有机化学课件：第一章 绪论

教材：有机化学

华东理工大学有机教研组主编高教出版社出版（2006）配套辅导教材：

《有机化学习题------反应纵横、习题和解答》杨悟子主编 华理出版社

《有机化学精析精练》

有机化学课程教学指导小组编 华理出版社参考书徐寿昌：有机化学邢其毅：基础有机化学（高教出版社）

R.T.莫里森：有机化学高鸿宾：有机化学（高教出版社）[美]R.布里斯罗：化学的今天和明天（科学出版社）教学安排

第一学期：第一章

~第九章

第二学期：第十章

~第十四章

注：第十四章以后自学

课前必须到教室，不许迟到早退；有事请假，不许无辜旷课。旷课三次，作业三次未交，平时成绩为0。纪律有机化学的重要性动物植物有机化学材料农药药物衣食住行炸药等生命活动……有机化合物农业电子学药学环境科学计算科学工程学地质学物理学冶金学生物学化学化学------一门中心的、实用的和创造性的科学有机化学的与其他学科关系我们要学什么？

各类化合物的基本性质(反应)与制备方法基本的有机合成方法及技巧化学结构理论电子理论：诱导效应、共轭效应价键理论及杂化轨道理论、共振论、分子轨道理论空间结构：构象、对映异构等反应机理：自由基反应、亲电加成、亲电取代、亲核取代等通过学习有机化学，为专业课程提供坚实的基础从了解已有的知识和其背后历程过程的探索，我们知道：

过去有机化学改变了我们的生活，今天的有机化学正使很多想象的东西成为现实，明天的有机化学生机勃勃，充满理想、创新，对青年学子充满了挑战和机遇！有机化学的学习目的学习方法必要记忆、重视练习归纳类比、举一反三前后串联、融会贯通课前预习听课、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第一章绪论

主要内容有机化学和有机化合物有机化合物的特点有机化合物的分类有机化学中的价键理论有机化学中的酸碱概念

有机化学（OrganicChemistry）

——研究有机化合物的科学问题：究竟什么是有机化合物

一.有机化学和有机化合物“有机”这个词的来源:

与人类对有机化合物纯物质的认识与取得有关最早得到的纯有机化合物1769年1773年尿---纯尿素1805年鸦片---吗啡

葡萄汁---酒石酸柠檬汁---柠檬酸尿---

尿酸

酸牛奶---乳酸最早的有机纯物质都是由动植物等生物体内得到“生命力”学说

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。由腈酸铵（无机物）制得尿素（有机物）inorganicorganic——1828年德国F.Wöhler

我要告诉你，现在不经动物，不经肾脏就可以制成尿素！尿素------第一个人工合成的有机物1845年，柯尔柏合成了醋酸（CH3COOH）之后不断有有机物被人工合成，如石蜡烃、醇、脂肪酸、甘油、苹果酸、甲醛糖、毒芹碱和尿酸

1854年，贝特罗合成了脂肪。这一发现引起巨大轰动，因为脂肪是细胞组织内的物质。它的人工合成意味着

“生命力论”被彻底推翻

由此，有机化合物的合成及有机化学的研究得以迅猛发展！

1874年德国化学家K.Schorlemmer提出“有机化合物就是

碳氢化合物及其衍生物”有机化学----研究碳化合物及其衍生物的科学

生命力论的提出尿素的合成

提出含碳化合物新定义瑞典化学家J.Berzelius1806（1779-1848）德国化学家F.Wohler1828（1800-1882）德国化学家L.Gmelin1848德国化学家K.Schorlemmer1874碳氢化合物及其衍生物

有机化学工业发展的历史回顾

十九世纪下半叶：有机合成迅猛发展；开始了煤焦油为原料，生产合成染料，药物，炸药为主的有机化学工业；有机化学------煤焦油的合成时代；二十世纪四十年代：

进入石油化学的时代；开始了基本有机合成的研究；有机化学工业迅速发展（合成纤维，合成橡胶，合成树脂和塑料等有机合成材料的生产）2,4,6-三硝基苯酚2,4,6-三硝基甲苯阿司匹林苦味酸TNT乙酰水杨酸黄色染料、填装弹药烈性炸药1856年英国的柏琴制成了苯胺紫染料。以煤焦油为原料制成的各种苯胺紫染料成了英国的骄傲。但此后不到10年，德国便跃居于染料生产国家之首19世纪末期，德国的理论化学和工业化学都已执世界牛耳。

1868年，德国瑞伯和李别尔曼成功地合成了茜素。第二年德国就开始了合成茜素的工业化生产，其规模迅速扩大。凯库勒理论还帮助拜耳（A·Baeyer）确定了靛蓝的分子结构，并于1879年制成了靛蓝结晶，为加速德国染料工业的发展做出了重大贡献。

最近二十年来有机合成的进展:

生命科学研究的推进，人们对许多生命过程、功能的认识已深入到分子水平，分子生物学诞生。

材料化学正在往构想分子水平的器件方向发展

------合成十分复杂和特定功能结构的分子

分子结构理论日趋进步，提出了一系列理论上可能存在的有机分子结构

------合成这些分子以证实这些结构的存在五角十二面烷

1.

