有機化學緒論詳細版

1、.Organic Chemistry.教材與參考教材教材與參考教材陸濤主編，有機化學學習指導與習題集，陸濤主編，有機化學學習指導與習題集， 人民衛(wèi)生出版社，人民衛(wèi)生出版社，2011邢其毅，基礎有機化學（第三版上下），高等教育出版社，邢其毅，基礎有機化學（第三版上下），高等教育出版社，2008Francis A. Carey.Organic chemistry New York ，McGraw-Hill，2009 .第一章 緒論一、有機化合物和有機化學二、有機化合物的結構理論三、共價鍵的參數(shù)與斷裂方式四、有機化合物的分類及表示五、有機酸堿理論.第一節(jié) 有機化合物和有機化學.Friedrich W

2、ohle (1800-1882) Germany NH2CNH2ONH4CNO+-inorganicorganic.為什么要學習有機化學？為什么要學習有機化學？什么是什么是有機化合物有機化合物？什么是什么是有機化學有機化學？.紅橙OMeO O OCNCNClClH2C N N黃NNO綠藍CNFFFO紫.Ibuprofen（布洛芬）（布洛芬）止痛藥：止痛藥： CCH2CHCH3HOOCCH3HCH3CCH2CHH3CH3CCOOHHH3C立即止痛立即止痛在體內(nèi)轉變成左式所在體內(nèi)轉變成左式所代表的化合物，止痛代表的化合物，止痛有機化合物保護我們的健康.青蒿素青蒿素2015年年10月月5日，瑞典卡日

3、，瑞典卡羅琳醫(yī)學院在斯德哥爾摩宣羅琳醫(yī)學院在斯德哥爾摩宣布，中國女科學家屠呦呦和布，中國女科學家屠呦呦和一名日本科學家及一名愛爾一名日本科學家及一名愛爾蘭科學家分享蘭科學家分享2015年諾貝年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，以表彰爾生理學或醫(yī)學獎，以表彰他們在瘧疾治療研究中取得他們在瘧疾治療研究中取得的成就。屠呦呦成為迄今為的成就。屠呦呦成為迄今為止第一位獲得諾貝爾科學獎止第一位獲得諾貝爾科學獎項的本土中國科學家、第一項的本土中國科學家、第一位獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎的位獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎的華人科學家，由此實現(xiàn)了中華人科學家，由此實現(xiàn)了中國人在自然科學領域諾貝爾國人在自然科學領域諾貝爾獎零的突破。獎零的突

4、破。. 弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素獲得弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素獲得19451945年諾貝爾獎，青霉素的發(fā)現(xiàn)年諾貝爾獎，青霉素的發(fā)現(xiàn)開辟了一條新的治病途徑，拯救了成千上萬人的生命。開辟了一條新的治病途徑，拯救了成千上萬人的生命。HNONOSH HOO青霉素青霉素傷口感染的克星傷口感染的克星青霉素青霉素. 許多人都聽過這樣一個故事“19世紀末，一對農(nóng)民父子救了一位少年。少年的父親為表達謝意，帶走了農(nóng)民的兒子，給他最好的教育。后來農(nóng)民的兒子發(fā)明了青霉素，獲得諾貝爾獎。數(shù)年后，少年得了肺炎，農(nóng)民的兒子用青霉素治好了他。這兩個孩子分別是弗萊明和丘吉爾”。但這個廣為流傳的雞湯故事，歷史上并不存在，弗萊明和丘吉爾都曾否認過這

5、個故事的真實性。丘吉爾和弗萊明的傳奇故事是假雞湯丘吉爾和弗萊明的傳奇故事是假雞湯.有機化合物為生命提供能源有機化合物為生命提供能源 碳水化合物（糖）碳水化合物（糖） OHHOHHOHHOHHOHOH葡萄糖直鏈淀粉的結構直鏈淀粉的結構.有機化合物有機化合物作為生命遺傳物質作為生命遺傳物質DNA傳宗接代傳宗接代美國人沃森美國人沃森 & & 英國人克里克英國人克里克提出提出DNA雙螺旋結構雙螺旋結構 .纖維素結構纖維素結構.H2NCNH2ON OpsinHNONOSH HOOOMeO 有機化合物（有機化合物（Organic Compounds）含）含碳元素，是碳的化合物。碳元素，是碳的化合物。.有機

