有机化学：第一章 绪论

1、 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组成、结构、性质的组成、结构、性质和变化规律的科学和变化规律的科学 有机化合物有机化合物 含碳的化合物含碳的化合物一一. . 有机化学和有机化合物有机化学和有机化合物HCNOFPSClBrISiB有机化合物中常见的元素有机化合物中常见的元素( (Vitalism)NH2CNH2ONH4CNO+-inorganicorganic1.2 1.2 有机化合物的特性有机化合物的特性（三）（三） 分子结构和结构式分子结构和结构式C C CCC C CCCCCCCCCC分子结构分子结构：指分子中原子的成键次序和键合方

2、式。指分子中原子的成键次序和键合方式。CHCHHHOHHCHOHHC HHH分子式：分子式：C2H6O沸点：沸点： 78.2 -231-丙醇丙醇环戊烷环戊烷短线式短线式 缩简式缩简式 键线式键线式脂肪族化合物常用缩简式、环状化合物常用键线式！脂肪族化合物常用缩简式、环状化合物常用键线式！CHCCHHOHHHHHCH3CH2CH2OHOHCCCCCHHHHHHHHHHH2CH2CCH2CH2CH21.4 共价键共价键共价键共价键(Covalent bonds)：由两个原子间共用一对电子产生的化学键由两个原子间共用一对电子产生的化学键C4 H+CHHHHCHHHHKecul 价键式价键式Lewis

3、 结构式结构式惰性气体惰性气体构型构型八隅体规则八隅体规则(Octet rule)最外层电子：最外层电子：H: 2 电子电子其它原子其它原子: 8 电子电子类似于氖的稳定结构类似于氖的稳定结构乙烯：乙烯：CHHCHHCCHHHH乙炔：乙炔：CHC HHCCHn价键理论价键理论 共价键：两个带有自旋反平行单电子轨道的交叠共价键：两个带有自旋反平行单电子轨道的交叠 （s s 键键 和和 p p 键）键） n 杂化轨道理论：成键之前原子轨道进行了重组杂化轨道理论：成键之前原子轨道进行了重组HCHHHCCHHHHCCHH(1) 价键理论价键理论(Valence bond theory)共价键的形成：是

4、成键原子的原子轨道共价键的形成：是成键原子的原子轨道 (电子云电子云)相互交盖的结果相互交盖的结果HH+H H=氢原子氢原子 轨道交盖轨道交盖 氢分子氢分子图图1.1 氢原子的氢原子的 s 轨道交盖形成氢分子轨道交盖形成氢分子 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个个sp3轨道轨道C: 1s22s22p2109.5oHCHHHs s 键(sp3-s)HCHHs s 键(sp3-s)HCHHs s 键(sp3-sp3)HCHHCls s 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

5、交叠 2s 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 2pz120ol 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CHHCCHHHHs s 键(sp2-s)s s 键(sp2-sp2)p p 键 (p-p)CCHHHCH3s s 键(sp2-sp3)OCHCH3s s 键(sp2-sp2)p p 键 (p-p)pp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 2p

6、z180ol乙炔乙炔(CH CH)的成键示意的成键示意:Csp轨道py+HHCHCHpzCpypzCCHHs s 键(sp-s)s s 键(sp-sp)2 p p 键 (p-p)s s 键 (sp-sp2)CCH3CCHCH2（1）键长）键长 指成键原子核之间的距离指成键原子核之间的距离一些共价键的键长一些共价键的键长共价键的属性共价键的属性共价键共价键键长/nm键长/nmC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C0.1540.1470.1430.1410.1090.1770.2120.1340.1200.191甲烷甲烷C-HC-H键键能（键键能（414kJ.mol-1)

7、414kJ.mol-1)是上述解离能的平均值。是上述解离能的平均值。（2）键能）键能 指成键时体系吸收的能量或断键时体系指成键时体系吸收的能量或断键时体系吸收的能量。吸收的能量。多原子分子键能通常是键的解离能平多原子分子键能通常是键的解离能平均值。均值。CH4CH3HEd(CH3H)= 423 kJ.mol-1CH3CH2HEd(CH2H)= 439 kJ.mol-1CH2CHHEd(CHH)= 448 kJ.mol-1CHCHEd(CH)= 347 kJ.mol-1一些共价键的键能一些共价键的键能共价键共价键键能/kJ.molC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C3

8、47305360485414339218611837285键能/kJ.mol-1-1化学环境不同的相同共价键的键能是有差异的！化学环境不同的相同共价键的键能是有差异的！（3）键角）键角乙醚乙醚戊烷戊烷甲烷甲烷指键与键之间的夹角。指键与键之间的夹角。CHHHH109.5o109.5oO104oCOHH118o121o甲醛甲醛当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（电荷（- -）；电负性小的原子带有部分负电荷）；电负性小的原子带有部分负电荷（+ +）。键的极性强弱用偶极矩（）。键的极性强弱用偶极矩（）来衡量，它是）来衡量，它是部分电荷与电荷

9、之间距离的乘积：部分电荷与电荷之间距离的乘积： =q.d=q.d（C.m)C.m)，+ + - - （4）键的极性）键的极性HClHCl=3.57x10=3.57x10-30-30（C.m)C.m)多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和=0 0（C.m)C.m)= =6.47x106.47x10-30-30（C.m)C.m)= =3.28x103.28x10-30-30（C.m)C.m)CClClHHCClHHHCClClClCl 偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零的分子偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零的分子是极性分子；偶极矩越大

