第9章有機化合物-大學化學

1、 第九章有機化合物第九章有機化合物 學習要求：學習要求： 1.了解有機化學的含義，掌握有機化學的特了解有機化學的含義，掌握有機化學的特 性性 2.了解有機化合物的基本命名原則了解有機化合物的基本命名原則 3.了解有機化合物的幾類重要反應了解有機化合物的幾類重要反應 9.1 有機化合物和有機化學有機化合物和有機化學 十七世紀中葉，人們根據十七世紀中葉，人們根據 物質來源而將物質物質來源而將物質 分為：動物物質、植物物質和礦物物質分為：動物物質、植物物質和礦物物質 十九世紀初瑞典化學家柏十九世紀初瑞典化學家柏 齊利烏斯把動物物齊利烏斯把動物物 質和植物物質合并稱有機化合物把礦物物質稱質和植物物質合

2、并稱有機化合物把礦物物質稱 為無機化合物為無機化合物 “生命力生命力” 學說學說 年，年青的德國化學家年，年青的德國化學家 伍勒伍勒 NH4Cl + AgCNO AgCl + NH4CNO NH4CNO (NH2)2CO 有機化合物是指含碳元素的化合物。有機化合物是指含碳元素的化合物。 研究有機化合物的組成、結構、性質、合成研究有機化合物的組成、結構、性質、合成 以及變化規(guī)律的科學叫有機化學。以及變化規(guī)律的科學叫有機化學。 9.2 有機化合物的特點有機化合物的特點 組成簡單、數目眾多、結構復雜組成簡單、數目眾多、結構復雜 一、結構上的特點一、結構上的特點 數目：數目：1996年有機化合物已超過

3、年有機化合物已超過1000萬種，無機化萬種，無機化 合合 物只不過約物只不過約10萬種。且新的有機化合物以每年新增萬種。且新的有機化合物以每年新增 加加 萬種，平均每天增加萬種，平均每天增加1000種的非常驚人的高速種的非常驚人的高速 度度 問世。問世。 結構：異構現象結構：異構現象 例如：例如： C4H8 CH3CH2CH=CH2 CH3C=CH2 CH3 CH3CH=CHCH3 CH3 二、二、 典型有機化合物的理化特性典型有機化合物的理化特性 1. 多數有機物較易燃燒多數有機物較易燃燒 2. 有機化合物的熔點及沸點較低有機化合物的熔點及沸點較低 3.多數有機化合物易溶于有機溶劑而不易溶于

4、水多數有機化合物易溶于有機溶劑而不易溶于水 .有機物反應速度慢，而且常有副反應發(fā)生有機物反應速度慢，而且常有副反應發(fā)生 CC H3C H CH3 H CC H3C H H CH3 9.3 有機化合物分子結構式的表示方法有機化合物分子結構式的表示方法 1. 電子對代替價鍵表示分子結構的式子叫電子對代替價鍵表示分子結構的式子叫電子式電子式 2. 用價鍵將分子中各原子相互連接起來表示分子結構的用價鍵將分子中各原子相互連接起來表示分子結構的 式子叫式子叫結構式結構式 3. 簡化了的結構式稱為簡化了的結構式稱為結構簡式結構簡式 C H H H H CH3CH2CH2CH3 C4H10 CH3CHCH 3

5、 CH3 注意的問題：注意的問題： 1.每個原子的化合價正好飽和每個原子的化合價正好飽和 2.必須對應唯一的一種結構必須對應唯一的一種結構 C2H6O CH3CH2OH CH3OCH3 更簡單的表示式是采用鍵線式，即碳和氫原子更簡單的表示式是采用鍵線式，即碳和氫原子 都不必標出，只需要表明分子中的官能團。例如：都不必標出，只需要表明分子中的官能團。例如： 9.4 有機化合物的分類有機化合物的分類 一、按碳架分類一、按碳架分類 1.鏈狀化合物的（也稱開鏈化合物或脂肪族化合物）鏈狀化合物的（也稱開鏈化合物或脂肪族化合物） 2.碳環(huán)化合物碳環(huán)化合物 CH3CHCH 3 CH3 CH3CH2OHCH3

6、CH2COOH CH3 H3C 3.雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物 二、按官能團分類二、按官能團分類 1.官能團的含義官能團的含義 2.常見的官能團及所屬類別舉例常見的官能團及所屬類別舉例 O N 碳碳叁鍵CC C=C 碳碳雙鍵 官能團官能團 化合物類別化合物類別 化合物舉例化合物舉例 烯 丙烯 CH3CH=CH2 炔 CHHC 乙炔 鹵素鹵素 -X 鹵代烴 氯 乙 烷 CH 3CH2Cl 羥基羥基 -OH 醇或酚 C2H5OH OH 乙醇 苯酚 C-O-C 醚 鍵 醚 乙 醚 CH 3CH2OCH2CH3 乙 醛 CH 3CHO 醛 C H O 醛基 C O 酮基 酮 丙酮 CH 3COCH3 C O

