有機化學：第1章 緒 論(2)

1、1有機化學有機化學(Organic Chemistry)23教學總時數(shù)：教學總時數(shù)：72學時學時 理論課：理論課：42學時學時 實驗課：實驗課：30學時學時課程學分：課程學分：3.5分分考核方式和期評組成：考核方式和期評組成：隨堂測驗隨堂測驗 常規(guī)實驗常規(guī)實驗實驗考核實驗考核 期末考試期末考試4學習、研究有機化學的方法學習、研究有機化學的方法理解理解 記憶記憶 實踐實踐 規(guī)律規(guī)律 課前預習課前預習 課上學習課上學習 課后練習課后練習 考前總結考前總結常見考試題型：常見考試題型： 選擇題、命名題、鑒別題、簡答題、完成反選擇題、命名題、鑒別題、簡答題、完成反應式、推導題等。應式、推導題等。5第一章

2、第一章 緒緒 論論617世紀中期世紀中期, 自然界中取得的各種物質自然界中取得的各種物質,按照按照來源來源分為分為:動物動物植物植物一、有機化合物與有機化學一、有機化合物與有機化學有機物有機物（organic compound）無機物無機物（inorganic compound）1806年年-“有機有機”和和“生命力生命力”學說學說 （J.Berzelius）1770年年-分離提純得到分離提純得到酒石酒石-酒石酸酒石酸尿液尿液-尿素尿素鴉片鴉片-嗎啡嗎啡礦物礦物 自自然然界界71828年年- F.Wohle人工合成有機物人工合成有機物德國：德國：F.Wohle無機物無機物 有機物有機物 818

3、48年年-明確是明確是C的化合物（葛美林的化合物（葛美林(Gmelin L.）1874年年-碳氫化合物及其衍生物碳氫化合物及其衍生物（肖萊馬（肖萊馬（Schorlemmer C.）1845年年-kolbe 用用 S、C、Cl2、H2O為原料合成醋為原料合成醋酸酸91011 12（一）元素組成（一）元素組成有機化合物中常見的元素有機化合物中常見的元素13 1 1、 較易燃燒，熱不穩(wěn)定較易燃燒，熱不穩(wěn)定 2 2 、有較低的沸點和熔點、有較低的沸點和熔點 3 3 、一般不溶于水，溶于有機溶劑、一般不溶于水，溶于有機溶劑 4 4 、化學反應慢而復雜，副反應多、化學反應慢而復雜，副反應多 5 5 、數(shù)目

4、龐大、結構復雜、數(shù)目龐大、結構復雜有機化合物的特性：有機化合物的特性：（二）有機分子結構（二）有機分子結構15有機分子結構（有機分子結構（structure）的含義：）的含義：1和和2點涉及分子的二維結構，用點涉及分子的二維結構，用構造構造來表示來表示2和和3點涉及分子的三維結構，用點涉及分子的三維結構，用構型和構象構型和構象表示表示有機分子結構（有機分子結構（structure）指分子中各原子指分子中各原子之間的之間的結合方式結合方式、排列順序排列順序、以及、以及空間位置空間位置。1、有機分子是由什么原子通過何種形式組成的、有機分子是由什么原子通過何種形式組成的2、這些原子是如何連接的（順序

5、和方式）、這些原子是如何連接的（順序和方式）3、分子中的原子或基團在空間的位置。、分子中的原子或基團在空間的位置。16 構造構造(constitution)指指分子中原子或原子團分子中原子或原子團的相互的相互連結次序和方式連結次序和方式，用于表述分子結構的二維，用于表述分子結構的二維狀態(tài)。狀態(tài)。 構型構型(configuration)指指分子中的原子或原子分子中的原子或原子團在團在空間固有的空間固有的排列狀態(tài)。構型的改變常通過舊鍵排列狀態(tài)。構型的改變常通過舊鍵的斷裂和新鍵的形成。的斷裂和新鍵的形成。 構象構象(conformation) 指指分子中的原子或原子分子中的原子或原子團在團在空間相對

6、的空間相對的排列狀態(tài)。構象的改變可通過化學排列狀態(tài)。構象的改變可通過化學鍵的轉動而復原。鍵的轉動而復原。17共價鍵共價鍵原子間共用電子對形成原子間共用電子對形成離子鍵離子鍵原子間電子的轉移形成原子間電子的轉移形成配位鍵配位鍵兩原子間共用的電子對兩原子間共用的電子對 , 由一個原子提供形成由一個原子提供形成化化學學鍵鍵類類型型（一）路易斯共價鍵理論（一）路易斯共價鍵理論 1916年年 Lewis 提出了提出了經(jīng)典共價鍵理論經(jīng)典共價鍵理論：分子中分子中電負性相近的原子可以通過共用一對或幾對電子達電負性相近的原子可以通過共用一對或幾對電子達到穩(wěn)定的稀有氣體的電子構型，形成化學鍵。這種到穩(wěn)定的稀有氣體

