有機化合物的定義及特點

1、第一章緒 論 （一）（一）重點重點1.有機化合物的定義及特點有機化合物的定義及特點2.共價鍵的一些基本概念共價鍵的一些基本概念3.誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)4. 有機化合物的研究方法有機化合物的研究方法（二）（二）難點難點1價鍵理論價鍵理論2分子軌道理論分子軌道理論3誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)一、一、 有機化學(xué)的研究對象有機化學(xué)的研究對象1有機化合物和有機化學(xué)有機化合物和有機化學(xué)1 1）有機化合物：）有機化合物：指碳?xì)浠衔锛耙蕴細(xì)浠衔镅苌玫闹柑細(xì)浠衔锛耙蕴細(xì)浠衔镅苌玫幕衔铩；衔?。有機化和物中，除碳和氫外，常見的元素有O.N.X.S.P 等。有機化合物有一千多萬種以上。）有機化學(xué)：）有機化學(xué)：研

2、究有機化合物的化學(xué)。研究有機化合物的化學(xué)。2有機化合物特點有機化合物特點1）組成元素少，但數(shù)量龐大；同分異構(gòu)現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)）組成元素少，但數(shù)量龐大；同分異構(gòu)現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)式表示式表示2）易燃；）易燃；3）熔沸點低；）熔沸點低；4）難溶于水；）難溶于水；5）反應(yīng)慢，且產(chǎn)物復(fù)雜；方程式用箭頭表示）反應(yīng)慢，且產(chǎn)物復(fù)雜；方程式用箭頭表示1828年年 F.Wohler(維勒維勒)將氰酸銨的水溶液加熱得到尿素：將氰酸銨的水溶液加熱得到尿素：NH4CNONH2CONH2說明有機物可以在實驗室合成。說明有機物可以在實驗室合成。 在十九世紀(jì)初期發(fā)展了定量測定有機化合物組成的方法，并在十九世紀(jì)初期發(fā)展了定量測定有機化合物

3、組成的方法，并分析了許多有機化合物。十九世紀(jì)中期以后，開始把有機化分析了許多有機化合物。十九世紀(jì)中期以后，開始把有機化合物看作是碳化合物，有機化學(xué)看作碳化合物化學(xué)。有機化合物看作是碳化合物，有機化學(xué)看作碳化合物化學(xué)。有機化學(xué)成為一門科學(xué)。學(xué)成為一門科學(xué)。 1857年，年，Kekule(德德)提出碳原子的四價學(xué)說，在此基礎(chǔ)上提出碳原子的四價學(xué)說，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了有機化合物結(jié)構(gòu)學(xué)說，對有機化學(xué)的發(fā)展起了很大推發(fā)展了有機化合物結(jié)構(gòu)學(xué)說，對有機化學(xué)的發(fā)展起了很大推動作用。動作用。3有機化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展有機化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展1874年，年，vantHoff(荷荷)和和LeBel(法法)提出碳的四面體構(gòu)型提

4、出碳的四面體構(gòu)型學(xué)說，建立了分子的立體概念，開創(chuàng)了以立體觀點來研究有學(xué)說，建立了分子的立體概念，開創(chuàng)了以立體觀點來研究有機化合物的立體化學(xué)（機化合物的立體化學(xué)（stereochemistry）。）。1917年，年，Lewis(美美)用電子對來說明化學(xué)鍵的生成。用電子對來說明化學(xué)鍵的生成。1931年年Huckel(德德)用量子化學(xué)的方法來解決不飽和化合用量子化學(xué)的方法來解決不飽和化合物和芳烴的結(jié)構(gòu)問題。物和芳烴的結(jié)構(gòu)問題。1933年，年，Ingold（英）用化學(xué)動力學(xué)方法研究飽和碳原子（英）用化學(xué)動力學(xué)方法研究飽和碳原子上親核取代反應(yīng)的機理。上親核取代反應(yīng)的機理。60年代，年代，Hoffman.