6、化學（有機化學（OrganicChemistry）研究研究有機化合物有機化合物的組成、結構、性質、的組成、結構、性質、反應、合成、反應機制及相互間轉變規(guī)律等的一門科學。反應、合成、反應機制及相互間轉變規(guī)律等的一門科學。有機化合物中常見的元素有機化合物中常見的元素截止截止2010.2.7，化合物數(shù)量總數(shù)為，化合物數(shù)量總數(shù)為51，986，33763,522,495.C2H6OHCHHOCHHHHCHHCHHO H.C47H51NO14 紫杉醇是一種全新紫杉醇是一種全新的光譜抗癌藥，副作用的光譜抗癌藥，副作用小，國際醫(yī)療界認為紫小，國際醫(yī)療界認為紫杉醇是近杉醇是近10年來發(fā)現(xiàn)的年來發(fā)現(xiàn)的最有希望的抗

7、癌藥物。最有希望的抗癌藥物。紫杉醇（紫杉醇（taxol）紫杉醇（紫杉醇（taxol）報告顯示，2014年全國新發(fā)惡性腫瘤病例約380.4萬例。也就是說，平均每分鐘7人被確診為癌癥。男性發(fā)病率高于女性。城市發(fā)病率高于農(nóng)村。.第二節(jié)第二節(jié) 有機化合物的結構理論有機化合物的結構理論1.Kekul1.Kekul（凱庫勒）和（凱庫勒）和CouperCouper（古柏爾）（古柏爾） 的結構理論的結構理論有機化合物中碳原子為四價；有機化合物中碳原子為四價；碳原子除與其它元素結合外，自身可形成單鍵、雙鍵、三鍵；碳原子除與其它元素結合外，自身可形成單鍵、雙鍵、三鍵；解決分子中原子相互結合的順序和方式，闡明解決分

8、子中原子相互結合的順序和方式，闡明同分異構體。同分異構體。一、有機化合物的結構理論初期發(fā)展一、有機化合物的結構理論初期發(fā)展.2. Buterov（布特列洛夫）、（布特列洛夫）、Vant Hoff（范（范 霍夫）、霍夫）、LeBel（勒貝爾）的經(jīng)典結構理論（勒貝爾）的經(jīng)典結構理論原子價基礎上提出化學結構的概念；原子價基礎上提出化學結構的概念；立體結構的初步認識；立體結構的初步認識；雜化軌道理論。雜化軌道理論。. 離子鍵：離子鍵：兩個帶異性電荷的離子通過靜電吸引。兩個帶異性電荷的離子通過靜電吸引。1.1.離子鍵和共價鍵離子鍵和共價鍵八隅體規(guī)則八隅體規(guī)則 共價鍵：共價鍵：兩個原子間共用電子對。兩個原

9、子間共用電子對。二、化學鍵二、化學鍵.HCHHHHCHHHCCHHCCHHO 有機化合物的共價鍵與有機化合物的共價鍵與Lewis（路易斯）（路易斯）式式HCHHHHCHHHCCHHCCHHOLewis式式Kekul式式.Kekul式式多原子離子的多原子離子的Lewis式及配位鍵式及配位鍵Lewis式式. 有機化合物的有機化合物的KekulKekul式式 在在Kekul式中，用式中，用線條線條表示成鍵電子對，如表示成鍵電子對，如：HCHHCCHHHHHHCHHCCBrHCHHBrHHHCCHHCOCHHHHCCCOHHH.2. 2. 原子軌道和電子云原子軌道和電子云.3. 3. 價鍵理論價鍵理論

