有机化学：第1章 绪 论(2)

1、1有机化学有机化学(Organic Chemistry)23教学总时数：教学总时数：72学时学时 理论课：理论课：42学时学时 实验课：实验课：30学时学时课程学分：课程学分：3.5分分考核方式和期评组成：考核方式和期评组成：随堂测验随堂测验 常规实验常规实验实验考核实验考核 期末考试期末考试4学习、研究有机化学的方法学习、研究有机化学的方法理解理解 记忆记忆 实践实践 规律规律 课前预习课前预习 课上学习课上学习 课后练习课后练习 考前总结考前总结常见考试题型：常见考试题型： 选择题、命名题、鉴别题、简答题、完成反选择题、命名题、鉴别题、简答题、完成反应式、推导题等。应式、推导题等。5第一章

2、第一章 绪绪 论论617世纪中期世纪中期, 自然界中取得的各种物质自然界中取得的各种物质,按照按照来源来源分为分为:动物动物植物植物一、有机化合物与有机化学一、有机化合物与有机化学有机物有机物（organic compound）无机物无机物（inorganic compound）1806年年-“有机有机”和和“生命力生命力”学说学说 （J.Berzelius）1770年年-分离提纯得到分离提纯得到酒石酒石-酒石酸酒石酸尿液尿液-尿素尿素鸦片鸦片-吗啡吗啡矿物矿物 自自然然界界71828年年- F.Wohle人工合成有机物人工合成有机物德国：德国：F.Wohle无机物无机物 有机物有机物 818

3、48年年-明确是明确是C的化合物（葛美林的化合物（葛美林(Gmelin L.）1874年年-碳氢化合物及其衍生物碳氢化合物及其衍生物（肖莱马（肖莱马（Schorlemmer C.）1845年年-kolbe 用用 S、C、Cl2、H2O为原料合成醋为原料合成醋酸酸91011 12（一）元素组成（一）元素组成有机化合物中常见的元素有机化合物中常见的元素13 1 1、 较易燃烧，热不稳定较易燃烧，热不稳定 2 2 、有较低的沸点和熔点、有较低的沸点和熔点 3 3 、一般不溶于水，溶于有机溶剂、一般不溶于水，溶于有机溶剂 4 4 、化学反应慢而复杂，副反应多、化学反应慢而复杂，副反应多 5 5 、数目

4、庞大、结构复杂、数目庞大、结构复杂有机化合物的特性：有机化合物的特性：（二）有机分子结构（二）有机分子结构15有机分子结构（有机分子结构（structure）的含义：）的含义：1和和2点涉及分子的二维结构，用点涉及分子的二维结构，用构造构造来表示来表示2和和3点涉及分子的三维结构，用点涉及分子的三维结构，用构型和构象构型和构象表示表示有机分子结构（有机分子结构（structure）指分子中各原子指分子中各原子之间的之间的结合方式结合方式、排列顺序排列顺序、以及、以及空间位置空间位置。1、有机分子是由什么原子通过何种形式组成的、有机分子是由什么原子通过何种形式组成的2、这些原子是如何连接的（顺序

5、和方式）、这些原子是如何连接的（顺序和方式）3、分子中的原子或基团在空间的位置。、分子中的原子或基团在空间的位置。16 构造构造(constitution)指指分子中原子或原子团分子中原子或原子团的相互的相互连结次序和方式连结次序和方式，用于表述分子结构的二维，用于表述分子结构的二维状态。状态。 构型构型(configuration)指指分子中的原子或原子分子中的原子或原子团在团在空间固有的空间固有的排列状态。构型的改变常通过旧键排列状态。构型的改变常通过旧键的断裂和新键的形成。的断裂和新键的形成。 构象构象(conformation) 指指分子中的原子或原子分子中的原子或原子团在团在空间相对

