傅建熙 有机化学 第一章 绪论

1、石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院湖北工程学院化学与材料科学学院湖北工程学院化学与材料科学学院第一章第一章 绪论绪论 第一节：有机化学的研究对象第一节：有机化学的研究对象第二节：有机化合物的特性第二节：有机化合物的特性第三节：有机化合物中的化学键第三节：有机化合物中的化学键第四节：有机化合物的结构式及其表示方法第四节：有机化合物的结构式及其表示方法第五节：有机化学中的官能团和有机化合物的分类第五节：有机化学中的官能团和有机化合物的分类教学目的教学目的1. 了解有机化化学的研究对象和有机化合物的特殊性质。了解有机化化学的研究对象和有机化合物的特殊性质。2. 掌握有机化合物的结构表示方法

2、掌握有机化合物的结构表示方法（电子式、结构式和结构简式电子式、结构式和结构简式）和有机化和有机化合物的分类方法合物的分类方法，并，并认识认识常见的常见的有机官能团和能给单官能团有机化合物分类。有机官能团和能给单官能团有机化合物分类。3.了解价键理论了解价键理论，掌握杂化轨道概念，能判别简单有机物分子中碳原子的杂掌握杂化轨道概念，能判别简单有机物分子中碳原子的杂化类型。化类型。4. 熟悉有机化合物分子中化学键：熟悉有机化合物分子中化学键：键、键、键的特点、偶极矩和酸碱电子理键的特点、偶极矩和酸碱电子理论，了解有机物结构特点与一般理化性质的关系；论，了解有机物结构特点与一般理化性质的关系；教学重点

3、教学重点有机物的结构表示方法、杂化轨道理论及有机物分类方法。有机物的结构表示方法、杂化轨道理论及有机物分类方法。教学难点教学难点杂化轨道理论、价键理论杂化轨道理论、价键理论、键、键、键的特点。键的特点。 早期人们将自然界中的物质分成三大类：早期人们将自然界中的物质分成三大类：动物质：动物质：有生机叫有机物，靠生命力产生有生机叫有机物，靠生命力产生植物质：植物质：有生机叫有机物，靠生命力产生有生机叫有机物，靠生命力产生矿物质：矿物质：无生机叫无机物，靠化学力结合无生机叫无机物，靠化学力结合第一节：有机化学的研究对象第一节：有机化学的研究对象( (Vitalism)NH2CNH2ONH4CNO+-

4、inorganicorganic维勒实验的意义：维勒实验的意义：摧毁了摧毁了“生命力生命力”学说，使得有机化学说，使得有机化学作为一门科学由此应运而生。学作为一门科学由此应运而生。获得有机物的方法获得有机物的方法：获得有机物的数量获得有机物的数量：由极少数到大量由极少数到大量由单一的生物法、分离法发展到了人工由单一的生物法、分离法发展到了人工合成法合成法 有机化学（有机化学（Organic Chemistry） 研究研究有机化合物有机化合物的结构和性质的科学的结构和性质的科学 有机化合物有机化合物 含碳的化合物含碳的化合物（碳氢化合物及其衍生物）碳氢化合物及其衍生物）HCNOFPSClBrIS

5、iB有机化合物中常见的元素有机化合物中常见的元素什么是有机化学？什么是有机化学？有机化合物是什么？有机化合物是什么？1.从组成上看从组成上看 （1）组成简单）组成简单 由由C、H、O、N、S、P等元素组成。等元素组成。 （2）结构复杂）结构复杂 维生素维生素B B1212的分子式为的分子式为C C6363H H9090O O1414N N1414PCoPCo。 （3）数量繁多）数量繁多 碳碳之间可以成链、成环，同分异构相当普遍。碳碳之间可以成链、成环，同分异构相当普遍。 第二节：有机化合物的特性第二节：有机化合物的特性维生素维生素B12B12结构式结构式2. 从物性上看从物性上看（1）熔沸点低

6、）熔沸点低 原因：分子间的作用力是范德华力。原因：分子间的作用力是范德华力。（2）难溶于水）难溶于水 原因：分子的极性比较小。原因：分子的极性比较小。3. 从化性上看从化性上看 （1）容易燃烧）容易燃烧 原因：有机物中含有容易燃烧的碳氢元素。原因：有机物中含有容易燃烧的碳氢元素。 （2）反应缓慢，并有副反应）反应缓慢，并有副反应 原因：分子间反应，反应的部位较多。原因：分子间反应，反应的部位较多。 故有机产物的分离纯化工作难度较大。故有机产物的分离纯化工作难度较大。一、价键理论一、价键理论l 成键的两原子各有一未成对电子通过电子配对而形成一成键的两原子各有一未成对电子通过电子配对而形成一个个共

