有機化學 chap1-緒論

1、有機化學有機化學Organic Chemistry人工合成有機物人工合成有機物分離提純有機物分離提純有機物“有機有機”和和“生命力生命力”酒石酒石 酒石酸酒石酸尿液尿液 尿素尿素鴉片鴉片 嗎啡嗎啡來自來自動植物動植物來自來自礦物礦物有機物有機物無機物無機物含碳化合物的化學含碳化合物的化學碳氫化合物及其碳氫化合物及其衍生物的化學衍生物的化學1828年年 尿素尿素1845年年 醋酸醋酸1854年年 油脂油脂 NH4OCN(NH2CNH2O維勒維勒(德國德國)有機化學有機化學化合物的化學化合物的化學憑什么一個憑什么一個就能成為一門就能成為一門獨立學科獨立學科？1、與人類關系密切、與人類關系密切2、數(shù)

2、量眾多、數(shù)量眾多3、性質特點不同于無機物、性質特點不同于無機物為什么有機物為什么有機物的數(shù)量比無機的數(shù)量比無機物多這么多？物多這么多？有機物上千萬種有機物上千萬種無機物幾百萬種無機物幾百萬種每年新增有機物上萬種每年新增有機物上萬種 有機化學：是研究有機化合物的來源、結構、組成、性質、制備、應用和功能以及相關理論和方法的一門科學。我國在有機化學領域的貢獻 1965年 首先完成了結晶牛胰島素的人工合成 1981年11月20日 宣布成功合成了具有與天然分子相同結構和完整生物活性的酵母丙氨酸轉移核糖核酸 標志著我國在人工合成生物大分子的研究方面繼續(xù)居于世界先進水平易易燃燃熔、熔、沸沸點點低低難難溶溶于

3、于水水反反應應速速度度慢慢副副反反應應多多單鍵單鍵雙鍵雙鍵三鍵三鍵CH3CH3CH2CH2CHCH性質特點性質特點結構特點結構特點以以 為核心為核心以以相結合相結合1、結構、結構決定了性決定了性質質2、由性、由性質可以推質可以推測結構測結構 組成有機物的組成有機物的(C、H、O、N、X、S、P)，但但。1、根據、根據C的骨架分類的骨架分類（1）鏈狀化合物）鏈狀化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物)（2）環(huán)狀化合物）環(huán)狀化合物脂環(huán)烴脂環(huán)烴芳香烴芳香烴雜環(huán)雜環(huán)(heterocyclic compound)2、根據官能團、根據官能團(functional group)分類分類官能團官能團決定一類有機物特

4、性的基團決定一類有機物特性的基團CH3CH2CH2OHOS官能團的排列順序是系統(tǒng)命名中作母體的資格順序。官能團的排列順序是系統(tǒng)命名中作母體的資格順序。烴烴烴烴的的衍衍生生物物鏈烴鏈烴環(huán)烴環(huán)烴飽和烴飽和烴不飽和烴不飽和烴脂環(huán)烴脂環(huán)烴芳香烴芳香烴鹵代烴鹵代烴含氧含氧化合化合物物含氮含氮化合化合物物醇、酚、醚醇、酚、醚醛、酮醛、酮羧酸和羧酸衍生物羧酸和羧酸衍生物雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物硝基化合物硝基化合物胺胺重氮和偶氮化合物重氮和偶氮化合物CH3CH3CH3BrClCH3OHOHCH3-O-CH3CH3CHOCH3COOHCH3NO2CH3NH2N2HSO4-+OCH3-C-CH3OCH3-C-ClOC

5、H2CH2CH CHS四、有機物結構表示方式四、有機物結構表示方式表示無機物表示無機物分子式分子式組成組成(H2O)構造式構造式分子中原子的連接方式和次序。分子中原子的連接方式和次序。因為在有機物中普遍存在著因為在有機物中普遍存在著同分異構同分異構分子組成相同，但結構、性質不同。分子組成相同，但結構、性質不同。如：如：C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3其它表示式見后。其它表示式見后。（1）路易斯式）路易斯式一對電子表示一根共價鍵一對電子表示一根共價鍵H.H C HH.H C C H. . . . .H C OH. .（2）凱庫勒式）凱庫勒式一條短線表示一根共價鍵一條短線表示一根共價鍵HC