6、的空间相对的排列状态。构象的改变可通过化学排列状态。构象的改变可通过化学键的转动而复原。键的转动而复原。17共价键共价键原子间共用电子对形成原子间共用电子对形成离子键离子键原子间电子的转移形成原子间电子的转移形成配位键配位键两原子间共用的电子对两原子间共用的电子对 , 由一个原子提供形成由一个原子提供形成化化学学键键类类型型（一）路易斯共价键理论（一）路易斯共价键理论 1916年年 Lewis 提出了提出了经典共价键理论经典共价键理论：分子中分子中电负性相近的原子可以通过共用一对或几对电子达电负性相近的原子可以通过共用一对或几对电子达到稳定的稀有气体的电子构型，形成化学键。这种到稳定的稀有气体

7、的电子构型，形成化学键。这种由共用电子对形成的化学键称为共价键由共用电子对形成的化学键称为共价键（covalent bonds）。）。 稀有气体除氦仅有两个价电子外，其他的价电稀有气体除氦仅有两个价电子外，其他的价电子层中均为八个电子，路易斯共价键理论又称为子层中均为八个电子，路易斯共价键理论又称为八八隅律隅律（octet rule）。）。 碳原子既不容易得到电子碳原子既不容易得到电子,也不容易失去电子。因此也不容易失去电子。因此, 有机有机化合物分子中的原子间主要以共价键相结合化合物分子中的原子间主要以共价键相结合, 以满足八隅律。以满足八隅律。 CCCCCHHHHHHHHHH 这种用电子对

8、表示共价键结构的化学式称为这种用电子对表示共价键结构的化学式称为 Lewis 结构式结构式。它主要用于说明有机反应机制中电子的转移。它主要用于说明有机反应机制中电子的转移。 有机分子中碳原子的共价键特点：有机分子中碳原子的共价键特点：1 1、碳原子在有机化合物中是、碳原子在有机化合物中是四价的四价的2 2、碳与碳之间，碳与其它元素（、碳与碳之间，碳与其它元素（HH、O O、N N、X X、S S、P P）之间以之间以共价键共价键相结合。相结合。20其要点可归纳为其要点可归纳为“3个二，个二，1个三个三”（二）现代价键理论（二）现代价键理论两个条件两个原则两个条件两个原则两种类型三种形式两种类型

9、三种形式2122yxyx沿沿x轴方向最大轴方向最大重叠，成键。重叠，成键。Y轴方向重叠小，轴方向重叠小，不成键。不成键。23s-sp-sp-p杂化轨道-S“头碰头头碰头”形成形成键键“肩并肩肩并肩”形成形成键键24乙烷乙烷乙烯乙烯乙炔乙炔CHCHHHHHCCHHHHCCHH26杂化杂化杂化spsp2sp32P2P杂化激发2S2P2S2P基态基态激发态激发态27原子轨道的形状原子轨道的形状杂化轨道杂化轨道（hybrid obital）28sp3杂化杂化29sp2杂化120（b）平面形的）平面形的C2H4分子分子sp2p30sp杂化杂化180（a）2个个sp杂化轨道杂化轨道（b）直线形的）直线形的

10、C2H2分子分子SPP（四）共价键的参数（四）共价键的参数 l 键长键长 ：成键原子的核间距离成键原子的核间距离l 键角键角：两共价键之间的夹角：两共价键之间的夹角l 键能键能：离解能或平均离解能：离解能或平均离解能l 键的极性键的极性: 成键原子间的电荷分布成键原子间的电荷分布键长键长/pm 109 154 134 120 33 非极性键非极性键成键的两个原子相同，正负电荷中心成键的两个原子相同，正负电荷中心重合的共价键。重合的共价键。极性键极性键成键的两个原子不相同，正负电荷的中心成键的两个原子不相同，正负电荷的中心不能重合的共价键。不能重合的共价键。HCl1、键的极性、键的极性例如：例如

11、：HHH3CCH3例如：例如：H3CCl34 元素吸引电子的能力，称元素吸引电子的能力，称电负性电负性 极性共价键就是形成共价键的两个原子具有不同电极性共价键就是形成共价键的两个原子具有不同电负性引起的。两原子间电负性相差越大，共价键的极负性引起的。两原子间电负性相差越大，共价键的极性越大。各元素电负性见表：性越大。各元素电负性见表：CNOFClBrISP2.553.043.443.982.192.583.162.96电电负负性性增增强强电电负负性性减减弱弱H2.20 键的键的极性极性大小取决于成键大小取决于成键原子的电负性差原子的电负性差, 电负性差越电负性差越大键的极性越大。大键的极性越大

