有机化学综述课件

1.莫里森，有机化学，北京：科学出版社；

2.东北师范大学，华南师范大学，上海师范大学等联合编写，有机化学（第三版），高等教育出版社3.天津大学有机化学教研组，有机化学，北京：人民教育出版社4.郭书好，有机化学解题思路精选，清华大学出版社。

参考书课前预习，带着问题听课；如何学好有机化学？上课认真听讲，做好笔记，要善于总结归纳；按时、保质保量做作业；及时背诵所学知识，通过大量练习加以巩固，并学会活学活用；理论和实验相结合。绪论

一.有机化学的产生和发展发展史：

§1-1有机化学的产生、发展及展望1.柏则里（Berzelius.J.J.)的“生活力”学说的产生起源：19世纪中叶无机物有机物矿物质分离

合成

动植物分离

合成

Berzelius的“生活力”学说

Berzelius提出：“从有生命的动植物体内得到的化合物为有机化合物.研究这些化合物的化学称为有机化学”生物细胞生活力有机化合物生命体独一无二人工合成2.“生活力”学说的破灭氰酸铵无机物尿素（无色透明结晶）有机物1828年维勒（WÖhlerF）的有机物尿素的合成1845年柯尔伯（KolbeH）的醋酸的合成1850年贝特洛（BerthelotM）的油脂类物质的合成CCl3COOH+3H2CH3COOH+3HCl动植物人工的方法有机化合物合成分离3.有机化学理论的发展1865年凯库勒（KekuléFA）指出大多数有机化合物中碳为四价1874年范托夫（van΄tHoffJH)和勒贝尔(LeBelJA)

提出饱和碳原子为四价的四面体学说，开创了有机化学的立体化学研究IBrHClIBrHCl不能重合HHHH4.有机化学与其它学科的交叉有机化学的几个发展阶段：各分支学科的形成(19世纪以后)建立有机化合物结构理论(19世纪60年代)建立立体化学(19世纪70年代)人工合成有机物(19世纪初)分析天然有机化合物(18世纪末19世纪初)利用天然有机物(18世纪前)分离天然有机化合物(18世纪末)1不锈钢2空调3阿斯匹林4汽车5电灯泡6袖珍计算器7硅片8电影9心电图10传真11光导纤维12照相复印机13彩色照片14微波炉15基因工程16杀虫剂17试管婴儿18胰岛素19因特网20激光21洗衣机22隐形眼镜23心动记录器24地铁25冰箱26电子计算机27盘尼西林

28避孕药29塑料30雷达31无线电32辐射学33射电望远镜34放射疗法35核能36手表37人工肾38机器人39人造卫星40磺酰胺41超导体42信用卡43电视44电唱机45输血46录像机二十世纪有46项重大发明（8项与化学有关，其中7项与有机化学有关）阿斯匹林（1897年）杀虫剂（1941年）胰岛素（1923年分离，1964年合成）

盘尼西林（1929年分离研制，1941年应用于第二次世界大战受伤士兵）

避孕药（1954年研制）塑料（1909年研制）磺酰胺（1935年发现疗效）超导体（1911年在水银中发现，1987年发现陶瓷在几乎正常温度下具有超导电性）1、有机化合物碳氢化合物分子中只含碳(C)和氢(H)两种元素的化合物，又称为烃。碳氢化合物的衍生物碳氢化合物中的氢原子被其它原子或基团替代后的化合物。有机化合物含碳的化合物1).概念§1-2有机化学物与有机化学有机化合物的组成：C、H、O、N、P、S等元素2).有机化合物的结构上的特点─普遍存在同分异构现象(分子式相同,结构不同)原因①.碳原子结合能力很强。键型:键链方式碳链碳环C-C

C=CC≡C②.碳原子可以与杂原子相链C-C-C-C-CC-C-C-C-CC(C-C)n例1:乙醇和甲醚分子式:C2H6O乙醇甲醚n

CnH2n+2CnH2nCn-1H2nOCn-1H2n+1N535581075377405507例2:─很多有机物结构复杂VB12：C63H90N14PCo例如：烷烃的卤代有机反应常常需要光照、加热、加催化剂等外部手段加快反应速度性质有机物无机物化学键共价键离子键存在状态分子离子组成相对复杂相对简单燃烧性易燃、烧尽不易燃、烧不尽熔、沸点低高水溶性多数难溶多数易溶反应速度慢快副反应多不易发生同分异构现象普遍存在存在有机化合物与无机化合物比较共价键的解释价键法（包括杂化轨道理论）