7、价键共价键。 第三节：有机化合物中的共价键第三节：有机化合物中的共价键共价键的饱和性：共价键的饱和性：形成的共价键数与原子的成形成的共价键数与原子的成单电子数相同。单电子数相同。共价键的方向性：共价键的方向性：成键电子的原子轨道发生重成键电子的原子轨道发生重叠时，总是尽可能最大程度的重叠。叠时，总是尽可能最大程度的重叠。l 价键理论要点价键理论要点N原子各有三个单电子原子各有三个单电子 ， px py pz故故N2，NH3分分 子中有三个共价键。子中有三个共价键。 +1sz+3pzzz共价键饱和性共价键饱和性共价键方向性共价键方向性以以 HCl 为例为例二、碳原子轨道的杂化二、碳原子轨道的杂化

8、认识碳原子认识碳原子杂化与杂化轨道杂化与杂化轨道：杂化是指在形成分子时，由于原子间的相互：杂化是指在形成分子时，由于原子间的相互影响，若干不同类型而能量相近的原子轨道混合起来，重新组影响，若干不同类型而能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道的过程。所形成的新轨道称为杂化轨道。合成一组新轨道的过程。所形成的新轨道称为杂化轨道。2p 2s 1s 能能 量量2p 2s 1s 基态基态激发态激发态杂化态杂化态 碳原子的杂化碳原子的杂化 sp3杂化杂化 sp2杂化杂化 sp杂化杂化 杂化类型杂化类型 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组4个

9、个sp3轨道轨道C: 1s22s22p2109.5o1、sp3杂化杂化（例如（例如CH4 ）b). sp3 杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四面体型，轨道夹杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四面体型，轨道夹角角10928。 sp3 杂化又称为正四面体杂化。杂化又称为正四面体杂化。 a). 能量相等，成分相同（能量相等，成分相同（1/4s轨道和轨道和3/4p轨道）；轨道）；特特 点点HCHHH 键(sp3-s)HCHH 键(sp3-s)HCHH 键(sp3-sp3)HCHHCl 键(sp3-p)l 甲烷甲烷(CH4)的的 成键示意成键示意CHHHHCHHHH轴对称方式交叠轴对称方式交叠 2s

10、2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组 3个个sp2轨道轨道 2pz120o 2、sp2杂化杂化（例如：（例如：CH2=CH2） a). 杂化轨道成分：杂化轨道成分：1/3s轨道和轨道和2/3p轨道；轨道； b). 杂化轨道呈平面三角形，夹角杂化轨道呈平面三角形，夹角120。未杂化。未杂化2p轨道垂直轨道垂直于这一平面。于这一平面。特特 点点l 乙烯乙烯(CH2=CH2)的成键示意的成键示意Csp2轨道p轨道C+HHHHCHHp轨道CHHCCHHHH 键(sp2-s) 键(sp2-sp2) 键 (p-p)CCHHHCH3 键(sp2-sp3)OCH

11、CH3 键(sp2-sp2) 键 (p-p)键键 侧面交叠侧面交叠（电子云结合较松散）（电子云结合较松散） 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组sp 2py 2pz180o3、sp杂化杂化（例如（例如CH CH） a). 杂化轨道成分：杂化轨道成分：1/2s轨道和轨道和1/2p轨道；轨道； b). 杂化轨道呈直线型，夹角杂化轨道呈直线型，夹角180。另两个未杂化。另两个未杂化2p轨道与轨道与这一直线两两垂直。这一直线两两垂直。特特 点点l乙炔乙炔(CH CH)的成键示意的成键示意:Csp轨道py+HHCHCHpzCpypzCCHH 键(sp

12、-s) 键(sp-sp)2 键 (p-p) 键 (sp-sp2)CCH3CCHCH2杂化轨道理论小结杂化轨道理论小结杂化轨道类型杂化轨道类型杂化轨道数目杂化轨道数目成键情况成键情况空间构型空间构型sp3 杂化杂化4四个四个键键正四面体正四面体sp2 杂化杂化3三个三个键，一个键，一个键键平面三角形平面三角形sp 杂化杂化2两个两个键，两个键，两个键键直线型直线型三、三、键和键和键的电子结构及其反应性能键的电子结构及其反应性能按共用电子对数目不同按共用电子对数目不同按成键原子轨道的方向不同按成键原子轨道的方向不同键键键键单键单键重键重键 成键类型成键类型单键（一个单键（一个 键）键）双键（一个双

13、键（一个 键，一个键，一个 键）键）叁键（一个叁键（一个 键，两个键，两个 键）键）1. 键键 原子轨道沿着键轴方向以原子轨道沿着键轴方向以“头碰头头碰头”的方式的方式 重叠。重叠。（成键的两个原子核间的连线称为键轴）（成键的两个原子核间的连线称为键轴）1). “头碰头头碰头”成键，电子云近似圆柱形分布；成键，电子云近似圆柱形分布；2). 键可以旋转；键可以旋转；3). 键较稳定，存在于一切共价键中。键较稳定，存在于一切共价键中。因而，只含有因而，只含有键的化合物性质是比较稳定的（烷烃）。键的化合物性质是比较稳定的（烷烃）。键的成键特点：键的成键特点： 在乙烯分子中，碳原子采取在乙烯分子中，碳

