有机化学 第一章绪论.doc

第一章 绪 论知识要点1、定义有机化合物和有机化学2、有机化合物的特点和分类3、结构及其表示4、共价键及其属性（键长键角，键能离解能，键的极性和极化）5、杂化杂化类型（sp，sp2，sp3），如何形成，每个及整个杂化轨道形状6、有机化学反应类型、反应中间体7、有机酸碱概念一、有机化合物与有机化学定义（略）二、有机化合物特点1、种类庞大，异构普遍（原因：碳的化学丰富多彩4价，单键/重键，开链/闭链）2、可燃；热稳定性差；熔、沸点低；极性弱（难溶于水易溶于有机溶剂）3、反应慢、复杂、副产物多（称反应式：用箭号表示生成方向、写主产物、无需配平）三、有机化合物分类1、按碳骨架分：开链、碳环（脂环、芳环）、杂环2、按官能团分：表1-1官能团集中表现出分子的化学性质的基团。官能团决定化性，但具有相同官能团的分子其化性只能说相似。四、有机化合物的结构（一）结构分析要从“表面”和“内部”两个层面进行剖析。1、构造：分子中原子(基团)连接的顺序和方式。表示构造的化学式叫构造式，常称结构式；是分子立体模型的投影式。2、构型/象：分子中原子(基团)的空间排布（空间排布亦指空间伸展方向）构型/象的表示需从立体角度考虑，如：透视式、费歇尔投影式等。（二）同分异构主要类型1、构造异构：分子式相同，但原子（基团）间连接的顺序和方式不同。2、构型异构：构造相同的分子中，原子（基团）的不同的空间排布不能通过键的旋转而相互转换。3、构象异构：构造相同的分子中，原子（基团）的不同的空间排布能通过键的旋转而相互转换。4、旋光异构（对映异构）：略，详见第五章。五、有计划化合物的结构表示1、价键式：2、结构简式：，3、键线式：，（1，4-二氧六环），注：以上三种结构表示未涉及空间伸展方向，故皆为构造式。4、立体结构式（伞形式）：写结构式注意事项：书写规范、不可混用、前三者均指的是构造式；常用的是结构简式和键线式。六、共价键理论（一）价键理论（略）（二）杂化轨道理论1、杂化类型（1）sp3杂化1S + 3P 4 sp3（各填充1e）每个sp3杂化轨道含1/4的S成分和3/4的P成分每个sp3杂化轨道形状整个sp3杂化轨道形状（等性，正四面体，10928）（2）sp2杂化1S + 2P =3 sp2各含1/3的S和2/3的P成分整个杂化轨道形状（）剩余1个P(各带1e)（3）sp杂化1S + 1P =2 sp各含1/2的S和1/2的P成分整个杂化轨道形状（）剩余2个P与sp两两(各带1e)2、杂化注意事项（1）不同类型化合物，C的杂化态不同。例如：烷碳sp3，烯碳sp2，炔碳sp（2）同一化合物中C的杂化态可不同（3）不同杂化态，C的电负性不同：S成分，电负性，即：spsp2sp3七、共价键属性1、键长、键角、键能和离解能：略2、键的极性和极化（1）极性成键原子电负性差异使键产生偶极。大小用偶极距表示：=qd（D），为矢量，方向从正极流向负极。整个分子的极性视偶极距的矢量和，为零则是非极性分子，不为零则是极性分子。（2）极化外界电场使共价键（极性或非极性键）的极性发生了改变。用极化度表示极化的难易程度。对于同族而言，半径，极化度。例如：极化度大小：C-IC-BrC-ClC-F（3）极性与极化比较极性极化成因成键原子电负性差异外界电场存在效果永久暂时表示偶极距（矢量） ，键极性 分子极性：视极化度同族：r，极化度（4）例题： C-I、C-Br、C-Cl、C-F的极性大小：C-IC-BrC-ClC-F C-I、C-Br、C-Cl、C-F的极化度大小：C-IC-BrC-ClC-F HCl、CH键均为极性键，问：CH4、CH3Cl是否极性分子？