有机化学的研究对象

第一章 绪论§1-1一、有机化合物和有机化学涵义矿物、无生命的物质——无机物有生命的机体中获得的物质——有机物有机化合物是指碳氢化合物及其衍生物。有机化学是争论有机化合物的结构、性质及其变化的一门学科。二、有机化学的产生和进展有机化学作为一门科学是在十九世纪产生的，但是有机化合物在生产积存了比较丰富的实践阅历，但由于生产力的落后，人类对有机物的生疏照旧停留在初级阶段，还没有进展成为一门科学科。十八世纪末，分别和提纯技术进展很快，人们开头从动植物体中提取一些较纯的有机物。其中精彩的代表瑞典科学家舍勒，他先后分别和提纯了大量有机物：酒石酸〔1769年、草酸〔1776年、乳酸〔1780年〕这些化合物有很多共同的性质，但与人们从矿物中得到的化合物相比有明显的区分。在十九世纪初，曾认为这些化合物是在生命体内由生命力的影响植物体内得到的物质称为有机物，从无生命的矿物中得到的化合物称机体中得到，无形中在无机物和有机物之间划了一条不行愈越的鸿沟。这个唯心的“生命力”论曾阻碍过有机化学的进展，有机物需要靠神秘的“生命力”在活体内才能制造，决不能在试验室中用化学方法从无机物制备。这种思想曾一度结实地统治着有机化学界，使人们放弃了用人工合成有机物的想法。1828年，德国化学家维勒，在试验室将无机物氰酸铵溶液蒸发得到有机物尿素。NHOCN

OHN C NH4无机物 合成

2 2有机物维勒的这一成果并没有马上得到同行们的成认，但人工合成尿素的成功，直接地冲击了“生命力”论，打破了有机物和无机物之间确实定合成的道路。1845年，德国的柯尔柏(H.Kolnbe)合成醋酸。1854年，法国的柏塞罗(M.Bevthlot)合成了油脂。事实证明白人工合成有机物是完全可能的论，最终被击溃了。恩格斯在《自然辩证法》导言中写道：“由于用无机的方法制造出过去始终只能在活的机体中产生的化合物，它就证明白化学定律对有机物和无机物同样适用界和有机界之间的永久不行逾越的鸿沟大局部填起来了。”这样，有机化学进入了合成的时代。随着有机合成的快速进展 ，积存了大量的试验资料，人们愈来愈清楚地知道，在有机物与无机物之间并没有一个确定的界限，它们遵循着共同的变化规律，但在组成上和性质上这两类物质确实存在着某些不同之处。有机化学进入了合成时代后，进展很快，积存了很多有机物，为了深入争论有机化合物，就需要进展分子构造的争论。1858年德国化学家凯库勒和英国化学家库帕提出有机化合物分子中碳原子是四价及碳原子之间相互连接成碳链的概念，成为有机化合物分子构造的，最原始和最根底的理论。1861年布特列洛夫运用了碳四价的概念，首次提出了化学结构的概念。认为构造是原子在分子中结合的序列，绝大多数有机物具有固定的构造，而构造规定了化合物的物理特征和反响行为。1874年范特霍夫和勒贝尔建立分子的立体概念，说明白对映异构和顺反异构现象。开创了从立体观点争论有机化学的立体化学。这是经典的有机化学构造理论根本建立。三、有机化合物的特点碳原子的价电子层1S22S22P2。因此，有机物分子是共价键结合的。这里说的是特点，是相对无机物比较而得到的一般特点，固然也有例外状况。〔有机物普遍存在同分异构现象，目前已知的有机化合物的数目已到达二千多万种。〕可燃性：绝大多数有机物都是可燃的。热稳定性差，熔、沸点较低。有机物多以共价键结合，它的构造单元往往是分子，其分子间的作用力较弱。因此有机物的熔点一般小于400难溶于水。水的极性很强，而有机物一般为非极性或极性较弱的化合物，所以有机物多数都不溶于极性溶剂中。〔〕反响速度慢，产物较简洁。常有副产物，副反响。有机反响一般是非离子反响，速度较慢。有机物分子比较简洁，能起反响的部位比较多。因此反响时常产生简洁的混合物使主要的反响产物大大降低。四、有机化学的重要性有机化学是一门根底理论课程，是有机化学工业的理论根底。随着有机化学的进展，有机化学已延长到国民经济的各个领域，成为和衣食住行亲热相关的一门科学。人们的衣、住、行和日常生活用品都离不开有机物，食物中的脂肪、蛋白质和碳水化合物，在本质上都是有机物。医药中的大多数西药都是有机物。日常用品中的塑料制品，合成纤维、羊毛和棉花，橡胶都离不开有机物。§12共价键的一些根本概念化学键

一、共价键的本质根本要点：〕成键的两个原子都具有未成键电子，且自旋相反，就可配对，每一对电子成为一个共价键。假设原子ABHF1S电子和F2PH-F假设原子各有两个或叁个未成对电子，那么它们可以形成双键或叁NN2P轨道中有有一个未成对电子可以形成共2价叁键。HeHe〕共价键具有饱和性。假设一个原子的未成对电子已经配对，它就不能再与第三个电子配对，这就是饱和性。〕共价键具有方向性。电子云重叠程度越大，形成的键愈结实。因此要尽可能在电子云密度最大的地方重叠。例：分子轨道理论分子轨道理论是从分子的整体动身去争论分子中每一个电子的运动ΨΨ是很困难的。通常只能用近似方法，最常用的是原子轨道线性组合法得到。缩写分子中电子的运动状态,即分子轨道,用波函数ψ来表示。现以最简洁的氢分子的形成过程为例，假设氢分子HA

