺类药物。 百浪多息青霉素青霉素的发现是一个更为广泛传颂的故事。弗来明（AlexanderFleming）是英国伦敦圣玛丽医院的细菌学家，他在1928年发现了青霉素，但他没有方法把它提纯，所以，他也没有办法应用到临床中去。直到20世纪30年代，一位英国科学家和一位澳大利亚科学家弗洛里和钱恩做了大量的工作，最后他们终于把青霉素提纯成晶体。到了1943年，青霉素正式用于临床。那时候正值第二次世界大战，青霉素的应用挽救了成千上万人的生命。1945年，弗莱明、弗洛里和钱恩共获诺贝尔生理学及医学奖。青霉素的发现，是

13、人类找到了一种具有强大杀菌作用的药物，结束了传染病几乎无法治疗的时代；从此出现了寻找抗菌素新药的高潮，人类进入了合成新药的新时代。 1992年底美国FDA批准上市，临床用于治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌疗效较好。1.2 化学键一、 化学键的形成及表示方法1.化学键的形成-八隅体规律 八隅体规则(或称八电子规则)是化学中一个简单的规则，它指出各个原子趋向组合，令各电子的价层都拥有八个电子，与惰性气体拥有相同的电子排列。主族元素，如碳、氮、氧、卤素族、钠、镁都依从这个规则。简单而言，当组成离子或分子的组成原子的最外电子层有八个电子，它们便会趋向稳定。 2.离子键电负性相差较大的原子相遇，其中电负性小的原

14、子的外层价电子强烈地偏向电负性大的原子，形成正负离子，两个离子之间通过电荷吸引力形成离子化合物，这种作用力就是离子键。碳元素:核外电子排布 1S22S22P2，不易获得或失去价电子，易形成共价键。(1) 路易斯结构式: 用共用电子的点来表示共价键的结构式。2013/3/5 第一周 星期二 第一节(2) 凯库勒结构式: 用一根短线代表一个共价键。路易斯结构式凯库勒结构式3.共价键 C + 4H C HHHHCHHHH共价键成键类型键与键键：沿着轨道对称轴方向的重叠（头碰头）形成的共价键。键：沿着轨道对称轴平行方向的重叠（肩并肩）形成的共价键。1.键长：在有机物分子中两个成键原子核间的平均距离称为

15、键长，单位nm或pm (纳米、皮米)(1 nm =10-9m， 1pm=10-12m ) 。有机物中最重要的几种共价键有：C-H(100pm)；C-C(154pm)；C=C(134pm)；CC(120pm)同一类型的共价键的键长在不同的化合物中可能稍有差别。二、共价键的属性2.键角(方向性) ：任何一个两价以上的原子，与其它原子所形成的两个共价键之间的夹角。3.键能与离解能：键能：成键的两个气态原子结合生成气态分子时放出的能量。用E表示，单位：KJ /mol。离解能：将1摩尔气态双原子分子拆开成气态原子时所需要的能量称为离键能。双原子分子：键能=离解能 例如：Cl2 Cl. + Cl. E=2

16、42KJ/mol。多原子分子：键能=平均离解能，例如 ： 三、共价键和分子的极性当两个相同的原子或原子团形成共价键时，由于其电负性相同，因此成键电子云对称地分布在两个原子周围，分子的正、负电荷中心重合，这种键称为非极性共价键。但是在大多数情况下，形成共价键的两个原子的电负性并不相同，成键电子云分布不对称，在电负性大的原子周围电子云密度较高带部分负电荷，而电负性小的原子带部分正电荷，结果使键出现极性，这种类型的键称为极性共价键。若用表示部分电荷，+、 -分别表示部分正、负电荷，则 极性共价键和非极性共价键可分别表示如下：非极性共价键 极性共价键键的极性大小可定量的用偶极矩(dipole mome

17、nt ）来表示，偶极矩等于正、负电荷中心距离（d）与其所带电荷（q）的乘积。=dq 偶极矩的单位为德拜（Debye, Debye.Peter 荷兰物理学家),简写为D。1D=10-8cm 10-10静电单位。 分子的偶极矩可以是分子本身所固有的，也可在外界电场作用下产生，前者称为分子的永久性偶极矩，后者称为诱导偶极矩。 双原子分子的极性就是其键的极性，多原子分子的极性是各个价键极性的矢量和。偶极矩是矢量，具有方向性，可书写如下：-+ 在多原子组成的分子中，分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的矢量和。如果 =0 ，分子为非极性分子，如果 0 ，分子为极性分子。HCl CH3Cl HCCH=1.0