7、R O 酯基 羧酸酯 C OH O 羧基 羧酸 乙 酸 CH 3COOH 乙酸乙酯 CH3COOCH2CH3 氨基 -NH2 胺 乙 胺 CH 3CH2NH2 硝基 -NO2 硝基化合物 NO2 硝基苯 氰基 -CN 腈 乙 腈 CH 3CN 9.5 有機化合物的命名有機化合物的命名 一、一、 烴類的命名烴類的命名 1. 烷烴的命名烷烴的命名 普通命名法普通命名法 普通命名法一般只適用于簡單的，普通命名法一般只適用于簡單的， 含碳較少的烷烴?；驹瓌t是根據分子中碳原子的數目含碳較少的烷烴?；驹瓌t是根據分子中碳原子的數目 而稱為某烷。而稱為某烷。 CH3CH2CH2CH2CH3 正正戊戊烷烷

8、CH3CHCH2CH3 CH3 異異戊戊烷烷 CH3CCH3 CH3 CH3 新新戊戊烷烷 CH3(CH 2)10CH3 十二 烷 烷基的概念及伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、烷基的概念及伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、 叔氫原子叔氫原子 烷基烷基 CnH2n+1 CH3CH2CH2 丙基丙基 （CH3)2CH 異丙基異丙基 CH3 CH3CH2CHCH2CH3 CH3CH2CHCCH3 CH3 CH3 CH3 伯碳 仲碳叔碳 季碳 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法 原則：原則： 選擇主鏈選擇主鏈 給主鏈的碳原子編號（給主鏈的碳原子編號（“最低系列最低系列” 原則）原則） 寫出化合物的名稱寫出化合物的名稱 C

9、H3 CH3CH2CHCH 2CH3 3-甲基戊烷甲基戊烷 CH3CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH CH3 CH3 CH3 CH3 10987 654321 12 345 6 789 10 左往右：左往右：3，4，9右往左：右往左：2，7，8 2,7,8- 三甲基癸烷 最低系列原則最低系列原則 2. 不飽和烴不飽和烴-烯烴、二烯烴和炔烴的命名烯烴、二烯烴和炔烴的命名 其原則基本和烷烴相似。其原則基本和烷烴相似。 選擇含有雙鍵在內的最長而連續(xù)的碳鏈作為主鏈，選擇含有雙鍵在內的最長而連續(xù)的碳鏈作為主鏈， 根據其所含碳原子數稱為某烯（或某炔或某二烯）。根據其所含碳原子數稱為某烯（或某炔或某

10、二烯）。 主鏈編號時，從距雙鍵（或三鍵）較近一端開始，主鏈編號時，從距雙鍵（或三鍵）較近一端開始， 使雙鍵（或三鍵）所在的位次盡可能小。使雙鍵（或三鍵）所在的位次盡可能小。 命名時把雙鍵（或三鍵）碳原子中較小的編號寫在命名時把雙鍵（或三鍵）碳原子中較小的編號寫在 烯烴或炔烴的名稱前面，取代基的位置、數目和名稱也烯烴或炔烴的名稱前面，取代基的位置、數目和名稱也 寫在烯烴或炔烴之前，其取代基的順序是先寫簡單，后寫在烯烴或炔烴之前，其取代基的順序是先寫簡單，后 寫復雜的。寫復雜的。 CH3CCH=CH2 CH3 CH3 3,3-二甲基1丁烯 CH2=CCH2CH3 CH2CH2CH3 2-乙基1戊烯

11、 CCH3CH3CHC CH3 4-甲基2戊炔 烯基的名稱：烯基的名稱： CH2=CH 乙烯基 CH3CH=CH 丙烯基 CH2=CHCH2 烯丙基 3. 脂環(huán)烴的命名脂環(huán)烴的命名 單環(huán)烴的系統(tǒng)命名與脂肪烴基本相同，只是以碳環(huán)單環(huán)烴的系統(tǒng)命名與脂肪烴基本相同，只是以碳環(huán) 為母體，母體的名稱是在相應脂肪烴的名稱前冠以為母體，母體的名稱是在相應脂肪烴的名稱前冠以 “環(huán)環(huán)”字。不飽和脂環(huán)烴母體環(huán)的編號，以重鍵位次最小字。不飽和脂環(huán)烴母體環(huán)的編號，以重鍵位次最小 為原則，環(huán)烷烴中環(huán)的編號為原則，環(huán)烷烴中環(huán)的編號,仍按最低系列原則編號。仍按最低系列原則編號。 CH3 CH3 1 1, ,2 2- -二二