原子的原子轨道Ψ 和H原子的原子轨道Ψ 线性组合成氢分子轨道，可近似表示如A B B下：Ψ=CΨ+CΨ1 1 A 2 BΨ=CΨ-CΨ2 1 A 2 B上式中C图示：— Ψ 反键轨道2BΨ ΨBA+ΨA ΨB

成键轨道Ψ1Ψ能Ψ能Ψ

=Ψ _ΨΨ2ΨA2 BAΨA BΨ Ψ1=ΨA+ΨB1(成键轨道)由图可见，两个电子从1S轨道转入氢分子的分子轨道Ψ 时，体系的1能量大大降低，这样,成键轨道Ψ 的能量低于氢原子的1S态电子的1能量。相反，反键轨道Ψ 的能量则高于氢原子的1S态电子的能量。2所以,氢原子形成氢分子时，一对自旋相反的电子进入能量低的成键轨道中，电子云主要集中于两个原子之间从而使H2

分子处于稳定的状态。反键轨道恰好相反，电子云主要分布于两个原子核的外侧，有利于核的分别面不利于原子的结合。所以，当电子进入反键轨道时，个氢原子。成键轨道Ψ 中Ψ 和Ψ 符号一样，这两个位相一样的波函数相互作1 A B用的结果，使Ψ 电子几率密度增大，原子轨道重叠到达了最大的程1度，形成了稳定的共价键。而反键轨道Ψ 是两个位相不同的波函数2相互作用，结果是有利于核的分别，而不利于原子的结合。综上所述由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件：的符号(即位相)必需一样，才能匹配组成分子轨道。否则，就不能组成分子轨道。〔2〕最大重叠。原子轨道重叠的局部要最大时，才能使所形成的键最稳定。〔3〕能量接近。成键的原子轨道的能量愈好，这样才能够有效地组成分子轨道。(留意，原子的内层电子在形成分子时不发生作用，仍在原来的轨道上。)虽然分子轨道理论对共价键的描述更为精准，但由于价键理论的定域描述比较直观，易于理解，因此在有机化学中使用较多的还是价键理论。只有在一些具有明显离域的体系中才用分子轨道理论。二、共价键的参数共价键的重要性质表现于键长、键角、键能和偶极矩等物理量。键长：形成共价键的两个成键原子核之间的距离。形成共价键的两个原子之间存在着确定的吸引力和排斥力之间保持确定的距离，这个距离叫键长。单位可用nmpm表示。留意：同一类型的共价键的键长在不同的化合物中可能稍有差别。由于构成的共价键的原子在分子中还是孤立的，而是相互影响的。CH-CH3 3

CH-CH=CH CH-CHCH3 30.1530nm 0.1510nm 0.1456nm键角：指两个共价键之间的夹角。键角反映了分子的空间构造。留意：在不同的化合物分子中，由于一样的原子形成的键角也有差异，这是由于分子中各原子或基团相互影响的结果。键能：当AB〔〕A-B〔〕时放出的能量。〔KJ/mol〕也可以理解为A-B双原子〔气态〕分子共价键解离为原子〔气态〕时所需要的能量。共价键的断裂，必需吸热，△H0H0。键的键能是断裂分子中全部同类共价键所需解离能的平均值。例如，甲烷中四个C-H的解离能是不一样的，其C-H键能是平均解离能。4．偶极矩：指共价键的键矩，用来衡量键的极性。键的极性影响整个分子的极性，分子的偶极矩是各键键矩的向量和。键的极性与键合原子的电负性有关,一些元素电负性数值大的原子具有强的吸电子力气。常见元素电负性为：H C N O F Si P S Cl Br I2.1 2.5 3.0 3.5 4.0 1.8 2.1 2.5 3.0 2.5 2.0对于两个一样原子形成的共价键来说，可以认为成键电子云是均匀的分布在两核之间，这样的共价键没有极性，为非极性共价键。H-H是非极性，键矩为0，其电子云均匀分布于两个原子之间。但当两个不同原子形成共价键时，由于原子的电负性不同，成键电子云偏向电负性大的原子一边，这样一个原子带有局部正电荷。电子云不完全对称而呈现极性共价键叫做极性共价键。例：CH

-Cl电子云3靠近其中电负性较大的氯原子。因此，用带微量电荷表示。这样的键角有确定键矩，是极性共价键。留意：由极性键组成的分子不愿定是极性分子。分子的极性对熔点、沸点、溶解度等都有确定的影响。三、共价键的断裂方式均裂：成键的一对电子平均分给两个原子或原子团。A B A + B异裂A B A + BXC + XXCX

碳正离子+ C 碳负离子周环反响反响不受外界条件的影响，反响时共价键的断裂和生成，是经过多中心环状过渡态协同地进展。+§1-3争论有机化合物的一般步骤一、分别、提纯二、纯度的检验三、试验式和分子式确实定四、构造式确实定1．化学方法官能团的化学反响2．物理方法定性分析有机化合物

现代物理方法元素组成定量分析

分子量测定

官能团分子式 分子构造式分子构造包括分子的构造、构型和构象。构造：分子中原子相互连结的方式和次序。构型：在构造式的根底上，分子中原子的空间排列方式。构象：由于围绕单键旋转而产生的分子在空间的不同排列形式。§1-4有机化合物的分类和官能团一、按碳胳分类开链化合物：碳原子结合成链状。