第一章 绪 论.doc

有机化学教案使用教材：曾昭琼主编有机化学第三版第一章 绪 论学习要求1、了解有机化学的研究对象、有机化合物的特征、研究方法及今后发展趋势。2、熟悉共价键理论、分子轨道理论及共价键的属性。应用共价键理论掌握偶极矩、键长、反应热的表示方法及计算。3、了解有机化合物的研究步骤，并能熟练地推导分子式。4、掌握共价键的二种断裂方法及对应的反应类型，了解有机化合物的分类。11 有机化学的研究对象有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的化学。一、 有机化学发展简史第一阶段有机物只能从生命力的动植物中分离出来，而不能用人工合成。1657年N.Lemery（法国人）首次提出有机物与无机物的区分（有机物是动植物的物质，有生命的；无机物是无生命的）；十八世纪末期分离提纯技术发展很快，1769年分离出酒石酸，1773年从尿中分离出尿素，1780年从酸牛奶中取得乳酸，1805年从鸦片中取得吗啡。1806年 J.Berzelius（瑞典人）重新提出了有机物只能从生命力的动植体中分离出来，而不能用人工合成，并首次提出“有机化学”的概念：即是研究有生机的动、植物体产物的化学。第二阶段有机物可以合成。1828年德国化学家F.Wohler 合成尿素 尿素的人工合成，提供了一个从无机物人工制成有机物的一个例证，动摇了“生命力”论的基础。以后又陆续合成了不少有机物，如：1845年柯尔伯合成了醋酸；1854年Berthelot 合成了油脂；1861年A M 布特列洛夫合成了糖类。从此人们确信人工合成机物产物完全可能的。 1850年1900年人们以煤焦油为原料，合成了以染料、药物和炸药为主的大量有机化合物，特别在二十世纪四十年代，又发展了以石油为主要原料的有机合成和高分子合成工业，逐步出现了大规模的化工工业。 第三阶段建立完整理论体系。1、经典有机结构理论碳四面体学说从一系列有机化合物的发现及合成，积累了数目可观的有机化合物的实验事实和数据，加上Lavoisier(17431794 拉瓦锡)和Von Liebig(18031873 李比希)创立和发展了有机化合物的元素分析方法之后，发现了有机化合物都含有碳元素，绝大多数的有机化合物还含有氢元素，许多有机化合物尚含有氧、氮元素等。为了研究有机物，需要进行分子结构的研究和合成工作，在人们对有机物的组成和性质有了一定认识的基础上，凯库勒和库帕（Couper,18311892）于1857年独立地指出有机化合物分子中碳原子都是四价的，而且互相结合成碳链，这一概括即成为有机化学结构理论基础。1861年布特列洛夫（18281886）提出了化学结构的观点；1865年凯库勒提出了苯的构造式；1874年 范特霍夫（18521911）和勒贝尔（18471930）分别提出了碳四面体构型学说，建立了分子的立体概念，说明了旋光异构现象；1885年在拜耳（18351917）提出张力学科。至此，经典的有机结构理论基本上建立起来了。2、现代理论体系价键理论、分子轨道理论、分子轨道对称守恒原理到了本世纪初，在物理学一系列新发现的推动下，建立了价键理论。30年代量子力学原理和方法引入化学领域以后，建立了量子化学，出现了诱导效应、共轭效应的理论及共振论。60年代合成维生素B12过程中发现分子轨道对称守恒原理，特别是四大谱引入有机化学研究，加快了有机化学的发展，近三十年来，有机化学出现了翻天覆地的变化。二、有机化合物的定义有机化合物是碳氢化合物以及从碳氢化合物衍生物而得的化合物。三、有机化学的定义有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。 四、 有机化合物的特点1、组成和结构特点有机化合物种类繁多、数目庞大（已知有七百多万种、且还在不断增加），但组成元素少（C，H，O，N，P，S，X等）。原因：1） C原子自身相互结合能力强；2) 结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状）；3) 同分异构现象（构造异构、构型异构、构象异构）；例如，C2H6O就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物、见P1。