c1 绪论(有机)课件

第一章绪论

有机化学1.1有机化学的产生和发展1.1.1有机化合物和有机化学的含义水果的生熟生果子又酸、又硬、又涩熟果子却又甜、又软、又香有机酸果胶鞣酸

生活小常识：

绿豆，放在铁锅里煮了以后会变黑；苹果、梨用铁刀切了以后，表面也会变黑。这是因为绿豆、苹果、梨与许多水果的细胞里，都含有鞣酸。鞣酸能够与铁化合，生成黑色的鞣酸铁。绿豆放在铁锅里煮，会生成一些黑色的鞣酸铁。

乙烯CH2＝CH2植物生长调节剂，作用是催促水果成熟乙烯剂：2-氯乙基磷酸胺有机化合物：OrganicCompound有机化学主要由含碳的化合物（除CO、碳酸盐等）：碳氢化合物(烃hydrocarbons)及其衍生物组成（derivative)有机化学：OrganicChemistry研究有机物制备（preparation)、结构（structure)、性质(property)、应用(application)的科学有机化学意义：是研究生物体及生命现象的基础

有机化合物的提纯十八世纪末，化学家们已经得到了一系列纯的有机化合物。代表人物是瑞典化学家舍勒(Scheele,1742～1786)，他一生发现、提纯了不少有机化合物。OrganicChemistryWenzhouUniversityScheele的主要提纯工作从尿中提取尿酸(1780)尿酸正常男性尿酸根水平约为1000-2000mg，而女性约为一半。痛风病人的尿酸根水平为正常水平的2-3倍其他化学家的分离提纯工作

1773年，由尿中发现尿素1805年，由鸦片中得到第一个生物碱—吗啡。1818年，由植物叶中分离出叶绿素。1820年，由植物中分离出马钱子碱、番木鳖碱、辛可宁等生物碱。OrganicChemistryWenzhouUniversity金鸡纳树皮与奎宁金鸡纳树皮是治疗疟疾的特效药，原产于南美洲的厄瓜多尔。它的发现还有一段传说：相传有一个患严重疟疾的印第安人来到了厄瓜多尔南部洛哈省的马拉卡拉斯地区，由于口渴难耐，他爬到了当地一个小池塘边喝水。小池塘里浸泡了许多树，水很苦，但喝完水后，他的病情却好了许多。这件事很快在印第安人中传开，从此印第安人便最先开始用这种树皮治疗疟疾。后来传教士胡安·络佩斯知道了这个古老的秘密，并把一块金鸡纳树皮带到了西班牙，用它治好了西班牙驻秘鲁总督夫人安娜·辛可伯爵夫人的疟疾。于是这个消息在西班牙广为传播。人们便以总督夫人的名字命名这树皮为辛可那（Cincnona）。法国药师佩雷蒂尔和卡文顿猜想金鸡纳树皮中肯定含有治疗疟疾的成分，便尝试着进行分离。他于1826年从金鸡纳树皮中提取到有效成分奎宁和辛可宁。由于辛可宁的生理活性仅为奎宁的1/5，所以只将奎宁用于治疗疟疾。目前，奎宁仍是治疗疟疾的首选药。

有机合成的功劳Wohler由氰酸铵加热合成了尿素：1845年Kolbe(柯尔伯)合成了醋酸1854年Berthelot(贝特罗)合成了油脂1861年布特列洛夫合成了糖一百多年来人工合成的有机化合物超过700万种有机化合物的理论研究蓬勃发展：1865年，凯库勒指出碳为四价，发展了有机物结构学说；1874年，范特霍夫（荷）和勒比尔（法）开创从立体观点来研究有机物的立体化学1917年，美国化学家路易斯用电子对来说明化学键的生成；1931年，休克尔用量子化学方法解决不饱和化物和芳烃的结构问题；1933年，果尔德等用化学动力学的方法研究饱和碳子上亲核代反应机理。理论形成

有机化学是一门迅速发展的学科

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%当代有机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合。

1980年(DNA)~1997年(ATP)与生命科学有关的化学诺贝尔奖八项；有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成为现代生物化学和化学生物学的理论基础；在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、合成方法的创建等方面，有机化学为分子生物学的建立和发展开辟了道路；确定DNA为生物体遗传物质,是由生物学家和化学家共同完成；人类基因组“工作框架图”组装—后基因组计划—序列基因

(SequenceGenomics)—结构基因(StructuralGenomics)—1.2有机化合物的特点1.2.1有机化合物的种类繁多

有机物至今有2000多万种，每天以大约1000种（被发现和合成）的速度增加OrganicChemistryWenzhouUniversity1.2.2分子组成和结构复杂

同分异构体：两种或多种有相同的分子式，但结构不同的化合物（如C2H2O6,有乙醇、甲醚两种分子）。同分异构现象：具有同分异构体的现象称为同分异构现象。

碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多,同分异构体也越多.如:

C7H16的同分异构体数9个.

