青岛科技大学有机化学课件第1章09绪论

1、1有有 机机 化化 学学主讲：李老师 适用于80学时，其中讲课74学时， 习题课4学时，总复习2学时。2 有机化学是化学科学的一个分支，是研究有机化学是化学科学的一个分支，是研究有机化合物的来源、制备、组成、结构、性质有机化合物的来源、制备、组成、结构、性质及其变化规律的一门科学。及其变化规律的一门科学。有机化学的主要任务有机化学的主要任务-讨论各类讨论各类有机化合物有机化合物 的结构、的结构、性质、合成方性质、合成方 法和它们的应用。法和它们的应用。31.1有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学1.1.1有机化合物有机化合物ch4 、hc ch 、c2h5oh 、c6h12o6 、ch3c

2、ooh从组成上看主要含有从组成上看主要含有c、h 还有还有 o、n、x、s、p 等等有机化学的研究对象有机化学的研究对象有机化合物有机化合物4 从结构上看，从结构上看，ch化合物可看作有机化合物的母化合物可看作有机化合物的母体，其它的有机化合物可看作是体，其它的有机化合物可看作是ch化合物分子中的化合物分子中的h原子被其它原子（原子被其它原子（o, n, s, x等）或基团取代后的衍生等）或基团取代后的衍生物。物。“有机化合物有机化合物”：碳化合物、碳氢化合物及其衍生物；碳化合物、碳氢化合物及其衍生物；“有机化学有机化学”是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。5

3、co、co2、na2co3、kcn 等为无机化合物。等为无机化合物。所以含碳化合物不一定是所以含碳化合物不一定是有机化合物有机化合物，但有机化合，但有机化合物一定是物一定是含碳化合物。含碳化合物。注：注：6（生命力学说）（生命力学说）1.1.2 有机化学的发展有机化学的发展无机物无机物-非生物体或矿物质得到的物质非生物体或矿物质得到的物质 有机物有机物-生物体（植物或动物）中获得的物质生物体（植物或动物）中获得的物质 有机化学是与人类生活有着极其密切关系的一门有机化学是与人类生活有着极其密切关系的一门学科，其发展自学科，其发展自19世纪初期世纪初期(1806年年)至今已有至今已有200年。年。

4、最初人们认为：最初人们认为：7分离提纯阶段（第一阶段）分离提纯阶段（第一阶段）17691769：制得了许多：制得了许多有机酸有机酸: : 葡萄汁葡萄汁 酒石酸酒石酸 酸牛奶酸牛奶 乳乳 酸酸 柠檬汁柠檬汁 柠檬酸柠檬酸1773：从：从尿中尿中提取出了提取出了尿素尿素8 18061806年年斯图萘尔斯图萘尔（sertnersertner) )首次从首次从鸦片鸦片中分离出第一个中分离出第一个生物碱生物碱- - 吗啡吗啡，直到，直到19521952年才确定了其结构，并为全合成所证实。年才确定了其结构，并为全合成所证实。1、“生命力学说生命力学说”的代表瑞典化学家的代表瑞典化学家 j berzeliu

5、s： 认为有机化合物不能人工合成，他定义有机化认为有机化合物不能人工合成，他定义有机化合物合物 是是“生物体中的物质生物体中的物质”。9 贝采利乌斯贝采利乌斯是当时很有名望的化是当时很有名望的化学家。学家。17791779年年8 8月月2020日生于东约特兰省日生于东约特兰省的林雪平。的林雪平。17971797年考上乌普萨拉大学年考上乌普萨拉大学医学系学习，医学系学习，18021802年获医学博士学位。年获医学博士学位。在该学院当讲座义务助手，业余功读在该学院当讲座义务助手，业余功读化学。化学。18071807年任化学教授，。年任化学教授，。18351835年年皇帝查理十四晋封他为男爵。他把厨

6、皇帝查理十四晋封他为男爵。他把厨房改建为实验室进行科学研究工作。房改建为实验室进行科学研究工作。他的研究工作涉及许多领域：他的研究工作涉及许多领域： 贝采利乌斯贝采利乌斯的主要特点是严密性与系统性，观察精的主要特点是严密性与系统性，观察精确，描述清晰。他是确，描述清晰。他是生命力论生命力论的拥护者。的拥护者。贝采利乌斯贝采利乌斯( (berzelius.j.j.berzelius.j.j.1779-1848 1779-1848 瑞典化学家瑞典化学家) )10 在发展原子论方面，他发现了几种新元素：铈、在发展原子论方面，他发现了几种新元素：铈、 硒、钍。他还制定出近代元素符号，沿用至今。硒、钍。

