第1章绪论

1、第 1 章 绪 论内容提要：1 有机化学是一门是什么样的学科？2 学习有机化学应具备哪些基础知识？3 本学科研究和解决问题的基本方法和步骤？4 怎样才能学好有机化学？ 【本章重点【本章重点】 结构理论；结构理论； 分类方法；分类方法； 反应类型。反应类型。18061806年，瑞典化学家年，瑞典化学家J. Berzelius (J. Berzelius (伯齐利厄斯）伯齐利厄斯）定义有机化合物是：生物体中的物质。定义有机化合物是：生物体中的物质。有机化合物是具有有机化合物是具有“生机生机”的物质，他的产生只能借助的物质，他的产生只能借助所谓的所谓的“生命力生命力”作用不可，用人工的方法在实验室里

2、作用不可，用人工的方法在实验室里是不能合成制取的，当然更不能用无机物来制取有机物，是不能合成制取的，当然更不能用无机物来制取有机物，二者是互不联系的。二者是互不联系的。 - - “生命力生命力” “” “vital force”vital force”学说学说 1828年，德国化学家魏勒年，德国化学家魏勒(Whler,F.)制得尿素：制得尿素：1845年，柯尔伯年，柯尔伯(H.kolber) 制得醋酸；制得醋酸；1854年，柏赛罗年，柏赛罗(M.berthelot)合成油脂类化合物；合成油脂类化合物；尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；.NH4OCNCO(NH2

3、)2这预示着什么呢？这预示着什么呢？物质物质= =无机化合物无机化合物+ +有机化合物有机化合物在实验室中可以人工合成有机化合物在实验室中可以人工合成有机化合物有机化合物和无机化合物无明显的界限有机化合物和无机化合物无明显的界限摆脱了生命力学说的桎梏，开创了有摆脱了生命力学说的桎梏，开创了有机化学的新时代机化学的新时代 2. 2. 有机化合物有机化合物 3. 3. 有机化学有机化学碳化合物；碳化合物；碳氢化合物及其衍生物。碳氢化合物及其衍生物。正确理解和应用正确理解和应用“有机有机”一词！一词！美国医学家、诺贝尔奖获得者考贝尔认为：“人类的形态行为等都是由一系列各负其责的化学反应来决定的”，“

4、生命的许多方面都可用化学语言来表达，这是一个真正的世界语” ，“把生命理解成化学”。生命科学中的化学问题已成为当今化学科学的重大前沿课题之一，是21世纪科学发展的一个趋向。当代有机化学发展的趋势：与生命科学的结合当代有机化学发展的趋势：与生命科学的结合1.3 1.3 有机分子结构与共价键有机分子结构与共价键结构理论：原子如何结合在一起形成分结构理论：原子如何结合在一起形成分 子的构架。子的构架。 结构理论研究内容：分子的组成、分子中结构理论研究内容：分子的组成、分子中原子相互结合的顺序和方式；价键结构、原子相互结合的顺序和方式；价键结构、分子中电子云分布；立体形象和分子中原分子中电子云分布；立

5、体形象和分子中原子或原子团之间子或原子团之间的的相互影响等。相互影响等。 结构（结构（structure）：）：指分子间各原子的相互连接指分子间各原子的相互连接的顺序，成键的状态及彼此间的空间关系，包的顺序，成键的状态及彼此间的空间关系，包括分子的括分子的构造（构造（constitution) )、构型、构型（configuration）和构象）和构象( (conformation）构造：组成分子的原子或基团相互连接的顺序构造：组成分子的原子或基团相互连接的顺序CH3CH2CH2CH3 CH3CH3CHCH3构型：构型：组成分子的原子或基团的固有空组成分子的原子或基团的固有空间排列，其排列状态

6、的改变，必须靠共间排列，其排列状态的改变，必须靠共价键的断裂和新的共价键的形成；价键的断裂和新的共价键的形成；C=CHH3CHCH3C=CHH3CHCH3构象构象：组成分子的原子或基团的相对空间排列，：组成分子的原子或基团的相对空间排列，其排列状态可因化学键的转动而复原；其排列状态可因化学键的转动而复原；离子键：绝大多数无机物离子键：绝大多数无机物共价键：绝大多数有机物共价键：绝大多数有机物分子间作用力：范德华力分子间作用力：范德华力化学键化学键原因：碳元素位于周期表原因：碳元素位于周期表A族族许多有机化合物在常温下是气体，许多有机化合物在常温下是气体，液体。常温下是固体的有机化合物液体。常温

