有机化合物概述

第八章有机化合物概述学习目的：

1.掌握σ

键、π键的定义和主要特点；2.掌握有机化合物的命名方法；3.熟悉有机化合物的分类；4.了解有机化合物的结构理论；5.了解有机化学与医学的关系。

复习引入：.有机化合物大量存在于自然界，如粮、油、棉、麻、毛、丝、木材、糖、蛋白质、农药、塑料、染料、香料、医药、石油等大多数都是有机化合物。

有机化合物和医学关系密切人体及动植物的基本组成：糖、脂类、蛋白质和酶、核酸、维生素、激素等都是有机化合物；中草药的有效成分一般也属于有机化合物。

讲授新课：第一节有机化合物和有机化学

一、有机化合物的概念1.有机化合物：碳氢化合物及其衍生物；2.有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学。在化学上，通常把含有碳氢两种元素的化合物称为烃。因此，有机化合物就是烃及其衍生物；有机化学也就是研究有机化合物的化学。二、有机化合物的特点1、可燃性：绝大数有机化合物都可以燃烧，如棉花、汽油、木材、酒精等。如大多数无机化合物，如酸、碱、盐、氧化物等都不能燃烧。因而有时采用灼烧试验可以区别有机物和无机物。2、熔点低：在室温下，绝大多数无机化合物都是高熔点的固体，而有机化合物通常为气体、液体或低熔点的固体。例如，氯化钠和丙酮的相对分子质量相当，但二者的熔、沸点相差很大。大多数有机化合物的熔点一般在400oC以下，而且它们的熔、沸点随着相对分子质量的增加而逐渐增加。一般地说，纯粹的有机化合物都有固定的熔点和沸点。3．难溶于水：水是一种强极性物质，所以以离子键结合的无机化合物大多易溶于水，不易溶于有机溶剂。而有机化合物一般都是共价键型化合物，极性很小或无极性，所以大多数有机化合物在水中的溶解度都很小，但易溶于极性小的或非极性的有机溶剂（如乙醚、苯、烃、丙酮等）中，这就是“相似相溶”的经验规律。正因为如此，有机反应常在有机溶剂中进行。4．反应速度慢无机反应是离子型反应，一般反应速度都很快。如盐酸与氢氧化钠反应，硝酸银与氯化钠生成AgCl沉淀的反应等都是在瞬间完成的。有机反应大部分是分子间的反应，反应过程中包括共价键旧键的断裂和新键的形成，所以反应速度比较慢。一般需要几小时，甚至几十小时才能完成。为了加速有机反应的进行，常采用加热、光照、搅拌或加催化剂等措施。5．副反应多，产物复杂

有机化合物的分子大多是由多个原子结合而成的复杂分子，常常可以在不同部位同时发生反应，得到多种产物。因此在有机反应中，除了生成主要产物以外，还常常有副产物生成。为了提高主产物的收率，控制好反应条件是十分必要的。由于得到的产物是混合物，故需要经分离、提纯的步骤，以获得较纯净的物质。6．同分异构现象普遍存在同分异构现象是造成有机化合物数目繁多（现已知有机化合物有1千万种以上）的主要原因之一。所谓同分异构现象是指具有相同分子式，但结构不同，从而性质各异的现象。例如，乙醇和甲醚，分子式均为C2H6O，但它们的结构不同，因而物理和化学性质也不相同。乙醇和甲醚互为同分异构体。由于在有机化学中普遍存在同分异构现象，故在有机化学中不能只用分子式来表示某一有机化合物，必须使用构造式或构型式。三、有机化合物的结构理论（一）原子结构的基本概念

原子是由原子核和核外电子两部分组成的，电子绕核作高速运动。常用小点的密度大小来表示电子出现的几率大小。这样的图像看起来就好像云雾一样，因此形象地称为电子云。

1．电子云：

电子云是电子在核外空间出现几率密度分布的一种形象描述。

2．原子核外电子的运动状态

在多电子原子中，电子的能量并不相同。带有负电荷的电子离核越近，它的能量就越低；离核越远能量就越高。能量最低的称为第1电子层，用n＝1（或K）表示；离核稍远能量稍高的为第2电子层，用n＝2（或L）表示；由里向外以此类推，依次用n=1、2、3、4、5、6、7或K、L、M、N、O、P、Q表示。因此，n的数值越小，表示电子离核越近，电子的能量越低；反之，n的数值越大，表示电子离核越远，电子的能量就越高。（1）电子层n