7、他还制定出近代元素符号，沿用至今。 在电化学方面，贝采利乌斯在电化学方面，贝采利乌斯1814年提出了电化学二年提出了电化学二 元论学说。元论学说。 在有机化学方面，贝采利乌斯在在有机化学方面，贝采利乌斯在1808年最早提出年最早提出 “有机化学有机化学”这个名称。他还发现了肌乳酸（这个名称。他还发现了肌乳酸（ 1806 ）、）、丙酮酸（丙酮酸（ 1835 ） 。 在分析化学方面，他创始了重量分析，改进了有机在分析化学方面，他创始了重量分析，改进了有机元素分析方法。元素分析方法。112、尿素的合成开创了有机合成的新纪源、尿素的合成开创了有机合成的新纪源1828年德国化学家韦勒无意中用加热的方法使

8、氰年德国化学家韦勒无意中用加热的方法使氰酸铵转变为尿素。酸铵转变为尿素。nh4ocnnh2cnh2o氰 酸 铵 （无机物 ）尿 素 （有 机物 ） 但这一成就未能立即给但这一成就未能立即给“生命力生命力”以致命的打击。由于以致命的打击。由于韦勒当时所用的氰酸铵是由有机物制成的，韦勒当时所用的氰酸铵是由有机物制成的，“生命力生命力”维护者争辩说：维护者争辩说：“生命力生命力”即在韦勒所用的氰酸铵中。即在韦勒所用的氰酸铵中。12 维勒是因首先在实验室里从无机物维勒是因首先在实验室里从无机物合成了有机物合成了有机物-尿素而闻名于世。尿素而闻名于世。18001800年年7 7月月3131日生于德国法兰

9、克福。日生于德国法兰克福。18201820年考入马尔堡大学医学院，年考入马尔堡大学医学院，18211821年开始年开始对化学感兴趣，对化学感兴趣，18231823年他决定放弃医学，年他决定放弃医学，在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一年。年。18251825年维勒回国，在柏林化学和矿年维勒回国，在柏林化学和矿物学校和卡塞尔技术学校教化学。物学校和卡塞尔技术学校教化学。18361836年维勒任格丁根大学化学教授。年维勒任格丁根大学化学教授。 维勒（维勒（fwohler,1800,18001882,1882,德国化学家）德国化学家）13 18541854年年-185

10、6-1856年，又合成了年，又合成了甲烷、甘油、乙醇甲烷、甘油、乙醇等等许多典型许多典型有机化合物有机化合物。 18541854年年柏赛罗柏赛罗（m. berthelot）合成了油脂。）合成了油脂。 18451845年德国有机化学家年德国有机化学家科尔伯科尔伯（hkolbe）从无可）从无可争辩的无机物制成了公认为有机物的争辩的无机物制成了公认为有机物的醋酸醋酸：c + cl2 ccl4 cl3ccooh ch3coohs水，阳光水，阳光na-hg1861年年 俄国化学家希特列洛夫俄国化学家希特列洛夫 合成了合成了 糖类糖类“生命力生命力”学说才宣告破产。学说才宣告破产。14 从此确信了人工合成

11、从此确信了人工合成有机化合物有机化合物是完全可能的。是完全可能的。这就是这就是有机化学有机化学最初发展的最初发展的第二阶段（合成阶段）第二阶段（合成阶段）。15 我国在天然有机化合物的合成领域处于世界领我国在天然有机化合物的合成领域处于世界领先水平，先水平，19651965年合成了具有生理活性的蛋白质年合成了具有生理活性的蛋白质结晶牛胰岛素结晶牛胰岛素（化学通报，（化学通报，1965.5 p257-285) )； 19791979年完成了年完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸酵母丙氨酸转移核糖核酸的半合成，的半合成，19811981年完成了全合成（化学通报，年完成了全合成（化学通报，1982.12 p

