第1章有机化学绪论

1、有机化学第一章 有机化合物概论第一章 有机化合物概论l教学目的和要求：教学目的和要求：了解有机化合物的涵义，掌握有机化合物的特性；掌握有机化合物共价键理论的基本内容；了解有机化合物的分类原则，能够识别常见的官能团。l教学重点和难点教学重点和难点：共价键理论、有机反应的基本类型、有机化合物的分类。教学内容l一有机化学和有机化合物l有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、合成、应用及相关理论的一门科学。那么，什么是有机物呢？有机“有生命的物质”ANIMALSMICROBES有机化合物(Organic Compound)l一百多年前，化学学科问世。有机有生命的机体中得到的物质l1928年，

2、德国化学家乌勒由无机物合成尿素。l一般认为：含碳化合物、碳氢化合物，及其衍生物（有些还含氮、氧、磷、卤素）l“有机”这一名词沿用至今。有机化学与生命科学关系密切！有机化学与生命科学关系密切！年，年青的德国化学家 韦勒 (Wohler)NH4Cl + AgOCN AgCl + NH4OCNNH4+ -OCNNH2ONH2 HeatAfter that time, many other syntheses were carried out, and the vital force theory was eventually discarded.常见的有机产品PLASTICDRUGSORGANIC

3、CHEMICAL INDUSTRY石油化工石油化工乙烯产业衡量一个国家的有机乙烯产业衡量一个国家的有机化工产业水平！化工产业水平！何以成为一门独立的学科？ 地球上现在有种元素地球上现在有种元素 为什么将碳化物单独分开？为什么将碳化物单独分开？二有机化合物的特点二有机化合物的特点结构上的特点l碳在元素周期表中的特殊位置第二周期，第四主族 既不易得，也不易失电子 共用电子对形成共价键化合物l同分异构现象l种类多，增加快 1995-2000年均新增130万个 有机物总数 2600万(2000/10)同分异构现象；同分异构现象；碳架异构体碳架异构体位置异构体位置异构体官能团异构体官能团异构体互变异构体

4、互变异构体价键异构体价键异构体构型异构体构型异构体构象异构体构象异构体几何异构体几何异构体旋光异构体旋光异构体交叉式构象交叉式构象重叠式构象重叠式构象构造异构体构造异构体 同分异构体同分异构体（结构异构体）（结构异构体）立体异构体立体异构体电子互变异构体电子互变异构体碳架异构体：因碳架不同而引起的异构体。碳架异构体：因碳架不同而引起的异构体。 位置异构体：由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而位置异构体：由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构体。产生的异构体。官能团异构体：由于分子中官能团不同而产生的异构体。官能团异构体：由于分子中官能团不同而产生的异构体。 构造异构体：因分子中原子的连

5、结次序不同或构造异构体：因分子中原子的连结次序不同或 者键合性质不同而引起的异构体。者键合性质不同而引起的异构体。C4H10 CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3CH3C3H8O CH3CH2CH2OH CH3CHCH3OHC2H6O CH3OCH3 CH3CH2OH互变异构体互变异构体: : 因分子中某一原子在两个位置迅速移动而因分子中某一原子在两个位置迅速移动而产生的官能团异构体。产生的官能团异构体。价键异构体：因分子中某些价键的分布发生了改变，与价键异构体：因分子中某些价键的分布发生了改变，与此同时也改变了分子的几何形状，从而引此同时也改变了分子的几何形状，从而引起的异构体。起的异

6、构体。 hvhvC3H6O H3CCCH2OHCH3COHCH2性质上的特点l易燃燃烧后生成二氧化碳和水l熔、沸点低分子间范德华力，较弱l难溶于水易溶于有机溶剂弱极性或非极性，“相似相溶”l有机化合物反应速度慢、副反应多共价键三、有机化合物中的共价键三、有机化合物中的共价键1 1、结构特点、结构特点共价键共价键l 碳原子为四价碳原子为四价l 可与其他原子结合，也可自向结合可与其他原子结合，也可自向结合2 2、理论解释、理论解释l 价键理论价键理论l 杂化轨道理论杂化轨道理论* *l 分子轨道理论分子轨道理论共价键理论要点l两个原子各提供一个电子而形成两个原子共有的电子对，即形成把两个原子结合在

7、一起的化学键，叫做共价键；是两个原子的未成对而又自旋相反的电子偶合配对的结果。l表示方法:路易斯结构式路易斯结构式(电子式电子式)凯库勒结构式凯库勒结构式蛛网式蛛网式 CCCCCHHHHHHHHHHHH结构简式结构简式H3CCHCH2CH2CH3CH3键线式键线式OH凯式又分凯式又分: :CH3CHCH2CH2CH3CH3共价键的性质l最大重叠原理l饱和性l方向性H(1S)+xyxxxyC原子外层电子：两个2s轨道，一个2px，一个2py电子在分子轨道中的填充顺序 能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则 最大重叠此外还遵循成键三原则： 能量相近 对称性匹配C+-CCCCCCC*表征共价键的参数