在同一电子层上，电子的能量也稍有差别，电子云的形状也不相同。根据这一差别，又把一个电子层分成一个或几个亚层，分别用s、p、d、f等表示。（2）电子亚层和电子云形状S电子亚层电子云是以原子核为中心的球形p电子亚层电子云形状是纺锤形（或哑铃形）d、f电子亚层电子云形状比较复杂。电子层n1234567电子亚层1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p7d7fp亚层三个轨道相互垂直，互成90度夹角s亚层一个轨道P亚层三个轨道如：xyz电子云不仅有一定的形状，而且还有一定的空间伸展方向。（3）电子云的伸展方向及轨道轨道：具有一定的形状和伸展方向的电子云所占据的空间。轨道的表示：d亚层5个轨道f亚层7个轨道电子亚层伸展方向、原子轨道数目最多可容纳电子数S12p36d510f714（4）电子的自旋电子的自旋有两种方向，可用顺时针和逆时针或表示。在一个轨道中最多只能容纳自旋方向相反的两个电子。电子层1234电子亚层1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f亚层上的轨道数1131351357亚层上的最多电子数2262610261014电子层上的最多轨道数14916电子层上的最多电子数281832前四层，电子层上的最多电子数2n2前四层，电子层上的最多轨道数n2结论：能量从低到高顺序：

1s2s2p3s3p4s3d4p1s2s2p3s3p3．原子核外电子的排布原子结构示意图碳CC

1s22s22p2核外电子排布为：H

1s1Cl

1s22s22p63s23p5轨道表示式为：1s1s2s2pHCCl练习：1s2s2p1s2s2p3s3pONS1s2s2p顺序：

1s2s2p3s3p4s3d4p核外电子排布为：1s22s22p21、碳原子的结构碳原子在元素周期表中，是第二周期第四主族元素。核外有六个电子。轨道表示式为：1s2s2p

（二）杂化轨道理论

碳原子结构示意图甲烷分子模型

由于碳原子的最外层电子数为4个，碳原子既不容易得到电子，也不容易失去。因此，碳原子之间相互结合或与其它原子结合时，都是通过共用电子对而结合成共价键。

碳原子总是以四个价键与其它原子或自身形成单键、双键或叁键。2、价电子的激发

碳原子在成键的过程中首先要吸收一定的能量，使2s轨道的一个电子跃迁到2p空轨道中，形成碳原子的激发态。激发态的碳原子具有四个单电子，因此碳原子为四价的。2s2p

2s2p

激发激发：电子得到能量，由能量低的轨道跃迁到能量高的轨道的过程。3、轨道的杂化杂化：能量相近的、不同类型的轨道混合起来重新组合成新轨道的过程。

碳原子在成键时，四个原子轨道可以“混合起来”进行“重新组合”形成能量等同的新轨道，称为杂化轨道。杂化轨道的能量稍高于2s轨道的能量，稍低于2p轨道的能量。杂化轨道的数目等于参加组合的原子轨道的数目。杂化轨道的成键能力增强（成键能力：sp3﹥sp2﹥sp﹥p﹥s）1、sp3杂化由一个2s轨道和三个2p轨道杂化形成四个能量相等的新轨道，叫做sp3杂化轨道，这种杂化方式叫做sp3杂化。碳原子轨道的杂化的形式：2s2p

4个sp3杂化碳原子轨道的杂化的形式：

sp3杂化轨道的形状及能量既不同于2s轨道，又不同于2p轨道，它含有1/4的s成分和3/4的p成分。

sp3杂化轨道是有方向性的，四个sp3杂化轨道呈四面体分布，轨道对称轴之间的夹角均为109°28’

。如甲烷分子中的4个C—H键。sp3杂化结构模型空间伸向：四个sp3杂化轨道呈正四面体分布，轨道对称轴之间的夹角均为109°28’形状：一头大一头小。sp3杂化结构模型甲烷CHHHH乙烷σ键：电子云沿轨道对称轴方向（“头碰头”方式）重叠所形成的共价键。碳碳单键上的碳原子都是sp3杂化sp22s2p2p杂化2、sp2杂化由一个2s轨道和两个2p轨道重新组合成三个能量等同的杂化轨道，称sp2杂化。

sp2杂化轨道含有1/3的s成分和2/3的p成分，这三个sp2杂化轨道的对称轴在同一平面上，并以碳原子核为中心，分别指向正三角形的三个顶点，对称轴的夹角为120°。碳原子还余下一个未参与杂化的2p轨道，仍保持原来的形状，它的对称轴垂直于三个sp2杂化轨道对称轴所在的平面。空间伸向：三个sp2杂化轨道呈正三角形分布，轨道对称轴之间的夹角均为120°2p轨道垂直于三个sp2杂化轨道所在的平面乙烯C=C键：1s