12、甲甲基基環(huán)環(huán)己己烷烷 CH3 4 4- -甲甲基基環(huán)環(huán)己己烯烯 CH2=CHCHCH3 3 3- -環(huán)環(huán)戊戊基基丁丁烯烯 4.芳香烴的命名芳香烴的命名 命名有兩種方法，一種是以芳香環(huán)作為母體，將其他命名有兩種方法，一種是以芳香環(huán)作為母體，將其他 烴基看作芳香環(huán)上的取代基；另一種是將芳香環(huán)看作烴的烴基看作芳香環(huán)上的取代基；另一種是將芳香環(huán)看作烴的 取代基來命名。取代基來命名。 1 2 3 4 5 6 7 8 萘萘 CH3 2 2- -甲甲基基萘萘或或 - -甲甲基基萘萘 CH3 CH2CH3 2 2- -甲甲基基- -1 1- -乙乙基基萘萘 二、二、 烴的衍生物的命名烴的衍生物的命名 烴分子中

13、的氫原子被其他原子或官能團取代后烴分子中的氫原子被其他原子或官能團取代后 生成的化合物叫做烴的衍生物，其命名與烴的命名相似。生成的化合物叫做烴的衍生物，其命名與烴的命名相似。 1. 脂肪族衍生物的命名脂肪族衍生物的命名 對簡單的衍生物，首先區(qū)分化合物的類別（醇、鹵代烴、對簡單的衍生物，首先區(qū)分化合物的類別（醇、鹵代烴、 醛、羧酸等），然后按照碳原子的數目和烴基的名稱命名。醛、羧酸等），然后按照碳原子的數目和烴基的名稱命名。 CH2=CHCH 2Br 烯烯丙丙基基溴溴 CH3CHCH3 OH 異異丙丙醇醇 CH3COCH3 丙酮 CH3OCH 2CH3 甲乙醚 CH3CHCH2COOH CH3

14、異丁酸 結構復雜的烴的衍生物，采用系統(tǒng)命名法結構復雜的烴的衍生物，采用系統(tǒng)命名法 CH3CHCHO CH3 2 2甲甲基基丙丙醛醛 CH3CH2CHCHCH2CH3 OH CH3 4 4甲甲基基3 3己己醇醇 CH3CHCH2CHCOOH CH3CH2CH3 4 4甲甲基基2 2- -乙乙基基戊戊酸酸 CH3CH2C CHCH2CCH3 O CH3O 4 4甲甲基基2 2，5 5- -庚庚二二酮酮 CH3C CH3 OH CH2CHO 3 3- -甲甲基基- -3 3- -羥羥基基丁丁醛醛 CH2=CCOOCH3 CH3 2 2- -甲甲基基- -丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯 2. 芳香族衍生物的命名

15、芳香族衍生物的命名 芳香族衍生物的命名基本上與脂肪烴命名相同。通常，芳香族衍生物的命名基本上與脂肪烴命名相同。通常， 當環(huán)上有硝基（當環(huán)上有硝基（-NO2）、鹵素（）、鹵素（-X）時，把芳環(huán)當作母體；）時，把芳環(huán)當作母體； 含有其他官能團如：羥基（含有其他官能團如：羥基（-OH）、氨基）、氨基(-NH2)、醛基、醛基 (-CHO)、羧基、羧基(-COOH)等時等時 ，把芳環(huán)當作取代基進行，把芳環(huán)當作取代基進行 命名。命名。 OH NO2 鄰硝基苯酚 OH COOH 鄰羥基苯甲酸 SO3H Cl 1-氯-2-萘磺酸 3 . 雜環(huán)化合物的命名雜環(huán)化合物的命名 目前主要采用音譯法進行命名。一般在同音

16、漢字目前主要采用音譯法進行命名。一般在同音漢字 的左邊，加上一個的左邊，加上一個“口口”旁。旁。 O 呋喃 (furan) S 噻吩 (thiophene) N H 吡咯 (pyrroe) N 吡啶 (pyridine) 9.6 有機反應有機反應 有機反應的類型也多種多樣，根據反應物和生成物有機反應的類型也多種多樣，根據反應物和生成物 之間的關系，我們在這里介紹裂化反應、取代反應、之間的關系，我們在這里介紹裂化反應、取代反應、 氧化還原反應、加成與加聚反應、縮合及縮聚反應等。氧化還原反應、加成與加聚反應、縮合及縮聚反應等。 一、一、 裂化反應裂化反應 裂化反應是在一定條件下，把相對分子質量大的

