有机化学绪论

有机化学骆薇TelrganicChemistry

绪论第一节有机化学和有机化合物

在我国古代，周朝已知用胶，汉朝发明了造纸。这是对有机物的最初人认识，它只是对其性质的一种运用，并不了解其结构与性质，并且这些均为混合物，对有机物纯物质的认识是近代的事。十八世纪，人们逐渐获得了一些纯物质，例如：从葡萄汁中获得了酒石酸，从尿中获得尿素，从酸牛奶中取得了乳酸等。由于这些物质均为从有生命的物体中获得，（同无机物，例如：矿石、金属相比）并且由于当时的条件所限制，不能用人工合成，“有机”这一词便由此而生。

在自然科学的分支中，化学是在原子水平上研究物质的组成、结构和性能以及相互转化的学科。糖，染料，酒和醋

人们对有机物的认识是逐渐由浅入深的，最初有机物指由动植物有机体得到的物质。有机物均含有碳原子，所以现代有机学被定义为“碳化合物的化学”。1950年已知化合物数目有200万种，1990年达到1000万种，这些化合物大多数由人工合成。再例由H和O组成的化合物只有H2O，H2O2两种。而由C和H组成的化学物质已知的就有3000多种。碳氢化合物：分子中只含碳和氢两种元素的化合物，又称为烃。碳氢化合物是有机化合物的母体。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，或者碳烃化合物及其衍生物。可含C、H、O、N、P、S等元素。

有机化学及其研究对象

有机化学是研究有机化合物的组成、结构、制备、性质及其变化规律的学科。

有机化合物：含有碳氢两种元素的化合物及其衍生物。即烃及其衍生物

有机化学是一门迅速发展的学科

1901~1998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的化学奖55项，占化学奖61%二有机化合物组成和结构的特点1.碳原子是四价的2.碳原子的自相结合成键三、有机化合物的特性除少数例外，一般有机化合物都含有碳和氢两种元素，因此容易燃烧，生成二氧化碳和水，同时放出大量的热量。大多数无机化合物，如酸、碱、盐、氧化物等都不能燃烧。因而有时采用灼烧试验可以区别有机物和无机物。1．易燃烧

2.熔点、沸点低无机化合物静电力

有机化合物范德华力

NaClCH3COCH3相对分子质量58.558.08熔点/°C801-95.35

沸点/°C146556.2

3.难溶于水，易溶于有机溶剂

水是强极性化合物。大部分无机化合物是离子键型化合物，易溶于水，不易溶于有机溶剂；有机化合物是共价键型化合物，极性小，不溶于水，易溶于有机溶剂——“相似相溶”原理。

4.反应速度慢

无机反应是离子型反应，一般反应速度都很快。有机反应大部分是分子间的反应，反应过程中包括共价键旧键的断裂和新键的形成，所以反应速度比较慢。5．副反应多，产物复杂

有机化合物的分子大多是由多个原子结合而成的复杂分子，所以在有机反应中，反应中心可以在不同部位同时发生反应，得到多种产物。反应生成的初级产物还可继续发生反应，得到进一步的产物。因此在有机反应中，除了生成主要产物以外，还常常有副产物生成。

书写有机反应方程式时常采用箭头，而不用等号，一般只写出主要反应及其产物，有的还需要在箭头上标明反应的必要条件。

6.同分异构现象普遍存在

同分异构现象是指具有相同分子式，但结构不同，从而性质各异的现象。乙醇和甲醚，分子式均为C2H6O，但它们的结构不同，因而物理和化学性质也不相同。

乙醇b.p.78.5oC甲醚b.p.-25oC

第二节共价键的一般概念

化学键有多种形式，但最常见的是离子键和共价键。离子键是通过电子转移形成的，共价键是通过共用电子对形成的。无机化合物是以离子键结合的，有机化合物是以共价键结合的。

一、共价键理论

1．原子轨道原子是由原子核和核外电子两部分组成的。电子在核外运动的几率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。

1s、2p轨道的电子云示意图

基态时碳原子核外的电子排布:

