有机化学-第1章-绪论

1、有 机 化 学Organic Chemistry 课前预习（根据个人的学习习惯）听课、记笔记整理、归纳、总结-很重要！做习题（巩固） 非常重要！讨论及答疑（时间： 地点：李四光教学楼205室）学好有机化学的几个重要环节切记：不要死记硬背 不要临时抱佛脚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*第一章 绪 论 1806年，瑞典的Berzelius从来源定义化合物： 来自于矿物的物质无机物来自于植物和动物的物质有机物不能合成，只能

2、由生命体制造出 生命力学说（活力学说）来源1.有机化合物近代概念的建立一、有机化学的发展和定义 生命论与早期的有机化学（1828年之前）有机化合物最早的有机化合物来自于动植物体（有机体）生命论(Vitalism)认为：有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。 1828年德国化学家Whler1845年后，在实验室中又合成了醋酸、酒石酸、柠檬酸、糖、脂肪、苯胺等。为现代有机化学的建立奠定了基础。 该实验具有划时代意义，首次用无机物制备有机物。由氰酸铵（无机物）制得尿素（有机物）inorganicorganic*有机化合物(Organic compound

3、 )： 是含碳的化合物。*有机化学(Organic chemistry)： 是研究碳化合物的化学组成:有机化学的定义是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用、功能以及有关理论和方法的科学。有机物与无机物之间并没有一条严格的界限。 注意： CO2、CO、H2CO3及金属的碳酸盐等均属( )无机物HCNOFPSClBrISiB 有机化学与现代人类的生活息息相关2.有机化学与医学的关系 生命科学与化学科学相互渗透交叉，使得生命科学中的化学问题已成为当今化学科学的重大前沿课题之一；而在分子水平上认识生命现象和生命过程，揭示生命的奥秘则是21世纪分子生物学的一个发展趋向。医学 是从宏观到微观的研究

4、过程： 人体 组织 细胞 生物分子化学 是从微观到“宏观”的研究过程： 原子分子大分子离子键 原子间电子的转移形成共价键 原子间共用电子对形成 配位键 两原子间共用的电子对 由一个原子提供形成 *化学键的类型原子通过化学键构成分子二、有机化合物的结构 *有机分子中碳原子的化学键点： C: 1s22s22p2 最外层4个价电子 中等电负性 可通过与其它原子（C,N,O,S,P）共享电子满足八隅体（成共价键） 八隅体 惰性气体原子最外层电子轨道内分别具有 2e或8e，是最稳定结构。分子中每个原子应具有稳定的稀有气体的 电子层结构（八隅体结构）；1、路易斯（ Lewis）理论 这种稳定结构是通过原子

5、间共用一对或若干 对电子来实现的。相同或不同原子之间可通过得失电子或共享电子的方式使各自的外层电子构型达到八隅体，从而使形成的分子处于稳定状态。 Lewis结构式：用电子对表示共价键结构的化学式 为书写方便，可用一短线代表一对共用电子对。 注意： 书写时要把所有的价电子都表示出来，不要忘记某些原子上的未共用电子（用园点表示出来）。配位键配位键C：四价; H：一价；O：二价； N：三价； X：一价 局限性： 无法解释BF3、PCl5、SF6等分子的稳定性；无法解释共价键的饱和性和方向性以及O2 分子具有磁性等问题。路易斯理论认为：两个条件：有末成对单电子、自旋相反两个性质：饱和性、方向性两种类型

6、：键、键叁种形式：单键、双键、叁键2、现代共价键理论 可归纳为 “3 个 二，1 个 三”：基本要点：共价键是通过自旋相反的单电子相互配 对（即原子轨道的最大重叠），使体系 达到能量最低状态。 *共价键的类型： 键 ：“头对头” 键：“肩并肩” *键 与键的区别：键 ：重叠部分沿键轴呈圆形，自由旋转； 键 ：不可自由旋转。键 ：重叠大，键能大，稳定； 键 ：比键 重叠小，键能小，活性较键 高，是化学反应的积极参与者。键 ：可单独存在； 键 ：不可单独存在，与 键共存于双键和 叁键中。*共价键的形式： 单键、双键、叁键按电子配对法，C应为二价的，但事实上，X衍射法测出甲烷的分子模型：C原子的电子

7、层结构:1s22s22p23.杂化轨道理论 有机碳原子的杂化轨道有下列三种：碳是四价的四个CH键是等同的 sp3杂化： 正四面体， 夹角 109。28饱和 C胺中的 :N醇中的 :O四面体型 甲烷(CH4)的 成键示意s 键轴对称方式交叠sp2杂化： 平面三角型， 夹角 1200C=CC=O C. C+ 乙烯(CH2=CH2)的成键示意p 键 侧面交叠（电子云结合较松散）sp杂化 直线型， 夹角 1800sp杂化sp2杂化sp2杂化sp杂化pzpy乙炔(CHCH)的成键示意:要点: 1.成键过程中能量相近的轨道杂化； 2.满足最大程度重叠； 3.同种类型杂化含等性杂化和不等性杂化； 4.杂化轨

