有機(jī)化學(xué)：第一章 緒論

1、 有機(jī)化學(xué)（有機(jī)化學(xué)（Organic Chemistry） 研究研究有機(jī)化合物有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)和變化規(guī)律的科學(xué) 有機(jī)化合物有機(jī)化合物 含碳的化合物含碳的化合物一一. . 有機(jī)化學(xué)和有機(jī)化合物有機(jī)化學(xué)和有機(jī)化合物HCNOFPSClBrISiB有機(jī)化合物中常見(jiàn)的元素有機(jī)化合物中常見(jiàn)的元素( (Vitalism)NH2CNH2ONH4CNO+-inorganicorganic1.2 1.2 有機(jī)化合物的特性有機(jī)化合物的特性（三）（三） 分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式C C CCC C CCCCCCCCCC分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)：指分子中原子的成鍵次序和鍵合方

2、式。指分子中原子的成鍵次序和鍵合方式。CHCHHHOHHCHOHHC HHH分子式：分子式：C2H6O沸點(diǎn)：沸點(diǎn)： 78.2 -231-丙醇丙醇環(huán)戊烷環(huán)戊烷短線(xiàn)式短線(xiàn)式 縮簡(jiǎn)式縮簡(jiǎn)式 鍵線(xiàn)式鍵線(xiàn)式脂肪族化合物常用縮簡(jiǎn)式、環(huán)狀化合物常用鍵線(xiàn)式！脂肪族化合物常用縮簡(jiǎn)式、環(huán)狀化合物常用鍵線(xiàn)式！CHCCHHOHHHHHCH3CH2CH2OHOHCCCCCHHHHHHHHHHH2CH2CCH2CH2CH21.4 共價(jià)鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵(Covalent bonds)：由兩個(gè)原子間共用一對(duì)電子產(chǎn)生的化學(xué)鍵由兩個(gè)原子間共用一對(duì)電子產(chǎn)生的化學(xué)鍵C4 H+CHHHHCHHHHKecul 價(jià)鍵式價(jià)鍵式Lewis

3、 結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式惰性氣體惰性氣體構(gòu)型構(gòu)型八隅體規(guī)則八隅體規(guī)則(Octet rule)最外層電子：最外層電子：H: 2 電子電子其它原子其它原子: 8 電子電子類(lèi)似于氖的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)類(lèi)似于氖的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)乙烯：乙烯：CHHCHHCCHHHH乙炔：乙炔：CHC HHCCHn價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論 共價(jià)鍵：兩個(gè)帶有自旋反平行單電子軌道的交疊共價(jià)鍵：兩個(gè)帶有自旋反平行單電子軌道的交疊 （s s 鍵鍵 和和 p p 鍵）鍵） n 雜化軌道理論：成鍵之前原子軌道進(jìn)行了重組雜化軌道理論：成鍵之前原子軌道進(jìn)行了重組HCHHHCCHHHHCCHH(1) 價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論(Valence bond theory)共價(jià)鍵的形成：是

4、成鍵原子的原子軌道共價(jià)鍵的形成：是成鍵原子的原子軌道 (電子云電子云)相互交蓋的結(jié)果相互交蓋的結(jié)果HH+H H=氫原子氫原子 軌道交蓋軌道交蓋 氫分子氫分子圖圖1.1 氫原子的氫原子的 s 軌道交蓋形成氫分子軌道交蓋形成氫分子 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz躍遷躍遷原子軌道重組原子軌道重組4個(gè)個(gè)sp3軌道軌道C: 1s22s22p2109.5oHCHHHs s 鍵(sp3-s)HCHHs s 鍵(sp3-s)HCHHs s 鍵(sp3-sp3)HCHHCls s 鍵(sp3-p)l 甲烷甲烷(CH4)的的 成鍵示意成鍵示意CHHHHCHHHH軸對(duì)稱(chēng)方式交疊軸對(duì)稱(chēng)方式

5、交疊 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz躍遷躍遷原子軌道重組原子軌道重組 3個(gè)個(gè)sp2軌道軌道 2pz120ol 乙烯乙烯(CH2=CH2)的成鍵示意的成鍵示意Csp2軌道p軌道C+HHHHCHHp軌道CHHCCHHHHs s 鍵(sp2-s)s s 鍵(sp2-sp2)p p 鍵 (p-p)CCHHHCH3s s 鍵(sp2-sp3)OCHCH3s s 鍵(sp2-sp2)p p 鍵 (p-p)pp鍵鍵 側(cè)面交疊側(cè)面交疊（電子云結(jié)合較松散）（電子云結(jié)合較松散） 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz躍遷躍遷原子軌道重組原子軌道重組sp 2py 2p

