第一章 绪论.doc

第一章 绪论（4学时）【学习目标】 有机化学是研究有机化合物的化学。有机化合物就是碳氢化合物及其衍生物。 有机化合物分子中的碳原子是四价的，它以共价键与其它原子结合。由于结构的特殊性，使得有机化合物具有不同于无机化合物的一些特殊性质。 本章将主要介绍的有机化合物的结构与特性、有机合物的天然来源与分类、有机化学的发展与展望以及有机化学与药学的关系。【本章要求】1、 了解有机化合物和有机化学的涵义。2、 了解有机化学的发展简史3、 理解有机化合物的特点，从中弄清与无机化合物的主要区别。4、 掌握共价键理论的要点，共价键的属性及重要参数。5、 了解有机化合物的研究程序和方法。6、 理解有机化合物的分类原则，掌握主要官能团。【重点、难点】1、 有机化合物的特点，无机化合物的主要区别2、 共价键理论的要点，共价键的属性及重要参数。【课时分配】第一节 1学时、第二节2学时、第三节 0.5学时、第四、五节 0.5学时第一节 有机化合物和有机化学一、 有机化合物和有机化学的涵义：有机化学是一门研究有机化合物结构和性质的科学，十九世纪初有机物都是从生物体内分离出来的，当时的科学家认为他们是有生机之物，故称为有机化合物，我们知道一个正确的认识往往需要经过由物质到精神，由精神到物质，即由实践到认识、由认识到实践的反复过程，后来，人们发现这些化合物不一定存在在有机体内，他们也可以由实验室里合成出来，因此有机化合物的涵义就有了本质的变化，第一个人工合成的有机物叫尿素H2NCONH2（一种有机合成的原料，也是一种含氮的化肥）。它是有氰酸钾和硫酸胺制得，即蒸发氰酸胺制得2KCNO + (NH4)2SO4 2NH4CNO + K2SO4NH4CNO (NH2)2CO + H2O 自燃烧分析法建立以来，更发现了有机化合物都有碳，于是德国化学家Gemelin 认为有机化合物是含碳的化合物，有机化学即是研究含碳化合物的化学，但是有些简单的含碳化合物eg. CO、CO2、 CS2、 H2CO3、 HCN 等，因性质和典型的无机物相似，所以一般仍放在无机化学中。后来，德国化学家Schorlemmer（肖莱马）给有机化学下了一个更确切的定义，就是碳的四价键除自相连接外，其余与氢结合，于是就形成了各种各样的烃，其他含碳化合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生而来的，因此，把有机化学定义为研究烃及其衍生物的化学。所以对有机化学的定义，就有了两种观点1、 是研究含碳化合物的化学- Gmelin2、是研究含氢化合物及其衍生物的化学-Schorlemmer二、 有机化学的发展简史：（1） 第一阶段：对有机物的认识：十八世纪初期，科学家开始从生物体内分离提取出酒石酸、苯甲酸、尿素、乳酸、苹果酸等。十九世纪时，又从生物体内提取了吗啡、叶绿素、奎宁、胡罗卜素，并作了研究，化学家将这种从有生命的生物体中获得的物质称为“有机化合物”-“有生机的化合物”1806年，享有盛名的瑞典化学家贝齐里乌斯首先用了有机化合物这个名字，从十九世纪初至五十年代，有机化学才 成为一门科学，至今只有一百多年的历史，有机化学一产生便蒙上唯心主义色彩，这和当时的生命力学说是一致的。另外，拉瓦锡利用燃烧后产物的称量，最早对有机化合物进行分析。（2） 第二阶段 尿素的合成 在此以前，贝齐里乌斯提出了“生命力”学说，认为生物体内的物质只能来自生命体，不能人工合成，但它的学生武勒用氰酸铵在水浴上加热合成了尿素，尿素的合成，给生命力学说一个有利的冲击，自此后，化学家接二连三合成了许多天然有机物，生命力学说逐渐崩溃，李比希称武勒的实验为整个科学开辟了一个新纪元，人类合成有机物是有机化学发展史上第二大突破。