12、28）16 有机化学发展的历史标志着有机化学发展的历史标志着有机化合物有机化合物与与无机化无机化合物合物之间并没有绝然的界线。它们遵从着同一规律，之间并没有绝然的界线。它们遵从着同一规律，因此，有机化合物和有机化学就失去了它原来的含义。因此，有机化合物和有机化学就失去了它原来的含义。 100多年来，有机化学在提高人们的生活水平和多年来，有机化学在提高人们的生活水平和改善人们的生活质量方面作出了特有的贡献。改善人们的生活质量方面作出了特有的贡献。17为什么为什么有机化学有机化学要作为一门独立学科呢？要作为一门独立学科呢？主要原因：主要原因：1.1.结构结构特点特点2.2.性能特点性能特点1.2有

13、机化合物的特点有机化合物的特点18结构特点结构特点: c4h10 ch3ch2-oh ch3-o-ch3c2h6o异构体异构体分子式分子式ch3ch2ch2ch3ch3-ch-ch3ch3 碳与碳之间可以碳与碳之间可以c-c 、c=c、cc 相互相互结合，并且可以形成链状或环状。结合，并且可以形成链状或环状。同分异构现象普遍存在同分异构现象普遍存在共价键结合共价键结合19 1. 数量庞大，结构复杂；数量庞大，结构复杂； 2. 容易燃烧，容易燃烧，； 3. 熔、沸点低；熔、沸点低； 4. 难溶于水，易溶于有机溶剂；难溶于水，易溶于有机溶剂； “相似相溶原理相似相溶原理” 5. 反应速度慢，副反应

14、多。反应速度慢，副反应多。 性能特点性能特点:20ch3ch2ch3 + cl2hhch3ch2ch2cl + ch3chch3clch3ch2chcl + clch2ch2ch2clclch3chch2cl + ch3-c-ch3clclcl所以写有机反应式常用所以写有机反应式常用“ ”“ ”而不用而不用“ “ ”21较简单，较少异构現象较简单，较少异构現象复杂，常有异构現象复杂，常有异构現象构造构造 较无副反应，且反应速较无副反应，且反应速率较快率较快常有副反应的可能，所以较复杂，常有副反应的可能，所以较复杂，但因非离子反应，所以速率较慢，但因非离子反应，所以速率较慢，故常需催化剂故常需催

15、化剂反应及速率反应及速率 一般为电解质，常为离一般为电解质，常为离子反应子反应一般为非电解质，所以多数为非一般为非电解质，所以多数为非离子反应离子反应离子反应离子反应 不燃的较多不燃的较多在空气中多数会燃烧在空气中多数会燃烧可燃性可燃性 一般溶于水，但不溶于一般溶于水，但不溶于有机溶剂有机溶剂一般不溶于水，但溶于有机溶剂一般不溶于水，但溶于有机溶剂溶解性溶解性 一般较高一般较高一般较低一般较低熔点熔点 离子結合多离子結合多共价結合多共价結合多化学結合化学結合 约约100100种全部元素种全部元素主要主要c、h、o、n、p、s、x构成元素构成元素 比较少（比较少（4040万种）万种）非常多（约非

16、常多（约10001000万种）万种）种类种类 无机化合物无机化合物有机化合物有机化合物 有机和无机的差別有机和无机的差別 22 1.3 有机化合物的分类有机化合物的分类 1、根据碳的骨架分类、根据碳的骨架分类开链（脂肪族）化合物：开链（脂肪族）化合物：碳环化合物碳环化合物杂环化合物杂环化合物脂环族化合物脂环族化合物芳香族化合物芳香族化合物如：如：ch3ch2cho如：如：如：如： 如：如：no 232、按官能团分类、按官能团分类 官能团是指分子中比较活泼、容易发生某些特征反官能团是指分子中比较活泼、容易发生某些特征反应的原子应的原子(如卤素原子如卤素原子)、原子团（如、原子团（如oh）或某些特

17、征或某些特征的化学键结构单元的化学键结构单元 (如双键如双键) 等。它们对化合物的性质起等。它们对化合物的性质起着决定性的作用。着决定性的作用。 显然，含有相同官能团的有机化合物都具有类似的显然，含有相同官能团的有机化合物都具有类似的性质。性质。24烃类烃类烃衍生物烃衍生物（只含（只含c、h两两种元素的化合物）种元素的化合物）（烃中的（烃中的h被取代）被取代）饱和烃饱和烃 （烷烃（烷烃 和环烷烃）和环烷烃） 不饱和烃不饱和烃 （烯烃和炔烃）（烯烃和炔烃）卤代烃卤代烃含氧衍生物含氧衍生物（醇、醛、酮、羧酸等）（醇、醛、酮、羧酸等）含氮衍生物（氰、胺等）含氮衍生物（氰、胺等）芳香烃芳香烃25 1.