7、下是固体的有机化合物熔点也比较低，通常小于熔点也比较低，通常小于400400，而固体无机化合物则很高，通常在而固体无机化合物则很高，通常在千度左右。千度左右。 熔点低熔点低有机化合物的特点有机化合物的特点 可燃性可燃性难溶解于水，容易溶解于有机物难溶解于水，容易溶解于有机物水是一种极性很强，介电常数很大的液水是一种极性很强，介电常数很大的液体，而有机化合物一般极性比较弱体，而有机化合物一般极性比较弱反应速率慢，而且反应的副产物多反应速率慢，而且反应的副产物多 CH3CHCH3 + Cl2 CH3CHCH2Cl + CH3CCH3光照室温CH3CH3CH3Cl64%36%数目庞大数目庞大 目前，

8、美国的化学文摘收录的自然界得到的和目前，美国的化学文摘收录的自然界得到的和人工合成的化合物数目已经达到人工合成的化合物数目已经达到80008000万种，其万种，其中中90%90%为有机化合物。为有机化合物。原因？原因？无机化合物多数由几个原子所形成，而无机化合物多数由几个原子所形成，而有机化合物则复杂得多。有机化合物则复杂得多。结构复杂结构复杂现在，有机化学几乎使我狂热。对我来说，它现在，有机化学几乎使我狂热。对我来说，它看来像是一个原始的热带森林，充满着最诱人看来像是一个原始的热带森林，充满着最诱人的东西；也像是一个可怕的无穷尽的丛林，看的东西；也像是一个可怕的无穷尽的丛林，看来似乎无路可走

9、，因而使人不敢入内。来似乎无路可走，因而使人不敢入内。 1835年年魏勒魏勒(Whler,F.)在日记中写到：在日记中写到： 指引图？指引图？1.共价键的类型：共价键的类型：和和键键键键键键存在的情况存在的情况可以单独存在可以单独存在必须与必须与 键共存键共存存在于任何共价键中存在于任何共价键中仅存在于不饱和键中仅存在于不饱和键中键的形成情况键的形成情况成键轨道沿轴向在直线上相互重叠成键轨道沿轴向在直线上相互重叠成键轨道对称轴平行从侧面重叠成键轨道对称轴平行从侧面重叠电子云的分布情况电子云的分布情况两原子核的连线上，呈圆柱形分布两原子核的连线上，呈圆柱形分布在在 键所在平面的上下两方，呈块状分

10、布键所在平面的上下两方，呈块状分布 键有一个对称轴，轴上电子云密度最键有一个对称轴，轴上电子云密度最大。大。只有对称面，对称面上的电子云密度最只有对称面，对称面上的电子云密度最小（小（=0）键的性质键的性质键能：键能：较大较大较小较小键的可极化度：键的可极化度：较小较小较大较大键的旋转：键的旋转：可相对的自由旋转可相对的自由旋转不能相对自由旋转不能相对自由旋转 基态基态 激发态激发态 杂化态杂化态 （1 1）spsp3 3杂化轨道：杂化轨道：sp32s2p2p2ssp3sp3杂化激发甲烷分子sp3杂化轨道碳原子的四个109.5. 基态基态 激发态激发态 杂化态杂化态 （2 2）spsp2 2杂

11、化轨道：杂化轨道：2s2p2ssp22p2p激发杂化sp2sp2杂化轨道：杂化轨道：120.psp2碳原子的sp2杂化轨道和pZZ轨道乙烯分子 基态基态 激发态激发态 杂化态杂化态 （3 3）spsp杂化轨道：杂化轨道：2s2p2p2s激发2pspspspsp杂化轨道：杂化轨道：乙炔分子sp杂化SPPzPy2.2.共价键的基本性质共价键的基本性质（1）键长：成键原子核间平衡距离 化合物 共价键 键长（nm)CH4CH3OHCH3ClCH3CH3CH2CH2CHCHCH3CH3COCHOClCCCCCCCCCO0.1090.1430.1760.1540.1340.1200.122（2）键角：两个