18、3D=1.87D=0 物性: 熔点、沸点、溶解度分子极性对 都有影响。 化性: 化学反应性 极性与物质熔、沸点的关系 极性不同（分子量相等或接近）的有机分子，极性越大，熔沸点越高。例：M=46 b.p=-42 m.p=-187M=46 b.p=78.2 m.p=-115极性相同或相似的有机分子，分子量越大，熔、沸点越高。M=16 b.p=-161.7 m.p=-182.6M=30 b.p=-88.6 m.p=-172.0M=58 b.p=-0.5 m.p=-135极性相同或相近的有机分子，当分子量相同时，其分子中的支链越多，沸点越低。极性与溶解度的关系根据相似相溶原理，极性越大的有机分子在极性

19、溶剂中溶解度较大，而在非极性溶剂中溶解度较小。极性相同或相近的，在与其结构相似的溶剂中的溶解度较大。b.p 36 25 9分子的极性大小在外电场的作用下可发生改变，甚至一些非极性分子，当有外电场存在时，也可产生极性，外电场消失时，其极性也随之消失，这种情况下产生的偶极矩称为暂时性偶极矩，共价键产生暂时性偶极矩的能力大小称为其极化性。键的极性用极化度来度量，它表示成键电子被成键原子核约束的相对程度。极化性与成键原子的体积、电负性和键的种类有关外，与外电场的强度也有关系。 键的极性 C-FC-ClC-BrC-I 键的极化性 C-FC-ClC-BrC-I 注意：极性是分子内在的性质，而极化性是在外电

20、场作用下产生的暂时现象。（1）价键的形成可看作是原子轨道的重叠(交盖)或电子(自旋相反)配对的结果。每一对电子成为一个共价键。 例如：（H-F,N N)，H-O-H)（2）共价键具有饱和性一个未成对的电子既经配对成键，就不能与其它未成对电子偶合。(F-H-F)（3）共价键具有方向性(最大重叠原理):两个电子的原子轨道的重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。四、价键理论 1.价键理论原子轨道原子中每个电子的运动状态都可以用一个单电子的波函数（x，y，z）来描述。 称为原子轨道，因此电子云的形状也可以表达为轨道的形状。共价键具有方向性(最大重叠原理):2p1syx1s2pyx（a）x轴方向结合成键

21、( 最大重叠)（b）非x轴方向重叠较小不能形成键方向性决定分子空间构型，因而影响分子性质。2.分子轨道理论原子轨道和电子云：S轨道 Px轨道 Py轨道 Pz轨道 (1)当原子组成分子时，形成共价键的电子即运动于整个分子区域；(2)分子中价电子的运动状态，即分子轨道，用波函数 来描述；(薛定谔方程的解)(3) 分子轨道由原子轨道线性组合形成，形成的轨道数与参与成键的原子轨道数相等。 1=1 + 2 (符号相同，即：波相相同 成键轨道) 2=1 - 2 (符号不同，即：波相相反 反键轨道)(4)每个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子(Pauli不相容定理)。(2013/3/5 星期二、第一周）(5

22、)电子总是首先进入能量低的分子轨道（Hund规则）。反键轨道2=1 - 2 成键轨道1=1 + 2 2个氢原子轨道组成2个氢分子轨道 价键理论认为形成共价键的电子只处于化学键相连的两个原子之间的区域内的运动，即定域的观点；分子轨道理论认为成键电子遍布在整个分子的区域内运动，即离域的观点。 原子轨道组成分子轨道，必须符合的三个条件（1） 对称性匹配(旋转和反映 )；（2） 原子轨道的重叠具有方向性(最大重叠）；（3）原子轨道能量相近。 对称性匹配是最重要的，不匹配的不会组合；对称性匹配的前提下，能量越接近，组合效果越好；但能量差较大的并不是不可以组合，只是效果差而已；轨道最大重叠并不是必须的，只

