有機(jī)化學(xué)引言-教師參考資料

緒論有機(jī)化學(xué)的開展在自然科學(xué)的分支中，化學(xué)是在原子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性能以及相互轉(zhuǎn)化的學(xué)科。人們對(duì)有機(jī)物的認(rèn)識(shí)是逐漸由淺入深的，最初有機(jī)物指由動(dòng)植物有機(jī)體得到的物質(zhì)。例如：糖、染料、酒和醋等。在我國(guó)古代，周朝用膠，漢朝創(chuàng)造了造紙。這是對(duì)有機(jī)物的最初人認(rèn)識(shí)，它只是對(duì)其性質(zhì)的一種運(yùn)用，并不了解其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并且這些均為混合物，對(duì)有機(jī)物純物質(zhì)的認(rèn)識(shí)是近代的事。十八世紀(jì)，人們逐漸獲得了一些純物質(zhì)，例如：從葡萄汁中獲得了酒石酸，從尿中獲得尿素，從酸牛奶中取得了乳酸等。由于這些物質(zhì)均為從有生命的物體中獲得，〔同無(wú)機(jī)物，例如：礦石、金屬相比〕并且由于當(dāng)時(shí)的條件所限制，不能用人工合成，“有機(jī)〞這一詞便由此而生。著名化學(xué)家柏那么里，首先引用了“有機(jī)化學(xué)〞這一名字，目的是區(qū)別于其他礦物質(zhì)的化學(xué)——無(wú)機(jī)化學(xué)。但他認(rèn)為有機(jī)物只能由生物細(xì)胞受一種特殊力量——生活力的作用才會(huì)產(chǎn)生出來，人工是不能合成的，這一思想曾一度統(tǒng)治了有機(jī)化學(xué)界，阻礙了有機(jī)化學(xué)的開展。1828年，魏勒〔Wёhler〕第一次人工合成了尿素，但是這一重要發(fā)現(xiàn)，并沒有得到柏那么里等化學(xué)家的成認(rèn)。隨著科學(xué)的開展，更多的有機(jī)物被合成，生活力才徹底被否認(rèn)，從此有機(jī)化學(xué)進(jìn)入了合成的時(shí)代。有機(jī)物均含有碳原子，所以現(xiàn)代有機(jī)學(xué)被定義為“碳化合物的化學(xué)〞。1950年化合物數(shù)目有200萬(wàn)種，1990年到達(dá)1000萬(wàn)種，這些化合物大多數(shù)由人工合成。再例由H和O組成的化合物只有H2O，H2O2兩種。而由C和H組成的化學(xué)物質(zhì)的就有3000多種。有機(jī)化學(xué)與生活的關(guān)系及其任務(wù)在今天的物質(zhì)生活中，有機(jī)化合物無(wú)處不在，例如：藥、有機(jī)肥料、食品、炸藥、香料，塑料和合成纖維等?！部梢哉归_〕對(duì)于征服疾病如：癌癥、控制遺傳、延長(zhǎng)壽命將起巨大的作用。生命科學(xué)與有機(jī)化學(xué)密切有關(guān)，如果說二十一世紀(jì)是生命科學(xué)光輝燦爛的時(shí)代，那么化學(xué)學(xué)科通過與生物學(xué)科相結(jié)合，同樣也是光輝燦爛的。有機(jī)化學(xué)的任務(wù):1.別離：提取自然存在的有機(jī)物，測(cè)定其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，加以利用。例如：中草藥，昆蟲信息素等?！部烧乙焕印?.物理有機(jī)化學(xué)研究：即研究有機(jī)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系，反響歷程影響因素等，以便控制反響方向。3.合成有機(jī)物：前提是確定分子結(jié)構(gòu)，了解有機(jī)反響歷程，條件等因素。有機(jī)化學(xué)研究方法從自然界取得或人工合成物質(zhì)，往往為混合物，為研究其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。1：必須得到純潔物，根據(jù)情況不同，可選擇重從結(jié)晶、蒸餾、升華、色譜等。2：得到純潔物后，如果為未知物，那么需要研究其物理、化學(xué)性質(zhì)，并確定其結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的測(cè)定非常復(fù)雜，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)密切相關(guān)，測(cè)定結(jié)構(gòu)對(duì)研究性質(zhì)具有重要的意義。