8、道成建时, 要满足化学键间最小斥力。4. 共价键的属性(键参数) 键长(bond length)：两核间的平均距离键角(bond angle)：一个原子的两个化学键间的夹角键能(bond energy)： 键的解离能：裂解分子中某一共价键所需要的能量 双原子分子中键能就是键的解离能 多原子分子中某一共价键的键能是分子中该键 的平均解离能*键的极性非极性键 成键的两个原子相同,正负电荷 中心重合的共价键叫做非极性键。极 性 键 成键的两个原子不相同，正负电的中 心不能重合的共价键叫做极性键，如：键极性大小不是用电负性差表示，用偶极矩表示。 CF CCl CBr CI极性大小：键的极性(polar

9、ity)：成键原子电负性不同，导致 共价键出现正、负电荷分离。电负性差值越大，键的极性越大 *分子的极性 *双原子分子, 键的极性就是分子的极性。 *多原子分子中,分子的极性是分子中每个键的极性的向量和。分子的极性不仅取决于各个键的极性，也取决于键的方向，即取决于分子的形状。例如：CO和CCl是极性键，但CO2、CCl4却为非极性分子分子为非极性分子在外界电场作用下共价键的电子云发生变化，键的极性改变的现象叫键的极化。键的极化 (polarization)CF CCl CBr CI键 键 键极化的难易程度称为极化度。极化度的大小主 要取决于成键原子的电子云流动性的大小，电子 流动性大，则极化度

10、就高，而原子半径愈大，电 子云的流动性就愈大。 极化度大小：键的极性是由成键原子的电负性不同而产生的，其大小取决于成键原子的电负性之差。键的极性是键的内在性质，是永恒的现象。共价键的极性和极化之间区别 键的极化是在外界电场作用下产生的，是一种暂时现象，当外界电场除去后即可以恢复原来的状态。 三、有机酸碱的概念定义：酸是质子的给予体，如HCl，NH4+ 碱是质子的接受体，如Cl-，NH3满足上述关系的一对酸和碱称为共轭酸碱 酸与碱的关系： 酸 碱 + H+ 酸越强，它的共轭碱越弱; 碱越强，它的共轭酸越弱。反应实质: 质子在两个共轭酸碱对间的转移。1、Bronsted酸碱理论质子理论酸 碱 碱的

11、共轭酸 酸的共轭碱酸碱强度：pKa越小，酸性越强；pKb越小，碱性越强。 定义：酸是电子对接受体；碱是电子对的给予体。酸碱反应的实质是形成配位键的过程，得到一个 酸碱加合物。 碱 酸 酸碱加合物2、Lewis酸碱理论电子理论Lewis酸碱物质的类型： Lewis酸 （缺电子 的物质）分 子：金属离子：正 离 子：烯烃、芳烃分 子：双 键： 负离子： Lewis碱 （具有孤对 电子的物质）四、有机化合物反应类型 1. 均裂(homolysis)和游离基反应：游离基条件：光照或高温下的气相反应非极性溶剂中，在自由基引发剂引发下的液相反应游离基反应发生游离基反应的分子多为非极性分子。游离基反应游离基

12、取代反应游离基加成反应离子型反应的化合物多为极性分子或易极化的分子2. 异裂(heterlysis)和离子型反应：受富电子试剂的进攻，发生亲核反应,进攻试剂称亲核试剂。受缺电子试剂的进攻，发生亲电反应,进攻试剂称亲电试剂。异裂产生正负离子的反应称离子型反应。条 件：在酸、碱或催化剂存在下在极性溶剂中发生的液相反应有机物异裂后能产生碳正离子或碳负离子。 碳正离子和碳负离子都是非常不稳定的中间体，都只能在瞬间存在，但它对反应的发生起着不可替代的作用。碳正离子或碳负离子也是活泼的反应中间体。碳正离子Lewis碱Lewis酸碳负离子3.协同反应 在光或热的作用下通常一步发生的反应。反应中共价键的断裂和

13、形成是同时发生的，没有自由基或离子等活性中间体产生，往往只有一个环状过渡态。 如Diels-Alder反应等。离子型反应亲电反应亲核反应亲电取代反应亲电加成反应亲核取代反应亲核加成反应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:五、 分子间的作用力（分子的极性有关）1.偶极-偶极作用+-+偶极-偶极作用-+-氢键对物理性质的影响：沸点、熔点、溶解度等2.离子-偶极作用4.范德华力3.氢键5.疏水亲脂作用六、有机化合物的分类 脂 环杂环化合物开链化合物碳环化合物芳 香 族* 链状化合物 结构特征 碳原子与碳原子，或碳原子与其它原子均以链状 相连，没有环状相连