14、原子采取sp2 杂化。另有一个杂化。另有一个p轨道不参与轨道不参与杂化，而形成另一类型的共价键杂化，而形成另一类型的共价键键。键。2. 键键原子轨道沿着键轴方向以平行或的原子轨道沿着键轴方向以平行或的 “肩并肩肩并肩”的方式的方式 重叠重叠 。 未杂化的未杂化的p轨道可以轨道可以“肩并肩肩并肩”平行重叠成键，形成平行重叠成键，形成键。键。构成构成键的电子叫做键的电子叫做电子。电子。1). “肩并肩肩并肩”成键；成键；2). 电子云重叠程度不及电子云重叠程度不及键，较活泼；键，较活泼；3). 键必须与键必须与键共存；键共存；4). 键不能自由旋转。键不能自由旋转。因而，具有因而，具有键的化合物性

15、质较活泼（烯烃、炔烃等）。键的化合物性质较活泼（烯烃、炔烃等）。键的成键特点：键的成键特点：四、共价键的属性四、共价键的属性1、键长、键长2、键能、键能3、键角、键角4、键的极化和极化作用、键的极化和极化作用是决定分子物理性质和化学性是决定分子物理性质和化学性质的重要因素。质的重要因素。（1）均裂）均裂 在共价键断裂时，如果两个成键原子共用的电子在共价键断裂时，如果两个成键原子共用的电子对均等地被分配，这种断裂方式称为均裂。均裂生成对均等地被分配，这种断裂方式称为均裂。均裂生成的单电子原子或原子团叫做自由基或游离基。的单电子原子或原子团叫做自由基或游离基。通过自由基进行的反应叫通过自由基进行的

16、反应叫自由基反应自由基反应。A BAB+均裂自由基自由基五、共价键的均裂和异裂五、共价键的均裂和异裂（2）异裂）异裂 在共价键断裂时，如果两个成键原子共用的电子在共价键断裂时，如果两个成键原子共用的电子对完全地转移给一方，这种断裂方式称为异裂。异裂对完全地转移给一方，这种断裂方式称为异裂。异裂生成正负离子。生成正负离子。通过离子而进行的反应，叫通过离子而进行的反应，叫离子型反应离子型反应。A B+A+B-异裂第四节第四节 有机化合物的结构式及其表示方法有机化合物的结构式及其表示方法思考思考：H2O水水 C2H6O乙醇乙醇C2H6OCH3CH2OH乙醇乙醇CH3OCH3二甲醚二甲醚结论结论：单用

17、分子式不能完全表示某些有机化合物。：单用分子式不能完全表示某些有机化合物。为什么不同物质会有同一分子式？为什么不同物质会有同一分子式？一、同分异构体一、同分异构体分子式相同而结构不同的化合物称为同分异构体。分子式相同而结构不同的化合物称为同分异构体。CCCCHHHHHHHHHH键键线线式式H2CH2CCH2CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3CH3CCCCC不不正正确确的的表表达达方方式式H3CCHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH3H2CH2COCH2CH2O二、化学结构式的写法二、化学结构式的写法结构简式结构简式价线式价线式第五节：有机化学中的官能团和有机化合物分类第五节：有机化

18、学中的官能团和有机化合物分类一、有机化合物分子中的官能团（一、有机化合物分子中的官能团（functional groups）官能团：官能团：决定一类化合物主要化学性质的特殊原子团。见表决定一类化合物主要化学性质的特殊原子团。见表13如：双键（如：双键（C=C）和三键（）和三键（-CC-）决定了化合物具有亲电加成）决定了化合物具有亲电加成（溴水褪色）、氧化等性质（高锰酸钾褪色）。（溴水褪色）、氧化等性质（高锰酸钾褪色）。 羟基（羟基（-OH）：说明化合物表现出一定的酸性）：说明化合物表现出一定的酸性： 1、 按碳架分类按碳架分类二、有机化合物的分类二、有机化合物的分类 2、按有机官能团分类、按有机官能团分类 还原还原硝基苯硝基苯C6H5NO2硝基化合物硝基化合物亲核加成亲核加成乙腈乙腈 CH3C N腈化物腈化物碱或亲核试剂碱或亲核试剂乙胺乙胺CH3CH2NH2胺胺亲核取代、消除亲核取代、消除氯乙烷氯乙烷CH3CH2Cl芳香亲电取代芳香亲电取代苯苯芳烃芳烃亲电加成亲电加成丁二烯丁二烯CH2=CHCH=CH2二烯二烯亲电加成亲电加成乙炔乙炔HC CH炔烃炔烃亲电加成亲电加成乙烯乙烯CH2=CH2烯烃烯烃自由基取代自由基取代乙烷乙烷CH3CH3烷烃烷烃典型反应类型典型反应类型名称名称举例举例开环开环环氧乙烷环氧乙