10、 解釋化學鍵形成解釋化學鍵形成基本要點：基本要點：1 1、形成共價鍵的電子，必須自旋方向相反，每、形成共價鍵的電子，必須自旋方向相反，每 一對電子形成一個共價鍵；一對電子形成一個共價鍵；2 2、共價鍵具有飽和性，元素原子的共價數(shù)等于、共價鍵具有飽和性，元素原子的共價數(shù)等于 該原子的未成對電子數(shù)；該原子的未成對電子數(shù)；3 3、共價鍵具有方向性，需滿足最大重疊原理。、共價鍵具有方向性，需滿足最大重疊原理。.4.4. 雜化軌道理論雜化軌道理論 Pauling于于20世紀世紀30年代提出雜化軌道年代提出雜化軌道理論。理論。 基本要點：基本要點： (1) 原子在成鍵時，可以變成激發(fā)態(tài)；而且原子在成鍵時，

11、可以變成激發(fā)態(tài)；而且 能量相近的原子軌道可以重新組合形成能量相近的原子軌道可以重新組合形成 新的原子軌道，既雜化軌道。新的原子軌道，既雜化軌道。 (2) 雜化軌道的數(shù)目等于參加雜化的原子軌雜化軌道的數(shù)目等于參加雜化的原子軌 道的數(shù)目。道的數(shù)目。 (3) 雜化軌道的方向性更強，成鍵能力更大。雜化軌道的方向性更強，成鍵能力更大。. C原子的電子排布如下原子的電子排布如下1s2s2p.碳原子的碳原子的sp3雜化中軌道能量的變化雜化中軌道能量的變化 碳原子的碳原子的spsp3 3雜化雜化.HCHHH 形成正四面體，軌道軸間夾角形成正四面體，軌道軸間夾角109.5單個單個sp3雜化軌道雜化軌道四個四個s

12、p3軌道軸鍵角軌道軸鍵角.碳原子的碳原子的sp2雜化中軌道能量的變化雜化中軌道能量的變化 碳原子的碳原子的spsp2 2雜化雜化.雜化軌道成平面型，軌道軸夾角雜化軌道成平面型，軌道軸夾角120，未雜化未雜化p軌道垂直此平面軌道垂直此平面單個單個sp2雜化軌道雜化軌道.碳原子的碳原子的sp雜化中軌道能量的變化雜化中軌道能量的變化 碳原子的碳原子的spsp雜化雜化.雜化軌道成直線型，軌道軸夾角雜化軌道成直線型，軌道軸夾角180，未雜化未雜化p軌道垂直此直線軌道垂直此直線單個單個sp雜化軌道雜化軌道.5.5. 分子軌道理論分子軌道理論節(jié)面.線性組合：線性組合：最大重疊原則、能量近似原則、對稱性匹配原

13、則最大重疊原則、能量近似原則、對稱性匹配原則電子排布：電子排布：Pauling不相容原則、能量最低原則、不相容原則、能量最低原則、Hund規(guī)則規(guī)則.1、鍵長、鍵長 形成共價鍵的兩個原子核間的距形成共價鍵的兩個原子核間的距離稱為鍵長。離稱為鍵長。下表是常見共價鍵平均鍵長下表是常見共價鍵平均鍵長。 共價鍵共價鍵鍵長/nm鍵長/nmC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C0.1540.1470.1430.1410.1090.1770.2120.1340.1200.191第三節(jié)第三節(jié) 共價鍵的幾個參數(shù)和斷裂方式共價鍵的幾個參數(shù)和斷裂方式一、幾個重要參數(shù)一、幾個重要參數(shù).注意：注

14、意：同一類型的共價鍵鍵長在不同同一類型的共價鍵鍵長在不同 化合物中可能稍有不同。化合物中可能稍有不同。C CH H3 3C CH H2 2C CH H0 0. .1 15 51 1C CH H3 3C CH HC C0 0. .1 14 45 56 6.2、鍵角、鍵角 指鍵與鍵之間的夾角。指鍵與鍵之間的夾角。注：注：鍵角不僅與碳原子的雜化方式有關，鍵角不僅與碳原子的雜化方式有關， 還與碳原子上所連原子或原子團有關。還與碳原子上所連原子或原子團有關。 CHHHH109.5oO104oCOHH118o121oCH2CH2CH21040.甲烷甲烷C-H鍵鍵能鍵鍵能（415.3kJ.mol-1) 是上

