第一章 有机化学绪论

有机化学OrganicChemistry主讲：王红梅

有机化学绪论一、有机化合物和有机化学二、共价键三、酸碱理论四、有机化合物的分类五、有机化合物构造式的表达方式六、有机化合物共价键的断裂方式和反应类型有机化合物命名同分异构现象各类化合物结构（杂化形式）有机化合物性质（特别是化学性质）各类化合物的制备方法各类有机化合物之间的转化立体化学概念有机反应的机理第一节

有机化合物和有机化学

1、有机化合物和有机化学的涵义。2、有机化合物的特性。3、为什么要学有机化学？现代定义有机化合物动植物中得到的叫有机物矿物中得到的叫无机物观念动摇错误认识最初定义有机物和无机物间存在不可逾越的鸿沟尿素、油脂、糖类由无机物合成动摇了生命力创造有机物的观念除了CO2、CO碳酸和碳酸盐外的含碳化合物（>106种）

CO32-、CO2、CO、CN-、OCN-、SCN-等由于其性质与无机物相似，习惯上仍列为无机物只含有碳氢两种元素的化合物称作碳氢化合物——烃类，由碳、氢以及其他元素组成的化合物称为烃的衍生物，所以有机化合物可以看做碳氢化合物及其衍生物——烃及其衍生物（例如：CH4、CH3CH2OH），有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。1、有机化合物和有机化学的涵义

(1)、容易燃烧大多数有机化合物容易燃烧，产生二氧化碳和水，同时放出大量的热。(2)、熔点、沸点低

多数有机物在室温下呈气态或液态，呈固态的有机物其熔点也低，一般不超过400℃(3)、多数难溶于水而易溶于有机溶剂(4)、反应速率比较慢；反应复杂、副反应多(5)、分子组成复杂，同分异构现象极为普遍2、有机化合物的特性VB12：C63H90N14PCo有机化合物的同分异构现象异构现象构造异构立体异构碳链异构位置异构官能团异构构象异构顺反异构对映异构互变异构分子式相同,结构不同的化合物称为同分异构体,也叫结构异构体碳链异构体：因碳链不同而引起的异构体;如: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;如:构造异构体：构造异构是指分子式相同，分子中各原子的排列次序和方式不同而形成不同化合物的现象互变异构体:因分子中某一原子在两个位置迅速移动而产生官能团异构体官能团异构体：由于分子中官能团不同而产生的异构体;如:立体异构体：分子中原子或原子团互相连接次序相同，但空间排列方式不同而引起的异构体。构象异构体对映异构体构型异构体顺反异构体立体异构体{{顺反异构体：由于双键不能自由旋转或由于成环碳原子的单键不能自由旋转而引起的立体异构体。对映异构体：因分子含有不对称碳原子或者没有对称因素而引起的具有不同旋光性能的立体异构体。我们为什么要学有机化学？化学与医学息息相关

学科的交叉渗透是大势所趋

有机化学可以帮助培养两种能力医学与化学息息相关医学的研究本体

医学的治疗目的

医学的治疗手段

人体本身就是一个充满各种复杂反应的机器，各种化学反应每时每刻在发生很多药物需要用有机合成的方法制取，医用的某些材料需要材料学方面的研究疾病的发生在于身体某方面出现了不协调-体内化学平衡被打破--医学就是努力使这个人体化学平衡恢复

有机化学可以帮助我们培养两种能力？演绎能力由最基本的概念原理入手，逐步加上其他知识逐渐构筑自己的知识体系。动手能力

有机化学实验能提高我们的动手能力，细致分析的能力和抗打击能力学习有机化学第二节共价键一、化学键的概念化学键：分子或晶体中相邻原子间强烈的相互作用力。以阳离子和阴离子之间静电引力形成的化学键。分子中原子间通过共用电子对形成的化学键。(包括配位键)金属中金属原子靠核外电子连接在一起。离子键：金属键：共价键：共价键的本质

共价键的本质——两原子互相接近时，由于原子轨道重叠，两原子共用自旋相反的电子对，使体系能量降低，而形成化学键（共价健）.

