有机化学第一章绪论

有机化学

徐寿昌（第二版）主讲人：黄骁南参考书：1.《基础有机化学》上、下册，刑其毅等著，高等教育出版社2.《有机化学》上、下册，美莫里森著复旦大学译，科学出版社3.《有机化学》高鸿宾等著，天津大学出版社4.《有机化学学习指导》王世润等著，南开大学出版社第一章绪论要求：1.明确有机化学的概念【定义（对象、内容）、研究方法及意义】2.了解有机化合物的特点3.掌握共价键的一些基本概念【属性（键长、键角、键能、偶极矩）、断裂方式（有机反应基本类型）】4.了解有机化合物的分类方法。§1.1有机化合物和有机化学

一.有机化学的涵义

◆有机化学：研究有机化合物的来源、组成、结构、性质、合成、应用以及有关理论和方法的一门独立学科。◆有机化合物：烃和烃的衍生物。烃：CH化合物；衍生物：烃中H被（OSNSiX等）元素取代后的物质。

有机物在人类生活和生产中的应用由来已久：例如：我国《周礼》记载，当时已有专官管理染色、制酒和制醋；古埃及处理尸体所用福尔马林。

有机物最初只是从天然产物中提取有用成份：植物

染料（挤压出汁）；药物（挤压或水煮）；香料（挤压或水煮）。

柠檬汁到十八世纪末，已获得一些纯净的有机化合物葡萄汁酒石酸（17７0年）柠檬酸（178４年）酸牛奶乳酸（1780年）苹果苹果酸（178５年）鸦片吗啡（1８０５年）1952年确定结构并合成植物叶叶绿素（18１８年）二.有机化学的产生和发展十九世纪初产生，至今约200年的时间。1777年，瑞典化学家Bergman将化合物分为两类

“无机”－－从矿物质中提炼。“有机”－－从有生命的动、植体中提取（如：糖、染料、酒、醋等）1808年，瑞典化学家Berzelius首先使用“有机化学”这个名词。

他认为，有机物是从有生命的有机体中获得的，它们的形成一定是借助生命力的帮助，从动植物中得到的，人是无法从无机物合成有机物的。有机化学→有生机的化学，这一僵化的观点便是历史上显赫一时的“生命力”学说。1828年“生命力”的破产

F.

Wöhler(伍勒)首次利用氰酸铵加热人工合成出有机物——“尿素”有机化学发展的重要事件1828年，德国的Wohler合成尿素，“生命力”学说破产——有机化学的里程碑1857年，德国的A.Kekule（凯库勒）（马车上做梦，伦敦）提出：有机化合物中碳为四价在此基础上发展了有机化合物结构学说1874年，荷兰J.H.Van’tHoff（范特霍夫）法国J.A.LeBel（勒比尔）提出：饱和碳原子的四个价指向以碳为中心的四面体的四个顶点——开创了从立体观点来研究有机化合物的立体化学1917年，美国Lewis（路易斯）Lewis

酸碱理论1931年，Huckel（休克尔）规则以及前线轨道理论轨道对称守恒原理故从此有机化学一步步发展至今1960年,美国R.B.伍德沃德合成叶绿素1965年,中国全合成结晶牛胰岛素三、有机化学的研究方法1、天然产物的研究：分离、提取天然有机物。（天然有机）常用结晶、蒸馏、生化、抽提及层析等方法。2、有机化合物结构的分析研究:（有机分析）元素定性分析——元素组成。元素定量分析——各元素含量，确定结构。结构分析——确定精细结构。（用四谱）3、反应机理的研究：（物理有机）

可以加深对有机反应的理解，有利于合理改变实验条件，控制反应方向，提高反应产率。通过机理研究也可了解结构与反应活性之间的关系。

4、有机合成：

通过合成不但可以验证天然产物结构的正确性，还可以得到一系列与天然产物结构相似的化合物，从中筛选出性能更好的产物，进一步发展为工业产品，改善人类生活质量，为人类造福。例：紫杉醇：二萜类化合物。2000美元/g，广谱抗癌药。1992.2投放市场。10吨红豆衫的干树皮及树叶才能提取1kg紫杉醇，需砍掉1.5万棵60年成材红豆衫。现已通过人工合成的方法成功合成了紫杉醇，但合成率只有4-5%，没有工业价值。1956年提取出紫杉碱，1971年分离出紫杉醇，1983年进行抗肿瘤、抗癌实验，当时被认为是近15年来天然抗癌药物研究领域最重大的发现。四、研究有机化学的意义：有机化学是基础课程，是许多相关学科的理论基础或技术基础。1、有机化学与人类生活密切相关人类的衣食住行离不开有机物2、有机化学与国民经济各部门密切相关国防、石油化工、合成材料、医药、农药、染料、香料、日用化学等等。3、有机化学与生命科学密切相关生物体的组成除水和一些无机盐外，绝大多数为有机物。生物体内新陈代谢、遗传变异都涉及有机化合物的转变，生命过程可以说成是一个有机化学的问题。§1.2有机化合物的特性有机化学的诞生比无机化学稍滞后30年，但是它的发展比无机化学快的多，自然界的花草树木、人类的衣食住行均离不开有机化合物。有机化合物的数量多。2001年美国化学文摘收录的自然和合成的化合物有2500万种，其中90%归为有机物。由有机物的结构特点决定的。一、有机化合物的结构特点：1、构成有机物的主体碳原子间相互结合能力强。碳以共价键与其它原子相连。2、主要特点——同分异构现象。（1806年，瑞典J.J.贝利乌斯发现）分子式相同而结构相异因而性质也各异的现象。目前尚无公式可计算出比如：C20H42有366319个化合物二、有机化合物的性质特点：P2-31、易燃烧；2、热稳定性差，受热易分解，一般200~300℃就逐渐分解。3、熔沸点低；4、难溶或不溶于水；易溶于有机溶剂.5、反应速度慢；6、产物复杂，副反应多。§1.3共价键的一般概念其原因：构成有机物的主体碳元素，在周期表中处于