15、述離解能的平均值。是上述離解能的平均值。3、鍵能、鍵能 指成鍵時體系放出的能量或斷鍵指成鍵時體系放出的能量或斷鍵時體系吸收的能量。時體系吸收的能量。多原子分子鍵能通常是多原子分子鍵能通常是鍵的離解能平均值。鍵的離解能平均值。CH3CH2HEd(CH2H)= 439 kJ.mol-1CH2CHHEd(CHH)= 448 kJ.mol-1CHCHEd(CH)= 347 kJ.mol-1CH4CH3HEd(CH3H)= 423 kJ.mol-1.常見共價鍵的平均鍵能常見共價鍵的平均鍵能共價鍵共價鍵鍵能/kJ.molC CC HC NC OC FC ClC BrC IC CC C34730536048

16、5414339218611837285鍵能/kJ.mol-1-1. 當成鍵原子相同時，形成的共價鍵無極性當成鍵原子相同時，形成的共價鍵無極性（H-H）。當成鍵原子電負性不同時，電負性）。當成鍵原子電負性不同時，電負性大的原子帶部分負電荷（大的原子帶部分負電荷（-）；電負性小的原）；電負性小的原子帶部分正電荷（子帶部分正電荷（+）。鍵的極性強弱用）。鍵的極性強弱用偶極偶極矩或鍵矩矩或鍵矩，即部分電荷與電荷之間距離的乘積，即部分電荷與電荷之間距離的乘積（）來衡量。）來衡量。=q.d（C.m)4、鍵的極性和可極化性、鍵的極性和可極化性 + + - - HClHCl=3.57x10=3.57x10-3

17、0-30（C.m)C.m). 偶極矩是一個矢量，多原子分子偶極矩是偶極矩是一個矢量，多原子分子偶極矩是各個共價鍵偶極矩的矢量和：各個共價鍵偶極矩的矢量和：=6.42x10-30(C.m) =3.28x10-30(C.m) =0(C.m)CClClHHCClHHHCClClClCl 偶極矩為零的分子是非極性分子；偶極矩為零的分子是非極性分子；偶極矩不偶極矩不為零的分子是極性分子；為零的分子是極性分子；偶極矩越大，分子極偶極矩越大，分子極性越強。性越強。分子的極性和可極化性分子的極性和可極化性. 共價鍵在外電場作用下，鍵的極性發(fā)生變共價鍵在外電場作用下，鍵的極性發(fā)生變化稱化稱鍵的極化性鍵的極化性。

18、用。用鍵的極化度鍵的極化度度量，表示成度量，表示成鍵電子被成鍵原子的核電荷約束的相對程度。鍵電子被成鍵原子的核電荷約束的相對程度。 極化度與成鍵原子的體積、電負性和鍵極化度與成鍵原子的體積、電負性和鍵的種類及外電場有關。的種類及外電場有關。 體積越大，電負性越小，核對成鍵電子體積越大，電負性越小，核對成鍵電子的約束越小，鍵的極化度就越大。的約束越小，鍵的極化度就越大。例如：例如：CICBrCClCF RIRBrRClRF. H C N O F 2.2 2.5 3.0 3.5 4.0 Si P S Cl 1.9 2.2 2.5 3.0 Br 2.9 I 2.6一些元素的電負性一些元素的電負性 從