5、福井謙一（日）發(fā)現(xiàn)分子軌道守恒原理，福井謙一（日）發(fā)現(xiàn)分子軌道守恒原理，提出前線軌道理論。提出前線軌道理論。80-90年代，年代，Corey提出合成子概念，并合成出許多復(fù)雜結(jié)提出合成子概念，并合成出許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的具有生理活性的有機化合物。構(gòu)的具有生理活性的有機化合物。4有機化學(xué)的研究內(nèi)容有機化學(xué)的研究內(nèi)容 1）天然產(chǎn)物的研究天然產(chǎn)物的研究2）有機化合物的結(jié)構(gòu)測定有機化合物的結(jié)構(gòu)測定3）有機化合物性質(zhì)及應(yīng)用研究有機化合物性質(zhì)及應(yīng)用研究4）有機合成有機合成 通過合成不但可以驗證天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的正確性，通過合成不但可以驗證天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的正確性，還可以得到一系列與天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相似的化合物，從中篩選還可以

6、得到一系列與天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相似的化合物，從中篩選出性能更好的產(chǎn)物，進(jìn)一步發(fā)展為工業(yè)產(chǎn)品。出性能更好的產(chǎn)物，進(jìn)一步發(fā)展為工業(yè)產(chǎn)品。5）反應(yīng)機理的研究反應(yīng)機理的研究 反應(yīng)機理的研究可以加深對有機反應(yīng)的反應(yīng)機理的研究可以加深對有機反應(yīng)的理解，有利于合理改變實驗條件，提高反應(yīng)產(chǎn)率。通過機理理解，有利于合理改變實驗條件，提高反應(yīng)產(chǎn)率。通過機理研究也可了解結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性之間的關(guān)系。研究也可了解結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性之間的關(guān)系。 二、二、 共價鍵的一些基本概念共價鍵的一些基本概念1共價鍵理論共價鍵理論1）價鍵理論要點：）價鍵理論要點：（1）原子軌道重疊，共用電子對可形成價鍵。原子軌道重疊，共用電子對可形成價鍵。（形成

7、鍵的電子對在成鍵前是屬于一個原子時，形成的鍵稱配價鍵，（形成鍵的電子對在成鍵前是屬于一個原子時，形成的鍵稱配價鍵，存在電子得失時則形成離子鍵。）存在電子得失時則形成離子鍵。）共用兩對電子形成雙鍵，其余類推：共用兩對電子形成雙鍵，其余類推：+.HHHH CxxxxC4HxxxxCHHHHCCHHHHCCHHHH（2）共價鍵具有飽和性：原子中未成鍵電子共價鍵具有飽和性：原子中未成鍵電子與另一原子中的某一電子配對后，不能再與第三與另一原子中的某一電子配對后，不能再與第三個電子配對。個電子配對。（3）共價鍵具有方向性：除）共價鍵具有方向性：除S軌道外，其它原子軌道外，其它原子軌道都有一定的方向性，兩原

8、子軌道只有沿著一軌道都有一定的方向性，兩原子軌道只有沿著一定的方向才能達(dá)到最大重疊。定的方向才能達(dá)到最大重疊。2.分子軌道理論分子軌道理論分子軌道理論是從分子的整體出發(fā)去研究分子中每個電子分子軌道理論是從分子的整體出發(fā)去研究分子中每個電子的運動狀態(tài)，認(rèn)為形成化學(xué)鍵的電子是在整個分子中運動的，的運動狀態(tài)，認(rèn)為形成化學(xué)鍵的電子是在整個分子中運動的，該理論認(rèn)為化學(xué)鍵是原子軌道重疊產(chǎn)生的，任何數(shù)目的原子該理論認(rèn)為化學(xué)鍵是原子軌道重疊產(chǎn)生的，任何數(shù)目的原子軌道重疊可以形成同樣數(shù)目的分子軌道，如軌道重疊可以形成同樣數(shù)目的分子軌道，如H2 的形成：的形成： 2（反鍵軌道）=A-BABHAHB1（成鍵軌道）=

9、A+BHA+HBH2E A -B * A B A +B E圖：氫分子的分子軌道圖：氫分子的分子軌道S S 和和P P 原子軌道之間的成鍵包括了原子軌道之間的成鍵包括了S S 軌道以軌道以P P 軌道的軸線軌道的軸線方向相互接近而與方向相互接近而與P P 軌道的一端發(fā)生最大程度的重疊，同樣軌道的一端發(fā)生最大程度的重疊，同樣形成一對成鍵形成一對成鍵和反鍵和反鍵* *分子軌道，例分子軌道，例 HFHF： F:2PxH:1SHFHFFFHH*E*H1sF2Px圖圖2 二個不同的原子軌道組成分子軌道的能量關(guān)系二個不同的原子軌道組成分子軌道的能量關(guān)系 P軌道與軌道與P軌道能形成軌道能形成分子軌道，例分子軌