6、CHHCOHHCH HH甲烷甲烷乙炔乙炔甲醛甲醛路易路易斯式斯式凱庫凱庫勒式勒式標出外層電子標出外層電子（3）構造簡式）構造簡式省略省略CH鍵和鍵和(主鏈主鏈)中的單鍵中的單鍵相同的部分可以用括號表示：相同的部分可以用括號表示：左端相同基團，左端相同基團，寫在連接寫在連接C之前；之前；其他寫在連接其他寫在連接C之后。之后。(CH3)2CHCH2CH CHCH2CCCCCCCC（4）骨架式）骨架式省略凱庫勒式中的省略凱庫勒式中的HCH3CH3CHCH2CHCHCH2CH3CH2CH2CH3CH3(CH2)2CH3(CH3)2CHCH3CH3CHCH3CH3CCCCCCCC（5）鍵線式）鍵線式省略

7、省略C、H原子，畫出原子，畫出C之間的價鍵之間的價鍵線，線的端點和交點代表一個線，線的端點和交點代表一個C。CH3CH2CH2CH2CH2CH3ClCH2CH2CH2CH2OOClCH3CHCHCH2CHCCH1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 7CH3CHCH2CH2CCH2CH3CH3CH2CH3CH31 1、C在周期表中的位置決定在周期表中的位置決定生成共價鍵；生成共價鍵；四價。四價。C既不易得既不易得個電子，個電子，也不易失也不易失個電子。個電子。2 2、有機物分子結構、有機物分子結構3C3CConstitution(Constitution(構造構造):):指組成分子的原子

8、或基團相互指組成分子的原子或基團相互 連接的順序。如連接的順序。如C C2 2H H4 4ClCl2 2有有CHCH2 2ClCHClCH2 2ClCl和和CHCH3 3CHClCHCl2 23C3C：Constitution, Configuration, ConformationConstitution, Configuration, ConformationConfiguration(Configuration(構型構型):):指組成分子的原子或基團的固指組成分子的原子或基團的固有空間排列，其排列狀態(tài)的改變，必須靠共價鍵的斷有空間排列，其排列狀態(tài)的改變，必須靠共價鍵的斷裂和新的化學鍵的形

9、成。裂和新的化學鍵的形成。如：如：Conformation(Conformation(構象構象) )：指組成分子的原子或基團的相指組成分子的原子或基團的相對空間排列，其排列狀態(tài)可因化學鍵的轉動而復原。對空間排列，其排列狀態(tài)可因化學鍵的轉動而復原。3、共價鍵、共價鍵兩原子的原子軌道，相互交兩原子的原子軌道，相互交疊即形成疊即形成沿軌道軸平行方沿軌道軸平行方向成鍵。重疊大、穩(wěn)定、向成鍵。重疊大、穩(wěn)定、可沿鍵軸自由旋轉?？裳劓I軸自由旋轉。 鍵鍵沿軌道軸垂直方沿軌道軸垂直方向成鍵。重疊小、不穩(wěn)定、向成鍵。重疊小、不穩(wěn)定、不能沿鍵軸旋轉不能沿鍵軸旋轉。共共價價鍵鍵的的類類型型交疊越大，成鍵越牢固交疊越大

10、，成鍵越牢固例如：例如：H2分子分子4、 氫鍵氫鍵較小原子半徑、電負性強、有未共用電子對的原子。較小原子半徑、電負性強、有未共用電子對的原子。氫鍵用虛線表示：氫鍵用虛線表示： XH-Y氫鍵的鍵能與元素的電負性及原子半徑有關。氫鍵的鍵能與元素的電負性及原子半徑有關。氫鍵FHFOHONHNNHF鍵能KJmol 28.0 18.8 5.4 20.9 元素的電負性越大、原子半徑越小，形成的氫鍵越強。元素的電負性越大、原子半徑越小，形成的氫鍵越強。分子間氫鍵具有方向性、飽和性。分子間氫鍵具有方向性、飽和性。 分子間力的大小順序：分子間力的大小順序：氫鍵氫鍵 色散力色散力偶極偶極偶極作用力偶極作用力鍵長鍵

11、長鍵角鍵角離解能和鍵能離解能和鍵能極性和極化性極性和極化性六、共價鍵的屬性六、共價鍵的屬性斷裂或斷裂或生成一生成一個鍵所個鍵所消耗或消耗或放出的放出的能量能量H C HHH平均值平均值C-H:415.7kJ/mol鍵的極性鍵的極性取決于成鍵原取決于成鍵原子的電負性。如子的電負性。如CC、HCl分子的極性分子的極性取決于鍵取決于鍵的極性、分子形狀。如：的極性、分子形狀。如：CH4鍵的極化性鍵的極化性受外電場作受外電場作用，極性的變化。用，極性的變化。 比比s s容易極容易極化。化。CCCC兩核距離兩核距離兩鍵夾角兩鍵夾角有機反應的本質有機反應的本質1、根據反應形式：、根據反應形式： 取代、加成、