（3） 第三个阶段是解决结构理论的问题 德国有机化学加凯库勒和英国化学家库勒各自独立地提出了有机化合物中的碳原子四价理论，同时凯库勒还提出碳原子可以互相成键，这些就构成了有机化学结构理论的基础。（4） 第四阶段 分子结构立体概念的建立荷兰化学家范特霍夫提出分子有一定的形状，提出碳原子的正四面体结构学说，因此，CH2Cl2只能有一种结构没有异构体（根据同分异构体理论CH2Cl2在平面上的结构应该有同分异构体）即 事实上从来没发现过CH2Cl2 有异构体，这就可以从碳原子的正四面体结构进行解释。 建立了分子结构的立体概念，凯库勒进一步提出碳原子可以成环，并提出苯的结构式，德国化学家提出张力学说，至此，经典的有机化学理论基本上建立起来了。（5） 第五阶段 共价键理论的建立 1916年美国化学家提出共价键理论，解释了C、H之间用电子对结合的物质基础，三十年代，量子力学原理和方法引入化学领域，建立了量子化学，从微观角度来认识化学键的本质（C的杂化理论等等）三、有机化合物的特征：第二节 有机化合物的结构和特征一、共价键的本质对于共价键本质的解释，由于出发点不同，产生不同的理论。主要有两种：价键理论、分子轨道理论1、价键理论-研究成键电子的运动状态出发点：研究成键的电子，这些电子在相连的两原子区域内运动。要点：两个原子如果都有未成键电子，而且自旋相反，就能配对。也就是原子轨道可重叠生成共价键，重叠的部分越大，所形成的共价键越牢固。 价键理论认为，成键电子一般说是未成键的单电子，与内层电子和外层已成对的电子无关。A、 方向性： 如 HCl的形成H： 1s Cl 3p 成键 不成键B、饱和性 HCl中Cl只能和一个H 结合，而H2S的S可以和2个H结合。两个未成对电子配对后，轨道上有两个自旋相反的电子，根据保里不相容原理，不能再和第三个电子配对，这就是共价键的饱和性。现代价键理论包含原子轨道重叠、轨道杂化、及电负性等概念，单用价键理论有的问题无法解释：例如： CH2=CH2 CH2=CH-CH=CH2键个数 1个 2个氢化热 32.7kJ/mol 56.7 kJ/mol 键长 1.34A 1.337A 加成类型 1，2加成 1，4加成于是引入分子轨道理论。 2、分子轨道理论：出发点：从分子整体出发，研究分子中整个原子的运动状态。要点：形成化学键的电子在整个分子中运动（价键理论是原子轨道理论，它认为共价键是原子轨道的重叠，原子轨道是单中心的电子云分布在一个原子核周围，而分子轨道是多中心的，电子云分布在两个或两个以上的原子核周围） 电子云不是分布在1和2、3 和4之间，而是在整个分子之间。形象的说：价键理论是定域理论，二分子轨道理论是离域理论。二、共价键的基本属性-主要键参数1、 键长-分子中两个成键原子键的平均核间距离 不同共价键的键长不同例如： C-C C = C C C 1.54A 1.34A 1.20A 同一种键在不同化合物中情况稍有不同 依 次 变 小 2、键角-两个共价键之间的夹角例如：甲烷分子中碳氢碳之间的夹角为109o28键角随着分子结构的不同而有所改变，反映了分子的空间结构。、键能共价键形成释放出的能量或共价键断裂时吸收的能量气态原子A和B结合成气态分子A-B释放出的能量，或是气态分子A-B拆成气态原子A和B所吸收的能量。也可以说是共价键形成释放出的能量或共价键断裂时吸收的能量叫键能。单位：KJ/molA（气） + B（气） A-B（气） H负值 放热A-B（气） A（气） + B（气） H正值 吸热 （离解能） 键能大小和稳定性、键长的关系：键能越大，分子越稳定，键长越短；键能越小，分子越不稳定，键长越长。