有機(jī)化學(xué)高教第二版第一章緒論課件

1、第一章 緒論1-1 有機(jī)化學(xué)研究的對象1-2 共價(jià)鍵1-3 有機(jī)化合物的分類一、有機(jī)化學(xué)與有機(jī)化合物 有機(jī)化學(xué)是化學(xué)科學(xué)的一個分支，是與人類生活有著極其密切關(guān)系的一門學(xué)科，它的研究對象是有機(jī)化合物。其發(fā)展自19世紀(jì)初期至今不足200年。有機(jī)化學(xué)的主要任務(wù)-討論各類有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成方法和它們的應(yīng)用。1-1 有機(jī)化學(xué)的研究對象什么是有機(jī)化合物呢？C8H18 、C15H32 、C2H5OH 、C6H12O6 、CH3COOH涵義：“有生機(jī)之物”無機(jī)物-非生物體或礦物質(zhì)得到的物質(zhì) 有機(jī)物-生物體（植物或動物）中獲得的物質(zhì) 瑞典化學(xué)家貝格曼(T.D.Bergman )于1777年將化學(xué)分為“

2、無機(jī)”和“有機(jī)”兩大類。從組成上看主要含有C、H 還有 O、N、X、S、P 等 “有機(jī)化學(xué)”是由當(dāng)時在世界上享有盛名的瑞典化學(xué)家貝采利烏斯(Berzelius.J.J.1979-1848)于1808年首先引用，以區(qū)別于礦物的化學(xué)無機(jī)化學(xué)。其引用有機(jī)化學(xué)這個名詞并將有機(jī)化學(xué)與無機(jī)化學(xué)絕對分開是基于“生命力論”。 1874年肖萊馬（Schorlemmer.C. 18341892）： 將有機(jī)化合物定義為“碳?xì)浠衔锛捌溲苌铩?1851年葛美林（Gmelin.L. 17881853）和 凱庫勒（Kekule.A. 18291896）等：“含碳的化合物稱為有機(jī)化合物”但CO、CO2、Na2CO3、KC

3、N 等為無機(jī)化合物。所以含碳化合物不一定是有機(jī)化合物，但有機(jī)化合物一定是含碳化合物有機(jī)化學(xué)：研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)分支。為什么有機(jī)化學(xué)要作為一門獨(dú)立學(xué)科呢？ C-C 結(jié)合力強(qiáng)同分異構(gòu)體的產(chǎn)生主要原因：1.種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜2.性能特點(diǎn)（超過1000萬種） C4H10 CH3CH2-OH CH3-O-CH3C2H6O異構(gòu)體分子式CH3CH2CH2CH3CH3-CH-CH3CH3 碳與碳之間可以多種方式結(jié)合碳與碳之間可以C-C 、C=C、CC相互結(jié)合，并且可以形成鏈狀或環(huán)狀。性能特點(diǎn)： 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低，熱穩(wěn)定性差；一般400m.p.（NaCl）= 801；b.p.（NaCl）= 1413 容

4、易燃燒，生成CO2和H2O ；但CCl4 不但不燃燒，而且可以作滅火劑 難溶于極性大的水，易溶于非極性的有機(jī)溶劑；但CH3COOH、C2H5OH、CH2-CH-CH2 等易溶于水OH OH OH如：易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。 原子間主要以共價(jià)鍵結(jié)合；反應(yīng)條件催化劑加熱光照（活化分子）（增加分子熱運(yùn)動） 反應(yīng)速度慢、副反應(yīng)多。CH3CH2CH3 + Cl2hCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3ClCH3CH2CHCl + ClCH2CH2CH2ClClCH3CHCH2Cl + CH3-C-CH3ClClCl所以寫有機(jī)反應(yīng)式常用“ ”而不用“ ”較簡單，較少異構(gòu)現(xiàn)象復(fù)雜，常有異構(gòu)