键+1p

键π键：电子云沿轨道对称轴平行方向（“肩并肩”）重叠所形成的共价键。碳碳双键上的碳原子都是sp2杂化3、sp杂化由一个2s轨道和一个2p轨道重新组合成二个能量等同、方向相反的杂化轨道，称sp杂化。sp2s2p2p杂化3、sp杂化由一个2s轨道和一个2p轨道重新组合成二个能量等同、方向相反的杂化轨道，称sp杂化。sp2s2p2p杂化sp杂化轨道的形状与sp3、sp2杂化轨道的形状相似，sp杂化轨道含有1/2的s成分和1/2的p成分，二个sp杂化轨道伸向碳原子核的两边，它们的对称轴在一条直线上，互呈180°夹角。碳原子还余下二个未参与杂化的2p轨道，这二个2p轨道仍保持原来的形状，其对称轴不仅互相垂直，而且都垂直于sp杂化轨道对称轴所在的直线。乙炔C≡C键：1s

键+2p

键碳碳叁键上的碳原子都是sp杂化小结：杂化轨道的类型及特点类型参与杂化的轨道数未参与杂化的p轨道数杂化轨道成分杂化轨道数目空间结构轨道间夹角sp31个s+3个p01/4s+3/4p4个sp3正四面体109°28′sp21个s+2个p11/3s+2/3p3个sp2正三角形120°sp1个s+1个p21/2s+1/2p2个sp直线形180°四、有机化合物的结构（一）碳原子的结构特点1、碳原子的价态：4个共价键甲烷CH4CH3—CH3CH3—O—CH3CH3—Cl电子式：结构式：结构式：能表示有机化合物分子中原子间连接顺序和方式的图式。结构式如：结构简式：碳原子结构示意图CHHHH2、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：电子云沿轨道对称轴方向（“头碰头”方式）重叠所形成的共价键。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π键：电子云沿轨道对称轴平行方向（“肩并肩”）重叠所形成的共价键。

在有机化合物中，碳原子的4个共价键不仅能与氢原子或其它原子相结合，而且碳原子之间也可以通过共价键相结合，称为自相成键。碳碳单键：两个碳原子之间共用一对电子形成的键称为碳碳单键；碳碳双键：两个碳原子之间共用两对电子形成的键称为碳碳双键；碳碳三键：两个碳原子之间共用三对电子形成的键称为碳碳三键。3.碳原子的成键方式碳碳单键碳碳双键碳碳叁（三）键

4.碳原子的连接形式碳原子之间还可以互相连接形成长短不一的链状和各种形状，从而构成有机化合物的基本骨架。（二）、共价键的参数

1、键长在正常的、未激发的分子中,各原子处于平衡的位置.这时两个成键原子核中心间的距离就是该键的键长,一般用纳米(nm)表示.键长取决于成键的两个原子的大小及原子轨道重叠的程度.成键原子及成键的类型不同,其键长也不相同.例如,C-C、C=C及C≡C的键长分别是0.154、0.133和0.121nm,即单键最长,双键次之,三键最短.2、键角

分子中某一原子与另外两个原子形成的两个共价键在空间中的夹角,叫做键角.它的大小与分子的空间构型有关.例如,烷烃的碳原子都是sp3杂化的,所以H-C-C或H-C-H的键角都接近于109°28′；烯烃是平面型分子,碳是sp2杂化的,H-C-H或H-C-C的键角接近于120°；炔烃是线型分子,碳的杂化方式是sp,所以H-C-C的夹角为180°.3、键能和键离解能在25℃和101.325kPa下,以共价键结合的A、B两个原子在气态时使键断裂,分解为A和B两个原子(气态)时所消耗的能量叫做键能.一个共价键断裂所消耗的能量又叫做共价键的离解能.对于双原子分子来说,键能就等于离解能.键的离解能反映了以共价键结合的两个原子相互结合的牢固程度:键的离解能愈大,键愈牢固.但对多原子分子来说,键能和键离解能是两个不同的概念.多原子分子的离解能是指断裂一个给定的键时所消耗的能量,而键能则是断裂同类型共价键中的一个键所需要的平均能量.4、元素的电负性和键的极性.（1）非极性键

由两个相同的原子或两个电负性相同的原子组成的共价键。（共用电子对的电子云对称地分布于两个原子核之间）H—H（2）极性键

由两个电负性不同的原子形成的共价键.（共用电子对的电子云不是平均地分布在两个原子核之间）电负性较大的原子带部分负电荷(用δ－表示)；电负性较小的原子则带部分正电荷(用δ+表示).例如,氯甲烷,电负性较大的氯原子帯部分负电荷,碳带部分正电荷.两个键合原子的电负性相差愈大,键的极性愈强.H3C—Clδ+δ－分子的极性.（1）用极性键结合的双原子分子是极性分子；

H—Cl（2）用极性键结合的多原子分子是否有极性,则与分子的结构有关.