8、（一）l键长键长 形成共价键的两原子核之间的距离。两原子核与核间两原子核与核间电子云的吸引力电子云的吸引力两原子核之两原子核之间的排斥力间的排斥力达到平衡时的距离l键长越短，核与核间电子云吸力越强，电子云集中于两核之间，轨道重叠大，键牢固、稳定。l反之，则键弱，不稳定。l不同的共价键，键长不同。不同的共价键，键长不同。l常见的共价键平均键长 键键 键长键长(pm) 键键 键长键长(pm) 键键 键长键长(pm)C-H 109C-O 143C=C 134N-H 103C-F 141C=N 130O-H 97C-Cl 176C=O 122C-C 154C-Br 194C三C 120C-N 147C

9、-I 214C三N 116pm(皮米皮米)=1 000 000 000 000 m(米米)表征共价键的参数（二）l键角键角 共价键之间的夹角，反映分子中原子在空间排列的形象。HCHHH109o28OHH105o原因？共价键的方向性表征共价键的参数（三）l键能键能 共价键形成所释放或断裂所吸收的能量，离解能，反应键的牢固程度。1mol 分子 (气体) 原子（气） + D （离解能）1 大气压25对共价型多原子分子 D例 CH4CH3H+CH2H+CH3H+H+CH2CHCHCD = 434.7 kJ/ molD = 443.1 kJ/ molD = 441.1 kJ/ molD = 338.6

10、kJ/ molD = 414.9 kJ / mol_l用途：用于预估一个化学反应在能量上的可能性。例：例：H2 + Cl2 2HCl键断裂：键断裂： H-H + 434.7 Cl-Cl + 242.4键生成：键生成：2H-Cl - ( 2 430.5) -183.9 kJ/mol （放热）（放热） = 能量上可行能量上可行表征共价键的参数（四）l键矩键矩 反应电子云的偏向，电子云偏向电负性较大的一方，衡量键的极性。H ClHH非极性，无键矩非极性，无键矩电负性不同，有极性电负性不同，有极性元素吸引电子的能力，叫做元素的电负性。电负性值相差越大，共价键的极性也越大。 物性物性: :熔点、沸点、溶

11、解度熔点、沸点、溶解度分子极性对分子极性对 都有影响都有影响 化性化性: :化学反应性化学反应性CHHHH = 0OHH = 1.84D多原子分子的偶极矩多原子分子的偶极矩各键的偶极矩的向量和各键的偶极矩的向量和四共价键的断裂和有机反应的类型l均裂 断裂时，组成该键的两个原子各保留一个电子，自由基反应。A : B A B 带电子的原子（原子团）叫做自由基。带电子的原子（原子团）叫做自由基。l异裂 断裂时，组成该键的一对电子完全转移到一个原子上，离子型反应。A : B A :BA : B :A B五有机化合物的分类根据碳架结构开链化合物C C CC C C碳环(脂环)(芳环)杂环成环的原子除碳外

12、还含有杂原子 氧、硫、氮等碳架分类的基础上结合功能团分类l按碳骨架分类不能反映各类化合物的性质特征，反应性质主要由功能团决定。按功能团分类按功能团分类CCCCCCCRX烷烯炔卤代烃ROHArOHRO RRCR(H)醇酚醚酮醛ORCOOHRNH2RCNRNO2RSHArSH酸胺睛硝基化合物硫醇（酚）六、有机酸碱的概念六、有机酸碱的概念传统的酸碱理论（传统的酸碱理论（Arrlennius，1848年提出）年提出） 在水中电离出氢离子的为酸在水中电离出氢离子的为酸 在水中电离出氢氧根离子的为碱在水中电离出氢氧根离子的为碱 质子酸碱理论（质子酸碱理论（J.N.Bronsted） 给出质子的为酸给出质子

13、的为酸 接受质子的为碱接受质子的为碱 动画动画电子酸碱理论（电子酸碱理论（Lewis） 接受电子对的为酸接受电子对的为酸 给出电子对的为碱给出电子对的为碱 动画动画有机化学是现代科学技术的重有机化学是现代科学技术的重要基础学科要基础学科l1). 有机化学研究的对象及发展状况有机化学研究的对象及发展状况l有机化学是从分子水平上研究物质世界最丰富多彩的部分 - 有机化合物。l简单有机小分子化合物复杂有机化合物大分子化合物 超分子（分子识别、分子组装、功能） 2).有机化学在现代科学技术中的定位有机化学在现代科学技术中的定位 - 有机化学是许多现代科学技术的基础有机化学是许多现代科学技术的基础l#生

14、命科学（生物化学，分子生物学等）l#医药学（药物化学，病理学，生化分析等）l#农业（农业化学，农用化学品等）l石油（石油化工等）l材料科学（高分子化学，功能材料等）l#食品（食品化学，营养学，添加剂等）l日用化工（染料，涂料，化装品等）l2.生命科学中的化学问题是未来有生命科学中的化学问题是未来有机化学发展的重要资源和推动力机化学发展的重要资源和推动力l1). 有机化学在生命科学发展中的重要作有机化学在生命科学发展中的重要作用用 理论基础、研究工具、阐明本质l2). 在大分子和超分子水平上，生命科学在大分子和超分子水平上，生命科学与有机化学将在更广阔范围和更深层次与有机化学将在更广阔范围和更深层次上相互渗透，全面互补