23、是稳定性最高的状态是最大重叠，但许多成键环境不允许最大重叠，但化学键却同样可以进行。能量相近的轨道，可以进行杂化，组成能量相等的杂 化轨道！ 3.杂化轨道理论绝大多数有机物只是由碳，氢，氧，卤素，硫和磷等少数元素组成，但种类繁多。碳元素：核外电子排布 1s22s22p2 碳原子相互结合能力很强（碳链和碳环）碳的同素异形体：(1)石墨(2)金刚石(3)足球烯 （富勒烯）（C60/C70）石墨的晶体结构 (SP2)金刚石的晶体结构( SP3)足球烯(富勒烯):单纯由碳元素结合形成的稳定分子，具有60个顶点和32个面，其中12个面为正五边形，20个面为正六边形，整个分子形似足球。具有芳香性。 C60

24、 / C70中的碳原子处于 (SP2- SP3) 中间过渡态价键理论简明地阐明了共价键的形成过程和本质，成功解释了共价键的方向性和饱和性，但在解释一些分子的空间结构方面却遇到了困难。例如CH4分子的形成，按照价键理论，C原子只有两个未成对的电子，只能与两个H原子形成两个共价键，而且键角应该大约为90。但这与实验事实不符，因为C与H可形成CH4分子，其空间构型为正四面体，HCH = 109.5。为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，1931年鲍林提出了杂化轨道理（hybrid orbital theory），丰富和发展了现代价键理论。 杂化轨道理论 的提出杂化轨道理论从电子具有波动性、波

25、可以叠加的观点出发，认为一个原子和其他原子形成分子时，中心原子所用的原子轨道（即波函数）不是原来纯粹的s轨道或p轨道，而是若干不同类型、能量相近的原子轨道经叠加混杂、重新分配轨道的能量和调整空间伸展方向，组成了同等数目的能量完全相同的新的原子轨道杂化轨道(hybrid orbital)，以满足化学结合的需要。这一过程称为原子轨道的杂化（hybridization）。杂化轨道理论 的基本内容基态C原子的外层电子构型为2s22px12py1。在与H原子结合时，2s上的一个电子被激发到2pz轨道上，C原子以激发态2s2px2py12pz1参与化学结合。当然，电子从2s激发到2p上需要能量，但由于可多

26、生成二个共价键，放出更多的能量而得到补偿。sp3杂化轨道在成键之前，激发态C原子的四个单电子分占的轨道2s、2px、2py、2pz会互相“混杂”，线性组合成四个新的完全等价的杂化轨道。此杂化轨道由一个s轨道和三个p轨道杂化而成，故称为sp3杂化轨道。经杂化后的轨道一头大，一头小，其方向指向正四面体的四个顶角，能量不同于原来的原子轨道 。碳原子杂化轨道sp3的形成及特点（以CH4分子的形成为例 ）形成的四个sp3杂化轨道与四个H原子的1s原子轨道重叠，形成（sp3-s）键，生成CH4分子。杂化轨道成键时，同样要满足原子轨道最大重叠原理。由于杂化轨道的电子云分布更为集中，杂化轨道的成键能力比未杂化

27、的各原子轨道的成键能力强，故形成CH4分子后体系能量降低，分子的稳定性增强。碳原子杂化轨道sp3的形成及特点（以CH4分子的形成为例 ）CH4分子形成的整个杂化过程可示意如下：E=s/4+3p/4 夹角：109.50CH4分子形成的整个杂化过程可示意如下：根据参与杂化的原子轨道的种类和数目的不同，可将杂化轨道分成以下几类。（1）sp3杂化 sp3杂化能量相近的一个ns轨道和三个np轨道杂化，可形成四个等价的sp3杂化轨道。每个sp3杂化轨道含1/4的ns轨道成份和3/4的np轨道成份，轨道呈一头大、一头小，分别指向正四面体的四个顶点，各sp3杂化轨道间的夹角为109.5。分子呈四面体构型。除C