19、成鍵原子的電負性值可以大致從成鍵原子的電負性值可以大致判斷共價鍵極性的大小，差值越大，判斷共價鍵極性的大小，差值越大，極性越大（一般差值在極性越大（一般差值在0.61.7之之間）。間）。電負性：電負性：原子在分子中吸引電子的能力。原子在分子中吸引電子的能力。 . 共價鍵的斷裂方式，可分為共價鍵的斷裂方式，可分為均裂均裂和和異裂異裂：（1）均裂：鍵斷裂時原成鍵的一對電子平均分給）均裂：鍵斷裂時原成鍵的一對電子平均分給兩個原子或基團。兩個原子或基團。 自由基自由基（free radical） 特點：特點：有自由基中間體生成。有自由基中間體生成。 自由基反應：自由基反應：發(fā)生共價鍵均裂的反應發(fā)生共價

20、鍵均裂的反應 反應條件：反應條件：光、熱或自由基引發(fā)劑的作用下進行。光、熱或自由基引發(fā)劑的作用下進行。二、共價鍵的斷裂方式二、共價鍵的斷裂方式.（2 2）異裂：鍵斷裂時原成鍵的一對電子為別為）異裂：鍵斷裂時原成鍵的一對電子為別為某一原子或基團所占有。某一原子或基團所占有。 特點：特點：有有正離子或負離子中間體正離子或負離子中間體生成。生成。 離子型反應：離子型反應：發(fā)生共價鍵異裂的反應發(fā)生共價鍵異裂的反應.第四節(jié) 有機化合物的分類和表示方法（一）（一） 按碳鏈分類按碳鏈分類開開鏈鏈族族化化合合物物碳碳環(huán)環(huán)族族化化合合物物雜雜環(huán)環(huán)族族化化合合物物脂脂環(huán)環(huán)族族芳芳香香族族按碳鏈分類按碳鏈分類一、有

21、機化合物的分類一、有機化合物的分類（二）（二） 按分子不飽和程度的不同按分子不飽和程度的不同 飽和脂肪族化合物飽和脂肪族化合物、不飽和脂肪族化合物不飽和脂肪族化合物和和芳香芳香族化合物族化合物. 1. 鏈狀化合物（無環(huán)化合物，脂肪族化物）鏈狀化合物（無環(huán)化合物，脂肪族化物） 如：丁烷，丙烯，乙酸，丙醇等。如：丁烷，丙烯，乙酸，丙醇等。OH（B）芳香族化合物）芳香族化合物 OHNO22. 環(huán)族化合物環(huán)族化合物 （按環(huán)的特點，分為兩類）（按環(huán)的特點，分為兩類） （A）脂環(huán)族化合物）脂環(huán)族化合物 3. 雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物 ONOCHO注：注：按碳鏈分類不能準確反映有機物的結構特點，故有很大的局限性

22、。按碳鏈分類不能準確反映有機物的結構特點，故有很大的局限性。 .（三）（三） 按官能團分類按官能團分類 在有機化合物中，決定某一類化在有機化合物中，決定某一類化合物主要性質的原子團稱為合物主要性質的原子團稱為官能團官能團或功能基?；蚬δ芑?一些常見重要官能團一些常見重要官能團. 構造構造：分子中原子相互連接的順序和方式：分子中原子相互連接的順序和方式 構造式構造式：表示分子構造的化學式：表示分子構造的化學式 有機化合物構造的表示方法：有機化合物構造的表示方法： 蛛網(wǎng)式、縮寫式（結構簡式）和鍵線式蛛網(wǎng)式、縮寫式（結構簡式）和鍵線式二、有機化合物構造的表示方法二、有機化合物構造的表示方法.脂肪族

23、化合物常用縮寫式，環(huán)狀化合物常用鍵線式！脂肪族化合物常用縮寫式，環(huán)狀化合物常用鍵線式！蛛網(wǎng)式蛛網(wǎng)式 縮寫式縮寫式 鍵線式鍵線式CHCCHHOHHHHHCH3CH2CH2OHOHCCCCCHHHHHHHHHHH2CH2CCH2CH2CH2分子構造的表示方法分子構造的表示方法.HCCHHCOCHHH蛛網(wǎng)式蛛網(wǎng)式 縮寫式縮寫式 鍵線式鍵線式HCHHCCBrHCHHBrHHCH3CHBrCH2CH2BrCH3COCHCH2HCCCOHHHCCH2OHHCOHOBrBr.棒球模型棒球模型或球棍模型或球棍模型 Stuart(斯陶特斯陶特)模型模型或比例模型或比例模型 楔線式楔線式三、有機化合物立體結構的表