12、共价键在空间的夹角109 28 （3）键能和键的解离能 化合物 共价键 键能（kJ/mol)CH4CH3OHCH3ClCH3CH3CH2CH2CHCHCHOClCCCCCCCC416.5357.7338.9345.6610835.1化学键的极性：以键矩又称偶极矩（化学键的极性：以键矩又称偶极矩（ ）来量度。）来量度。 偶极矩是向量，带有方向性，一般以偶极矩是向量，带有方向性，一般以“ ”“ ”来表示，箭来表示，箭头表示从正电荷到负电荷的方向。头表示从正电荷到负电荷的方向。 多原子分子的偶极矩是分子中各个多原子分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的向量和。键的偶极矩的向量和。 HBr = 2.60

13、10-30C.mCHHClCl = 5.3410-30C.m（4）键的极性与键的极化性：）键的极性与键的极化性：键的极化性键的极化性：键的极化性是共价键在外电场的键的极化性是共价键在外电场的作用下，使键的极性发生变化。键的极化性用作用下，使键的极性发生变化。键的极化性用键的极化度来度量，其大小除与成键原子的体键的极化度来度量，其大小除与成键原子的体积、电负性和键的种类有关外，还与外电场强积、电负性和键的种类有关外，还与外电场强度有关，是度有关，是暂时暂时的性质。的性质。H-FH-ClH-BrH-ClH-BrH-I键的极性和极化性键的极性和极化性反映了分子的化学反反映了分子的化学反应活性，并影响

14、它们的物理性质。应活性，并影响它们的物理性质。键长与键角键长与键角反映了分子的空间形象。反映了分子的空间形象。键能键能反映了键的强度，即分子的热稳定性。反映了键的强度，即分子的热稳定性。小结小结：1.4.1 1.4.1 有机有机化合化合物的物的分类分类1.按碳架分类按碳架分类链形化合物链形化合物环形化合物环形化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物)碳环化合物碳环化合物杂环化合物杂环化合物芳芳环环化化合合物物脂脂环环化化合合物物脂脂杂杂环环化化合合物物芳芳杂杂环环化化合合物物2.2.按官能团分类按官能团分类分子中有较高活性，容易发生反应的原子或分子中有较高活性，容易发生反应的原子或者基团。代表着化合物

15、的主要结构的特征，者基团。代表着化合物的主要结构的特征，决定着化合物的主要性质。决定着化合物的主要性质。表示分子构造的化学式叫做表示分子构造的化学式叫做构造式。构造式。 无机化合物无机化合物：一个分子式只代表一个化合物，如：一个分子式只代表一个化合物，如：H2SO4 只代表硫酸。只代表硫酸。 有机化合物有机化合物：一个分子式可代表多个化合物，如：一个分子式可代表多个化合物，如：C2H5O 即代表乙醇又代表甲醚。即代表乙醇又代表甲醚。1.4.2 有机化合物构造式的表示方法有机化合物构造式的表示方法有机化合物构造式的表示方法通常有：有机化合物构造式的表示方法通常有： H:C:C:C:C H:H H

16、 H HH H H H路易斯构造式凯库勒凯库勒 (古柏尔古柏尔) 式式 C CCCHHH HHHH HHH实线式或价键式CH3CH2CH2CH3CH3(CH2)2CH3或构造简式或示性式骨架式或碳架式CCH2CH3CH(CH3)2CH3CH2CH(CH3)3CCH(CH3)(CH2)2CH(CH3)2(CH3)2CHCCHCH2CH(CH3)2CH3较常用的为较常用的为构造简式构造简式和和骨架式或碳架式骨架式或碳架式。如：。如：1.5 1.5 有机化学反应类型及条件有机化学反应类型及条件 均裂均裂 XY.X.+Y.能 量带有一个或几个未配对电子的呈电中性的原子或基带有一个或几个未配对电子的呈电