28、H4分子外，CCl4、CHCl3、CF4、SiH4、SiCl4、GeCl4等分子和离子也是采取sp3杂化的方式成键的。杂化轨道 的类型（2）sp2杂化 sp2能量相近的一个ns轨道和二个np轨道杂化，可形成三个等价的sp2杂化轨道。每个sp2杂化轨道含有1/3的ns轨道成份和2/3的np轨道成份，轨道呈一头大、一头小，各sp2杂化轨道之间的夹角为120。分子呈平面三角形构型。 （以乙烯（C2H4）分子的形成为例 ）此外BF3及其他气态卤化硼分子 BCl3，以及NO3，CO32等离子的中心原子也是采取sp2杂化成键的。杂化轨道 的类型碳原子杂化轨道sp2的形成及特点E=s/3+2p/3 夹角：1

29、200乙烯的形成（3）sp杂化能量相近的一个ns轨道和一个np轨道杂化，可形成二个等价的sp杂化轨道。每个sp杂化轨道含的1/2ns轨道和1/2的np轨道的成份，轨道呈一头大、一头小，两sp杂化轨道之间的夹角为180,分子呈直线型构型。（以乙炔（C2H2）分子的形成为例 ）此外CO2分子、Ag(NH3)2+离子以及周期表B族Zn、Cd、Hg元素的某些共价化合物，如ZnCl2、HgCl2等，其中心原子也是采取sp杂化的方式与相邻原子结合的。 杂化轨道 的类型碳原子杂化轨道sp的形成及特点E=s/2+p/2 夹角：1800乙炔的形成碳原子的杂化类型总结S电子离核近，S成分比例越高，吸引电子能力越强

30、所以：C原子电负性大小：Csp Csp2 Csp3 同一个原子中能量相近的原子轨道之间可以通过叠加混杂，形成成键能力更强的一组新的原子轨道，即杂化轨道。原子轨道杂化时，原已成对的电子可以激发到空轨道中而成单个电子，其激发所需的能量可以由成键时放出的能量得到补偿。n个原子轨道杂化后只能得到n个能量相等、空间取向不同的杂化轨道。必须注意，孤立原子轨道本身不会杂化形成杂化轨道。只有当原子相互结合形成分子需要满足原子轨道的最大重叠时，才会使原子内原来的轨道发生杂化以获得更强的成键能力。杂化轨道理论 的基本要点 酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。一、勃朗斯台-洛瑞质子酸碱理论1.3 酸碱理论 酸碱可以

31、带正电荷或带负电荷或为中心分子， 在一个反应中是 酸，而在另一个反应中可以是碱。平衡主要趋向形成更弱的酸和更弱的碱。 酸性越强，解离出质子后的共轭碱的碱性越弱。如何判断化合物的酸性强弱？主要取决于化合物离解出H+后的负离子稳定性。负离子越稳定则原来的化合物酸性越强。凡是能接受外来电子对的都叫做酸，凡是能给予电子对的都叫做碱。二、路易斯(Lewis)电子酸碱理论lewis酸碱反应形成配位键，产生加合物。常见的lewis酸： 常见的lewis碱:路易斯(L)酸：能接受外来电子对，具有亲电性。在反应时, 有亲近另一分子的负电荷中心的倾向，又叫亲电试剂。路易斯(L)碱：能给予电子对，具有亲核性。在反应

32、时， 有亲近另一分子的正电荷中心的倾向，又叫亲核试剂(“核”作为正电荷的同义语)。 如：三、亲电性与亲电试剂HO - + CH3I CH3OH + I- +-1.1 酸的强弱 HA + H2O H3O+ + A- Keq = H3O+ A-/HAH2O 在稀水溶液中: Ka=KeqH2O=H3O+ A-/HA Ka 为酸性常数。一般以 Ka 值的负对数 pKa 来表示酸的强弱。 pKa = -lgKapKa值越低酸性越强。四、 酸碱的强弱和酸碱反应在有机化学中关于酸碱的强弱一般也是指勃朗斯台定义的酸碱。1.2 碱的强弱1.3 酸碱的强弱和酸碱反应 利用各化合物的pKa值来预测酸碱反应的进行，例

33、: CH3COOH + OH- CH3COO- + H-OH同理碱强度以 pKb表示，也常用其共轭酸的 pKa 值来表示。 共轭酸强则其共轭碱是个弱碱。化学家库帕（ASCouper）分别提出了“碳的四价概Ea (KJ/mol)3, 4-二甲基庚烷在理解的基础上做必要的记忆，有机化合物的结构、命名、基本性质、如何合成等在学习时，要象记外文单词那样反复地强化记忆。青霉素的发现，是人类找到了一种具有强大杀菌作用的药物，结束了传染病几乎无法治疗的时代；1820年考入马尔堡大学医学院，1821年开始对化学感兴趣，1823年他决定放弃医学，在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一年。维勒（Fwohler,180