C8H18的同分异构体数可达18个.

C10H22的同分异构体数可达75个.

1.2.3性质特点容易燃烧热稳定性差许多有机化合物在200~300℃时就逐渐分解.(3)熔点、沸点低在常温下为气体、液体，常温下为固体的有机化合物，其熔点一般也低，一般很少超过300℃，因为有机化合物晶体一般是由较弱的分子间力维持所致。课程主要内容绪论饱和烃不饱和烃环烃旋光异构卤代烃醇酚醚醛酮羧酸及其衍生物取代酸含氮化合物含硫与含磷化合物碳水化合物氨基酸，多肽类杂环类化合物1.3有机化合物的基础理论

1.3.1有机结构理论和共价键有机结构理论：分子是由原子按照一定的分布次序通过相互影响、相互作用而结合成的一个有机整体。原子在分子中是通过化学键而相互结合的，根据成键时原子达到稳定电子层结构的方式不同，化学键主要分为离子键和共价键。•

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.(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有机化合物中的共价键C+4HCHH••••••••H••••H—C—HHHH1.3.2共价键的理论解释一、价键理论二、分子轨道理论一、价键理论基本要点两原子中自旋方向相反的未成对电子可以相互配对形成共价键。(2)发生相互重叠的两个原子轨道的正、负号要相同

——对称性匹配原则(3)相互重叠的两个原子轨道要尽可能沿着能发生最大重叠的方向进行重叠

——最大重叠原则（1）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.（2）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.方向性——决定分子空间构型，因而影响分子性质.共价特征键342p2pFFF2H2H1sF2pHF电子云重叠示意图共价键具有方向性(最大重叠原理):2p1syx1s2pyx（a）x轴方向结合成键（b）非x轴方向重叠较小不能形成键36共价键的类型a:

σ键两原子轨道沿键轴方向进行同号重叠所形成的键。根据轨道重叠的方向方式及重叠部分的对称性划分为不同的类型头对头H1sF2pHF37●●s—s●●px—s●●px—px轨道重叠电子云分布38电子云分布b:π

键两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧平行同号重叠所形成的键肩并肩zpz—pz●●

xpy—py●●

x轨道重叠39

键类型σ键π

键原子轨道重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方，键轴处为零原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小化学活泼性不活泼活泼σ键和π

键的特征比较★两原子间若只形成一个共价键，一定是σ键；★两原子间若形成多个共价键，其中一个是σ键，其余为键。如N2、CH2＝CH2、CH≡CH；40二、

分子轨道理论1.分子轨道的形成及理论的基本要点（1）

分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子范围内运动；分子中单个电子的运动状态也用波函数来描述，称为分子轨道。（2）分子轨道可以近似地通过原子轨道的线性组合（相加或相减）而得到。原子轨道有效地组成分子轨道的条件是：

能量相近、对称性匹配和最大重叠41(3)

组合出的分子轨道数目等于参加组合的原子轨道

数目。在组成的分子轨道中，有一半轨道的能量低于组合前原子轨道的能量，称为成键分子轨道；另一半轨道的能量高于组合前原子轨道的能量，称为反键分子轨道。(4)

分子轨道能量的高低取决于参加组合的原子轨道能量的高低。(5)分子轨道中电子的排布遵守能量最低原则、保利不相容原则和洪特规则。

2个氢原子轨道组成2个氢分子轨道成键轨道1=1+2反键轨道2=1-2以H2分子为例。1，2是HA、HB原子的原子轨道。1、2是H2分子轨道。431.3.3杂化轨道理论

形成分子时，同一原子中的若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，从新分配能量和调整空间方向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道，这种混合平均化的过程称为原子轨道的“杂化”

1.杂化轨道概念杂化轨道：杂化后所形成的若干新原子轨道。sp型杂化：同一原子的1个s

轨道与p轨道进行的杂化。有：

sp

sp2

sp3442.杂化轨道理论的要点(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子；(2)参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）；(3)杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道在成键时更

