学习-有机化学第一章绪论

有机化学

OrganicChemistry中国矿业大学化工学院倪中海倪中海教授

学习工作经历：

学士中国矿业大学化工学院硕士中国矿业大学化工学院博士清华大学化学系博士后日本九州大学国际碳资源中心副教授山东大学化学与化工学院教授中国矿业大学化工学院教学经历：

曾授过《仪器分析实验》、《化工分离过程》等课程现主讲《有机化学》、《大学化学》和《中级有机实验》课程科研方向：

主攻煤基重碳资源高附加值利用课程名称：有机化学(OrganicChemistry)参考书：徐寿昌主编《有机化学》，高等教育出版社，1981;胡宏纹主编《有机化学》(第三版)上、下册，高等教育出版社，2006；邢其毅等《基础有机化学》(第三版)上、下册，高等教育出版社，2005.

教材：《有机化学简明教程》，高鸿宾主编，天津大学出版社课程性质：专业必修课课程课时与学分：48学时、3学分任课教师：倪中海教授E-mail:本课程考核方式过程考核：30分，其中作业15分，课堂测验15分期末闭卷考试：70分课前预习听课、记笔记整理、归纳、总结做习题（巩固）——非常重要！！讨论及答疑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有机化学的涵义其发展；有机化合物的结构和特性；共价键的理论及表征参数；研究有机物的一般方法；有机物的分类。有机化合物的特性，共价键及其表征参数。１有机化学和有机化合物

(OrganicChemistryandOrganicCompounds)化学1848年Gmelin：含碳的化合物。Schorlemmer：碳氢化合物及其衍生物。

—研究物质的结构和性质的科学—研究无机化合物的结构和性质的科学，化学的一个分支（二级学科）。无机化学有机化学—研究有机化合物的结构和性质的科学，化学的一个分支（二级学科）。有机化合物：早期：从有机体内取得的化合物，“有生机之物”。第一节有机化学的研究对象早期的有机化学（1828年之前）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。有机化合物F.Wöhler(German)的实验(1828)由腈酸铵（无机物）制得尿素（有机物）inorganicorganic有机化学与人们的生活密切相关。有机化学在国民经济和学科发展中的地位药物化学、香料化学、农药化学等学科以及生命科学、材料科学、环境科学和能源、工业、农业等方面，都与有机化学有着密切的关系。

有机化学的重要性衣食住行、医药、农药、香料、材料、生命过程…。

学科建设

（1）制备了几千万种有机化合物（1990年，1000万种）。（2）建立了一套系统鉴定和测定有机化合物的方法。（3）逐步建立和完善了有机化学的理论。

学术成就

诺贝尔化学奖（1901-2013，103届，76届与有机化学有关）。二十世纪（46项重大发明，8项与有机化学有关）。

有机化学的成就有机化学的产生与发展(OriginandDevelopmentofOrganicChemstry)1806年J.J.Berzelius，“有机化学”，“生命力”；1780年T.O.Bergman，“有机物”和“无机物”；1828年F.Wöhler由氰酸铵的水溶液加热制成尿素；1853年，M.Bevthlot合成了油脂；最终导致“生命力”学说被彻底抛弃。1857年F.A.Kekulé和A.S.Couper，有机化合物分子中碳原子是四价的概念，碳原子可以互相结合成链；1874年J.H.Van’tHoff等，碳的四面体学说；1916年G.N.Lewis等，提出价键的电子理论；价键的本质得以明确，短线实际上是两个原子共用的一对电子；1861年A.M.

正式提出化学结构的概念，并指出结构决定性质；1927年，W.H.Heitler和F.W.London建立了价键理论；1928年，R.S.Mulliken用分子轨道理论处理分子结构；1931年，E.Hückel创立了π电子体系单独处理波函数的近似解法；1953年，美国科学家J.D.Watson和英国科学家F.H.C.Crick，发现了脱氧核糖核酸的双螺旋结构模型；20世纪60年代，R.B.Woodward和R.Hoffmann，合成维生素B12，1965年提出分子轨道对称守恒原理；1965年，中国合成蛋白质——牛胰岛素。

从20世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子。——徐光宪化学亮点1-21956年在婆罗洲丛林土壤中发现由于纯化困难，1980年才被用作药物，当时人类正受到金色葡萄球菌的攻击，“万古”成为该细菌“最后的杀招”“万古”的效果源于全新的化学作用：它的形状和结构可以氨基酸形成紧密的氢键网络，从而阻止了和其它氨基酸的连接最近，细菌在结构的末端做微小的改性，破坏了氨基酸和“万古”的键合能力，科学家与细菌之间的战争仍在继续，开始于20世纪中叶的抗生素时代能否持续下去？持续多久？典型的抗生素药物海葵毒素分子式：C129H223N3O54有64个手性中心，可能的异构体271。最毒物质LD50=150ng/kg；KCN的LD50=1mg/kg但海葵同时也是一种良好的药物，具有抗癌、溶血等多种生物活性有机合成的珠穆朗玛峰哈佛大学Kishi1989年合成成功化学亮点1-3地中海槽沟海葵(Anemoniasulcata)中的一类有毒多肽，可引起神经和心脏中毒。3有机化合物的特点