34、01882,德国化学家）有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支。碳元素：核外电子排布 1s22s22p2置（用阿拉伯数字表示）和名称写在母体名称的前面。 乙酸(pKa=4.72) 共轭碱(弱) 水 (pKa=15.74) 共轭碱(强) 乙酸的酸性比水强。质子的转移总是由弱碱转移到强碱。反应向右进行。例题：例题：下列各组中哪个是较强的酸：（1）H3O+、H2O 、OH- （2）NH4+、NH3、NH2-（3）H2S、HS- 、S2- （4）电荷与酸性之间有何关系 解： （1）H3O+ （2）NH4+ （3）H2S （4） 正电荷使酸性增强。1.4 有机化合物和有机化学反应的一般特点(1)数

35、量多，分子组成繁杂。种类多，增加快，1995-2000年均新增130万个有机物总数 2600万(2000/10）。而目前发现的无机化合物仅有几十万种以上。 (2)易燃烧。 (3)沸点低、熔点低，热稳定性热。 （4）溶解度：“相似相溶”原理。（5）同分异构现象碳架异构体位置异构体官能团异构体互变异构体价键异构体构型异构体构象异构体几何异构体旋光异构体交叉式构象重叠式构象构造异构体 同分异构体（结构异构体）立体异构体电子互变异构体分子式相同, 结构不同的化合物称为同分异构体, 也叫结构异构体。 碳架异构体：因碳架不同而引起的异构体。 位置异构体：由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构体。官

36、能团异构体：由于分子中官能团不同而产生的异构体。 构造异构体：因分子中原子的连结次序不同或 者键合性质不同而引起的异构体。互变异构体: 因分子中某一原子在两个位置迅速移动而产生的官能团异构体。价键异构体：因分子中某些价键的分布发生了改变，与此同时也改变了分子的几何形状，从而引起的异构体。 （6）有机化学反应A. 大多数有机化学速度慢B.产物复杂、副反应多1.5 有机化合物的分类(1) 开链族化合物(脂肪族化合物): 正丙烷，异丁烷(2) 碳环族化合物 A:脂环族化合物: 环戊烷 ，环己烷 B:芳香族化合物: 苯，萘一、按碳链分类(3) 杂环化合物 呋喃，吡啶 上述分类不能反映各类化合物的性质特

37、征，反应性质主要由功能团决定 按官能团官能分类。 官能团（functional group)：能决定化合物的特性的原子或原子团。二、 按官能团分类试指出结构式中官能团的名称想一想酚羟基 酰胺键 扑热息痛杂环磺酰胺基-SO2-OH氨基 磺胺噻唑1.6 有机化学的研究手段（1）分离、提纯（2）纯度鉴定（3）试验式和分子式的确定（4）结构式的确定：X衍射、各种光谱、核磁共振、质谱分子结构包括构造、构型、构象（5）人工合成 研究有机化合物的步骤与方法重点了解有机化学及有机化合物的涵义，掌握有机化合物的特性； 了解共价键理论，掌握原子轨道、分子轨道的概念，掌握共价键属性； 了解有机化合物的研究方法。 了

38、解有机化合物按碳架和官能团分类的方法，熟悉常见的官能团。如何学好有机化学 理解、记忆、应用（1）理解 及时弄懂和掌握各章节的重点。（2）记忆 在理解的基础上做必要的记忆，有机化合物的结构、命名、基本性质、如何合成等在学习时，要象记外文单词那样反复地强化记忆。 A、多思考 有机化学内容是前后连贯的，系统性很强，只有掌握了前面的知识，才能理解后面的内容。遇到疑难问题要先思考，及时解决。B、勤练习。C、善总结。学会归纳总结 （a）总结化合物结构与性质之间的关系。（b）总结各类化合物之间内在联系与相互转化关系。反应物产物学习中应注意的几个方面有机化合物的结构与反应反应性质结构有机反应与反应机理有规律的