---定域观点分子轨道法

---离域观点一、共价键的形成§1-3有机化学物的结构特征共价键有机化合物的成键方式1).sp3杂化：

基态C原子的电子组态：1s22s22px12py12pz

1.价键法（杂化轨道理论）可以形成两个C-H键

CHH........CHH........HHCHH90°平面直角正四面体109.5°根据价键理论预计：可以形成4个C-H键实际：？C-H键的形成（CH4的形成为例）σ※轨道的“杂化”、“成键”等过程是同时完成的。甲烷的C-H键4CH1ssp2σC-C键的形成σC-Cl键的形成σ共价键的形成：①由原子轨道的顶端重叠而成,重叠程度大，有较高的键能和键的稳定性σ键的特点：②电子云对键轴成圆柱型对称③

σ键可以以键轴为对称轴自由旋转④

两个原子之间只能形成一个σ键头碰头2).sp2杂化

碳原子的

2s

轨道与二个

2p

轨道杂化，形成三个能量相等、形状相同的sp2轨道:（1/3S+2/3P）①由原子轨道的侧面重叠而成，重叠程度小，键不稳定。π键的特点：②电子云分布在双键构成的分子平面的上下方（平面上电子云密度为零），因此原子核对π电子的束缚能力小，π电子易流动，易极化。③

π键不能自由旋转。④

两个原子之间可以形成一个或两个π键。肩并肩3).sp杂化：

碳原子的2s轨道与一个2p轨道杂化，形成两个能量相等、形状相同的sp轨道。sp杂化轨道的空间分布方式：

两个sp杂化轨道互成180°，

呈直线型结构。未参加杂化的2py、2pz轨道与SP杂化轨道互相垂直。CC键的形成（CH≡CH的形成为例）乙炔三重键电子云直线型4).sp3、sp2、sp杂化轨道的比较杂化类型键角几何形状未参加杂化p轨道键的类型举例sp3109.5°四面体0σCH3-CH3sp2120°平面三角形1πCH2=CH2sp180°直线型2πHCCHCH2=CH=CH2

注:C原子可以和C原子成键，也可以和其他原子成键单键：C─X，C─O，C─N双键：C=O，，C=N，三键：CN

2.分子轨道法（略，后面讲）

以“形成共价键的电子是分布在整个分子之中”的离域观点为基础，处理分子中原子相互连接问题的方法称为分子轨道理论。这种方法对电子离域体系描述得更为确切。多用于处理具有明显离域现象的有机分子结构，如芳环、1，3-丁二烯等共轭体系。1）.分子轨道理论两个碳原子的2p轨道波函数yc进行线性组合得到p

键分子轨道y1和y2:

y2=

yc1-yc2较高能量分子轨道反键轨道p*

y1=

yc1+yc2较低能量分子轨道成键轨道p

p

+

p

-

p-*p

pp（1）

π键分子轨道用图表示(分子轨道法处理乙烯中的p键的结果)：

y1

称作成键p轨道y2

称作反键p*轨道2）.分子轨道（2）共轭p键分子轨道

1，3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2)四个碳原子的四个p轨道线性组合成四个能量不等的p轨道：

y1、y2

、y3、y4

。能量y4y2y3y1三个节点无节点一个节点两个节点y1、y2是成键分子轨道，y3、y4是反键分子轨道四个成键电子离域分布在四个碳原子的周围。§1-4共价键的基本属性共价键的属性