12、。一般一般, 两个两个元素的电负性差值元素的电负性差值1.7为离子为离子键；键；1.7为共价键，其中电为共价键，其中电负性差值在负性差值在0.71.6为极性共为极性共价键。价键。 35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正电荷）；电负性小的原子带有部分正电荷（+ +）。）。 键的极性强弱用偶极矩（键的极性强弱用偶极矩（）来衡量，它）来衡量，它是部分电荷与电荷之间距离的乘积：是部分电荷与电荷之间距离的乘积： =q qd d（C.mC.m) )，+ + - - HClHCl=3.57x10=3.57

13、x10-30-30（C.mC.m) )键的极性与化合物的理化性质密切相关，键的极性与化合物的理化性质密切相关，甚至决定反应类型和反应活性。甚至决定反应类型和反应活性。36多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的向量和多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的向量和=0 0（C.mC.m) )= =6.47x106.47x10-30-30（C.mC.m) ) 偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零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，分子极性越强。的分子是极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。多原子分子的极性多原子分子的极性37键的极化（键的极化（polarizatio

14、n）外电场作用下外电场作用下,键的极性发生变化的现象。键的极性发生变化的现象。38极化度极化度-即键极化的难易程度。即键极化的难易程度。 极化度的大小主要取决于成键原子的极化度的大小主要取决于成键原子的电子云流动性电子云流动性的大小的大小，电子云流动性大，则极化度就高，而原子半径，电子云流动性大，则极化度就高，而原子半径愈大，电子云的流动性就愈大。愈大，电子云的流动性就愈大。CX键极化顺序：键极化顺序：CICBrCClCF键的极化影响到化学反应中旧键的断裂和新键的极化影响到化学反应中旧键的断裂和新键的形成过程。键的形成过程。3940 有机化合物一般有两种分类方法：有机化合物一般有两种分类方法：

15、 一种按照骨架分类一种按照骨架分类 一种按照官能团分类一种按照官能团分类411、按碳的骨架分类、按碳的骨架分类有有机机化化合合物物开链化合物开链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脂环族芳香族芳香族CH3CH2CH3CH3CHCH2422 2、按官能团分类、按官能团分类化化合合物物类类别别官官能能团团构构造造C CC C官官能能团团名名称称烯烃炔烃卤代烃硝基化合物胺醇和酚X(F,Cl,Br,I)NO2NH2OH双键三键卤原子硝基氨基羟基醚醛酮腈羧酸磺酸OCHOCOCNCOOHSO3H醚键醛基(甲酰基)酮羰基氰基羧基磺酸基434445 惰性气体原子的最外层电子轨道内分别具有惰性气

16、体原子的最外层电子轨道内分别具有二个或八个电子，这样的电子构型是最稳定的。二个或八个电子，这样的电子构型是最稳定的。原子最外层具有八电子构型时（或二电子构型）原子最外层具有八电子构型时（或二电子构型）称为八隅体。称为八隅体。46甲烷甲烷乙烯乙烯乙炔乙炔47CHHHOCHHHH3COCH3甲醚甲醚48CHHCHCHHHHHCH3CH2CH3示性式：示性式：用短线表示共价键用短线表示共价键简化示性式：简化示性式：C H3C H2C H3CH2CHCH2CH3CH3CH2CHCH2CH3CH2CH CH22、实线式（蛛网式）、实线式（蛛网式）49CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH3

17、CH33、键线式（骨架式）：、键线式（骨架式）：不写氢原子，拐角为不写氢原子，拐角为CH2，线头为线头为CH3HO胆固醇胆固醇50HCHHH表示分子的立体形象表示分子的立体形象甲烷的球棒模型甲烷的球棒模型甲烷的楔形式甲烷的楔形式4、立体结构式：、立体结构式：51（一）（一） 按反应物和生成物的组成和结构变化分为按反应物和生成物的组成和结构变化分为取代反应取代反应加成反应加成反应消除反应消除反应聚合反应聚合反应七、有机化学反应类型和条件七、有机化学反应类型和条件CH4+Cl2hvCH3Cl HCl+CH2=CH2+Cl2CH2CH2ClClH2OCH3CH2OHH2SO4170CH2=CH2+H