Why?解： 八、有机化学反应类型及反应中间体有机化学反应=旧键断裂+新键形成按照旧键断裂方式的不同分为“自由基型（均裂）”、“离子型（异裂）”和协同反应三类。旧键断裂形成的碎片称反应中间体，相应的中间体分别是“自由基（游离基）”、“正离子或负离子”。协同反应属于特殊的一类，该反应过程没有中间体产生，旧键断裂与新键形成同时完成，本课程不讨论此类反应。1、自由基型（均裂）（1）反应中间体：带1个自由电子的三价碳原子，称碳自由基（或碳游离基）；（2）杂化态：SP2，剩余的P上填充有1个电子；（3）要形成新物质需另一自由基与之配对。2、离子型（异裂）（1）反应中间体：带1个单位电荷的三价碳，称碳正离子或碳负离子；（2）杂化态：SP2，剩余P上无电子填充；SP3，1个SP3上有1对孤对电子（图1），（图2）；注：由于相邻基团的作用以及为便于试剂进攻，反应时碳负离子一般为SP2杂化，此时未杂化的p轨道上填充有一对孤对电子（图2）。（3）要形成新物质，C+ 需亲核试剂、C需亲电试剂与之配对。3、亲核（电）试剂、亲核（电）反应A + B C底物 试剂 产物（惰性原料 进攻方 主要生成物）（1）亲电试剂：缺电子物质，进攻底物负性部位亲电反应：由亲电试剂进攻引发的反应（2）亲核试剂：富电子物质，进攻底物正性部位亲核反应：由亲核试剂进攻引发的反应九、有机化学中的酸与碱1、布朗斯特酸碱概念（酸碱质子理论）酸是质子的给予体；碱是质子的接受体。例如：2、路易斯酸碱理论（电子对）酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体。例如：3、讨论：按路易斯酸碱理论，亲电（核）试剂分别属于？ 解：亲电试剂本身缺电子，应是电子对的接受体，所以是路易斯酸；亲核试剂本身富电子，应是电子对的提供者，所以是路易斯碱。4、碱性与亲核性碱性是结合质子或给出电子对的能力，由物质本身因素决定；亲核性是亲核试剂进攻反应物缺电子部位的能力，除其本身的碱性强弱因素之外还受外界因素（溶剂、位阻、离去基团等）的影响，因此两个概念相互联系又有区别。一般的，碱性，亲核性。例如：NH2-RO-OH-CH3COO- Cl-例外：卤素的碱性：F- Cl-Br-I-，但在质子性溶剂中，其亲核性：I-Br-Cl-F-原因：对于卤离子，在非质子性溶剂（溶剂中无质子存在）中，被溶剂化很低（无质子与之结合），故完全裸露，亲核性与碱性一致；在质子性溶剂（溶剂中含质子）中被溶剂化（卤原子与质子易结合），而从F到I半径增大，H-X键极化性增强，H-I的结合最不稳定，最易进攻C而成键，表现出亲核性最强；故在质子性溶剂中，亲核性与碱性相反。补充阅读：有机化合物的鉴别、分离和提纯鉴别是根据化合物的不同性质来确定其含有什么官能团、属于哪种化合物。并不是化合物的所有化学性质都可以用于鉴别，必须具备一定的条件如：化学反应中有颜色变化、反应产物有气体产生、有沉淀生成或反应过程中沉淀溶解、产物分层、化学反应过程中伴随着明显的温度变化（放热或吸热）等。分离是将混合物中的各个组分一一分开。物理方法是利用组分各自不同的物理性质（熔、沸点或溶解度的差异等），通过一些技术手段（蒸馏、分馏、萃取等）将组分进行逐一分开。化学方法是在分离过程中常常将混合物中的某一组分通过化学反应转变成新的化合物而与其他组分分开，并且分离后还要将其还原为