14、。 正己烷 CH3(CH2)4CH3 乙 醚 CH3CH2OCH2CH3 乙 酸 CH3COOH有机化合物1. 按碳的骨架分类*碳环化合物 结构特征 在分子结构中，一定有由碳原子互相连接成的环状结构部分。*杂环化合物 结构特征在分子中有杂环结构部分存在 杂 环 由碳原子和其它原子(如N、O、S) 所组成的环。 杂 原 子 碳原子以外的其它原子。 2. 按官能团分类官 能 团： 有机化合物分子结构中能反映出化 学性质的原子或基团。单官能团化合物: 只含有一个官能团。多官能团化合物: 含有两个或两个以上相同官能团。复合官能团化合物: 含有两个或两个以上不相同官能团。分子结构中的特殊化学键，如：酯键

15、 酐键 酰胺键按有机官能团分类 碱或亲核试剂乙胺CH3CH2NH2胺含氮有机物亲核取代、消除氯乙烷CH3CH2Cl卤代物芳香亲电取代苯芳烃亲电加成丁二烯CH2=CHCH=CH2二烯亲电加成乙炔HCCH炔烃亲电加成乙烯CH2=CH2烯烃自由基取代乙烷CH3CH3烷烃碳氢化合物典型反应类型名称举例开环环氧乙烷环氧化合物乙醚CH3CH2OCH2CH3醚芳香亲电取代苯酚C6H5OH酚亲核取代N-甲基乙酰胺CH3CONH(CH3)酰胺亲核取代乙酸乙酯CH3COOCH2CH3酯亲核取代乙酸酐(CH3CO)2O酸酐亲核取代乙酰氯CH3COCl酰卤羧酸衍生物亲核加成、取代乙酸CH3COOH羧酸亲核加成丙酮CH

16、3COCH3酮亲核加成乙醛CH3CHO醛亲核取代、消除乙醇CH3CH2OH醇含氧有机物典型反应类型名称举例分类（续）亲核取代、消除分子结构是指分子中各原子之间的结合方式、 排列顺序、及在空间的位置。结 构 式表示化合物分子结构的一种化学式。七、表示有机物分子结构的方法有机分子结构的表示方法：1.模型表示 ：*.模型表示 *.书面表示*Kekule模型(球棒模型)*Stuaet模型(比例模型)2.书面表示 *实线式 *示性式 * 简化示性示 *骨架式 *立体结构式*示 性 式： *实 线 式: 用短线表示共价键.*简化示性式：*骨 架 式 不写氢原子,拐角为CH2,线头为CH3.*立体结构式（表

17、示分子的立体形象） *楔形式(伞形式) *锯架式 *Fisher 投影式 *Newman 投影式楔形式Fischer 投影式锯架式Newman 投影式Fischer 投影式楔形式(伞形式)锯架式分子的立体形象的表达立体结构式Newman 投影式Fischer 投影式八、同分异构现象构造异构位置异构 b、c碳链异构 a、b(c)官能团异构 d、e构造：分子中原子相互连接的顺序和方式称构造。 以前叫结构。根据IUPAC的建议，把结构改为 构造，“结构”的含义比“构造”广。结构除 包含分子的构造外，还应包括立体结构。立体异构：表示分子中原子或原子团的空间排列顺序构造式相同，空间伸展方向不同1.构型异

18、构顺反异构ClCH3CC2H5 H构造式相同，空间伸展方向不同构型异构对映异构*构型异构体之间的转化必须经过化学键的断裂。2. 构象异构 构象异构体之间的转化不须经过化学键的断裂，只是键的转动。分子结构的基本含义： 分子结构的含义广泛，不仅包括分子中原子或原子团的连接方式和顺序，而且还包括分子中原子或原子团的空间排列顺序。称前者为构造，后者为构型或构象。同分异构构造异构构型异构顺反异构构象异构对映异构立体异构十、有机化合物和有机反应的特性5、异构现象普遍 CH3CH2OH 与 CH3OCH3； CH3CH2CHO 与 CH3COCH3（统计学规律）1、易燃性实验室常用灼烧试验初步区分有机物与无机物2、低熔点无水葡萄糖(范德华力)146.5氯化钠(静电引力)8013、溶解性 难溶于水,易溶于有机溶剂(极性弱)4、导电性差(极性弱) 7、副反应多 如上例还可生成乙烯、乙醚等。 6、反应速度慢K=4加热、