39、反应特殊反应反应原理反应过程 机理反应规律有机反应的应用有机合成简单化合物多步反应复杂分子?反应物如何步骤最少产率最好(1)邢其毅，徐瑞秋，周政基础有机化学(上下)，高等教育出版社。(2)曾昭琼有机化学(上下) ，高等教育出版社。(3) 有机化学（上、下） 莫里森等 ，南京大学化学系编译 ， 科学出版社。(4)胡宏纹有机化学(上下) ，高等教育出版社。参考书课程考核：1、考试2、总成绩=平时成绩30% +期末考试70%3、平时成绩占30%，包括作业、考勤等。作业： P21: 1、4、5、6、122012年2月29日星期三、第一周第二章 烷烃内容结构及表示式同系列和同分异构现象烷烃的命名构象烷烃

40、的物理性质烷烃的化学性质烷烃的工业来源重点烷烃的结构异构现象烷烃的命名乙烷和丁烷的构象结构与物理性质关系自由基反应历程2.1 结构及表示式烃：只含有碳和氢两种元素组成的有机化合物（hydrocarbon)。烷烃：分子中碳原子以单键互相连接成键，其余的共价键完全与氢原子相连的一类饱和烃(alkane)。构型：具有一定结构的分子中原子在空间的排列情况（configuration)。甲烷：正四面体构型碳原子居于正四面体的中心，和碳原子相连的四个氢原子，居于四面体的四个角（如下图），四个碳氢键键长都为0.110nm，H-C-H键角都是109.5。甲烷分子的平面结构表示方法路易斯结构式: 用共用电子的点

41、来表示共价键的结构式。凯库勒结构式: 用一根短线代表一个共价键。H0.110nm路易斯结构式凯库勒结构式 C + 4H C HHHCHHHH甲烷分子的立体立体结构表示方法含二个或多个碳原子的烷烃，所有的碳原子都为 SP3杂化，分子中的碳氢键和碳碳键都是单键。棍球模型比例模型 在烷烃中碳链的排列实际上是锯齿型的，所谓直链是指不分支的碳链。丁烷的结构庚烷的结构2.2 同系列和同分异构现象一、同系列和同系物 甲烷：CH4 乙烷：C2H6 丙烷：C3H8 丁烷 C4H10 戊烷: C5H12 . 二个烷烃分子式之间之差为CH2或其倍数，这些烷烃性质也很相似，这样的一系列化合物叫做同系列。同系列中的化合

42、物互称同系物。CH2 叫做同系列的系列差。 烷烃同系列的通式：CnH2n+2 二、同分异构现象 甲烷、乙烷、丙烷只有一种结合方式，没有异构现象，四个碳以上的烷烃始有同分异构现象。 例如：丁烷( C4H10) 正丁烷异丁烷 b.p -0.5 b.p -11.7 正戊烷异戊烷新戊烷例：戊烷( C5H12) 丁烷或戊烷中二个分子的不同在于分子中原子相互连接的 方式和次序不同，这种现象称为同分异构现象。 我们把分子式相同，构造不同的异构体称为构造异构体。 随着碳原子的数目增加，异构体的数目也迅速增加。2.3 烷烃的命名 用天干顺序甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸分别表示碳原子的数目，后面加烷字。

43、一、普通命名法(习惯命名法) 1. 含有10个或10个以下碳原子的直链烷烃2. 含有10个以上碳原子的直链烷烃 用小写中文数字表示碳原子的数目。3.对于含有支链的烷烃 在链端第2位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷, 在链端第2位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。二、 烷基 烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部分称为烷基。 其通式为CnH2n+1 , 常用R表示。 例如：甲烷 -甲基Methyl（Me），乙烷-乙基Ethyl（Et），丙烷-丙基Propyl（Pr），丁烷-丁基Butyl （Bu） 常见的烷基如下图所示。 n-Pri-Prn-Bui-Bus-But-Bu烷烃分子中碳原子和氢原子的类

44、型伯碳：1（primary）仲碳：2（secondary）叔碳：3（tertiary）季碳：4（quaternary）CH3-CH2-CH-C-CH3CH3CH3CCCCCCCH3HH2H2H2H2HCH2CH3试指出下列结构式中碳原子的类型想一想伯碳伯碳CH3伯碳伯碳伯碳伯碳仲碳叔碳季碳伯碳叔碳仲碳 系统命名法是国际纯粹与应用化学联合会(简称IUPAC法)几次修改补充后的命名原则，结合我国文字特点而制定的命名方法， 又称日内瓦命名法或国际命名法。三、系统命名法（ IUPAC命名法）1、 命名方法 在系统命名法中，对于无支链的烷烃，省去正字。根据碳原子的个数叫某烷。对于结构复杂的烷烃，则按以下