对称非极性分子如：O=C=OCH4

不对称极性分子如：H2ONH3共价键的极性大小可用偶极矩（键矩）μ来表示。δ+δ－第二节有机化合物分子中的电子效应（选学）

电子效应分子中原子与原子、原子与基团、基团与基团、化学键与化学键之间的相互影响，使分之中的电子云发生一定程度移动的作用。

电子效应分为诱导效应和共轭效应一、诱导效应CH3CH2CH2Cl123δ

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+-++δ

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1、诱导效应在多原子分子中，由于成键原子和基团的电负性不同而引起分子中的电子云的密度发生一定程度的改变，并通过静电诱导作用沿着分子链向某一方向传递的作用。常见取代基的电负性大小次序：在H前面的是吸电子基团，在H后面的是斥电子基团-NO2﹥-CN﹥-COOH﹥-F﹥-Cl﹥-Br﹥-I﹥-OCH3﹥-NHCOCH3﹥-C6H5﹥-CH=CH2﹥-H

﹥-CH3﹥-C2H5﹥-CH(CH3)2﹥-C(CH3)3

二、共轭效应

1、共轭体系的特点:形成共轭体系的原子必须在同一个平面，必须有若干个可以实现平行重叠的P轨道，要有一定数量的供成键的P电子

3、共轭效应分为三种：π-π共轭、p-π共轭、σ-π共轭（超共轭）。2、共轭效应的表现：键长平均化，电子云密度平均化，体系能量降低，稳定性增加。CH2=CH-CH=CH2CHCCCHHHHH....H3C-CH=CH2δ+δ－2、诱导效应的特点：（1）短程的，一般不超过3个碳原子（2）是一种静电作用，是固有的永久性效应。诱导效应可分为:吸电子诱导效应（-I）

斥电子诱导效应(+I)如：硝基如：甲基CH2=CH-ClClCCHHH....δ－

δ+第三节有机反应的类型一、按反应形式分类1.取代反应2.加成反应3.聚合反应4.消除反应第三节有机反应的类型一、按反应历程分类（一）自由基反应自由基共价键的均裂:共价键断裂时共用电子对平均分给成键的两个原子,产生(游离基)自由基.例如：烷烃的卤化反应历程由游离基引起的、连续循环进行的反应称游离基取代反应（二）离子型反应碳正离子碳负离子共价键的异裂：共价键断裂时共用电子对为成键两原子或原子或基团的某一方所占有，生成离子，称为异裂。常发生在极性分子上。离子型反应可分为亲电反应（包括取代和加成）亲核反应（包括取代和加成）离子型反应：由正、负离子引起的的反应。+δ+δ－-1.亲电取代反应（以苯的卤代反应为例）2.亲电加成反应（以乙烯的溴化反应为例）δ+

δ－δ+δ－3.亲核取代反应（以卤代烷的水解反应为例）4.亲核加成反应（以醛、酮的简单加成反应如：加HCN、NaHSO3等为例

）δ+δ－δ+δ－

有机化合物的结构复杂，种类繁多，因此在学习和研究有机化学时有必要对有机化合物分类。有机化合物的分类方法有两种，一种是按碳架结构来分类；另一种是则是按官能团来分类。第四节有机化合物的分类和命名原则一、有机化合物的分类（一）按碳架分类1、链状化合物（又称脂肪族）2、碳环化合物脂环族化合物芳香族化合物3、杂环化合物（一）按官能团分类

化合物类别官能团或特征结构名称化合物举例名称烯烃碳碳双键乙烯

炔烃碳碳三键乙炔

卤代烃—X(F、Cl、Br、I)卤素CH3CH2Cl氯乙烷

醇-OH醇羟基C2H5OH乙醇

酚–OH酚羟基C6H5OH苯酚

醚醚键C2H5OC2H5

乙醚

醛醛基CH3CHO乙醛

硫酚—SH巯基C6H5SH苯硫酚qiú

酮羰基CH3COCH3

丙酮

羧酸—COOH羧基CH3COOH乙酸

酯酯键乙酸乙酯

酐酐键乙酐

酰胺酰胺键C6H5NHCOCH3

乙酰苯胺化合物类别官能团或特征结构名称化合物举例名称硝基化合物—NO2硝基

C6H5NO2硝基苯

氨基化合物—NH2

氨基C6H5NH2

苯胺

硫醇—SH巯基C2H5SH乙硫醇

磺酸—SO3H磺酸基C6H5SO3H