7、的電子構型，形成化學鍵。這種由共用電子對形成的化學鍵稱為共價鍵由共用電子對形成的化學鍵稱為共價鍵（covalent bonds）。）。 稀有氣體除氦僅有兩個價電子外，其他的價電稀有氣體除氦僅有兩個價電子外，其他的價電子層中均為八個電子，路易斯共價鍵理論又稱為子層中均為八個電子，路易斯共價鍵理論又稱為八八隅律隅律（octet rule）。）。 碳原子既不容易得到電子碳原子既不容易得到電子,也不容易失去電子。因此也不容易失去電子。因此, 有機有機化合物分子中的原子間主要以共價鍵相結合化合物分子中的原子間主要以共價鍵相結合, 以滿足八隅律。以滿足八隅律。 CCCCCHHHHHHHHHH 這種用電子對

8、表示共價鍵結構的化學式稱為這種用電子對表示共價鍵結構的化學式稱為 Lewis 結構式結構式。它主要用于說明有機反應機制中電子的轉移。它主要用于說明有機反應機制中電子的轉移。 有機分子中碳原子的共價鍵特點：有機分子中碳原子的共價鍵特點：1 1、碳原子在有機化合物中是、碳原子在有機化合物中是四價的四價的2 2、碳與碳之間，碳與其它元素（、碳與碳之間，碳與其它元素（HH、O O、N N、X X、S S、P P）之間以之間以共價鍵共價鍵相結合。相結合。20其要點可歸納為其要點可歸納為“3個二，個二，1個三個三”（二）現(xiàn)代價鍵理論（二）現(xiàn)代價鍵理論兩個條件兩個原則兩個條件兩個原則兩種類型三種形式兩種類型

9、三種形式2122yxyx沿沿x軸方向最大軸方向最大重疊，成鍵。重疊，成鍵。Y軸方向重疊小，軸方向重疊小，不成鍵。不成鍵。23s-sp-sp-p雜化軌道-S“頭碰頭頭碰頭”形成形成鍵鍵“肩并肩肩并肩”形成形成鍵鍵24乙烷乙烷乙烯乙烯乙炔乙炔CHCHHHHHCCHHHHCCHH26雜化雜化雜化spsp2sp32P2P雜化激發(fā)2S2P2S2P基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)27原子軌道的形狀原子軌道的形狀雜化軌道雜化軌道（hybrid obital）28sp3雜化雜化29sp2雜化120（b）平面形的）平面形的C2H4分子分子sp2p30sp雜化雜化180（a）2個個sp雜化軌道雜化軌道（b）直線形的）直線形的

10、C2H2分子分子SPP（四）共價鍵的參數(shù)（四）共價鍵的參數(shù) l 鍵長鍵長 ：成鍵原子的核間距離成鍵原子的核間距離l 鍵角鍵角：兩共價鍵之間的夾角：兩共價鍵之間的夾角l 鍵能鍵能：離解能或平均離解能：離解能或平均離解能l 鍵的極性鍵的極性: 成鍵原子間的電荷分布成鍵原子間的電荷分布鍵長鍵長/pm 109 154 134 120 33 非極性鍵非極性鍵成鍵的兩個原子相同，正負電荷中心成鍵的兩個原子相同，正負電荷中心重合的共價鍵。重合的共價鍵。極性鍵極性鍵成鍵的兩個原子不相同，正負電荷的中心成鍵的兩個原子不相同，正負電荷的中心不能重合的共價鍵。不能重合的共價鍵。HCl1、鍵的極性、鍵的極性例如：例如

11、：HHH3CCH3例如：例如：H3CCl34 元素吸引電子的能力，稱元素吸引電子的能力，稱電負性電負性 極性共價鍵就是形成共價鍵的兩個原子具有不同電極性共價鍵就是形成共價鍵的兩個原子具有不同電負性引起的。兩原子間電負性相差越大，共價鍵的極負性引起的。兩原子間電負性相差越大，共價鍵的極性越大。各元素電負性見表：性越大。各元素電負性見表：CNOFClBrISP2.553.043.443.982.192.583.162.96電電負負性性增增強強電電負負性性減減弱弱H2.20 鍵的鍵的極性極性大小取決于成鍵大小取決于成鍵原子的電負性差原子的電負性差, 電負性差越電負性差越大鍵的極性越大。大鍵的極性越大