对热不稳定(250--300oC分解)，易燃烧

2.熔点较低（一般在250oC以下）

3.易溶解于有机溶剂中，难溶于水。

4.反应速度慢，副反应多

5.同分异构体较多二.有机化合物的特点HCNOFPSClBrISiB

1.容易燃烧,易分解(250--300oC分解)

有机化合物主要是碳、氢化合物，易燃烧。如：甲烷（天然气）乙醇（酒精）汽油（C7~C9）PVC（聚合物）

2.熔、沸点低（<3000C）

有机分子的聚集状态主要由较微弱的Vanderwaals

力所决定；而无机物主要是较强的离子间静电引力 作用。3.难溶于水化合物的溶解性与化合物分子的极性和所选择溶剂的性质有关。通常遵循“相似相溶”原则。有机化合物一般属弱极性或无极性分子，通常难溶于极性溶剂水中，而易溶于有机溶剂如：苯、醇、酯、醚中。但某些低分子量化合物如：甲醇、乙醇、醋酸等因与水形成分子内氢键而与水无限混溶。4.反应速度慢，副反应多

有机化合物发生反应通常要断裂键能较强的共价键，这需要较高的能量。此外，组成有机分子的原子较多，不同类型共价键的键能相差不大，反应的选择性不高，在一定条件下，副反应难以避免。5、结构上的特点——同分异构现象分子组成复杂，数量庞大18801.2万种1976375万种1950100万种1987800万种1961175万种1990850万种迄今已知的化合物超过2000万(主要通过人工合成)，其中绝大多数是有机化合物

同分异构现象例如：分子式分别为C2H6O、C4H10和C4H8的可能结构式三.有机化合物分类

按碳架分类

—分子中碳原子的连接次序

链状化合物

环状化合物

直链

支链

碳环

杂环芳环不饱和饱和支链

直链

按有机官能团分类还原硝基苯C6H5NO2硝基化合物亲核加成乙腈CH3CN腈化物碱或亲核试剂乙胺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官能团------决定一类化合物典型性质的原子团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CH3COCH3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

“它看起来像似一个原始的热带森林，充满着最诱人的东西，也像似一个可怕的丛林，看来似乎无路可走，因而使人不敢入内。”

------FriendrichWöhler1835年四、有机化合物的共价键

美国杰出的化学家两次获得诺贝尔奖的鲍林指出：“化学键理论是化学家手中的金钥匙”．

有机结构理论

进入“有机化学丛林”的指路图

------结构理论

解释/

使之系统化

结构理论

实验事实

归纳有机化合物的共价键

-----碳化合物中最为普遍存在的化学键

碳是四价的(C1s22s22p2)

有机分子中的化学键——共价键碳与碳之间可以成键，形成复杂化合物直链带侧链环状共价键的理论解释A、价键理论B、分子轨道理论定域的价键理论延伸出杂化轨道理论共振论离域的

价键理论，电子定域;八隅体(Octet)：原子总是倾向获得与惰性气体相同的价电子排布。

(价电子层达到8个电子的稳定结构)离子键(ionicbond)：W.Kossel

原子间通过电子转移产生的正负离子相互结合而成键共价键(covalentbond)：G.N.Lewis

原子间通过共用电子对相互结合而成键（电子共享）C:1s22s22p2最外层4个价电子，中等电负性可通过共享电子以满足八隅体（成共价键）1.价键理论电负性：原子实对价电子的吸引力（原子核＋非价电子）

>1.7离子键电负性差值0.6～1.7极性共价键

<0.6非极性共价键

参看P.9(1.2.5键的极性)C(2.55)-F(3.98),C(2.55)-Cl(3.16)C(2.55)=O(3.44)C(2.55)-H(2.20),C(2.55)-C(2.55)K(0.8)-F(3.98),Na(0.9)-Cl(3.16)（1）共价键的形成是成键原子的原子轨道相互交盖（电子配对）的结果1.价键理论

(2)

共价键具有饱和性

一个原子的未成对电子只能与另一原子的一个自旋相反的未成对电子配对成键原子的价键数一般等于它的未成对电子数

（3）共价键具有方向性：两轨道要达到最大程度的重叠，需有一定的空间取向。

价键理论（s轨道、p轨道）共价键：两个带有自旋反平行单电子轨道的交叠s

键和p

键杂化轨道理论：

原子轨道成键时可进行“轨道杂化”而组成能量相等或相近的“杂化轨道”，其成键能力更强。2.杂化轨道理论C1s22s22p2

（1）

sp3Hybridizationsp3HybridizationToformaTetrahedronCarbonBondinginMethanesp3HybridizationC—H键：