5、現(xiàn)象構(gòu)造 較無副反應(yīng)，且反應(yīng)速率較快常有副反應(yīng)的可能，所以較復(fù)雜，但因非離子反應(yīng)，所以速率較慢，故常需催化劑反應(yīng)及速率 一般為電解質(zhì)，常為離子反應(yīng)一般為非電解質(zhì)，所以多數(shù)為非離子反應(yīng)離子反應(yīng) 不燃的較多在空氣中多數(shù)會燃燒可燃性 一般溶于水，但不溶于有機(jī)溶劑一般不溶于水，但溶于有機(jī)溶劑溶解性 一般較高一般較低熔點(diǎn) 離子結(jié)合多共價(jià)結(jié)合多化學(xué)結(jié)合 約100種全部元素主要C、H、O、N、P、S、X構(gòu)成元素 比較少（40萬種）非常多（約1000萬種）種類 無機(jī)化合物有機(jī)化合物 有機(jī)和無機(jī)的差別 人類在很早時期就已經(jīng)學(xué)會利用從生物體取得的物質(zhì)。并對這些物質(zhì)進(jìn)行簡單加工。例如：釀酒、制醋、造紙。 但對有機(jī)物

6、純物質(zhì)的認(rèn)識和制備，并發(fā)展成為化學(xué)領(lǐng)域的一個極其重要的學(xué)科有機(jī)化學(xué)，迄今不足200年。古代（周朝）懂得造紙、釀酒 18世紀(jì)末期開始制備分離分離提純階段（第一階段）二、有機(jī)化學(xué)的起源與發(fā)展1773：從尿中提取出了尿素1769：制得了許多有機(jī)酸: 葡萄汁 酒石酸 酸牛奶 乳 酸 檸檬汁 檸檬酸 但這一成就未能立即給“生命力”以致命的打擊。由于韋勒當(dāng)時所用的氰酸銨是依賴有機(jī)物制成的，“生命力”維護(hù)者爭辯說：“生命力”即在韋勒所用的氰酸銨中。 1828年，德國化學(xué)家維勒（Fwohler）由氰酸銨（典型 無機(jī)物）制成尿素（典型有機(jī)物）。NH4OCN H2N-C-NH260O 1806年斯圖萘爾（sert

7、ner)首次從鴉片中分離出第一個生物堿- 嗎啡，直到1952年才確定了其結(jié)構(gòu)，并為全合成所證實(shí)。 這對于認(rèn)識有機(jī)化合物無疑是一個重要階段。但還未能用人工方法合成出有機(jī)化合物。因當(dāng)時盛行的“生命論”，從而阻礙了有機(jī)合成的發(fā)展。 1854年-1856年，又合成了甲烷、甘油、乙醇等許多典 型有機(jī)化合物?！吧Α睂W(xué)說才宣告破產(chǎn)。 從此確信了人工合成有機(jī)化合物是完全可能的。這就是有機(jī)化學(xué)最初發(fā)展的第二階段（合成階段）。 1854年柏賽羅（M. Berthelot）合成了油脂。 1845年德國有機(jī)化學(xué)家科爾伯（HKolbe）從無可爭辯 的無機(jī)物制成了公認(rèn)為有機(jī)物的醋酸：C + Cl2 CCl4 Cl3C

8、COOH CH3COOHS水，陽光Na-Hg 標(biāo)志著有機(jī)化合物與無機(jī)化合物之間并沒有絕然的界線。它們遵從著同一規(guī)律，因此，有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)就失去了它原來的含義。 19世紀(jì)中期至末期有機(jī)化學(xué)逐漸形成為一門學(xué)科。為了研究有機(jī)化合物，需要進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)的研究。 1858年德國化學(xué)家凱庫勒（FAKekule）和英國有機(jī) 化學(xué)家?guī)炫粒ˋSCouper）分別提出了“碳的四價(jià)概 念”和“碳碳可以相互結(jié)合成鍵”的學(xué)說。為有機(jī)化 學(xué)結(jié)構(gòu)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。 1861年俄國化學(xué)家布特洛夫（AMButlerov）提出了“ 化學(xué)結(jié)構(gòu)概念”。認(rèn)為有機(jī)分子中的原子不是機(jī)械堆 積，而是按一定化學(xué)關(guān)系結(jié)合，化學(xué)結(jié)構(gòu)決定化