12、。一般一般, 兩個兩個元素的電負性差值元素的電負性差值1.7為離子為離子鍵；鍵；1.7為共價鍵，其中電為共價鍵，其中電負性差值在負性差值在0.71.6為極性共為極性共價鍵。價鍵。 35當成鍵原子電負性不同時，電負性大的原子帶部分負當成鍵原子電負性不同時，電負性大的原子帶部分負電荷（電荷（- -）；電負性小的原子帶有部分正電荷）；電負性小的原子帶有部分正電荷（+ +）。）。 鍵的極性強弱用偶極矩（鍵的極性強弱用偶極矩（）來衡量，它）來衡量，它是部分電荷與電荷之間距離的乘積：是部分電荷與電荷之間距離的乘積： =q qd d（C.mC.m) )，+ + - - HClHCl=3.57x10=3.57

13、x10-30-30（C.mC.m) )鍵的極性與化合物的理化性質密切相關，鍵的極性與化合物的理化性質密切相關，甚至決定反應類型和反應活性。甚至決定反應類型和反應活性。36多原子分子偶極矩是各個共價鍵偶極矩的向量和多原子分子偶極矩是各個共價鍵偶極矩的向量和=0 0（C.mC.m) )= =6.47x106.47x10-30-30（C.mC.m) ) 偶極矩為零的分子是非極性分子；偶極矩不為零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，分子極性越強。的分子是極性分子；偶極矩越大，分子極性越強。多原子分子的極性多原子分子的極性37鍵的極化（鍵的極化（polarizatio

14、n）外電場作用下外電場作用下,鍵的極性發(fā)生變化的現(xiàn)象。鍵的極性發(fā)生變化的現(xiàn)象。38極化度極化度-即鍵極化的難易程度。即鍵極化的難易程度。 極化度的大小主要取決于成鍵原子的極化度的大小主要取決于成鍵原子的電子云流動性電子云流動性的大小的大小，電子云流動性大，則極化度就高，而原子半徑，電子云流動性大，則極化度就高，而原子半徑愈大，電子云的流動性就愈大。愈大，電子云的流動性就愈大。CX鍵極化順序：鍵極化順序：CICBrCClCF鍵的極化影響到化學反應中舊鍵的斷裂和新鍵的極化影響到化學反應中舊鍵的斷裂和新鍵的形成過程。鍵的形成過程。3940 有機化合物一般有兩種分類方法：有機化合物一般有兩種分類方法：

15、 一種按照骨架分類一種按照骨架分類 一種按照官能團分類一種按照官能團分類411、按碳的骨架分類、按碳的骨架分類有有機機化化合合物物開鏈化合物開鏈化合物碳環(huán)化合物碳環(huán)化合物雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物脂環(huán)族脂環(huán)族芳香族芳香族CH3CH2CH3CH3CHCH2422 2、按官能團分類、按官能團分類化化合合物物類類別別官官能能團團構構造造C CC C官官能能團團名名稱稱烯烴炔烴鹵代烴硝基化合物胺醇和酚X(F,Cl,Br,I)NO2NH2OH雙鍵三鍵鹵原子硝基氨基羥基醚醛酮腈羧酸磺酸OCHOCOCNCOOHSO3H醚鍵醛基(甲?；?酮羰基氰基羧基磺酸基434445 惰性氣體原子的最外層電子軌道內分別具有惰性氣

16、體原子的最外層電子軌道內分別具有二個或八個電子，這樣的電子構型是最穩(wěn)定的。二個或八個電子，這樣的電子構型是最穩(wěn)定的。原子最外層具有八電子構型時（或二電子構型）原子最外層具有八電子構型時（或二電子構型）稱為八隅體。稱為八隅體。46甲烷甲烷乙烯乙烯乙炔乙炔47CHHHOCHHHH3COCH3甲醚甲醚48CHHCHCHHHHHCH3CH2CH3示性式：示性式：用短線表示共價鍵用短線表示共價鍵簡化示性式：簡化示性式：C H3C H2C H3CH2CHCH2CH3CH3CH2CHCH2CH3CH2CH CH22、實線式（蛛網(wǎng)式）、實線式（蛛網(wǎng)式）49CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH3