45、方法命名。2、命名步骤3、命名原则 （1）把支链烷烃作为直链烷烃的衍生物命名。最长的碳链为主链，看作母体，根据碳原子个数称为某烷。主链外的支链作为取代基。如果出现来两个等长的碳链，则选取代基多的为主链。3, 4-二甲基庚烷 4、命名步骤 2是正确的选择12（2）主链碳原子的位次编号从最接近取代基的一端开始，用阿拉伯数字（1，2，3）对主链碳进行编号，使取代基编号依次最小。将取代基的位置（用阿拉伯数字表示）和名称写在母体名称的前面。阿拉伯数字与汉字之间加一“”，读作位。 有几个相同的取代基时，应并作在一起，其数目用汉字表示，表示取代基位置的两个或几个阿拉伯数字之间应加一逗号。（3）有几种取代基时

46、，应按“次序规则”排列，指定较优基团后列出。常见烷基优先次序(较优基团在后）：甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，异戊基，异丁基，新戊基，异丙基，仲丁基，叔丁基。3，3-二甲基-4-异丁基-4-（1，1-二甲基丙基）癸烷1 . 确定主链：最长链.2 . 编 号: 最靠近支链端开始编号, 应从右端开始编号.3 . 命 名：2,3,5 三甲基4 丙基辛烷.1. 确定主链：有两根等长的长链，侧链数均为三个. 一长链侧链位次为2,4,5; 而另一长链侧链位次为2,4,6, 小的优先.2. 编号：最靠近支链端开始编号, 应从右端开始编号.3. 命名： 2,5二甲基4异丁基庚烷. 1.确定主链: 最长链为主链.

47、 2.编号: 从右端开始编号, 取代基编号为2, 3, 5. 从左端开始编号, 取代基编号为2, 4, 5. 根据最低系列原则, 小的优先, 应从从右端开始编号. 3.命名: 2,3,5三甲基己烷. 构象由于碳碳单键的旋转，导致分子中原子或原子团在空间的不同排列方式。一、乙烷的构象 构象异构体因单键的旋转而产生的异构体（构象异构属于立体异构）。2.4 构象交叉式 重叠式 纽曼(Newman)投影式锯架式 构象的表示式 交叉式 HHHHHH重叠式 HHHHHHHHHHHHHHHHHH乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析C-H 键长C-C 键长 键 角 两面角两氢相距110.7 pm154 pm1

48、09.5o60o250 pm110.7 pm154 pm109.5o0o229 pm250 pm 240 pm 229 pmE重叠 E交叉 E=12.1KJmol-1每个C-H、C-H重叠的能量约为4 KJ mol-1当两氢原子间距少于240pm（二个氢原子的半径和）时，氢原子间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。旋转角度/能 量重叠式斜交式交叉式交叉式0 60 12012.6kJmol-1 乙烷分子构象的能量曲线 交叉式稳定的优势构象 二、丁烷的构象 对位交叉式部分重叠式邻位交叉式 全重叠式 CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHH

49、HH稳定性：对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式 正丁烷C2-C3旋转时各种构象的能量曲线 部分重叠式 邻位交叉式部分重叠式 正丁烷C2-C3旋转时各种构象的能量曲线 构象分布在达到平衡状态时，各种构象在整个构象中所占的比例称为构象分布。15 %15 %70 % 能 量 计 算C-H， C-H 重叠， 4 kJ / molC-CH3， C-CH3邻交叉，3.8 kJ / molC-CH3， C-CH3重叠， 22.6 - 8 = 14.6 kJ / molC-CH3， C-H 重叠， (14.6-4)/2 = 5.3 kJ / mol正丁烷的构象分布和能量计算 分子总是倾向于以稳定的构象形式