9、學(xué)性質(zhì)。 1874年荷蘭化學(xué)家范霍夫（JHVant Hoff）和法國化學(xué) 家勒貝爾（J A Lebel）同時提出了組成有機(jī)化合物分 子的“碳原子的四面體構(gòu)型”學(xué)說，建立了有機(jī)立體化 學(xué)的基礎(chǔ)，并闡明了旋光異構(gòu)體現(xiàn)象。 1885年德國化學(xué)家拜爾（A Baeyer）提出了環(huán)狀化合物 的“張力學(xué)說”，至此建立了有機(jī)化學(xué)經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論。 到了二十世紀(jì)20年代以來，隨著量子力學(xué)的引入，近代 分析方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展及電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng) 用，有機(jī)結(jié)構(gòu)理論迅速發(fā)展，提出了“價(jià)鍵理論”、“分 子軌道理論”和“分子軌道對稱守恒原理”，揭示了化 學(xué)鍵的微觀本質(zhì)，建立了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)，使理論 有機(jī)化學(xué)沿著微觀

10、和定量的方向迅速發(fā)展。 近年來由于生物學(xué)的發(fā)展，對于復(fù)雜的生命現(xiàn)象的研究已進(jìn)入分子的水平，是分子的形成、運(yùn)動及變化的過程。這些分子主要是有機(jī)分子，這些復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)，隨著物理及化學(xué)的發(fā)展而被一一闡明（如膽甾醇、血紅素、葉綠素等）。尤其是對核酸、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究，現(xiàn)在也已進(jìn)入一定程度，并了解到二者在控制遺傳信息的傳遞、高等動物的記憶活動等許多方面的特殊作用。徹底揭開其結(jié)構(gòu)的奧秘，將使生物體及生命現(xiàn)象的研究進(jìn)入一個新水平。研究有機(jī)化學(xué)的深遠(yuǎn)意義之一是在于研究生物體及生命現(xiàn)象。 我國在天然有機(jī)化合物的合成領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水 平，1965年合成了具有生理活性的蛋白質(zhì)結(jié)晶 牛胰島素（化學(xué)通報(bào)，1965.5

11、 P257-285)； 1979年完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的半合成， 1981年完成了全合成（化學(xué)通報(bào)，1982.12 P28） 有機(jī)化學(xué)是涉及大量天然物質(zhì)和合成物質(zhì)的獨(dú)特的學(xué)科，這些物質(zhì)直接關(guān)系到人類的衣、食、住、行。 利用有機(jī)化學(xué)可以制造出無數(shù)在生活、健康和生產(chǎn)方面不可缺少的產(chǎn)品，這是一門對國民經(jīng)濟(jì)起著決定性作用的學(xué)科。 石油化工，新型燃料，橡膠、塑料、涂料、化妝品、殺蟲劑、農(nóng)藥、藥品、合成材料等工業(yè)部門的基礎(chǔ)，這些部門成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。 組成人體器官的物質(zhì)、供給人體營養(yǎng)的食物以及人體中發(fā)生的反應(yīng)實(shí)質(zhì)上也是有機(jī)物質(zhì)和有機(jī)反應(yīng)。 構(gòu)成動、植物結(jié)構(gòu)組織的蛋白質(zhì)和纖維素、水果和花的香氣