有机化合物中原子之间主要以共价键连接，共价键的性质决定了有机化合物的性质。

共价键的基本性质包括键长、键角、键能、键的极性。1、键长d：a、b两原子的键长

r1：b原子的范德华半径

r2:b原子的共价半径

r3:a原子的共价半径

r4:a原子的范德华半径

⑴定义

形成共价键的两个原子核之间的距离称为键长。单位：nm,pm①

原子的共价键半径与特性

共价键C－HC－CC－OC－Cl d/pm109154143177②

原子的杂化状态和成键方式C—C键C－CC=CC≡Cd/pm154

134

120⑵影响共价键键长的因素C—H键CH3CH2－HCH2=CH－HCH≡C－Hd/pm109

108

106sp3sp2sp2、键角

⑴定义

两价以上的原子至少与两个原子成键时，这个原子的键与键之间的夹角称为键角。

（2）影响键角大小的因素：②中心原子连接基团的体积①中心原子的杂化状态3、键能⑴定义

由原子形成共价键所放出的能量，或共价键断裂成两个原子所吸收的能量称为该键的键能。后者又称键的解离能。单位：kJ/mol多原子分子：键能≠键解离能键能：（423+439+448+347）/4=414

kJ/mol解离能（2）键解离能与键能的关系双原子分子：键能=键解离能436.0

kJ/molH─H(g)2H·4、键的极性和偶极矩例如H-H，Cl-Cl，CH3-CH3

非极性共价键极性共价键

键的极性：两个电负性不同的原子形成共价键，成键电子云非均匀分布在两原子的周围，电负性大的原子周围有较多的电子云，电负性小的原子周围有较少的电子云，即键的两端出现微小正、负电荷(常用δ+和δ-表示)，这种现象称为键的极性，这种键称为极性共价键。极性键的表示：

键矩的方向：用一箭头表示，从正电荷指向键的负电荷端。Example:键极性的度量：键矩（μ）单位：C·mδ+δ-δ+δ-碳、氮元素在不同杂化状态下的电负性值：影响键的极性大小的因素：主要取于成键两原子的电负性值之差。例如：H—O键极性H—N键的极性。>

分子的偶极矩（）：组成分子的各共价键键矩的向量和。=0双原子分子：偶极矩

=

键矩多原子分子：偶极矩

=共价键键矩的向量和Example:例如：CCH3CCH3BrBrOCH3CH2CH2CH3§1-5有机化学中的酸碱概念1）酸：能提供质子的物种为酸如：HCl，CH3COOH，CH3COCH2COCH3，H2O，H2SO4，NH4+等质子酸碱(布朗斯特酸碱)理论3）共轭酸碱对酸给出质子后剩下的物种是它的共轭碱；碱接受质子后生成的物种是它的共轭酸。2）碱：能接受质子的物种为碱

如：Cl-，CH3COO-，OH-，SO42-，NH3等

例:判断OH-,RCH2O-和RCOO-碱性相对强度共轭酸的pKa分别为H2O:15.7RCH2OH:18RCOOH:4～6

酸的强度顺序为：RCOOH

>

H2O

>

ROH共轭碱的强度：RCH2O->HO->RCOO-4）质子酸碱的相对性

※酸碱反应的本质是质子转移

一个给定物中，它表现出的酸碱性与介质有关系。例如乙酸在酸性比它弱的H2O中有酸性，表现为酸，H2O是碱：乙酸在酸性比它强的H2SO4中有碱性，表现为碱，H2SO4是酸。CH3COOH+H2OCH3COO-+H3O+H2SO4+CH3COOHHSO4-+CH3COOH2+如：可以接受电子的分子（BF3,AlCl3）,正离子（Ag+，H+等）2.电子酸碱(路易斯酸碱)理论1）路易斯酸：能够接受电子对的物种是酸特点：有空的价电子轨道，可以接受电子，是亲电试剂。

例：BF3中的B空轨道2）路易斯碱：能够提供电子对的物种是碱如：具有未共用电子对的分子（NH3、H2O、ROH、RNH2、ROR、CH2=CHR)、负离子、冠醚和某些芳香化合物等。特点：有含电子对的元素路易斯酸的范围比质子酸的范围大，路易斯酸碱几

乎包括了所有的无机化合物和有机化合物。因此路

易斯酸碱又称为广义酸碱。※路易斯酸碱反应生成酸碱配合物有机反应常用H+、BF3、AlCl3、ZnCl2、FeBr3等路易斯酸作催化剂。1.溶剂在有机化学反应中的作用不同类型反应需要不同溶剂，自由基型反应需要非极性溶剂，离子型反应需要极性溶剂。溶剂能改变离子型反应的反应速率，还可能改变反应机理。溶剂的极性和溶剂化能力是影响离子型反应的两个重要因素。§1-6溶剂的分类和溶剂化效