二、价键理论①具有自旋相反的未成对电子的两个原子相互接近，可以形成稳定的共价键。

②成键电子的电子云重叠得越多，核间电子云密度越大，形成的共价键越牢固。在形成共价键时，电子云总是尽可能地达到最大程度的重叠。

要点共价键的特征共价键的饱和性（受自旋相反限制）一个原子上的一个电子与另一个原子上自旋方向相反的电子配对以后，就再也不能与第三个原子上的电子配对了。共价键的方向性（受最大重叠原理限制）-+++-++-+共价键的方向示意图原子能形成共价键的数目：未成对电子数。形成原因饱和性现代共价键理论基本要点方向性一个原子含有几个单电子,就能与几个自旋方向相反的单电子形成共价键自旋方向相反的单电子相互配对降低了两核间正电荷的排斥力共价键总是尽可能地沿着原子轨道最大重叠方向形成共价键的形成和类型两原子的原子轨道，相互交叠即形成——共价键键——沿轨道轴平行方向成键。重叠大、稳定、可沿键轴自由旋转。键——沿轨道轴垂直方向成键。重叠小、不稳定、不能沿键轴旋转。头碰头肩并肩共价键的类型交叠越大，成键越牢固——最大重叠原理轨道轴键轴例如：H2分子√×

1、σ键沿着对称轴的方向以“头碰头”的方式相互重叠形成的键叫做σ键。构成σ键的电子称为σ电子。一个σ键包括两个σ电子。甲烷分子中，四个σ键夹角为109°28′，分子构型为正四面体型。乙烷分子中，除σC-H外，还存在σC-C键（CH3-CH3

）2.π键：在乙烯分子中，碳原子采取sp2

杂化。另有一个p轨道不参与杂化，而形成另一类型的共价键——π键。

未杂化的p轨道可以“肩并肩”平行重叠成键，形成π键。构成π键的电子叫做π电子。共价键的类型根据形成共价键时原子轨道的重叠方式不同：可分为σ键和π键

σ键

π键存在可以单独存在，存在于任何共价键中不可以单独存在，只能与σ键同时存在形式成键轨道沿键轴重叠，重叠程度大成键p轨道平行重叠，重叠程度较小性质1、电子云呈柱状，沿键轴呈圆柱形对称，电子云密集于两核之间2、自由旋转3、键能大，键稳定4、不易被极化1、电子云呈块状，通过键轴有一对称面，电子云分布在平面上下方2、不能自由旋转3、键能小，键不稳定4、易被极化

碳原子一般都是四价，即形成四个共价键，从实际情况看，这四个键是等同的。价键理论无法对事实作出合理解释。三、杂化轨道理论1931年，鲍林（PaulingL）提出原子轨道杂化理论。碳原子轨道的这种转化过程成为碳原子的杂化。杂化轨道(hybridorbital)：

在成键的过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道可以进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新原子轨道，这种轨道重新组合的方式称为杂化（hybridization),杂化后形成的新轨道称为杂化轨道（hybridorbital)。

重新组合过程称为杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道激发重新组合碳的杂化轨道

（hybridizationorbitals）杂化轨道理论价键理论无法解释甲烷分子(CH4)中4个碳氢键的键角相同的事实杂化轨道理论的要点1、在成键过程中，因原子的相互影响，同一原子中类型不同,能级相近的原子轨道“混杂”起来重新组成一种新的原子轨道,这个过程称为轨道的杂化.

2、有几个原子轨道参加杂化，就形成几个杂化轨道。

4、杂化轨道有一定的空间构型：sp3、sp2、sp杂化轨道的空间构型分别为正四面体、正三角形、和直线形。

3、杂化轨道的成键能力增强。（成键能力：sp3﹥sp2﹥sp﹥p﹥s）碳原子的杂化类型

碳原子外层电子排布为1s22s22px12py1,有2个未成对电子，应该是二价的，但碳原子实际上是四价的.(一)sp3杂化价电子层：上页下页首页由于2S轨道的能量与2p

较接近,2s上的1个电子可以激发到2pz空轨道上.基态：激发态的碳原子有4个单电子,可以形成4个共价单键。上页下页首页处于激发态的碳原子可以与4个H结合形成CH4。但这样形成的甲烷分子的空间结构会是怎样？假想的甲烷结构上页下页首页事实上,甲烷分子具有正四面体的空间结构：甲烷的比例模型甲烷的棍球模型上页下页首页sp3杂化1s22(sp3)12(sp3)12(sp3)12(sp3)1

杂化轨道电子排布

四面体结构,轨道间夹角为

109.5o.实际上碳原子并不直接以激发态的原子轨道参与形成共价键,而是先杂化，再成键。形成烷烃时，碳原子取sp3杂化。上页下页首页sp3杂化头碰头重叠形成C－Cσ键

σ键:旋转不影响轨道重叠程度,即σ键可沿键轴“自由”转动;重叠程度大,稳定性高;键的极化度小.乙烷(CH3CH3)上页下页首页（二）sp2杂化(以乙烯为例来说明)sp2杂化3个sp2杂化轨道取平面正三角形分布，与未杂化的p轨道垂直。sp2杂化轨道之间的夹角为120o.