17、CH33、鍵線式（骨架式）：、鍵線式（骨架式）：不寫氫原子，拐角為不寫氫原子，拐角為CH2，線頭為線頭為CH3HO膽固醇膽固醇50HCHHH表示分子的立體形象表示分子的立體形象甲烷的球棒模型甲烷的球棒模型甲烷的楔形式甲烷的楔形式4、立體結構式：、立體結構式：51（一）（一） 按反應物和生成物的組成和結構變化分為按反應物和生成物的組成和結構變化分為取代反應取代反應加成反應加成反應消除反應消除反應聚合反應聚合反應七、有機化學反應類型和條件七、有機化學反應類型和條件CH4+Cl2hvCH3Cl HCl+CH2=CH2+Cl2CH2CH2ClClH2OCH3CH2OHH2SO4170CH2=CH2+H

18、2OCH2CH2CH2CH2nn催化劑52均裂均裂-自由基反應自由基反應（二）（二） 按鍵的斷裂方式不同分為按鍵的斷裂方式不同分為異裂異裂-離子型反應離子型反應協(xié)同反應協(xié)同反應53A BAB+1、均裂、均裂(homolysis)：反應條件：加熱、光照或加入自由基引發(fā)劑反應條件：加熱、光照或加入自由基引發(fā)劑共價鍵斷裂時，成鍵電子對平均分給成鍵的原子或原子團。共價鍵斷裂時，成鍵電子對平均分給成鍵的原子或原子團。這種帶有未成對電子的原子或原子團稱為這種帶有未成對電子的原子或原子團稱為自由基或游離基，自由基或游離基，有自由基或游離基參加的反應稱為自由基反應。有自由基或游離基參加的反應稱為自由基反應。自

19、由基反應自由基反應自由基取代反應自由基取代反應自由基加成反應自由基加成反應中間體：自由基中間體：自由基54反應條件：酸、堿或極性物質反應條件：酸、堿或極性物質2、異裂、異裂(heterlysis)：A B+A+B-RCHHARC+HH+A-RCHH+A+能量55正碳離子和負碳離子大都是非常不穩(wěn)定的中間體，只能正碳離子和負碳離子大都是非常不穩(wěn)定的中間體，只能在瞬間存在，但它對反應的發(fā)生起著不可替代的作用。在瞬間存在，但它對反應的發(fā)生起著不可替代的作用。負碳離子中間體負碳離子中間體正碳離子中間體正碳離子中間體有機物異裂后能產生有機物異裂后能產生正碳離子正碳離子或或負碳離子負碳離子56離離子子型型反

20、反應應親電反應親電反應親核反應親核反應親電加成反應親電加成反應親電取代反應親電取代反應親核取代反應親核取代反應親核加成反應親核加成反應57A + B C在反應中與試劑發(fā)生反應的化合物稱為底物。在反應中與試劑發(fā)生反應的化合物稱為底物。 反應底物反應底物 試劑試劑 產物產物有機化學反應可簡單表述如下有機化學反應可簡單表述如下:58親電試劑：親電試劑：缺電子缺電子的物質，具有的物質，具有親電子親電子的性質，的性質，在反應中能與反應底物中在反應中能與反應底物中帶部分負電荷的碳原帶部分負電荷的碳原子子發(fā)生反應，這種物質稱為親電試劑。親電試發(fā)生反應，這種物質稱為親電試劑。親電試劑在反應中它們是劑在反應中它

21、們是電子對的接受體電子對的接受體，所以親電，所以親電試劑也就是試劑也就是Lewis酸酸。親核試劑：親核試劑：具有孤對電子具有孤對電子的物質，能與反應底的物質，能與反應底物中物中帶部分正電荷的碳原子帶部分正電荷的碳原子發(fā)生反應，這種物發(fā)生反應，這種物質稱為親核試劑。親核試劑在反應中是質稱為親核試劑。親核試劑在反應中是電子對電子對的提供體的提供體，所以親核試劑也就是，所以親核試劑也就是Lewis堿堿。59分子：分子：金屬離子：金屬離子：正離子：正離子：BF3 AlCl3 SnCl2 FeCl3 ZnCl2 等等Li+ Ag+ Cu2+ 等等R+ Br+ H+ +NO2 等等路易斯酸路易斯酸（缺電子的物質）（缺電子的物質）60分子：分子：負離子：負離子：雙鍵：雙鍵： 烯烴、芳烴烯烴、芳烴 等等NH3 RNH2 ROH ROR等等X- OH- RO- R- 等等61+ 雙烯體雙烯體 親雙烯體親雙烯體 環(huán)狀過渡態(tài)環(huán)狀過渡態(tài) 產物產物反應條件：加熱、光照反應條件：加熱、光照3、協(xié)同反應、協(xié)同反應 反應過程中只有過渡態(tài)，同時發(fā)生舊鍵斷裂與反應過程中只有過渡態(tài)，同時發(fā)生舊鍵斷裂與新鍵生成，沒有自由基和離子等中間體產生。新鍵生成，沒有自由基和