2、性质特点物理性质方面：1) 挥发性大，熔点、沸点低；2) 水溶性差 （大多不容或难溶于水，易溶于有机溶剂）。化学性质方面：1) 易燃烧；2) 热稳定性差，易受热分解（许多化合物在200300度就分解）；3) 反应速度慢；4) 反应复杂，副反应多。四、 有机化学的重要性（略）五、 有机化学的任务1、发现新现象（新的有机物，有机物的新的来源、新的合成方法、合成技巧，新的有机反应等）2、研究新的规律（结构与性质的关系，反应机理等）3、提供新材料（提供新的高科技材料，推动国民经济和科学技术的发展）4、探索生命的奥秘（生命与有机化学的结合）。12 共价键的一些基本概念有机化合物中的原子都是以共价键结合起来的，从本质上讲，有机化学是研究共价键化合物的化学，因此，要研究有机化学应先了解有机化学中普遍存在的共价键。一、共价键理论对共价键本质的解释，最常用的是价键理论和分子轨道理论。1、价键理论1）共价键的形成价键的形成是原子轨道的重叠或电子配对的结果，如果两个原子都有未成键电子，并且自旋方向相反，就能配对形成共价键。例如：碳原子可与四个氢原子形成四个CH键而生成甲烷。 由一对电子形成的共价键叫做单键，用一条短直线表示，如果两个原子各用两个或三个未成键电子构成的共价键，则构成的共价键为双键或三键 双键 三键 2）共价键形成的基本要点（1）成键电子自旋方向必需相反（2）共价键的饱和性 （见P4）（3）共价键的方向性成键时，两个电子的原子的轨道发生重叠，而P电子的原子轨道具有一定的空间取向，只有当它从某一方向互相接近时才能使原子轨道得到最大的重叠，生成的分子的能量得到最大程度的降低，才能形成稳定的反之。S 和P电子原子轨道的三种重叠情况1、分子轨道理论分子轨道理论是1932年提出来的，它是从分子的整体出发去研究分子中每一个电子的运动状态，认为形成的化学键的电子是在整个分子中运动的。通过薛定谔方程的解，可以求出描述分子中的电子运动状态的波函数，称为分子轨道，每一个分子轨道有一个相应的能量E, E近似的表示在这个轨道上的电子的电离能。基本观点：分子轨道理论认为，当任何数目的原子轨道重叠时，就可形成同样数目的分子轨道。例如：两个原子轨道可以线性的组合成两个分子轨道，其中一个比原来的原子轨道的能量低，叫成键轨道（由符号相同的两个原子轨道的波函数相加而成），另一个是由符号不同的两个原子轨道的波函数相减而成，其能量比两个原子轨道的能量高，这中种分子轨道叫做反键轨道。 分子轨道能级图和原子轨道一样，每一个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子，电子总是优先进入能量低的分子轨道，依次进入能量较高的轨道。由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件：1）对称匹配既组成分子轨道的原子轨道的符号（位相）必须相同。 轨道的示意图2）原子轨道的重叠具有方向性。3）能量相近。二 、共价键的键参数共价键的重要性质表现在键长、键角、键能和键矩等物理量上。1、键长原子核之间的距离。单位为nm .2、键角两个共价键之间的夹角3、键能当A和B两个原子（气态）结合生成AB分子（气态）时，放出的能量。表示键的牢固，通常键能愈大，键愈牢固。应注意键能与离解能在概念上的区别，多原子分子中共价键的键能是指同一类的共价键的离解能的平均值。如甲烷的四个CH的离解能是不同的。见P910 4、键矩（也叫偶极矩）键矩是用来衡量键极性的物理量当两个不同原子结合成共价键时，由于两原子的电负性不同而使得形成的共价键的一端带电荷多些，而另一端带电荷少些，这种由于电子云不完全对称而呈极性的共价键叫做极性共价键，可用箭头表示这种极性键，也可以用+、-标出极性共价键的带电情况。例如：一个共价键或分子的极性的大小用键矩（偶极矩）表示=q x d q正电中心或负电中心的电荷，d两个电荷中心之间的距离，的单位用D( 德拜 Debye )表示。