10、，分子极性越强。是极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。诱导效应诱导效应(Inductive effect)：CH3CH2CH2CH2Cl1234详见第三章详见第三章2.3.2(2)(c);第十二章第十二章 12.6.1 由于分子内成键原子的电负性不同，由于分子内成键原子的电负性不同，而引起分子内电子云分布不均匀。这种而引起分子内电子云分布不均匀。这种影响沿分子链键静电诱导地传递下去，影响沿分子链键静电诱导地传递下去，这种电子效应这种电子效应诱导效应诱导效应(I)有机反应的本质：有机反应的本质： 旧键的断裂和新键的生成旧键的断裂和新键的生成反应物反应物(Reactants) CC+ BrBrCC

11、Br BrCCl41.4.3 共价键的断裂和有机反应的类型共价键的断裂和有机反应的类型有机反应有机反应(Organic Reactions):产物产物(A Product)溶剂溶剂底物底物(A substrate)试剂试剂(A Reagent) 共价键断裂的方式：共价键断裂的方式：异裂异裂(Heterolytic bond cleavage) (Polar):C LC+ LC+ L均裂均裂(Homolytic bond cleavage)(Radical) :R LR + L自由基自由基(Radicals)碳正离子碳正离子(A carbocation)碳负离子碳负离子(A carbanion)

12、有机反应活性中间体：有机反应活性中间体： 碳正离子、碳负离子、自由基碳正离子、碳负离子、自由基1.5 分子间相互作用力分子间相互作用力1.5.1 偶极偶极-偶极相互作用偶极相互作用偶极偶极-偶极相互作用：偶极相互作用： 一个极性分子带有部分正电荷的一端一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一个分子带有部分负电荷的一端之间与另一个分子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用。的吸引作用。-HClHCl-HClClH极性分子之间的一种相互作用极性分子之间的一种相互作用-1.5.2 van der Waals 力力非极性分子之间存在的吸引力非极性分子之间存在的吸引力van der Waals (范德华范德华

13、)力：力： 瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引。区域彼此吸引。1.5.3 氢键氢键(Hydrogen bonds)HY (Y: N,O,F等等原原子子) )Y: 电负性很强，原子半径较小电负性很强，原子半径较小H3COHOCH3H两个甲醇分子之间形成的氢键：两个甲醇分子之间形成的氢键：分子间作用力大小顺序为：分子间作用力大小顺序为：氢键氢键 偶极偶极-偶极吸引力偶极吸引力 van der Waals力力 1.7 有机化合物的分类有机化合物的分类1.7.1 按碳骨架分类按碳骨架分类有有机机化化合合物物(1)开链化合物开链化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物)

14、 (Aliphatic compounds)C原子连接成链状原子连接成链状(2) 脂环脂环(族族)化合物化合物(Cyclic compounds)C原子连接成环状原子连接成环状(3) 芳香族化合物芳香族化合物(Aromatic compounds)含有芳环结构含有芳环结构(4) 杂环化合物杂环化合物(Heterocyclic compounds)含有由含有由C原子和其它原子原子和其它原子(如，如，O,N,S)连接成环的化合物连接成环的化合物CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CCHCH3CH2OH乙烷乙烷 1-丁烯丁烯 丙炔丙炔 乙醇乙醇开链化合物：开链化合物：脂环化合物：脂环化合物：OH

15、环己烷环己烷 环戊二烯环戊二烯 环辛烯环辛烯 环己醇环己醇芳香族化合物：芳香族化合物：OHCl苯苯 萘萘 苯酚苯酚 氯苯氯苯杂环化合物：杂环化合物：四氢呋喃四氢呋喃 噻吩噻吩 吡啶吡啶 糠醛糠醛 SONOCHO1.7.2 按官能团分类按官能团分类官能团官能团(Functional groups):容易发生反应的原子或基团容易发生反应的原子或基团表表1.3 一些常见的重要官能团一些常见的重要官能团化合物类型化合物类型 化合物化合物 官能团构造官能团构造 官能团名称官能团名称烯烯烃烃炔炔烃烃卤卤代代烃烃醇醇和和酚酚醚醚醛醛酮酮羧羧酸酸腈腈胺胺硝硝基基化化合合物物硫硫醇醇磺磺酸酸H2CCH2HCCH

16、CH3XC2H5OH,C6H5OHC2H5OC2H5CH3CHOCH3CCH3OCH3COHOCH3CNCH3NH2CH3NO2C2H5SHC6H5SO3HCCCCXOHCOCCHOCOCOHOCNNH2NO2SHSO3H碳碳碳碳双双键键碳碳碳碳叁叁键键卤卤基基( (卤卤原原子子) )羟羟基基醚醚键键醛醛基基酮酮基基( (羰羰基基) )羧羧基基氰氰基基氨氨基基硝硝基基巯巯基基磺磺基基参考书参考书(Reference):1. Francis A. Carry Organic chemistry 4th edition2. John McMurry Organic chemistry 5th edition 3. T.W. Graham Solomons Organic chemistry 5th edition and 6th edition4. 王积涛主编王积涛主编有机化学有机化学（第二版）（第二版）5. 邢其毅主编邢其毅主编基础