在双原子分子中，键能和离解能是相同的，而对于多原子分子，共价键的键能一般是指同一类共价键的离解能的平均值。例如：求甲烷中C-H键的键能 C-H键的键能= 1661.2/4 =415.3Kj/mol4、键的极性：当两个电负性不同的原子形成共价键时,电子云靠近电负性较大的一端,使之带有部分负电荷,而另一端则带部分正电荷，于是就产生极性，用符号 表示，箭头的方向由正电荷指向负电荷。H Cl CH3 Cl 大小用键距来表示分子的极性由键的极性和分子的空间构性决定，分子的极性由偶极距表示，偶极距是键距的矢量和。 通过偶极距的测定，可以了解分子结构中有关电子云的分布和分子的对称性，还可以用来判断分子的几何异构和立体异构。极性分子中一定存在极性键，有极性键的分子不一定是极性分子。三、有机化合物的特征-有机物与无机物的区别1、种类 有机物种类繁多，一千多万种，而且现在继续增长，而无机物只有五万余种。2、性质不同 可燃性 有机物一般可以燃烧 , (也有例外,例如,CCl4可灭火, )而大多说无机物则不易燃烧 。 熔点 有机物熔点较低，而无机物一般熔点较高，难以熔化。 溶解性 （相似相容原理）有机物大多难溶于水易溶于有机溶剂中（非极性或极性小）。然而，也有一些有机化合物在水中有较大的溶解度。例如：乙醇 反应速度 有机物反应速度较慢，有时需要几十个小时或几天才完成，而无机物在溶液中的反应瞬间可以完成。 反应特点 反应复杂、 副反应多、收率不高。3、有机化合物的结构复杂有机化合物的结合形式C-C C = C CC C-C-C-C 单键 双键 三键 链状 环状 同分异构现象 C2H6O CH3CH2OH CH3OCH3 分子式相同，构造式不同，熔点、沸点不同，性质也不同。例如，乙醇可以和金属钠反应，而甲醚不可以。四、 共价键断裂的基本方式和有机反应类型有机反应的实质是有机化合物中共价键的断裂和形成过程，共价键的断裂方式有两种：均裂和异裂。按共价键断裂和形成的方式，有机反应可分为游离基反应（均裂反应）、离子型反应（异裂反应）和周环反应（分子反应）三类。（一）、游离基反应： 在这类反应中键是对称地分裂或形成，即反应物分子中形成形成共价键的一对电子平均分给两个原子或原子团，这种断裂方式叫均裂（游离基是带电子的电中性原子和原子团） 游离基反应通常是在高温或光照下或有过氧化物存在是进行的。（二）、离子型反应：化学键的断裂与形成采取不对称的方式进行的有机反应，称为离子型反应，键的不对称断裂称为异裂。（分子的极性越大，异裂越容易） 离子型反应在酸、碱极性溶剂中进行。第三节 研究有机化合物的一般步骤一、分离提纯：1、蒸馏法（液体分离）-混合物沸点显著不同2、分馏法：沸点接近（但不是恒沸混合物），用分馏柱，多次气化和冷凝。使低沸点的物质不断上升而被蒸馏出来，高沸点组分不断流回容器中。3、重结晶法（固体分离）4、萃取法二、 纯度检验 纯物质有固定的沸点、比重、折射率等物理常数，因此测定其物理常数便可知其纯度。 纯物质熔点间距小，0.51，如含有杂质，间距显著增大，且较纯物质低。三、 实验式（化学式）和分子式的确定：分析 定性分析：确定组成有机物的元素 实验式 定量分析：确定个有机物的百分组成M分子量 分子式 最常见，最简单的方法是同多燃烧，根据CO2和H2O的两确定的，但不能证明有氧（见书上第8-9页例题）四、 结构式的测定 一个分子式可能有几个同分异构体，例如 C2H4O2可能由8种结构，用一些物理、化学方法（光谱、核磁共振等）确定其可能的结构。分子的结构：分子构造：分子中原子成键的顺序 构型：正四面体 构象：以后再讲 用图表