1s

2s2p

基态时，原子中的电子都按能量最低原理、互不相容原理和洪特规则排布在原子轨道中，每一个原子轨道只能容纳两个自旋方向相反的电子。

2.价键理论两个原子间形成的共价键可以看作是两个原子的原子轨道的重叠或电子的配对。

(1)两个原子都有一个或多个未成对电子且自旋方向相反时，才能配对成键。形成的共价键数目等于未成对电子数目。

(2)两个原子尽可能沿着原子轨道对称轴方向重叠（重叠的程度最大）——方向性

(3)一个未成对电子最多只能和一个自旋方向相反的未成对电子配对成键——饱和性

(4)成键电子只能在成键区域内运动——定域性

能稳定成键不能稳定成键不能成键σ键和π键

共价键按共用电子对的数目，分为单键和重键。单键：共用一对电子，用一条半短线表示。重键：共用两对或两对以上电子，用两条或三条半短线表示。

单键双键三键

按成键原子轨道重叠方式不同，共价键又可分为σ键和π键

①σ键

两个成键原子轨道沿对称轴方向相互重叠（头碰头”方式重叠）而形成的共价键叫σ键。

σ键的特点

ⅰ键有对称轴，成键电子云分布近似圆柱形。

ⅱ以σ键连接的原子或基团可以绕键轴自由旋转而键不致发生断裂。

ⅲσ键电子云密集在两原子核之间，受核束缚力大，较稳定。

因σ键是沿原子轨道对称轴方向重叠形成的，重叠程度大，故比较牢固，在化学反应中比较稳定，不易发生断裂。σ键存在于一切共价键之中。

②π键

两个成键原子轨道对称轴相互平行，彼此重叠（两个p轨道从侧面“肩并肩”地重叠）而形成的共价键叫π键。

π键的特点

ⅰ无对称轴，有对称面。π键的电子云分散在两核连线的上下方呈平面对称分布。

ⅱ不能单独存在，必须与σ键共存。π键的形成，限制了σ键的自由旋转。

ⅲπ键电子云离核较远，受核的束缚力较小，不稳定，易受外界的影响而发生极化。

因π键电子云重叠程度较小，故键能较小，发生化学反应时，π键易断裂。具有较强的化学活性。3．碳原子的价键特点和杂化轨道

(1)碳原子的价键特点

碳原子之间相互结合或与其它原子结合时，都是通过共价键。有机化合物中碳原子是四价的。与其它原子或自身结合时，可以形成单键、双键或叁键。碳原子在基态时，核外电子排布为：1s22s22px12py1

2s2p2p2p

(2)碳原子轨道的杂化

碳原子在基态时，只有两个未成对电子，碳原子应是两价的。而在有机化合物中，碳均为4价。美国化学家鲍林，1954年获诺贝尔化学奖，1963年获诺贝尔和平奖。1931年，Pauling提出原子轨道杂化理论

激发态的四个原子轨道，它们的能量及形状是不完全等同的。若用这四个原子轨道成键，碳原子的四个价键不可能是等同的。

为了解决这个矛盾，杂化轨道提出：碳原子在成键时，四个原子轨道可以“混合起来”进行“重新组合”，形成四个能量等同的新轨道，此过程称为轨道的杂化。

不同种类原子轨道混合起来重新组合成新的原子轨道的过程，叫做原子轨道的杂化。

形成的新的原子轨道叫做杂化轨道。

碳原子轨道的杂化分为三种类型：

sp3杂化、sp2杂化、sp杂化实例：CH4实例：CH2=CH2实例：

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。键长的单位为nm（10-9m）。

一般说来，共价键键长越短，键越牢固。

2.键角

一个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。

例如，甲烷分子中∠HCH为109°28’。而在其它烷烃分子中，由于碳原子连接的情况不尽相同，相互影响的结果，其键角也稍有差异。丙烷分子中的∠C-CH2-C就不是109°28’，而112°。键角决定着分子的空间构型。

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。对于双原子分子，A-B键的离解能就是它的键能。键的离解能和键能单位通常用kj·mol-1表示。A（气态）+B（气态）→A-B（气态）