12、聚合、消除取代、加成、聚合、消除2、根據反應機理：、根據反應機理： 協(xié)同反應和分步反應。協(xié)同反應和分步反應。協(xié)同反應協(xié)同反應舊鍵的斷裂和新鍵的生成舊鍵的斷裂和新鍵的生成完成完成分步反應分步反應舊鍵的斷裂和新鍵的生成舊鍵的斷裂和新鍵的生成完成完成A BA BA + BA+ + B-均裂均裂異裂異裂由由引發(fā)的反應引發(fā)的反應反應反應由由引發(fā)的反應引發(fā)的反應、反應反應碳正離子碳正離子 平面形結構平面形結構 sp2雜化雜化 三個三個sp2軌道與其軌道與其它原子形成三個它原子形成三個鍵，處于一個平面鍵，處于一個平面內內 未雜化的未雜化的pz軌道是軌道是空的，無電子空的，無電子 碳負離子碳負離子 四面體結構

13、四面體結構 sp3雜化雜化 三個三個sp3軌道與其它軌道與其它原子形成三個原子形成三個鍵鍵 另一個另一個sp3軌道中有軌道中有一對電子一對電子 共軛體系可能是或接共軛體系可能是或接近平面近平面碳自由基碳自由基 平面結構平面結構 sp2雜化雜化 三個三個sp2軌道與其它軌道與其它原子形成原子形成 鍵，在鍵，在一個平面內一個平面內 單電子處于未雜化單電子處于未雜化的的p軌道軌道 親電試劑親電試劑: 正離子、缺電子化合物正離子、缺電子化合物 有機化學中親電試劑是路易斯酸有機化學中親電試劑是路易斯酸 親電反應：由親電試劑的進攻而發(fā)生的反應親電反應：由親電試劑的進攻而發(fā)生的反應 親核試劑：負離子、有孤對

14、電子親核試劑：負離子、有孤對電子 親核試劑是路易斯堿親核試劑是路易斯堿 親核反應：由親核試劑的進攻而發(fā)生的反應親核反應：由親核試劑的進攻而發(fā)生的反應游離基加成反應游離基加成反應游離基取代反應游離基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親電取代反應親電取代反應親電加成反應親電加成反應取代反應取代反應加加成成反反應應游離基型反應游離基型反應協(xié)同反應協(xié)同反應(周環(huán)反應周環(huán)反應)離子型反應離子型反應親電反應親電反應親核反應親核反應反應類型反應類型(2)、質子理論：、質子理論：(3)、電子理論：、電子理論：(1)、解離理論：、解離理論：在水中，解離在水中，解離 離子全部是離子全部是 的

15、是的是凡能凡能 的物質是的物質是凡能凡能 的物質是的物質是Lewis酸堿理論酸堿理論酸：電子對的接受體酸：電子對的接受體。 分子：分子：BF3 、 AlCl3 、 FeCl3 、 SnCl4 金屬離子：金屬離子：Li、 Ag、 Cu 正正 離離 子：子： R 、Br 、 NO2 、H堿：電子對的給予體。與質子堿相同。堿：電子對的給予體。與質子堿相同。 負離子；負離子； 含具有未共用電子對原子的分子；含具有未共用電子對原子的分子； 富有富有 電子的分子如烯和芳香化合物。電子的分子如烯和芳香化合物。分離提純分離提純元素分析元素分析確定分子式確定分子式確定結構式確定結構式IR, UV, NMR, M

16、S化學性質和反應歷程化學性質和反應歷程化學性質化學性質命名命名結構結構十、有機化學發(fā)展 有機化學是一門迅速發(fā)展的學科有機化學是一門迅速發(fā)展的學科 有機合成化學天然有機化學生物有機化學金屬與元素有機化學物理有機化學有機分析化學藥物化學香料化學農藥化學有機新材料化學 等學科生命科學材料科學環(huán)境科學化學生物學能源、工業(yè)、農業(yè) 等方面. 19011998年，諾貝爾化學獎共年，諾貝爾化學獎共90項，其中有機化學方面的項，其中有機化學方面的 化學獎化學獎55項，占化學獎項，占化學獎61%1989年美國年美國Harvard大學大學kishi教授等完成海教授等完成海葵毒素葵毒素(palytoxin) 的全合成。的全合成。農農 業(yè)業(yè)醫(yī)醫(yī) 藥藥衛(wèi)衛(wèi) 生生工工 業(yè)業(yè)。國國 防防硝硝酸酸甘甘油油感感冒冒清清古古漢漢養(yǎng)養(yǎng)生生精精有機化學與現(xiàn)代人類的生活息息相關。有機化學與現(xiàn)代人