12、等也是有機(jī)化學(xué)的研究范圍之內(nèi)。三、有機(jī)化學(xué)的重要性 有機(jī)化學(xué)與我們有著千絲萬縷的關(guān)系，學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)就是要改善我們的生活與生產(chǎn)。既然我們以化學(xué)為未來的事業(yè)貢獻(xiàn)聰明才智，學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)就有了巨大的動力和責(zé)任感。 生物化工、功能材料、生物科學(xué)與有機(jī)化學(xué)結(jié)合，形成新的產(chǎn)業(yè)部門。 有機(jī)化合物分子中各原子之間一般是以共價(jià)鍵連接起來的。對于共價(jià)鍵形成的理論解釋，常用的有兩種方法。價(jià)鍵理論分子軌道論一、價(jià)鍵理論 共價(jià)鍵的形成，可看作是原子軌道的重疊或電子配對的結(jié)果。1-2 共價(jià)鍵 共價(jià)鍵的本質(zhì)是在1927年由海特勒（Heitler）和倫敦（Lodon）用量子力學(xué)處理氫分子后才得以闡明的。 假定分子的原子具有未成

13、對電子且自旋方向相反，就可以配對偶合，每一對電子形成一個共價(jià)鍵； 原子的未共用電子數(shù)就是它的原子價(jià)數(shù)； 如果一個原子的未共用電子已經(jīng)配對，它就不能再與其 它未成對電子配對，這種性質(zhì)叫做共價(jià)鍵的飽和性； 電子云重迭的程度越大，形成的價(jià)鍵越穩(wěn)定，因此原子軌道要盡可能在鍵軸方向上實(shí)現(xiàn)最大程度的重迭，這種性質(zhì)叫做共價(jià)鍵的方向性； 能量相近的原子軌道可進(jìn)行雜化形成能量相近的雜化軌 道，這樣可加強(qiáng)其成鍵能力，成鍵后達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)。主要內(nèi)容 分子軌道理論認(rèn)為共價(jià)鍵的形成是由于成鍵原子的原子軌道相互重疊后，重新組合成整體的分子軌道的結(jié)果。 分子軌道理論與價(jià)鍵理論的不同之處是成鍵電子不再定域在個別原子上，也不

14、定域在兩個成鍵原子之間，而是離域到整個分子中運(yùn)動。成鍵分子軌道*反鍵分子軌道原子軌道原子軌道能量 兩個原子軌道充分接近后，能通過原子軌道的線性組合，形成兩個分子軌道。其中，能量低于原來原子軌道的分子軌道叫成鍵軌道，能量高于原來原子軌道的分子軌道叫反鍵軌道。 二、分子軌道理論1. 鍵長由共價(jià)鍵連接起來的兩個原子的核間距離單位：1 nm = 10 A。在不同化合物中的CC 鍵0.1466H2C=HCCH=CH2sp2-sp20.1510H3CCH=CH2sp3-sp20.1540H3CCH2CH3sp3-sp30.1530H3CCH3sp3-sp3鍵長(nm)化合物鍵類型三、共價(jià)鍵的屬性（參數(shù)）

15、共價(jià)鍵的鍵長、鍵角、鍵能和鍵的極性是共價(jià)鍵的基本性質(zhì)，稱為共價(jià)鍵的屬性或共價(jià)鍵參數(shù)。鍵長(nm)C H 0.109 C C 0.154 C C 0.120C C 0.134注意：不同的共價(jià)鍵有不同的鍵長不同化合物，其相同的原子核間的鍵長稍有差別2. 鍵角兩個共價(jià)鍵之間的夾角鍵長、鍵角決定著分子的立體形狀。注意： 不同分子有“同一種”的鍵角，差別很大。CH2CH2CH260。 同一類型的化合物連接不同的原子（基團(tuán)）鍵 角有所不同。 鍵能是指一個共價(jià)鍵的強(qiáng)度，一般共價(jià)鍵結(jié)合得牢固，則其鍵能就大。3. 鍵能將1mol分子（氣態(tài)）解離為原子（氣態(tài)）時所吸收的能量。單位：kJ / mol A（氣） +

16、B （氣） A-B （氣） 鍵的形成放熱，H為負(fù)值斷裂吸熱，H為正值Cl + Cl Cl2 H = -242kJ / mol (放熱)Cl2 2Cl H = +242kJ / mol (吸熱) 鍵能是指破壞或形成某一個共價(jià)鍵所需的平均能量。一般來說，有機(jī)分子的鍵能越小，鍵就越活潑；鍵能越大，鍵就比較穩(wěn)定。雙原子分子鍵能也就是鍵的離解能；多原子分子同類型共價(jià)鍵的鍵能，是各個鍵離解能的平均值。如：離解能H（kJ / mol）CH4 CH3 + H +435.1CH3 CH2 + H +443.5CH2 CH + H +443.5CH C + H +338.9 H = （435.1 + 443.5