s

键（1s-sp3）（2）

sp2Hybridizationsp2

杂化Toformaplanercarbon乙烯的成键C=C键：1s

键（sp2–sp2）

+1p

键（p–p）C—H键：

s

键（1s–sp2）（3）

spHybridization（3）

spHybridizationToformalinearcarbonBondinginEthyneC≡C键：

1s

键（sp2–sp2）

+2p

键（p–p）C—H键：

s

键（1s–sp）键角180°，直线型分子，桶型大π键

碳的原子轨道杂化形式共价键具有方向性：最大重叠原理L.Pauling,1931年

杂化轨道形式举例键角键长（Å）分子形状键能(kcal/mol)sp3C2H6109.5°C-C1.54四面体83sp2C2H4120°C=C1.34平面形146spC2H2180°CC1.20线形200LaureateoftheNobelPrizeinChemistry1954LaureateoftheNobelPeacePrize1962

"forhisresearchintothenatureofthechemicalbondanditsapplicationtotheelucidationofthestructureofcomplexsubstances"

共价键的理论解释A、价键理论B、分子轨道理论

定域的价键理论

延伸出杂化轨道理论共振论（P11）

离域的3.分子轨道理论

------从分子整体出发考虑问题EH:H稳定态H。

。H吸引H:H相斥

nm共价键的形成是成键原子的原子轨道相互接近、相互作用而重新组合成分子轨道的结果

原子轨道线性组合成相同数目的分子轨道

---成键轨道与反键轨道原子轨道组合成分子轨道必须具备能量相近、电子云最大重叠和对称性相同三个条件。电子根据能量最低原理,电子按Pauli原理及Hund规则逐级排列在分子轨道中E4.共价键的键参数键长键角

反映分子的空间结构键能

（离解能）预见反应的难易。键矩

键的极性和元素的电负性有关键长EH:H稳定态H。

。H吸引H:H相斥

nm

定义：形成共价键的两个原子核之间的距离。键长

常见共价键的平均键长：

C—H0.110nmC—C0.154nm

C—N

0.147nm

C—O0.143nm

C—F

0.142nm

C—Cl0.178nmC—Br0.191nmC—I0.213nmO—H0.097nm对同一共价键，键长：单键》双键》三键即：C-C》C=C》C≡C键键角两个共价键之间的夹角键能键能

A(气)+B(气)A-B(气)+HkJ/mol离解能

A-B(气)A(气)+B(气)+DkJ/mol

形成共价键过程中体系释放的能量或共价键断裂过程中体系吸收的能量。键能与离解能双原子分子，离解能与键能的数值相同

H:HH·+H·H=+436kJ/molCl:ClCl·+Cl·H=+242kJ/molCl·+Cl·Cl:ClH=-242kJ/mol多原子分子中，键能的数值等于同一类共价键的键离解能的平均值以甲烷为例：离解能(kJ/mol)D(CH3-H)=435.1D(CH2-H)=443.5D(CH-H)=443.5D(C-H)=338.9键能

H=-(D1+D2+D3+D4)/4=-415.3

(kJ/mol)

键能反映共价键的强度，键能愈大则键愈稳定电负性：原子实对价电子的吸引力（原子核＋非价电子）

>1.7离子键电负性差值0.6～1.7极性共价键

<0.6非极性共价键

C(2.55)-F(3.98),C(2.55)-Cl(3.16)C(2.55)=O(3.44)C(2.55)-H(2.20),C(2.55)-C(2.55)K(0.8)-F(3.98),Na(0.9)-Cl(3.16)键的极性（参看P.9键的极性)键的极性非极性共价键极性共价键H-HCl-ClH-Clδ+δ-δ+

部分正电荷δ-部分负电荷分子的偶极矩

成键原子电负性差异导致电子云偏向某一原子，产生偶极矩

偶极矩()有方向性，箭头由正端指向负端、指向电负性更大的原子。

分子的偶极距不但与键的极性有关，而且与分子的结构有关。多原子分子的偶极矩，是各键的偶极矩向量和。=iCClClClCl=0HClCH3Cl=1.03D=1.87D

五、有机化合物结构的常用表达方式Lewis电子式凯库勒价键式缩写式甲烷乙烯乙炔单键双键叁键氯甲烷乙醇丙酮Lewis电子式价键式缩写式碳架式

无须配平反应符号用“”往往只写主要产物反应条件一般注在箭头上下

例：CH4+O2CO2+H2O有机反应式的一般写法A+BC+D有机反应中常用的化学符号(P22)

有机反应中常用的化学符号(P22)六、分子间作用力(1)偶极-偶极作用力极性分子间的相互作用力。一分子偶极正端对另一分子偶极负端的相互吸引作用。+-+-+-+-+-+-(2)色散力瞬时偶极与分子的大小、分子的接触面积及可极化度有关。+-+-+--+-+-+瞬时偶极-偶极作用力色散力

范氏力(3)氢键氢键用虚线表示：X—H----Y

电负性强、原子半径小、有未共用电子对的原子。元素的电负性越大、