18、2OCH2CH2CH2CH2nn催化剂52均裂均裂-自由基反应自由基反应（二）（二） 按键的断裂方式不同分为按键的断裂方式不同分为异裂异裂-离子型反应离子型反应协同反应协同反应53A BAB+1、均裂、均裂(homolysis)：反应条件：加热、光照或加入自由基引发剂反应条件：加热、光照或加入自由基引发剂共价键断裂时，成键电子对平均分给成键的原子或原子团。共价键断裂时，成键电子对平均分给成键的原子或原子团。这种带有未成对电子的原子或原子团称为这种带有未成对电子的原子或原子团称为自由基或游离基，自由基或游离基，有自由基或游离基参加的反应称为自由基反应。有自由基或游离基参加的反应称为自由基反应。自

19、由基反应自由基反应自由基取代反应自由基取代反应自由基加成反应自由基加成反应中间体：自由基中间体：自由基54反应条件：酸、碱或极性物质反应条件：酸、碱或极性物质2、异裂、异裂(heterlysis)：A B+A+B-RCHHARC+HH+A-RCHH+A+能量55正碳离子和负碳离子大都是非常不稳定的中间体，只能正碳离子和负碳离子大都是非常不稳定的中间体，只能在瞬间存在，但它对反应的发生起着不可替代的作用。在瞬间存在，但它对反应的发生起着不可替代的作用。负碳离子中间体负碳离子中间体正碳离子中间体正碳离子中间体有机物异裂后能产生有机物异裂后能产生正碳离子正碳离子或或负碳离子负碳离子56离离子子型型反

20、反应应亲电反应亲电反应亲核反应亲核反应亲电加成反应亲电加成反应亲电取代反应亲电取代反应亲核取代反应亲核取代反应亲核加成反应亲核加成反应57A + B C在反应中与试剂发生反应的化合物称为底物。在反应中与试剂发生反应的化合物称为底物。 反应底物反应底物 试剂试剂 产物产物有机化学反应可简单表述如下有机化学反应可简单表述如下:58亲电试剂：亲电试剂：缺电子缺电子的物质，具有的物质，具有亲电子亲电子的性质，的性质，在反应中能与反应底物中在反应中能与反应底物中带部分负电荷的碳原带部分负电荷的碳原子子发生反应，这种物质称为亲电试剂。亲电试发生反应，这种物质称为亲电试剂。亲电试剂在反应中它们是剂在反应中它

21、们是电子对的接受体电子对的接受体，所以亲电，所以亲电试剂也就是试剂也就是Lewis酸酸。亲核试剂：亲核试剂：具有孤对电子具有孤对电子的物质，能与反应底的物质，能与反应底物中物中带部分正电荷的碳原子带部分正电荷的碳原子发生反应，这种物发生反应，这种物质称为亲核试剂。亲核试剂在反应中是质称为亲核试剂。亲核试剂在反应中是电子对电子对的提供体的提供体，所以亲核试剂也就是，所以亲核试剂也就是Lewis碱碱。59分子：分子：金属离子：金属离子：正离子：正离子：BF3 AlCl3 SnCl2 FeCl3 ZnCl2 等等Li+ Ag+ Cu2+ 等等R+ Br+ H+ +NO2 等等路易斯酸路易斯酸（缺电子的物质）（缺电子的物质）60分子：分子：负离子：负离子：双键：双键： 烯烃、芳烃烯烃、芳烃 等等NH3 RNH2 ROH ROR等等X- OH- RO- R- 等等61+ 双烯体双烯体 亲双烯体亲双烯体 环状过渡态环状过渡态 产物产物反应条件：加热、光照反应条件：加热、光照3、协同反应、协同反应 反应过程中只有过渡态，同时发生旧键断裂与反应过程中只有过渡态，同时发生旧键断裂与新键生成，没有自由基和离子等中间体产生。新键生成，没有自由基和