18、4 有机分子的结构理论有机分子的结构理论1.4.1分子中原子相互联结的次序和方式，分子中原子相互联结的次序和方式，以及各原子以及各原子间的立体位置间的立体位置称为分子结构称为分子结构, 表示这种分子结构的图表示这种分子结构的图式称为式称为结构式结构式。 26 分子的性质不仅取决于组成元素的性质和数量，分子的性质不仅取决于组成元素的性质和数量，而且也取决于分子的结构式。例如而且也取决于分子的结构式。例如:27分子结构通常用结构式表示结构式是表示分子分子结构通常用结构式表示结构式是表示分子结构的化学式，一般使用的结构式有短线式，缩简式结构的化学式，一般使用的结构式有短线式，缩简式和键线式三种：和键

19、线式三种：hchhchhchhchhchhhch3ch2ch2ch2ch3chhchhchc hhhch3ch2chch2h chhchhchho hch3ch2ch2ohohh chhchhchhcoohch3ch2ch2coohcooh28说明说明：分子结构通常包括组成分子的分子结构通常包括组成分子的原子彼此之间的原子彼此之间的连接顺序连接顺序，以及各原子在，以及各原子在空间的相对位置空间的相对位置。即分子结构包括即分子结构包括连接连接29分子结构中的空间相分子结构中的空间相对位置。而对位置。而分子结构中的空间相对分子结构中的空间相对位置。位置。注：注：301.4.2 313、键能和键离解

20、能：、键能和键离解能： ch4ch3+ h.-435.1kj/molch3ch2+ h.-443.5kj/molchch2+ h.-443.5kj/molcch+ h .-338.9kj/mol 所以，甲烷分子中所以，甲烷分子中c-h键的键能为键的键能为415.3kj/mol键能反映共价键的强度，键能愈大，键愈牢固。键能反映共价键的强度，键能愈大，键愈牢固。 断裂或形成一个共价键所需要的能量称之为断裂或形成一个共价键所需要的能量称之为键的键的离解能离解能。键能则泛指多原子分子中几个同类型键的离。键能则泛指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值。解能的平均值。32、共价键的极性、共价键的极性非

21、极性共价键非极性共价键：相同原子形成共价键，成键电子云：相同原子形成共价键，成键电子云 平均分布在两原子之间。如：平均分布在两原子之间。如：h-h极性共价键极性共价键： 不同原子形成共价键，成键电子云不同原子形成共价键，成键电子云 分布不对称。分布不对称。hcl+- 有机化合物中化学键极性大小取决于成键两原子有机化合物中化学键极性大小取决于成键两原子的电负性差值，差值越大，极性越大。的电负性差值，差值越大，极性越大。 常用一个箭头表示极性键，常用一个箭头表示极性键， 由正电荷指向负电荷。由正电荷指向负电荷。33偶极矩（偶极矩（）：）：= q d式中：式中： 表示偶极矩，单位（库仑表示偶极矩，单

22、位（库仑.米）米）“c.m” ；q表示正电中心或负电中心所带电荷；表示正电中心或负电中心所带电荷；d表示两电荷之间的距离表示两电荷之间的距离偶极矩是一个向量。如：偶极矩是一个向量。如：clcclclclclchhh=0=6.2410-30c.m5、偶极矩、偶极矩341.4.3共价键的断裂和有机反应类型共价键的断裂和有机反应类型abab. .+abab. .+-+ 均裂均裂异裂异裂 1、均裂（、均裂（homolysis): 成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团，成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团，均裂产生具有未成对的原子或基团，称为自由基（或均裂产生具有未成对的原子或基团，称为自由基（