有利于轨道间的重叠；(4)杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以减小化学键之间的排斥力）。45180°实验测得:两个共价键，直线形分子（键角180°）

Cl—Be—Cl

BeCl2分子的形成

Be原子：1s22s2

没有单个电子，ClClBe46一个s和一个p轨道杂化47+sp轨道杂化过程示意图每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2s

轨道和1/2p

轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线型48BeCl2分子结构ClClsppxpx

规律：第ⅡA族、ⅡB族元素与第ⅦA族元素所形成的MX2型共价化合物，中心原子采取sp杂化。如BeBr2、HgCl2。

ClBeCl49(2)sp2杂化——BF3分子的形成

每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s

轨道和2/3p

轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形

sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,

形成3个sp2杂化轨道。5051BF3分子的形成：实验测得，三个共价键，平面三角形分子（键角120°）。B原子：1s22s22p1120°FFFB规律：第ⅢA族元素与第ⅦA族元素所形成的MX3型共价化合物，中心原子采取sp2杂化。如BBr3。52(3)sp3杂化——CH4分子的形成

sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,

形成4个sp3杂化轨道。

每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s

轨道和3/4p

轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，

空间构型为正四面体型53sp3杂化轨道54

实验测得，四个共价键，正四面体形分子（键角109°28′）CH4分子的形成：55

规律：第ⅣA族元素与第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共价化合物，中心原子采取sp3杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。C原子：1s22s22p2只有2个单电子561.4

共价键的键参数(1)键长：原子核之间的距离。C-H键的键长0.109nm,C-C键的键长0.154nm(丙烷中),(2)键能：当A和B两个原子(气态)结合生成A-B分子(气态)时，放出的能量，单位：KJ/mol键能愈大,键愈牢固。(3)键角：两个共价键之间的夹角。共键价的方向性决定键角的形成。CH4中HCH为10928’,(4)共价键的极性

(键合原子的电负性）电负性是描述原子在分子中吸引成键电子的能力。

OrganicChemistryWenzhouUniversity极性键：键距极性分子：极性程度大小用偶极距表示极性键非极性键偶极矩越大，键的极性越强。键的极性是决定分子的物理及化学性质的重要因素之一。双原子分子：键的偶极矩就是分子的偶极矩例如：

U=1.03D多原子分子：分子的偶极矩是各键的偶极矩的向量和，决定于分子的形状。

U=0D有机化学分子的极性分子的极性对熔点、沸点、溶解度等都有一定的影响

分子之间存在各种偶极，因偶极-偶极的相互作用而产生的一种弱吸引力称为分子间力或范德华力。

范德华力的大小与物质的熔点、沸点等物理性质有密切的关系1.5分子间力（范德华力和氢键）范德华力

取向力：固有偶极之间产生的相互作用力（吸引力）1.取向力极性分子具有的偶极称为固有偶极（永久偶极）

分子的极性越大，取向力越大；取向力只存在于极性分子之间。632.诱导力诱导偶极：某分子在极性分子诱导下产生的偶极。

诱导力：在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性引力

在极性分子和非极性分子之间以及极性分子和极性分子之间都存在诱导力663.色散力（有机分子主要的作用力）非极性分子瞬时偶极瞬时偶极：由于分子中电子运动和核振动而使分子在某一瞬间产生的偶极。

分子中电子数愈多、原子数愈多、原子半径愈大，分子愈易变形。瞬时偶极存在暂短，但异极相邻状态却此起彼伏，不断重复，因此分子间始终存在着色散力色散力不仅存在于非极性分子间，也存在于极性分子间以及极性与非极性分子间67色散力：瞬时偶极之间的相互作用力。

氢键1.氢键的产生

赤裸的氢核与含有孤对电子的电负性强的带负电的原子（N,F,O)充分靠近而产生吸引力，这种吸引力称为氢键。

如HF中，H原子只有1个电子，与F原子形成强极性共价键后几乎成为一个“裸核”，而F原子半径小、电负性大、有孤对电子。69分子中必须具有一个电负性很大、半径很小的X原子与H原子形成共价键；分子中必须具有一个电负性很大、半径很小、带有孤对电子的Y原子。2.氢键的形成条件满足上面两个条件的X、Y原子：F、O、N氢键的通式：