17、中性的原子或基团，称为自由基或游离基团，称为自由基或游离基(free radical group)1. 发生键均裂的反应，称为发生键均裂的反应，称为均裂反应均裂反应 or 自由自由基型反应基型反应均裂反应一般在光、热或过氧化物的作用下进行均裂反应一般在光、热或过氧化物的作用下进行 常见的自由基反应有自由基取代和常见的自由基反应有自由基取代和自由基自由基加成反应加成反应 异裂异裂CYC+YCYC+Y碳负离子碳负离子（carbanion）碳正离子碳正离子（carbocation）2 .共价键异裂产生离子中间体的有机反应叫离子型反应。共价键异裂产生离子中间体的有机反应叫离子型反应。异裂反应一般在酸、

18、碱或极性介质中进行异裂反应一般在酸、碱或极性介质中进行离离子子中中间间体体 常见的离子型反应有常见的离子型反应有离子型离子型取代反应和取代反应和离子型离子型加成反应等加成反应等 有机反应的中间体：有机反应的中间体： C+CH3CH3CH3C.HHH(CH3)3C+的结构sp2sp3H3C 的结构CH3CH3HC.(CH3)2CH的结构.中间体的结构：中间体的结构：碳正离子和碳自由基碳正离子和碳自由基一般为一般为平面结构，平面结构，烷基烷基碳负离子碳负离子一般为棱锥型结构一般为棱锥型结构碳正离子、碳负离子和碳自由基均为高活性的物种，通碳正离子、碳负离子和碳自由基均为高活性的物种，通常称为活泼中间

19、体（常称为活泼中间体（active intermediateactive intermediate）。）。 有机酸碱概念有机酸碱概念 勃朗斯德酸碱理论勃朗斯德酸碱理论酸碱A- + H-B+A-H + B共轭碱 共轭酸质子的质子的给予体给予体质子的质子的接受体接受体 Lewis Lewis酸碱的定义：酸是能接受一对电酸碱的定义：酸是能接受一对电子形成共价键的物质；碱是可以提供一对子形成共价键的物质；碱是可以提供一对电子形成共价键的物质。也就是说：酸是电子形成共价键的物质。也就是说：酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体电子对的接受体，碱是电子对的给予体Lewis酸碱理论酸碱理论如：如：BF3和和

20、AlCl3，由于硼和铝原子的外层都只有，由于硼和铝原子的外层都只有6个电个电子，可以接受一对电子形成稳定的八隅体结构子，可以接受一对电子形成稳定的八隅体结构负离子如负离子如RO-、RS-、OH-；还有；还有电子对、芳香化合物等电子对、芳香化合物等有机反应试剂类型：亲电试剂和亲核试剂有机反应试剂类型：亲电试剂和亲核试剂Lewis酸：酸：缺电子的分子、原子和正离子等缺电子的分子、原子和正离子等亲电试剂亲电试剂-在反应过程中接受电子的试剂在反应过程中接受电子的试剂Lewis碱：碱：具有孤电子对的化合物具有孤电子对的化合物NH3、R-O-R、RSH亲核试剂亲核试剂-能进攻反应物中带部分正电荷碳原子的试

21、剂能进攻反应物中带部分正电荷碳原子的试剂 1.6 1.6 研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物的一般步骤利用蒸馏、分馏、重结晶和色谱法去掉各种杂利用蒸馏、分馏、重结晶和色谱法去掉各种杂质，通过测定物理常数和色谱法检验纯度。质，通过测定物理常数和色谱法检验纯度。2.元素的定性和定量分析元素的定性和定量分析元素的定性分析通常用钠熔法，确定化合物分元素的定性分析通常用钠熔法，确定化合物分子的元素组成。再用燃烧法等测算出各元素子的元素组成。再用燃烧法等测算出各元素（常指（常指C C、H H、N N）的百分含量。）的百分含量。 经验式为分子中各元素原子的整数比，可从各经验式为分子中各元素原子的整数比，可从各元素的百分含量通过计算求出。化合物的分子元素的百分含量通过计算求出。化合物的分子式可用它的分子量除以经验式的式量求得。式可用它的分子量除以经验式的式量求得。3. 经验式和分子式的确定经验式和分子式的确定4. 有机化合物结构式的确定有机化合物结构式的确定由于有机化合物存在同分异构现象，所以必须由于有机化合物存在同分异构现象，所以必须确定其结构。确定结构式的方法有物理方法和确定其结构。确定结构式的方法有物理方法和