1s22(sp2)12(sp2)12(sp2)12pz1

轨道杂化后电子排布上页下页首页一个s轨道和二个p轨道形成三个sp2

杂化轨道，如:乙烯C=C键：1个s

键

+1个p

键头碰头重叠形成C—Cσ键键:

284kJ/mole键键能357kJ/mole上页下页首页烯键的三个特性

共平面性双键的不等性

σ键、π键不可旋转性0.134nm上页下页首页

π键的不可旋转性:

打开π键约需要268kJ/mol能量,因而室温下无法旋转,由此产生顺反异构体。旋转90°268kJ/mol上页下页首页（三）sp杂化(以乙炔为例说明)

sp杂化2个sp杂化轨道取直线形分布,与2个未杂化的p轨道相互垂直。sp

杂化轨道之间的夹角为180o.

1s22(sp)12(sp)12py12pz1

轨道杂化后电子排布上页下页首页一个s轨道和一个p轨道形成两个sp杂化轨道，如:乙炔C≡C键：1个s

键+2个p

键H—C≡C—HπC≡Cπ键C—Cσ键C—Hσ键180°120pm106pm上页下页首页键的极性非极性共价键成键电子云无偏向、正负电荷重心重合的共价键。成键原子间电负性差值越大，键的极性越大；离子键可以看成是极性键的极限。

极性共价键成键电子云有偏向、正负电荷重心不重合的共价键。分子的极性概念：以分子中正负电荷重心是否重合为依据。重合——非极性分子；不重合——极性分子如何确定分子的极性：a.同种元素双原子分子为非极性分子b.不同元素双原子分子为极性分子c.多原子分子看分子构型酸碱理论的发展酸碱电离理论（阿伦尼乌斯）

酸碱质子理论（布朗斯特和劳莱）

酸碱电子理论（路易斯）第三节酸碱理论

一、Arrhenius的电离理论：

酸:在水中电离出的阳离子皆为H+的化合物。碱:在水中电离出的阴离子皆为OH-的化合物。反应实质：H++OH-→H2O优势①在物质的化学组成上揭示了酸碱的本质。②通过化学平衡的原理量度酸碱的强弱。

局限性：把酸碱限制在溶液中，无法解释：如非水溶剂中的酸碱反应

NH3+HCl=NH4Cl

如

NH4C1水溶液呈酸性；

Na2CO3、Na3PO4等水溶液呈碱性二、酸碱质子理论

1.质子酸碱的定义酸—凡能给出质子(H+)的分子或离子碱—凡能接受质子(H+)的分子或离子化合物的酸性常用Ka或pKa；碱性用Kb或表示pKb表示。Ka/Kb越大酸/碱性越强。在酸碱反应中平衡总是有利于生成较弱的酸和较弱的碱。讨论酸是电子对的接受体；碱是电子对的给予体。酸碱反应的实质是形成配位键得到一个酸碱加合物。酸碱概念进一步扩大

由“质子”引申到“电子”三、Lewis(路易斯)酸碱——酸碱电子理论

从结果看得配合物三、路易斯酸碱电子理论酸：能接受一对电子形成共价键的物质（电子接受体）包括正离子、缺电子的分子、原子

例如：BF3、AlCl3、Cu2+、Fe2+碱：能提供一对电子形成共价键的物质（电子给予体）包括具有孤对电子的化合物、负离子、π电子对

例：NH3、RNH2、R-O-R、ROH、RSH、X-、RO-、RS-、OH-、CH2=CH2路易斯酸碱电子理论链状化合物环状化合物(脂肪族化合物)碳环化合物杂环化合物芳环化合物脂环化合物脂杂环化合物芳杂环化合物第四节有机化合物的分类一、按碳架分类链状化合物：开链化合物，脂肪族化合物，碳环化合物：脂环化合物：性质与无环化合物类似芳香族化合物：有一些特殊性质，大多含苯环杂环化合物：含杂原子的环状化合物。杂原子指除碳以外的其他原子，常见的有氧、硫、氮等。官能团：在有机化合物分子中，能体现一类化合物性质的原子或原子团，通常称为官能团或功能基。二、按官能团分类二按官能团分类有机化合物的常见官能团

类型官能团实例英文名称词缀

烷烃无