第二周期，第四主族外层电子结构：1s22s22p2。具有四个价电子。电负性：2.5。既不易得电子，又不易失电子。一般原子成键倾向于满足八隅体外层结构。C为完成八隅体，得4e、失4e,均不易。

凯库勒及古柏尔的两个重要基本规则：1、碳原子形成四根共价键，即它是四价的。2、碳原子可自相结合成键。有机化合物的特征之一：有机物分子中的原子主要以共价键相结合。

一、共价键理论要点:1.共价键的形成:可看成是原子轨道重叠或自旋相反的电子配对的结果。

条件：未成对电子，自旋相反原子轨道

原子是由原子核和核外电子两部分组成的。电子在核外的分布就好像云雾一样，因此把这种分布形象地称为电子云。如果用一个界面把这样的分布划出一个区域，电子在这个区域内出现的几率很大。这种电子在空间可能出现的区域称为原子轨道。表示方法：电子云的形状和疏密、界面图的大小和疏密s,p,d,f(形状、伸展方向）s轨道p轨道d轨道1s、2p轨道的电子云示意图2.共价键具有饱和性：当原子的一个未成键电子与其他原子的一个电子配对之后，就不能再与第三个电子配对。价键数=单电子数。3.共价键具有方向性：原子轨道重叠程度大小决定共价键的牢固程度。因此，要尽可能在电子云密度最大的地方重叠。

头碰头重叠（σ键）；肩并肩重叠（π键）能稳定成键不能稳定成键不能成键4.轨道杂化:同一原子的能量相近的轨道可进行杂化，组成能量相等的杂化轨道，这样使成键能力更强，体系能量降低，成键后可达到最稳定的分子状态。（杂化轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目）sp杂化：如BeCl2——直线型分子sp2杂化：如BF3——平面型分子sp3杂化：如CH4——正四面体结构杂化轨道+++---sp2杂化

二、共价键的属性:1.键长

形成共价键的两个原子核之间的平均距离称为键长。单位:nm（10-9m）。

一般，共价键越短，表示键越强，越稳定。

2.键角

两价以上的原子与其它原子成键时，两个共价键之间的夹角称为键角。反映分子的空间结构。甲烷乙醚甲醛

3.键能当A和B两个原子（气态）结合生成A-B分子（气态）时，放出的能量称为键能。A-B双原子分子（气态）离解为原子（气态）时，所需要的能量叫做A-B键的离解能。以符号D（A-B）表示。单位:kJ·mol-1键能反映共价键的强度，键能越大，则键越牢固。注意：a.对于双原子分子，键的离解能就是它的键能。b.在多原子分子中，键能泛指几个同类型键的离解能的平均值。c.多原子分子中同一类型的共价键其离解能也是不同的。4.键的极性和元素的电负性——分子的偶极矩

（1）键的极性键的极性是由于成键的两个原子之间的电负性差异而引起的。CH3δ+→Clδ-

共价键的极性大小可用偶极矩（键矩）μ来表示。

μ=q·d

单位：Debye(D)

式中，q=正、负电荷中心所带的电荷值（库仑C）d=正、负电荷间的距离（m）(2)分子的偶极距：分子中各键的偶极距向量和（平行四边形法则）。衡量分子的极性。注意:键的极性与分子极性为不同概念分子内存在极性键未必极性分子例：分子无极性分子有极性但极性分子中一般都存在极性键三、共价键的断裂方式和有机反应类型

在化学反应里，要想得到新的分子，必须要发生旧键的断裂新键的形成过程。有机化合物绝大多数是共价化合物，一般共价键在断裂过程中由于分子结构和反应条件不同，断裂方式大致有两种：均裂和异裂

（1）均裂：键断裂时原成键的一对电子平均分给两个原子或基团。A∶B→A·+B·特点：有自由基中间体生成。（自由基反应）条件：光、热或自由基引发剂的作用下进行。（2）异裂：键断裂时原成键的一对电子为某一原子或基团所占有。C∶X→C++X-C∶Y→C-+Y+

特点：有正离子或负离子中间体生成（离子型反应）

根据进攻试剂的种类可分为：亲电反应和亲核反应条件：一般需要酸、碱催化或在极性物质存在下进行。有机反应类型自由基反应：由自由基引起的反应离子型反应：由碳正离子或碳负离子引起的反应协同反应：反应过程中只有键变化的过渡态，新键形成与旧键的断裂同时进行,没有活性中间体生成。（分子型反应）特点：一步反应，有一个环状过渡态。

如:双烯合成。

一、基本概念杂原子：有机化合物中除C、H原子以外的原子如N、O、S、P等称为杂原子。官能团：官能团是有机分子中比较活泼易发生化学反应的原子或基团。官能团对化合物的性质起着决定性作用。含有相同官能团的化合物有相似的性质。碳架：有机化合物中，碳原子互相连接成链或环，是分子的骨架，又称碳架。§1.4有机化合物的分类1/31/202331二、有机化合物分类的重要性1．为什么要进行分类？有机化合物数目庞大，目前已有两千多万种，每年以万计数目增长。为了便于系统地学习和研究，必须进行科学的分类。

2．分类方法随着有机化学的发展，有机化合物的分类方法也在发展，有多种分类方法。通用的是按分子的碳架结构和有特征反应的官能团两种分类方法。三、按分子碳架分类1．开链化合物化合物中碳原子连成链状，称为开链化合物，又称为脂肪族化合物。例如：正丁烷十二碳醇（