24、示方法三、有機化合物立體結構的表示方法. 用于有機化學中的酸堿理論有用于有機化學中的酸堿理論有Brnsted酸堿酸堿理論和理論和Lewis酸堿酸堿理論理論1.Brnsted酸堿酸堿理論理論 酸是質子的給予體，堿是質子的接受體酸是質子的給予體，堿是質子的接受體：Johann Nicolaus Brnsted 1879 - 1947酸酸共軛堿共軛堿堿堿共軛酸共軛酸HCl H+ + ClNH3 + H+ NH4+. 有機酸有機酸:. 有機堿：有機堿： 負離子（負離子（B-） 含有含有孤對電子孤對電子可以和可以和H+成鍵的化合物成鍵的化合物 含含氮的胺類化合物氮的胺類化合物，是最普通的有機堿，是最普通

25、的有機堿 含含氧化合物氧化合物可作為堿和強酸反應，也可作為酸和強可作為堿和強酸反應，也可作為酸和強堿反應堿反應有機堿:. 酸釋放出質子后產(chǎn)生的酸根，即為該酸的共酸釋放出質子后產(chǎn)生的酸根，即為該酸的共軛堿；堿與質子結合后形成的質子化合物，即為軛堿；堿與質子結合后形成的質子化合物，即為該堿的共軛酸，如：該堿的共軛酸，如：CH3COH + H2O H3O+ + CH3COO-OH2O + CH3NH2 CH3NH3+ + OHH2SO4 + CH3OH CH3OH2+ + HSO4-酸酸 堿堿 堿堿的的共共扼扼酸酸 酸酸的的共共扼扼堿堿. 酸堿強度的表示酸堿強度的表示 酸的強度，可以在很多溶劑中測定

26、，但最常用酸的強度，可以在很多溶劑中測定，但最常用的是在水溶液中，通過酸的離解常數(shù)的是在水溶液中，通過酸的離解常數(shù)Ka來測定的。來測定的。 酸性強度可用酸性強度可用pKa表示，表示，pKa = -lgKa。pKa越小，越小，酸性越強；酸性越強；pKa越大，酸性越弱。越大，酸性越弱。 溶液的酸性用溶液的酸性用pH表示。（表示。（pH = -lgH+）.如何判斷化合物如何判斷化合物HA酸堿性的相對強弱呢？酸堿性的相對強弱呢？ 化合物的酸性主要取決于其解離出化合物的酸性主要取決于其解離出H+后留下的后留下的負離子（共軛堿）的穩(wěn)定性負離子（共軛堿）的穩(wěn)定性！ 負離子（共軛堿）越穩(wěn)定負離子（共軛堿）越穩(wěn)

27、定，就意味著，就意味著A-與與H+結結合的傾向越小，合的傾向越小，共軛酸的酸性就越大共軛酸的酸性就越大。 酸堿強度和結構的關系酸堿強度和結構的關系.影響負離子的穩(wěn)定性的一些因素：影響負離子的穩(wěn)定性的一些因素：1、中心原子的電負性、中心原子的電負性 CH3-H、NH2-H、HO-H、F-H（酸性增強）（酸性增強）2、中心原子的原子半徑、中心原子的原子半徑 HO-H、HS-H、HSe-H（酸性增強）（酸性增強）3、取代基、取代基 CH3SO2-O-H、CH3CO-O-H、C6H5-O-H（酸性減弱）（酸性減弱）4、其它因素、其它因素 中心原子的雜化狀態(tài)、溶劑等中心原子的雜化狀態(tài)、溶劑等. 酸堿反應酸堿反應規(guī)