23、或游离基）。游离基）。 2、异裂（、异裂（heterolysis): 成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所占有，形成正负离子。团所占有，形成正负离子。35abab. .+abab. .+-+均裂均裂异裂异裂有机反应类型有机反应类型1、自由基型反应、自由基型反应:(产生自由基产生自由基)(产生正负离子产生正负离子)2、离子型反应、离子型反应: 反应条件反应条件: 光、热或过氧化物光、热或过氧化物根据试剂类型分为：根据试剂类型分为： 亲电反应和亲核反应亲电反应和亲核反应 3、协同反应、协同反应: 反应过程中旧键的断裂和新键的生成同时进行，反应

24、过程中旧键的断裂和新键的生成同时进行， 无活性中间体生成。无活性中间体生成。 36有有 机机 反反 应应自由基反应自由基反应 自由基取代自由基取代自由基加成自由基加成 离子型反应离子型反应协同反应协同反应亲电反应亲电反应亲核反应亲核反应亲电取代亲电取代亲电加成亲电加成亲核取代亲核取代亲核加成亲核加成371.5 有机化学中的酸碱概念有机化学中的酸碱概念1.5.1 arrhenius（阿伦尼乌）酸碱理论（阿伦尼乌）酸碱理论酸是在酸是在水溶液水溶液中能电离产生中能电离产生h+的物质；的物质；碱是在碱是在水溶液水溶液中能电离产生中能电离产生oh-的物质。的物质。 381.5.2brnsted（布朗斯特

25、）质子论布朗斯特）质子论 凡是能给出质子的物质为酸，而能与质子结合的凡是能给出质子的物质为酸，而能与质子结合的物质即为碱。酸放出质子后产生该酸的共轭碱，同样物质即为碱。酸放出质子后产生该酸的共轭碱，同样碱结合质子后形成该碱的共轭酸。例如：碱结合质子后形成该碱的共轭酸。例如：ch3coohch3coo-+h+ch3ch2ohch3ch2o-+h+h2ooh-+h+nh4+nh3+h+酸碱391.5.3 lewis（路易斯）电子对理论（路易斯）电子对理论酸是电子对的接受体，能接受电子对的物质是酸是电子对的接受体，能接受电子对的物质是lewis酸酸 lewis酸（如：酸（如：h+、bf3、 so3、

26、alcl3、zncl2、sncl2、r+、 no2+等）都是缺电子的酸性试剂，能接等）都是缺电子的酸性试剂，能接受外来电子对，具有亲电性，称为受外来电子对，具有亲电性，称为亲电试剂亲电试剂。由亲电试剂进攻导致的反应，由亲电试剂进攻导致的反应，称为称为亲电反应亲电反应40碱是电子对的给予体，能给出电子对的物质是碱是电子对的给予体，能给出电子对的物质是lewis碱碱 lewis碱（如：碱（如：oh-、x-、cn-、no3-、ro-，r-，nh3，rnh2等）都是富电子的碱性试剂，有进攻碳都是富电子的碱性试剂，有进攻碳核（核（c+），给出电子对的倾向，称为亲核试剂。），给出电子对的倾向，称为亲核试剂

27、。由亲核试剂进攻导致的反应，由亲核试剂进攻导致的反应，称为称为亲核反应亲核反应41 有机化学有机化学是化学学科中占有绝对重要地位的是化学学科中占有绝对重要地位的一门主要基础课。而且随着科学和技术的发展，有机一门主要基础课。而且随着科学和技术的发展，有机化学与各个学科之间的互相渗透，互相依赖，互相促化学与各个学科之间的互相渗透，互相依赖，互相促进在不断地深入。因此有机化学不仅是现代有机化学进在不断地深入。因此有机化学不仅是现代有机化学工业发展的基础，同时也是生物化学、生命科学、药工业发展的基础，同时也是生物化学、生命科学、药物化学、食品化学、材料化学（特别是高分子材料）物化学、食品化学、材料化学（特别是高分子材料）赖以发展的基础。有机化学的基本原理和方法已成为赖以发展的基础。有机化学的基本原理和方法已成为众多相关学科的必备基础。众多相关学科的必备基础。1.6 学习有机化学的重要性学习有机化学的重要性421、 2、 有机化学与人类的衣食住行息息相关；有机化学与人类的衣食住行息息相关；3、有机