键能越大，说明两个原子结合得越牢固。键能表示共价键的牢固程度。

4.键的极性、分子的极性和分子间力

（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。

（2）分子的极性

在双原子分子中，共价键的极性就是分子的极性。但对多原子的分子来说，分子的极性取决于分子的组成和结构。多原子分子的偶极矩是各键的偶极矩的向量和。

μ=0μ=0μ=3.63×10-30C·m

甲烷四氯化碳三氯甲烷分子的极性对物质的熔点、沸点和溶解度都有很大的影响。键的极性也能决定发生在这个键上的反应类型，甚至还能影响到附近键的反应活性。

（3）分子间力

①偶极—偶极作用力这种作用力产生在极性分子之间。使分子定向排列。这种分子间力也称为定向力。

δ+δ-δ+δ-δ+δ-

CH3－Cl……CH3－Cl……CH3－Cl

②范德华力非极性分子在运动中可以产生瞬间偶极。这种瞬间偶极所产生的相互作用力称为范德华力（也称色散力）。范德华力不仅存在于非极性分子中，也可存在于极性分子中。范德华力比共价键作用力弱得多。

三、共价键的断裂方式和有机反应类型

在化学反应里，同时发生旧键的断裂和新键的生成。共价键有两种断裂方式：均裂和异裂

（1）均裂

共价键断裂时，共用电子对平均分配给两个原子，生成游离基:

具有未成对电子的原子或原子团叫做游离基。

通过游离基进行的反应叫游离基反应。游离基反应一般要在光照或高温加热下条件进行。

..

（2）异裂共价键异裂时，共用电子对保留在一个原子上。异裂有两种情况：

异裂一般需要酸、碱催化或在极性物质存在下进行。

共价键异裂生成离子而引发的反应称为离子型反应。第三节有机化合物的分子结构有机化合物分子结构式的常见书写方法

价键式

结构简式

有机分子的立体模型凯库勒模型（球棍模型）斯陶特模型（比例模型）甲烷分子的模型有机分子的透视式表示方法第四节有机化学中的酸碱理论

一、布朗斯特酸碱质子理论

凡是能给出质子的分子或离子都是酸；凡是能与质子结合的分子或离子都是碱。

酸失去质子，剩余的基团就是它的共轭碱；碱得到质子生成的物质就是它的共轭酸。

酸碱的概念是相对的，某一物质在一个反应中是酸，而在另一反应中可能是碱。

在酸碱反应中，总是较强的酸把质子传递给较强的碱。（较强碱）（较强酸）（较弱酸）（较弱碱）

二、路易斯酸碱电子理论

1923年，路易斯提出酸碱电子理论:能够接受电子对的物质叫路易斯酸。能够给出电子对的物质叫路易斯碱。酸和碱的反应可用下式表示：

A是路易斯酸，它至少有一个原子具有空轨道，具有接受电子对的能力。因此，酸是能接受外来电子对的电子接受体。如：BF3，AlCl3，SnCl2，ZnCl2，FeCl3；Li+，Ag+，Cu2+；R+，RCO+，Br+，NO2+，H+

等都是路易斯酸。

B是路易斯碱，它至少含有一对未共用电子对，具有给予电子对的能力。因此，碱是能给出电子对的电子给予体。如：H2O，NH3，RNH2，

ROH，ROR，，RSH；X-，OH-，RO-，SH-，R-

；烯或芳香化合物等都是路易斯碱。

路易斯酸在有机反应中常称为亲电试剂；路易斯碱在有机反应中常称为亲核试剂。

酸和碱反应生成的AB叫做酸碱加合物。

AlCl3是路易斯酸，Cl－是路易斯碱，而AlCl4－是酸碱加合物。

对有机物来说，也可以看成是酸碱加合物。例如，甲烷CH4可以看成酸H+和碱CH3－的加合物；乙醇CH3CH2OH可以看成酸H+和碱CH3CH2O－的加合物。大部分无机反应和有机反应，都可以设想为一种路易斯酸碱反应。

路易斯碱与布朗斯特碱两者没有多大区别，但路易斯酸要比布朗斯特酸概念广泛得多。

第五节有机化合物的分类一、根据碳架不同分类1.开链化合物（又称脂肪族化合物）CH3CH2CH3CH3CH=CH2

结构特点：碳原子互相结合形成链状这类化合物最初是从脂肪中发现的。CH3CH2CH2CH2OH2.碳环化合物（1）脂环化合物（除苯环外的碳环均为脂环）

特点：化学性质与脂肪族化合物相似，因此称脂环族化合物。（2）芳香族化合物（含苯环的化合物）3.杂环化合物（含杂环的化合物）二、根据官能团不同分类化合物类别官能团官能团名称烯烃