17、+ 443.5 + 338.9）= 1661 kJ / mol 故甲烷C-H 鍵的鍵能為：1661 / 4 = 415.3 kJ / mol而CH4 C + 4H4. 鍵的極性與偶極矩 分子中以共價(jià)鍵相連的原子吸引電子的能力是不同的。 電負(fù)性大吸引電子能力大。 電負(fù)性小吸引電子能力小。 相同兩原子形成的共價(jià)鍵，電子云對稱分布在兩核中間無極性。 如：H H Cl Cl (非極性共價(jià)鍵)-表示帶有部分的正電荷。表示帶有部分的負(fù)電荷。+不相同的兩個原子形成的共價(jià)鍵有極性。H Cl+-(極性共價(jià)鍵) 共價(jià)鍵極性的大小是用鍵的偶極矩來量度的。 鍵的極性大，偶極矩大。 鍵的極性小，偶極矩小。 偶極矩（）等

18、于正、負(fù)電荷中心距離（d）與其所帶電荷（q）的乘積。 偶極矩的單位為德拜（Debye.P 荷蘭物理學(xué)家),簡寫為D。1D=10-8cm 10-10靜電單位。即= d q 單位：D（德拜） 分子的偶極矩可以是分子本身所固有的，也可在外界電場作用下產(chǎn)生,前者稱為分子的永久性偶極矩,后者稱為誘導(dǎo)偶極矩。= 0 D= 0 D一氯甲烷 甲 烷 四氯化碳 = 1.94 D二氧化碳 O C O = 0 D 雙原子分子的極性就是其鍵的極性，可書寫如下：HCl =1.03D 多原子分子的極性是各個價(jià)鍵極性的矢量和。偶極矩是矢量,具有方向性。斷裂方式：決定于分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件。共價(jià)鍵斷裂有兩種：均裂（非極性鍵、弱

19、極性鍵，非極性溶劑）異裂（極性鍵，極性溶劑）2.異裂-兩個原子間的共用電子對不均勻的裂解1.均裂-兩個原子間的共用電子對均勻的裂解自由基（游離基）（游離基反應(yīng)）CY C + Y均裂（離子型反應(yīng)）CY碳正離子C + Y+-碳負(fù)離子C + Y+-異裂四、共價(jià)鍵的斷裂 共價(jià)鍵是有機(jī)物中的主要價(jià)鍵類型，有機(jī)化合物之間的化學(xué)變化大都涉及到共價(jià)鍵的斷裂和形成。一、按碳架分類1-3 有機(jī)化合物的分類如：從香樹脂中發(fā)現(xiàn)。如：脂環(huán)化合物芳香族化合物 也叫脂肪族化合物，最初在油脂中發(fā)現(xiàn)C2H5-OH 、 CH3COOH如：CH3CH2CH3 、 CH3-CH=CH2 、CH2CH2CH2H2CH2CCH2CH2H

20、2CH2CCH2CH2化學(xué)性質(zhì)與開鏈化合物相似如： 以上分類只是從有機(jī)物母體（或碳干）形式分，并不反映其性質(zhì)，實(shí)際也不反映其結(jié)構(gòu)本質(zhì)。分三大類2.碳環(huán)化合物3.雜環(huán)化合物1.開鏈化合物 補(bǔ)充了由碳架分類的不足，并反映了各族有機(jī)物之間的內(nèi)在聯(lián)系。乙酸CH3-COOH羧基 -COOH羧酸丙酮CH3COCH3羰基 C=O醛和酮乙醇C2H5-OH羥基 -OH醇和酚溴乙烷C2H5-Br鹵素-X鹵代烴乙炔H-C三C-H三鍵-C三C-炔烴乙烯H2C=CH2雙鍵C=C烯烴實(shí) 例官能團(tuán)名稱官能團(tuán)式子化合物類別二、按官能團(tuán)分類 官能團(tuán)是分子中比較活潑，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原子或基團(tuán)，官能團(tuán)對化合物的性質(zhì)起著決定性的