50、存在。三、丙烷的构象E=4+4+5.3=13.3KJmol-1交叉式 重叠式 丙烷只有二种极限构象，一种是重叠式构象，另一种是交叉式构象。二种构象的能差13.3kJmol-1。高级烷烃的构象 在气态和液态下，各种构象迅速互相转变，而在晶体中，分子排列在刚性的晶格中，运动受到阻碍，因此不发生构象的转变。直链烷烃在晶体中，碳链排列称锯齿形。4.5 烷烃的物理性质外 观：状态 颜色 气味物理常数：沸点（bp)熔点（mp) 折光率（n) 旋光度 密度（D) 溶解度 偶极矩（）光谱特征 沸点大小取决于分子间的作用力。 烷烃沸点的特点：（1）沸点一般很低。（非极性，只有色散力）（2）随相对分子质量增大而增

51、大。（色散力与分子中原子数目大小约成正比。）（3）相对分子质量相同、支链多、沸点低。（由于支链的阻碍，不能紧密靠在一起，色 散力比直链烷烃小。）一、沸点分子间接触面积大作用力强分子间接触面积小作用力弱bp：36bp：9.5烷烃熔点的特点： 随相对分子质量增大而增大。 偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点升高，值大（如右图）。相对分子质量相同的烷烃，支链增多，对称性降低，熔点下降。奇数碳偶数碳熔点高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。二、熔点 烷烃异构体的熔点、沸点规律支链较多烷烃：熔点高、沸点低支链较少烷烃：沸点高、熔点低 正戊烷 异戊烷 新戊烷bp 36 28 9.5mp -130 -160

52、-17烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。偶极矩均为0。烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂。三、密度四、饱和烃的偶极矩五、溶解度2.6 烷烃的化学性质一、总体特点二、烷烃的氧化三、烷烃的热裂反应四、烷烃的卤代反应 烷烃是一类不活泼的有机化合物。在室温下烷烃与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等都不起作用。 但在非极性反应条件下，如高温、高压、光照或催化剂的影响下，烷烃也能发生一些反应。 烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。一、总体特点空气中燃烧： 二、氧化一定条件下氧化：石蜡（20-40个碳原子的高级烷烃混合物），在特定条件下氧化得到高级脂肪酸。二、 热裂反应高温无氧条件下下，C-C、C-

53、H键断裂的反应：热裂解反应包括：热裂化 提高汽油的产量（500-6000C，5MPa） 得到化工基本原料（7000C的深度裂化）催化裂化 催化剂存在下的热裂化（450-5000C, 硅酸铝） 提高汽油的产量和质量热裂解反应属于自由基反应。卤代反应分子中的原子或基团被卤原子取代的反应称为卤代反应。取代反应分子中的原子或基团被其它原子或基团取代的反应称为取代反应。三、卤代反应简写反应式（1）氯代反应 （2）反应机理 （过渡态理论）甲烷的卤代反应自由基的链反应。链引发 链增长 链终止 反应机理根据反应事实作出的由反应物到产物所经历过程的详细描述和理论解释。问题的提出：上述甲烷卤代反应： 黑暗中不反应

54、 放热反应又要加热 强光下爆炸 得到混合物 反应活泼性： 叔氢仲氢伯氢链引发（形成自由基）： 链增长（延续自由基，形成产物）： CH3H + Cl CH3 + HCl CH3 + Cl2 Cl + CH3Cl CH3Cl + Cl CH2Cl + HCl CH2Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl CH2Cl2 + Cl CHCl2 + HCl CHCl2 + Cl2 CHCl3 + Cl CHCl3 + Cl CCl3 + HCl CCl3 + Cl2 CCl4 + Cl ClCl Cl + Cl 热或光链增长一般循环一万次左右，反应链才中断。活性中间体链终止（消除自由基）： CH3 + Cl CH3ClCH3 + CH3 CH3CH3Cl + Cl Cl2自由基型氯代反应的特点是：(1)这类反应是在有光照或加热条件下发生的。当有自由基引发剂存在时，也能发生此类反应。(2)反应既可在气相中又可在液相中进行。若在液相反应，通常是在非极性溶剂中进行有利。(3)自由基型反应一经引发，反应速率会迅速增大。当有自由基终止剂加入时，则使反应减缓直至停止。 过渡态的特点:（1）能量高。（2）极不稳定，不能分离得到。（3）旧键未完全断开，新键未完全形成。任何一个化学反应都要经过一个过