10、道，例F2：FFFFF:2PxF:2Px*但是，當(dāng)兩個互相平行的但是，當(dāng)兩個互相平行的P軌道在側(cè)面重疊形成分子軌道時，如軌道在側(cè)面重疊形成分子軌道時，如Py-PyorPz-Pz所形成的分子軌道稱所形成的分子軌道稱軌道。軌道。軌道還保留著對稱面（基面）。例：軌道還保留著對稱面（基面）。例： .CCCCCC節(jié)點一般寫法在節(jié)面上電子云密度為零Py（Pz）Py（Pz）*原子軌道組成分子軌道時，必須符合三個原子軌道組成分子軌道時，必須符合三個原則：原則： a）對稱性匹配原則對稱性匹配原則b）原子軌道重疊部分要最大原子軌道重疊部分要最大c）能量相近原則能量相近原則 3 3共價鍵的鍵參數(shù)共價鍵的鍵參數(shù) 1）

11、鍵長：鍵長：單位單位nm，一定的共價鍵的鍵長是一定的。，一定的共價鍵的鍵長是一定的。2）鍵角：鍵角：鍵角大小隨分子結(jié)構(gòu)不同而改變，它反映了分子鍵角大小隨分子結(jié)構(gòu)不同而改變，它反映了分子的空間結(jié)構(gòu)。的空間結(jié)構(gòu)。3）鍵能：鍵能：雙原子分子的離域能便是鍵能。雙原子分子的離域能便是鍵能。鍵能愈大，鍵愈牢固，一個分子中不同的鍵其離域能是不同鍵能愈大，鍵愈牢固，一個分子中不同的鍵其離域能是不同的，對多原子分子而言，其共價鍵的鍵能指同類共價鍵離域能的，對多原子分子而言，其共價鍵的鍵能指同類共價鍵離域能的平均值。的平均值。A（氣） +B（氣） AB（氣） +鍵能4）鍵距：）鍵距： 例：例：CH3+Cl-鍵距鍵

12、距=ede:中心電荷中心電荷d：正負(fù)電荷中心的距離正負(fù)電荷中心的距離分子的偶極距是各鍵的鍵距向量和分子的偶極距是各鍵的鍵距向量和:=0=0=1.94DCl-Cl(鍵距為零鍵距為零)CClClClClCHClHHCHHHH4共價鍵的斷裂共價鍵的斷裂1）均裂）均裂ABABhvCH3R2）異裂）異裂離子型反應(yīng)分為親核與親電反應(yīng)離子型反應(yīng)分為親核與親電反應(yīng):R+,CH3+碳正離子碳正離子R-,CH3-碳負(fù)離子碳負(fù)離子三、誘導(dǎo)效應(yīng)三、誘導(dǎo)效應(yīng) 定義：定義：誘導(dǎo)效應(yīng)是指在有機化合物中由于電負(fù)性不同誘導(dǎo)效應(yīng)是指在有機化合物中由于電負(fù)性不同的取代基的影響，使整個分子中成鍵電子云按取代基團(tuán)的取代基的影響，使整個

13、分子中成鍵電子云按取代基團(tuán)的電負(fù)性所決定的方向而偏移的效應(yīng)。的電負(fù)性所決定的方向而偏移的效應(yīng)。 -I效應(yīng)效應(yīng)： CH3+-CH2+-CH2+Cl-+I效應(yīng)效應(yīng)： CH3C HO誘導(dǎo)效應(yīng)在沒有外加電場影響下也存在，它體現(xiàn)的是分子自身的性質(zhì)。誘導(dǎo)效應(yīng)在沒有外加電場影響下也存在，它體現(xiàn)的是分子自身的性質(zhì)。誘導(dǎo)效應(yīng)一般用誘導(dǎo)效應(yīng)一般用I 表示，飽和表示，飽和C-H 鍵的誘導(dǎo)效應(yīng)規(guī)定為零。鍵的誘導(dǎo)效應(yīng)規(guī)定為零。 當(dāng)一個原子或原子團(tuán)與碳原子成鍵后，電子云偏當(dāng)一個原子或原子團(tuán)與碳原子成鍵后，電子云偏離碳原子，稱為離碳原子，稱為-I 效應(yīng)。效應(yīng)。 例：例： CH3XCH3OHCH3OH一般來說，原子吸電子能力