17、烴裂化反應是在一定條件下，把相對分子質量大的烴 斷裂為相對分子質量小的烴的過程。裂化反應分為熱裂反斷裂為相對分子質量小的烴的過程。裂化反應分為熱裂反 應和催化裂化兩類。應和催化裂化兩類。 1. 熱裂反應熱裂反應 熱裂反應就是在隔絕空氣、高溫的條件下發(fā)生熱裂反應就是在隔絕空氣、高溫的條件下發(fā)生 鍵斷裂的反應。鍵斷裂的反應。 CH3 H CCH2 HH 460 H3CCH=CH2 + H2 CH3 460 CH2CH2 H CH2=CH 2 + CH4 2. 催化裂化反應催化裂化反應 催化裂化是應用催化劑如催化裂化是應用催化劑如-氧化鋁氧化鋁-硅膠，在硅膠，在450 550的溫度下，將較大分子的烷

18、烴斷裂成帶支鏈的的溫度下，將較大分子的烷烴斷裂成帶支鏈的 烷烴、烯烴和芳烴的過程。烷烴、烯烴和芳烴的過程。 CH3(CH2)5CH3 CH3(CH2)4CH=CH2 + H2 脫氫 CH3 CH3 + 3H2 環(huán)化 芳構化 脫氫 CH3(CH2)3CH CH3 CH3 異 構 化 二、二、 取代反應取代反應 有機化合物分子中的某些原子被其他原子或基團有機化合物分子中的某些原子被其他原子或基團 取代的反應總稱為取代反應。取代的反應總稱為取代反應。 1 . 烷烴的取代反應烷烴的取代反應 在高溫或光照條件下，烷烴可與氯氣、溴、硝酸、在高溫或光照條件下，烷烴可與氯氣、溴、硝酸、 硫酸等試劑發(fā)生取代反應

19、，生成相應的鹵代烴、硝基硫酸等試劑發(fā)生取代反應，生成相應的鹵代烴、硝基 化合物、烷基磺酸化合物。由于反應劇烈，產物往往化合物、烷基磺酸化合物。由于反應劇烈，產物往往 是復雜的混合物。是復雜的混合物。 或光照 CH4+ Cl2 CH3Cl + HCl CH2Cl2 +HCl CHCl3+ HCl CCl 4+ HCl 2. 單環(huán)芳烴的取代反應單環(huán)芳烴的取代反應 苯環(huán)上的氫原子容易被其他原子或基團取代，這是單環(huán)芳烴苯環(huán)上的氫原子容易被其他原子或基團取代，這是單環(huán)芳烴 最重要的反應。主要有鹵代、硝化、磺化、烷基化和?；?。最重要的反應。主要有鹵代、硝化、磺化、烷基化和?；?。 鹵代反應鹵代反應

20、55-60 X2 + FeX3 X (X=Cl 、Br)+ HX Cl2 CH3 FeCl3 + Cl CH3 CH3 Cl + 58%42% 硝代反應硝代反應 HO NO2 濃 H2SO4 50-60 + NO2 H2O+ NO2 HO NO2 濃 H2SO4 95 + H2O NO2 NO2 + 30 NO2 濃 H 2SO4 CH3 HO+ NO2 CH3 CH3 NO2 + 磺化反應磺化反應 HO SO3H+ SO3H H2O+ 烷基化和?；磻榛王；磻?CH3CH2Cl 無水AlCl3 + CH2CH3 乙苯 + CH3CCl O 無 水 AlCl 3 CCH3 O 苯乙

21、酮 三、三、 氧化還原反應氧化還原反應 因此有機化學中一般把與氧結合（分子中加入氧）因此有機化學中一般把與氧結合（分子中加入氧） 或失去氫（分子中去掉氫）的反應叫做氧化，把與氫或失去氫（分子中去掉氫）的反應叫做氧化，把與氫 結合或失去氧叫做還原。結合或失去氧叫做還原。 1.氧化反應氧化反應 不飽和烴的氧化不飽和烴的氧化 CH=CH2R KMnO4(稀冷) 中性或堿性 R OH CH-CH2 OH + MnO2 RCH=CH2 KMnO4 酸性 RCOOH + HCOOH H2O + CO2 R C= R KMnO4 酸性 C R H R C=O R + RCOOH KMnO4 酸性 RCCRR

22、COOH + RCOOH 芳環(huán)側鏈氧化芳環(huán)側鏈氧化 CH(CH3)2 C(CH3)3 KMnO4 + H2SO4 COOH C(CH3)3 醛的氧化醛的氧化 RCHO 2Ag(NH3)2+ 2OH - 2AgRCOONH 4 H2O3NH3 吐倫試劑吐倫試劑 RCHO2Cu2+ 5OH - RCOO -3H2OCu2O 費林試劑費林試劑 2. 還原反應還原反應 醛和酮的還原反應醛和酮的還原反應 還原成醇：還原成醇： RCHOH2 Ni RCH2OH 伯醇 RCOR H2 Ni RCHR OH 仲醇 CH3CH =CHCHO Ni H2 巴巴豆豆醛醛 CH3CH2CH2CH2OH CH3CH =CHCHO NaBH 4CH3CH =CHCH 2OH