21、作用。 根據(jù)官能團(tuán)不同，可將有機(jī)化合物分為：烷烴、烯烴、炔烴、鹵代烴、醇、酚、醚、醛、酮、醌、羧酸、硝基化合物、胺等。貝采利烏斯是當(dāng)時很有名望的化學(xué)家。1779年8月20日生于東約特蘭省的林雪平。1797年考上烏普薩拉大學(xué)醫(yī)學(xué)系學(xué)習(xí)，1802年獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。在該學(xué)院當(dāng)講座義務(wù)助手，業(yè)余功讀化學(xué)。1807年任化學(xué)教授，。1835年皇帝查理十四晉封他為男爵。他把廚房改建為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)研究工作。他的研究工作涉及許多領(lǐng)域： 在發(fā)展原子論方面，他發(fā)現(xiàn)了幾種新元素：鈰、 硒、釷。他還制定出近代元素符號，沿用至今。 在電化學(xué)方面，貝采利烏斯1814年提出了電化學(xué)二元論學(xué)說： 在有機(jī)化學(xué)方面，貝采利烏斯在

22、1808年最早提出“有機(jī)化學(xué)”這個名稱。 他還發(fā)現(xiàn)了肌乳酸（ 1806 ）、丙酮酸（ 1835 ） 。 在分析化學(xué)方面，他創(chuàng)始了重量分析，改進(jìn)了有機(jī)元素分析方法。貝采利烏斯(Berzelius.J.J.1779-1848 瑞典化學(xué)家) 貝采利烏斯的主要特點(diǎn)是嚴(yán)密性與系統(tǒng)性，觀察精確，描述清晰。他是生命力論的擁護(hù)者。肖萊馬(Schorlemmer.C. 18341892德國有機(jī)化學(xué)家) 肖萊馬是一位共產(chǎn)主義戰(zhàn)士，同時又是一位優(yōu)秀的化學(xué)家。1834年9月30日出生于德國黑森州的達(dá)姆施塔特的一個手工業(yè)家庭。1859年進(jìn)入吉森大學(xué)化學(xué)系，由于交不起學(xué)費(fèi)，只讀了一個學(xué)期中途綴學(xué)。1859年到英國曼徹斯特

23、擔(dān)任歐文斯學(xué)院化學(xué)教授羅斯科的私人助手，從此定居英國。1861年成為正式助手，在該院的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里工作，1872年開始發(fā)表論文，由于他致力于科學(xué)，1871年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員。1874年任教授，為英國第一位有機(jī)化學(xué)教授。 肖萊馬的化學(xué)研究是從脂肪烴作為起點(diǎn)。他從石油中分離出戊烷、己烷、庚烷和辛烷。對丙烷和庚烷分別進(jìn)行氯代得到1-氯丙烷和兩種氯庚烷，從而水解得到相應(yīng)的醇。肖萊 馬測定烷烴的沸點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)直鏈烷烴比其異構(gòu)體有較高的沸點(diǎn)，揭示了結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。 維勒是因首先在實(shí)驗(yàn)室里從無機(jī)物合成了有機(jī)物-尿素而聞名于世。1800年7月31日生于德國法蘭克福。1820年考入馬爾堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院，1821年開始對化學(xué)感興趣，1823年他決定放棄醫(yī)學(xué)，在斯德哥爾摩跟貝采利烏斯一起工作一年。1825年維勒回國，在柏林化學(xué)和礦物學(xué)校和卡塞爾技術(shù)學(xué)校教化學(xué)。1836年維勒任格丁根大學(xué)化學(xué)教授。 維勒在大學(xué)時代便致力于氰