键矩有方向性，通常规定其方向由正到负，用箭头表示 例如： = 1.03D = 1.94D常见共价键的键矩见P10表 14。双原子分子中键的极性就是分子的极性，键矩就是分子的偶极矩。对多原子分子来说，分子的偶极矩是各键键矩的向量和（与键的极性和分子的对称性有关）。见P1011三、 共价键的断裂 有机化合物发生化学反应时，总是伴随着某些化学键的断裂和新的共价键的形成，共价键的断裂有两种断裂方式。1、均裂 成键的一对电子平均分给两个原子或原子团，生成两个自由基。A:B A + B 自由基 在有机反应中，按均裂进行的反应叫做自由基反应。 2、 异裂成键的一对电子在断裂时分给某一原子和原子团，生成正负离子。 在有机反应中, 按异裂进行的反应叫做离子型反应。 亲电反应 由亲电试剂进攻而引发的反应 离子型反应 亲核反应 由亲核试剂进攻而引发的反应 亲电试剂在反应过程中接受电子的试剂称为亲电试剂。 亲核试剂在反应过程中能提供电子而进攻反应物中带部分正电荷的碳原子的试剂。13诱导效应 诱导效应 在有机化合物中，由于成键原子或基团的电负性的不同而使成键电子云向电负性较大的原子团方向偏移的效应。 1、 诱导效应产生的原因 成键原子的电负性不同。 2、 诱导效应的传递 逐渐减弱，传递不超过五个原子， 3、 诱导效应的表示方法： 以I表示诱导效应, 以C H键作为比较标准， 4、 诱导效应的相对强度：一般以电负性的大小作比较 同族元素来说 F Cl Br I 对- I 同周期元素来说 - F -OR -NR2 不同杂化状态的碳原子来说CCR CR=CR2 -CR2-CR3 对+I：具有+I效应的原子团主要是烷基，其相对强度如下：(CH3)3 (CH3)2CH CH3CH2 CH3上述所说为静态诱导效应，有机反应中还有动态诱导效应的作用。见P12有关诱导效应的应用参见P68,P360361 14研究有机化合物的一般步骤 1、分离提纯。2、纯度的检定。3、实验式和分子式的确定。其方法 4、结构式的确定：可用化学方法；物理方法（紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱、质谱等）。分子的结构包括分子的构造、构型和构象。构造 是分子中原子的连接方式和顺序（在不涉及到构型和构象时也称为结构）。15 有机化合物的分类有机化合物分类的方法主要有两种一、 按碳架分类：1、开链化合物2、碳环化合物1）脂环化合物2）芳香族化合物3）杂环化合物二、 按官能团分类官能团是指有机化合物分子中能起化学反应的一些原子和原子团，官能团可以决定化合物的主要性质。因此，我们可采用按官能团分类的方法来研究有机化合物。常见的重要官能团见P16表15附一、 怎样才能学好有机化学学好有机化学，总的可概括为六个字 理解、记忆、应用。1、理解学习过程中，要及时弄懂和掌握各章节的重点内容、主要问题、难题，做好课堂笔记。2、记忆在理解的基础上做必要的记忆。对有机化合物的构造式、命名、基本性质等在开始学习时，要象记外文单词那样反复的强化记忆。除了用视觉多看之外，还要多写、多练。当脑海中的材料积累多了，就会掌握内在规律，并上升为理解记忆。机械记忆和理解记忆是相辅相成的，记忆的材料越多，越有利于理解，而理解了的东西也就记得更牢，只求理解而不刻苦记忆是学不好有机化学的。3、应用（从三方面入手）多思考 遇到疑难问题要先思考，再查书或求老师解疑，切忌不求甚解，煮夹生饭。疑难问题积累多了得不到解决则有学不下去的危险，因为有机化学内容是前后连贯的，系统性很强，只有掌握了前面的知识，才能理解后面的内容。勤练习 认真做练习题是学好有机化学的重要环节，不仅对理解和巩固所学知识是最有效的，同时也是检验是否完成学习任务的必要方法，做习题要在系统复习的基础上进行，切不可照抄答案，否则有百害而无一利。善总结 学会归纳总结，要总结化合物结构与性质的关系，以了解共性与个性。还要揭示各类化合物之间内在联系与相互转化关系。 某一类化合物的性质往往是另一类化合物的制法，熟练的掌握了这些关系，才能设计各种特定化合物的合成路线。要把每章新出现的名词、概