測(cè)定方法：現(xiàn)在可把實(shí)驗(yàn)物理方法應(yīng)用于分析化學(xué)，為結(jié)構(gòu)測(cè)定提供可能。例如：紅外光譜〔可確定基團(tuán)〕紫外光譜〔可以確定共軛體系〕，核磁共振〔可提供原子結(jié)合方式〕，質(zhì)譜〔提供有關(guān)分子量和結(jié)構(gòu)信息〕。四：理論根底及根本概念1：路易斯學(xué)說1916年，他解釋原子的電子可以配對(duì)成鍵〔共價(jià)鍵〕，使原子可形成穩(wěn)定的惰性氣體的電子構(gòu)型。例：象F、C核外有8個(gè)電子，統(tǒng)稱為“八偶體〞規(guī)那么，這種用共價(jià)鍵結(jié)合的外層電子，表示的電子結(jié)構(gòu)式稱路易斯結(jié)構(gòu)。2：凱庫(kù)勒〔Kekulё.A〕及古柏爾〔Couper.A〕的兩個(gè)重要原那么碳原子是四價(jià)的：即可與四個(gè)原子結(jié)合成鍵。例如：

碳原子的自相結(jié)合成鍵C與C可用一價(jià)自相結(jié)合成碳碳單鍵，最后形成碳鏈。/*1854年，AugustKekulё在倫敦乘坐公共馬車時(shí)得到了該問題的答復(fù)。“一個(gè)晴朗的夏夜，我正在乘坐末班公共馬車時(shí)，和往常一樣，我做在‘外座’，車子經(jīng)過倫敦寂靜的街道，他在其他時(shí)候是充從滿著生氣的，我沉浸在夢(mèng)幻中，看！原子在我眼前跳躍……，我不斷地看到兩個(gè)較小的原子如何連接起來形成一對(duì)，一個(gè)較大的如何擁抱著兩個(gè)較小的；另一些較大的緊拉著三個(gè)或四個(gè)較小的，同時(shí)他們?nèi)荚谝粋€(gè)令人暈眩的舞蹈中盤旋著，我看到這些大地原子如何形成一條鏈……，我當(dāng)晚就花了一些時(shí)間記下了至少是這些夢(mèng)境的梗概。〞——AugustKekulё，1890*/例如：三個(gè)碳原子自相結(jié)合，結(jié)構(gòu)如以下圖；四個(gè)碳原子自相結(jié)合，有兩種排列，結(jié)構(gòu)如下：三原子結(jié)構(gòu)四原子結(jié)構(gòu)—1四原子結(jié)構(gòu)—2假設(shè)為烴，其于價(jià)用H填補(bǔ)。構(gòu)造式：上式中，代表著分子中原子的種類，數(shù)目和排列的次序，稱為構(gòu)造式。結(jié)構(gòu)：建筑結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)：〔AugustKekulё〕認(rèn)為分子是由各原子結(jié)合起來的一個(gè)“建筑物〞，原子好象木架和磚石，不僅他們連接有一定的次序，而且建筑物有一定的式樣和形象，〔這是一種建筑觀點(diǎn)的分子結(jié)構(gòu)〕化學(xué)結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)：不特列洛夫〔Butlerov，A，1861〕認(rèn)為一個(gè)化合物的化學(xué)性質(zhì)，取決于分子中一定數(shù)目彼此結(jié)合的原子之間的相互關(guān)系及結(jié)合方式，這種關(guān)系就代表了該化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。我們涉及到的多為化學(xué)結(jié)構(gòu)，立體結(jié)構(gòu)也涉及到一些。目前立體結(jié)構(gòu)研究已十分深入。一些根本概念：?jiǎn)捂I：兩個(gè)原子各用一個(gè)電子共價(jià)成鍵，稱為單鍵。雙鍵：兩個(gè)原子各用兩個(gè)電子共價(jià)成鍵，稱為雙鍵。叁鍵：兩個(gè)原子各用三個(gè)電子共價(jià)成鍵，稱為叁鍵。直鏈：象上圖中三個(gè)或四個(gè)或更多個(gè)碳原子，相連成一條直線稱為直鏈。支鏈：象上圖中三個(gè)碳原子相連形成一條直鏈，中間一個(gè)碳原子與另一個(gè)碳原子相連形成分支的鏈，稱為支鏈。其中四原子結(jié)構(gòu)—1與四原子結(jié)構(gòu)—2稱為碳架異構(gòu)。3.根底理論⑴價(jià)鍵理論：①原子軌道理論：原子軌道用電子波函數(shù)φ表示反映電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。