X—H····Y

（X和Y可以是相同原子）70

(1)氢键也属于一种分子之间的作用力，但通常所说的范德华力不包括氢键（因为氢键的存在不具有普遍性）；

(2)氢键的强度与范德华力相当，远小于化学键的强度；

(3)氢键具有饱和性和方向性（类似于共价键）。若形成分子内氢键便不再形成分子间氢键。3.氢键的特点71氢键应用举例72731.6分子间力对物质性质的影响分子间力对物质的物理性质有影响。（1）对物质熔、沸点的影响

一般而言：结构相似的同系列物质分子量越大，分子变形性也越大，分子间力愈强，物质的熔点、沸点也就愈高。如：卤族元素单质(2)对称性大的化合物分子在晶体中的排列更有序、紧密，提高混乱度需要克服较高的能量，因此分子结构对称性大的化合物，熔点比对称性小的异构体高。偶数碳原子的碳链，其对称性比奇数碳原子的碳链高。同分异构体中，没有支链的化合物的沸点比有支链的异构体高（分子的；表面积大）。相对分子质量相近的化合物，分子的极性越大，沸点越高；能够通过氢键缔合的化合物，因还需要能量克服氢键，其沸点就更高。76（2）对物质溶解度的影响

一般规律：极性物质易溶于极性溶剂中，非极性物质易溶于非极性溶剂中—“相似相溶”原理。溶解过程需克服的作用力：溶质分子之间的力；溶质分子与溶剂分子之间的力。以水为溶剂：HCl、HAc、C2H5OH、NaCl、HNO3易溶以苯为溶剂：I2、S8、大部分有机化合物易溶77氢键对物质物理性质的影响氢键对物质的物理性质有显著的影响（1）对物质熔、沸点的影响（2）对溶解度的影响

若溶质分子与溶剂分子之间能形成氢键，将有利于溶质分子的溶解。如：乙醇和乙醚，前者溶于水，而后者不溶。（3）对生物体的影响(1)开链族化合物(脂肪族化合物):

正丁烷,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(3)杂环化合物:呋喃,吡啶1.7有机化合物的分类一.按碳链分类⑴开链化合物：碳架成直链或带支链无环）包括：烷烃、稀烃、炔烃等。例如：

由于此类化合物最初是从油脂中发现的，也称为脂肪族化合物。几种不同表示方法：

蛛网式缩写式键线式

(2)碳环化合物（环状化合物）：

A脂环族化合物：碳碳连接成环，环内可有双键、叁键。性质与脂肪族化合物相似。

B芳香族化合物：（分子中含有一个或多个苯环）分子中含有一个由碳原子组成的在同一平面内的闭环共轭体系，在性质上与脂肪族化合物区别较大。

典型的芳香环：3杂环化合物：由碳原子及其他原子共同组成。

例如：二、按官能团分类官能团：具有不同性质的原子或基团称为官能团。含相同官能团的化合物或多或少具有相同的化学性质，故可按官能团来分类。见表1

烯烃—

双键C＝C炔烃—

三键CC卤代烃—

碳卤键C－X（X=Cl,Br,I）醇、酚—

羟基OH醚——

碳氧碳键C－O－C醛——

醛基－HC＝O酮——

羰基－C＝O羧酸—

羧基－CO－OH酯——

酯基－CO－OR硝基化合物—

硝基－NO2磺酸—

磺酸基—SO3H硫醇硫酚—

巯基—SH1.8有机反应的基本类型(1)均裂:共价键断裂时，成键的一对电子平均地分给两个原子或基团，生成的带电子的原子或原子团叫自由基，按这种方式发生的反应为游离基反应.A:BA.+B.Cl:ClCl.+Cl.CH4+Cl.CH3.+Cl2(2)异裂:共价键断裂时，成键的一对电子为其中的一个原子或原子团所有,生成了正离子与负离子，按这种方式发生的反应为离子型反应。C:XC++X-

形成碳正离子C:XC-+X+

形成碳负离子(3)协同反应：无自由基或带电荷离子产生，历经过渡态，化学键的断裂和形成同时完成，。OrganicChemistryWenzhouUniversity

在化学反应中，不是一次共价键的断裂和生成就变成产物的，需要经历一些中间步骤。中间步骤产生的物质叫中间体。对化学反应的描述称为反应机理或反应历程反应机理的概念一、基本概念有机化学反应机理：对有机化合物反应过程的详细描述；即用一系列化学方程、相关数据、曲线表示一个有机化学反应中化学键断裂