6、z180ol乙炔乙炔(CH CH)的成鍵示意的成鍵示意:Csp軌道py+HHCHCHpzCpypzCCHHs s 鍵(sp-s)s s 鍵(sp-sp)2 p p 鍵 (p-p)s s 鍵 (sp-sp2)CCH3CCHCH2（1）鍵長(zhǎng)）鍵長(zhǎng) 指成鍵原子核之間的距離指成鍵原子核之間的距離一些共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)一些共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)共價(jià)鍵的屬性共價(jià)鍵的屬性共價(jià)鍵共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)/nm鍵長(zhǎng)/nmC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C0.1540.1470.1430.1410.1090.1770.2120.1340.1200.191甲烷甲烷C-HC-H鍵鍵能（鍵鍵能（414kJ.mol-1)

7、414kJ.mol-1)是上述解離能的平均值。是上述解離能的平均值。（2）鍵能）鍵能 指成鍵時(shí)體系吸收的能量或斷鍵時(shí)體系指成鍵時(shí)體系吸收的能量或斷鍵時(shí)體系吸收的能量。吸收的能量。多原子分子鍵能通常是鍵的解離能平多原子分子鍵能通常是鍵的解離能平均值。均值。CH4CH3HEd(CH3H)= 423 kJ.mol-1CH3CH2HEd(CH2H)= 439 kJ.mol-1CH2CHHEd(CHH)= 448 kJ.mol-1CHCHEd(CH)= 347 kJ.mol-1一些共價(jià)鍵的鍵能一些共價(jià)鍵的鍵能共價(jià)鍵共價(jià)鍵鍵能/kJ.molC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C3

8、47305360485414339218611837285鍵能/kJ.mol-1-1化學(xué)環(huán)境不同的相同共價(jià)鍵的鍵能是有差異的！化學(xué)環(huán)境不同的相同共價(jià)鍵的鍵能是有差異的！（3）鍵角）鍵角乙醚乙醚戊烷戊烷甲烷甲烷指鍵與鍵之間的夾角。指鍵與鍵之間的夾角。CHHHH109.5o109.5oO104oCOHH118o121o甲醛甲醛當(dāng)成鍵原子電負(fù)性不同時(shí)，電負(fù)性大的原子帶部分負(fù)當(dāng)成鍵原子電負(fù)性不同時(shí)，電負(fù)性大的原子帶部分負(fù)電荷（電荷（- -）；電負(fù)性小的原子帶有部分負(fù)電荷）；電負(fù)性小的原子帶有部分負(fù)電荷（+ +）。鍵的極性強(qiáng)弱用偶極矩（）。鍵的極性強(qiáng)弱用偶極矩（）來(lái)衡量，它是）來(lái)衡量，它是部分電荷與電荷

9、之間距離的乘積：部分電荷與電荷之間距離的乘積： =q.d=q.d（C.m)C.m)，+ + - - （4）鍵的極性）鍵的極性HClHCl=3.57x10=3.57x10-30-30（C.m)C.m)多原子分子偶極矩是各個(gè)共價(jià)鍵偶極矩的矢量和多原子分子偶極矩是各個(gè)共價(jià)鍵偶極矩的矢量和=0 0（C.m)C.m)= =6.47x106.47x10-30-30（C.m)C.m)= =3.28x103.28x10-30-30（C.m)C.m)CClClHHCClHHHCClClClCl 偶極矩為零的分子是非極性分子；偶極矩不為零的分子偶極矩為零的分子是非極性分子；偶極矩不為零的分子是極性分子；偶極矩越大

10、，分子極性越強(qiáng)。是極性分子；偶極矩越大，分子極性越強(qiáng)。誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)(Inductive effect)：CH3CH2CH2CH2Cl1234詳見(jiàn)第三章詳見(jiàn)第三章2.3.2(2)(c);第十二章第十二章 12.6.1 由于分子內(nèi)成鍵原子的電負(fù)性不同，由于分子內(nèi)成鍵原子的電負(fù)性不同，而引起分子內(nèi)電子云分布不均勻。這種而引起分子內(nèi)電子云分布不均勻。這種影響沿分子鏈鍵靜電誘導(dǎo)地傳遞下去，影響沿分子鏈鍵靜電誘導(dǎo)地傳遞下去，這種電子效應(yīng)這種電子效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)(I)有機(jī)反應(yīng)的本質(zhì)：有機(jī)反應(yīng)的本質(zhì)： 舊鍵的斷裂和新鍵的生成舊鍵的斷裂和新鍵的生成反應(yīng)物反應(yīng)物(Reactants) CC+ BrBrCC

11、Br BrCCl41.4.3 共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類(lèi)型共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類(lèi)型有機(jī)反應(yīng)有機(jī)反應(yīng)(Organic Reactions):產(chǎn)物產(chǎn)物(A Product)溶劑溶劑底物底物(A substrate)試劑試劑(A Reagent) 共價(jià)鍵斷裂的方式：共價(jià)鍵斷裂的方式：異裂異裂(Heterolytic bond cleavage) (Polar):C LC+ LC+ L均裂均裂(Homolytic bond cleavage)(Radical) :R LR + L自由基自由基(Radicals)碳正離子碳正離子(A carbocation)碳負(fù)離子碳負(fù)離子(A carbanion)