②電子構(gòu)型：電子在核外的排布?！踩齻€(gè)原那么〕例如：C：↑↓↑↓↑↑1s2s2px2py2pz③價(jià)鍵理論：原子之間如何成鍵。a.自旋相反；b.最大重疊；c.能量相近；d.飽和性。④雜化軌道理論：〔演化爾來〕例如：CH4甲烷的形成，其中C為sp3雜化。C：↑↑↑↑↑↓sp3雜化軌道1s⑵.分子軌道理論：量子力學(xué)的處理方法，原子軌道組成分子軌道必須具備三個(gè)條件：a.能量相近；b.電子云最大重疊；c.對(duì)稱性匹配。Φ1=φ1-φ2Φ1=φ1-φ2Eφ1φ2φ1φ2Φ1=φ1+φ2Φ1=φ1+φ2兩原子軌道能量相同兩原子軌道能量不相同4.共價(jià)鍵的鍵參數(shù)：〔價(jià)鍵理論〕⑴鍵長(zhǎng)：成鍵原子間核間距，平衡位置，引力、斥力作用。⑵鍵角：共價(jià)鍵之間夾角，決定分子立體形狀，原子大小不同。⑶鍵能：翻開鍵所需能量，化學(xué)鍵強(qiáng)度標(biāo)志，〔引力〕鍵能越大越穩(wěn)定。⑷鍵的極性：電子幾率，指向負(fù)電中心，決定物理化學(xué)性質(zhì)因素〔電負(fù)性差異〕5.分子間力：⑴范德華力；①取向力；②誘導(dǎo)力；③色散力。⑵氫鍵當(dāng)氫原子與一個(gè)原子半徑較小，而電負(fù)性又很強(qiáng)并帶有未共用電子對(duì)的原子Y〔F、O、N〕結(jié)合時(shí)產(chǎn)生?！獜?qiáng)調(diào)直接相連。電負(fù)性強(qiáng)拉電子作用電正性幾乎裸露的質(zhì)子例如：6.酸堿的概念⑴質(zhì)子理論酸是質(zhì)子的給予體，堿是質(zhì)子的接受體。例如：HClH++Cl-酸共軛堿C2H5OHH++C2H5O-酸共軛堿⑵路易斯〔Lewis.G.N，1916〕酸堿理論酸是電子的接受體，堿是電子的給予體。酸堿反響是酸從堿接受一對(duì)電子，形成配價(jià)鍵，的到一個(gè)加和物。例如：H3N+BF3H3N+—-BF3堿酸酸堿加和物路易斯酸是親電試劑，路易斯堿是親核試劑?？勺鳛槁芬姿顾岬脑噭┯校悍肿?BF3、AlCl3、SnCl4、FeCl3、ZnCl2金屬離子：鋰、LI、Ag、Cu；正離子R+，RCO+，Br+，NO2+，H+可作為路易斯堿的試劑有：具有未共享電子的化合物。例如：分子：NH3、RNH2、ROH、ROR、RCOH、RSH。負(fù)離子：X-、OH-、RO-、SH-、R-、烯或芳香化合物。五、有機(jī)化合物的特點(diǎn)〔結(jié)構(gòu)影響性質(zhì)〕與無(wú)機(jī)化合物比較：無(wú)機(jī)化合物由離子鍵組成，硬度大，熔點(diǎn)高，水溶性大。有機(jī)化合物特點(diǎn)：Ⅰ.分子組成復(fù)雜；Ⅱ.易燃；Ⅲ.熔點(diǎn)低；Ⅳ.難溶于水〔同無(wú)機(jī)化合物相比，含親水基團(tuán)的例外如—OH、—SO3H等〕；Ⅴ反響速率慢；Ⅵ負(fù)反響多。相似相溶：〔是物質(zhì)溶解性能的一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律〕極性強(qiáng)的化合物易溶于極性強(qiáng)的溶劑中，極性弱或非極性化合物易溶于弱極性或非極性的溶劑中。例如：NaCl易溶于水中〔有溶劑化作用〕、油不溶于水中〔分子間作用力小〕、汽油溶于石蠟中分子間作用力相差不大、AAAA+BBBBABAB+BABA乙醇溶于水，有氫鍵的作用。六、有機(jī)反響的根本類型主要有兩種類型〔反響必有化學(xué)鍵斷裂，原子重組成新鍵〕⑴均裂：當(dāng)一共價(jià)鍵斷裂時(shí)，組成該鍵的一對(duì)電子由鍵合的兩原子各留一個(gè)。C∶YC·+Y·⑵異裂：當(dāng)一共價(jià)鍵斷裂時(shí)，組成該鍵的一對(duì)電子留在一個(gè)原子上。-C∶+Y+C∶Y碳正離子C++∶Y-碳負(fù)離子斷裂的方式?jīng)Q定于分子結(jié)構(gòu)和反響條件。自由基：均裂產(chǎn)生的帶單電子的原子或基團(tuán)，叫自由基。自由基反響：按均裂進(jìn)行的反響為自由基反響。離子型反響：按異裂進(jìn)行的反響為離子型反響。七、有機(jī)化合物的分類按碳架分類⑴開鏈化合物：碳架成直鏈或帶支鏈?！矡o(wú)環(huán)〕其中包括：烷烴、稀烴、炔烴等。例如：由于此類化合物最初是從油脂中發(fā)現(xiàn)的，也稱為脂肪族化合物。幾種不同表示方法：蛛網(wǎng)