14、越強，一般來說，原子吸電子能力越強，-I效應(yīng)就越大。例：效應(yīng)就越大。例： -F-Cl-Br-I ， -F-OR-NR2 ， -O+R2-N+R3 +I誘導(dǎo)效應(yīng)與誘導(dǎo)效應(yīng)與-I誘導(dǎo)效應(yīng)相反。具有誘導(dǎo)效應(yīng)相反。具有+I效應(yīng)的原子或效應(yīng)的原子或原子團(tuán)與碳原子成鍵后，可使電子云偏向該碳原子。正原子團(tuán)與碳原子成鍵后，可使電子云偏向該碳原子。正誘導(dǎo)效應(yīng)用誘導(dǎo)效應(yīng)用+I表示。例：表示。例：CCHHCH3CH3具有具有+I效應(yīng)的原子團(tuán)主要是烷基，并只有在與不飽和碳效應(yīng)的原子團(tuán)主要是烷基，并只有在與不飽和碳相連時才呈相連時才呈+I效應(yīng)效應(yīng):（CH3）3C-（CH3）2CH- CH3CH2- CH3- 上面為靜態(tài)

15、分子中所表現(xiàn)出來的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱上面為靜態(tài)分子中所表現(xiàn)出來的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱靜態(tài)誘導(dǎo)靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)效應(yīng)，它僅與鍵本身的極性有關(guān)。另外，在化學(xué)反應(yīng)中，它僅與鍵本身的極性有關(guān)。另外，在化學(xué)反應(yīng)中，由于分子受到許多外界條件的影響，例另一分子的影響，由于分子受到許多外界條件的影響，例另一分子的影響，其它進(jìn)攻試劑的影響，溶劑的影響等等。在外界電場的作其它進(jìn)攻試劑的影響，溶劑的影響等等。在外界電場的作用下，分子會發(fā)生誘導(dǎo)極化，這種在外界電場影響下在化用下，分子會發(fā)生誘導(dǎo)極化，這種在外界電場影響下在化學(xué)反應(yīng)時才表現(xiàn)出來的誘導(dǎo)效應(yīng)稱為學(xué)反應(yīng)時才表現(xiàn)出來的誘導(dǎo)效應(yīng)稱為動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)。 動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)往往是有機反

16、應(yīng)得以實現(xiàn)的決定性因素。動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)往往是有機反應(yīng)得以實現(xiàn)的決定性因素。四、四、 研究有機化合物的一般步驟研究有機化合物的一般步驟1活性初測，分離提純?；钚猿鯗y，分離提純。 2純度檢定：熔、沸點測定，薄層層析、氣相色譜純度檢定：熔、沸點測定，薄層層析、氣相色譜（GC）、高壓液相色譜（）、高壓液相色譜（HPLC）鑒定。）鑒定。 3元素定性分析和定量分析元素定性分析和定量分析 4經(jīng)驗式和分子式的確定經(jīng)驗式和分子式的確定 5結(jié)構(gòu)式的確定（四譜的運用）。結(jié)構(gòu)式的確定（四譜的運用）。6.該化合物的合成及構(gòu)效關(guān)系研究。該化合物的合成及構(gòu)效關(guān)系研究。 例：某有機物，元素分析結(jié)果為：例：某有機物，元素分析結(jié)果

17、為： C：60.00 %；H：13.40 % （O：26.60 %） 百分含量 摩爾比 最小整數(shù)比（原子數(shù)目比） C 60.00 60.00/12.01 = 5.00 5.00/1.66 = 3 H 13.40 13.40/1.008 = 13.29 13.29/1.66 = 8 O 26.60 26.60/16.00 = 1.66 1.66/1.66 = 1 該化合物的實驗式該化合物的實驗式： C3H8O 分子式：分子式： （C3H8O）n = 分子量（可用質(zhì)譜法、沸點升高法、熔點降低法、滲透壓法等測定） 當(dāng)分子量為60時，分子式為C3H8O。 當(dāng)分子量為120時，分子式為C6H16O2 。 五、五、 有機化合物的分類有機化合物的分類1按碳架分類按碳架分類1）開鏈化合物）開鏈化合物CH3CH2OHCH3CH2O CH2CH32)碳環(huán)化合物碳環(huán)化合物 （1）脂環(huán)化合物）脂環(huán)化合物 CH2CH2CH2CH2CH2（2）芳香環(huán)化合物）芳香環(huán)化合物 （3）雜環(huán)化合物）雜環(huán)化合物 NSO2按官能團(tuán)分類按官能團(tuán)分類官能團(tuán)是指有機化合物分子中特別能起反應(yīng)的官能團(tuán)是指有機化合物分子中特別能起反應(yīng)的一些原子或原子團(tuán)。一些原子或原子團(tuán)。本書的內(nèi)容編排基本上是按照官能團(tuán)分類進(jìn)行本書的