CharacteristicsofOrganicCompounds(1)组成与结构复杂，同分异构体多。Heroin(海洛因)维生素B12促进红血球形成及再生，预防贫血(2)物理性质方面：熔点、沸点低。常温下多为气体，液体或低熔点固体；水溶性较差，大多数难溶于水。(3)化学性质方面：易燃、易爆、热稳定性差；反应速度慢，副反应多，产率较低。

碳是第二周期第四主族元素，既难失去电子也难得到电子。碳的成键特征是和其它的原子形成共价键。第二节共价键CovalentBonds化学键离子键—无机物(主要由离子键构成)—Na+Cl-共价键—有机物(主要由共价键构成)—CH4（1）价键理论

TheoryofValency2)共价键的饱和性：原子的价键数=原子未成对电子的数目；1)未成对且自旋相反的电子配对，形成共价键；（成键电子只在成键原子间运动，定域）3)共价键的方向性：共价键键能与原子轨道重叠程度成正比。2px2px1s1s有效重叠，可以成键重叠较小，不能成键１共价键的理论

TheoryofCovalentBonds(2)分子轨道理论

TheoryofMolecularOrbitals是从分子的整体出发去研究分子中每一个电子的运动状态；形成的共价键的电子在整个分子中运动(离域)；共价键的形成是原子轨道相互作用重新组合成分子轨道的结果，n个原子轨道线性组合形成n个分子轨道；

由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件：

对称匹配，既组成分子轨道的原子轨道的符号(位相)必须相同；最大重叠，原子轨道重叠的部分要最大，越大越好，使所形成的键稳定；能量相近，成键的原子轨道的能量相相近能量差越小越好。两个例子：H2的σ分子轨道和乙烯的π分子轨道反键轨道分子轨道ψ，原子轨道φ。

成键轨道H2的σ分子轨道Eφ1φ2反键轨道成键轨道乙烯的π分子轨道Eφ1φ2两种理论的比较定域与离域；局部与全局；简单明了与复杂可靠

（3）有机化合物结构的常用表达方式Lewis电子式价键式简式甲烷乙烯乙炔单键双键叁键２共价键的参数

BondParameters(1)

键长

BondLengths键长是形成共价键的两个原子之间吸引力排斥力达到平衡时的距离（核间距），一般为0.1~0.2nm；碳和同族元素的键长随原子序数的增加而增加。0.176nm0.194nm0.214nm相同的原子成键时，单键>双键>三键。0.120nm

0.134nm0.153nm(2)

键角BondAngles是两个共价键之间的夹角；键角反映有机化合物分子的空间结构。109°28′（四面体）180°（直线）键能是化学键强度的量度，相同类型的化学键其键长越长，键能越小。(3)

键能BondEnergy键能：原子形成共价键时放出的能量（E，kJ/mol)。双原子分子的键能和键解离能数值相等(D=E);多原子分子（如CH4）的键能为相同键的解离能的平均值E=（D1+D2+∙∙∙+Dn)/n.键解离能：断裂1mol共价键所吸收的能量（D，kJ/mol)有机化合物常见共价键的键能共价键键能(kJ/mol)共价键键能(kJ/mol)C－C347C－O360C＝C611C－F485CC837C－Cl339C－H414C－Br285C－N305C－I218(4)

键矩BondMoments键的偶极矩用正负电荷中心的电荷与正负电荷中心的距离乘积

=q·d来表示；可衡量键的极性。方向：从正电荷指向负电荷；多原子分子的偶极矩是分子中各键的偶极矩的矢量和。

μ=0μ≠0一些化学键的偶极矩化学键偶极矩(D)化学键偶极矩(D)H－C0.4C－C0H－N1.3C－N0.2H－O1.5C－O0.7H－F1.7C－F1.6H－Cl1.1C－Cl1.5H－Br0.8C－Br1.4H－I0.4C－I1.2(1)

两种断裂方式

均裂(Homolysis)：成键电子平均分给两个原子或原子团。

３共价键的断裂

BondLysis自由基RadicalsCH3·

甲基自由基，R·

烷基自由基。

+XC:XC••均裂异裂(heterolysis)：成键电子全在一个碎片上，异裂有两种情况。

自由基、碳正离子、碳负离子都是有机反应进程中的活性中间体(activeintermediates)。碳负离子

carboanions碳正离子carbocations异裂异裂(2)

有机反应的类型自由基反应通过共价