12、有機(jī)反應(yīng)活性中間體：有機(jī)反應(yīng)活性中間體： 碳正離子、碳負(fù)離子、自由基碳正離子、碳負(fù)離子、自由基1.5 分子間相互作用力分子間相互作用力1.5.1 偶極偶極-偶極相互作用偶極相互作用偶極偶極-偶極相互作用：偶極相互作用： 一個(gè)極性分子帶有部分正電荷的一端一個(gè)極性分子帶有部分正電荷的一端與另一個(gè)分子帶有部分負(fù)電荷的一端之間與另一個(gè)分子帶有部分負(fù)電荷的一端之間的吸引作用。的吸引作用。-HClHCl-HClClH極性分子之間的一種相互作用極性分子之間的一種相互作用-1.5.2 van der Waals 力力非極性分子之間存在的吸引力非極性分子之間存在的吸引力van der Waals (范德華范德華

13、)力：力： 瞬間偶極和誘導(dǎo)偶極之間相反電荷的瞬間偶極和誘導(dǎo)偶極之間相反電荷的區(qū)域彼此吸引。區(qū)域彼此吸引。1.5.3 氫鍵氫鍵(Hydrogen bonds)HY (Y: N,O,F等等原原子子) )Y: 電負(fù)性很強(qiáng)，原子半徑較小電負(fù)性很強(qiáng)，原子半徑較小H3COHOCH3H兩個(gè)甲醇分子之間形成的氫鍵：兩個(gè)甲醇分子之間形成的氫鍵：分子間作用力大小順序?yàn)椋悍肿娱g作用力大小順序?yàn)椋簹滏I氫鍵 偶極偶極-偶極吸引力偶極吸引力 van der Waals力力 1.7 有機(jī)化合物的分類(lèi)有機(jī)化合物的分類(lèi)1.7.1 按碳骨架分類(lèi)按碳骨架分類(lèi)有有機(jī)機(jī)化化合合物物(1)開(kāi)鏈化合物開(kāi)鏈化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物)

14、 (Aliphatic compounds)C原子連接成鏈狀原子連接成鏈狀(2) 脂環(huán)脂環(huán)(族族)化合物化合物(Cyclic compounds)C原子連接成環(huán)狀原子連接成環(huán)狀(3) 芳香族化合物芳香族化合物(Aromatic compounds)含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)(4) 雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物(Heterocyclic compounds)含有由含有由C原子和其它原子原子和其它原子(如，如，O,N,S)連接成環(huán)的化合物連接成環(huán)的化合物CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CCHCH3CH2OH乙烷乙烷 1-丁烯丁烯 丙炔丙炔 乙醇乙醇開(kāi)鏈化合物：開(kāi)鏈化合物：脂環(huán)化合物：脂環(huán)化合物：OH

15、環(huán)己烷環(huán)己烷 環(huán)戊二烯環(huán)戊二烯 環(huán)辛烯環(huán)辛烯 環(huán)己醇環(huán)己醇芳香族化合物：芳香族化合物：OHCl苯苯 萘萘 苯酚苯酚 氯苯氯苯雜環(huán)化合物：雜環(huán)化合物：四氫呋喃四氫呋喃 噻吩噻吩 吡啶吡啶 糠醛糠醛 SONOCHO1.7.2 按官能團(tuán)分類(lèi)按官能團(tuán)分類(lèi)官能團(tuán)官能團(tuán)(Functional groups):容易發(fā)生反應(yīng)的原子或基團(tuán)容易發(fā)生反應(yīng)的原子或基團(tuán)表表1.3 一些常見(jiàn)的重要官能團(tuán)一些常見(jiàn)的重要官能團(tuán)化合物類(lèi)型化合物類(lèi)型 化合物化合物 官能團(tuán)構(gòu)造官能團(tuán)構(gòu)造 官能團(tuán)名稱(chēng)官能團(tuán)名稱(chēng)烯烯烴烴炔炔烴烴鹵鹵代代烴烴醇醇和和酚酚醚醚醛醛酮酮羧羧酸酸腈腈胺胺硝硝基基化化合合物物硫硫醇醇磺磺酸酸H2CCH2HCCH

16、CH3XC2H5OH,C6H5OHC2H5OC2H5CH3CHOCH3CCH3OCH3COHOCH3CNCH3NH2CH3NO2C2H5SHC6H5SO3HCCCCXOHCOCCHOCOCOHOCNNH2NO2SHSO3H碳碳碳碳雙雙鍵鍵碳碳碳碳叁叁鍵鍵鹵鹵基基( (鹵鹵原原子子) )羥羥基基醚醚鍵鍵醛醛基基酮酮基基( (羰羰基基) )羧羧基基氰氰基基氨氨基基硝硝基基巰巰基基磺磺基基參考書(shū)參考書(shū)(Reference):1. Francis A. Carry Organic chemistry 4th edition2. John McMurry Organic chemistry 5th edition 3. T.W. Graham Solomons Organic chemistry 5th edition and 6th edition4. 王積濤主編王積濤主編有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)（第二版）（第二版）5. 邢其毅主編邢其毅主編基礎(chǔ)