大學(xué)有機(jī)化學(xué)(王小蘭) 緒論

1、organic chemistry有機(jī)化學(xué)1主要 參 考 書(shū) 高鴻賓主編有機(jī)化學(xué)第三版 高教出版社(2)邢其毅等編著 基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)上、下冊(cè) 第三版 高教出版社汪小蘭主編有機(jī)化學(xué) 第四版 高教出版社2第一章 緒論1-1 有機(jī)化學(xué)研究的對(duì)象1-2 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)1-4 有機(jī)化合物的分類(lèi)1-3 分子間的力3一、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(gè)分支，是與人類(lèi)生活有著極其密切關(guān)系的一門(mén)學(xué)科，它的研究對(duì)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(lèi)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(duì)象什么是有機(jī)化合物呢？C8H18 、C

2、15H32 、C2H5OH 、C6H12O6 、CH3COOH涵義：“有生機(jī)之物”4無(wú)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(dòng)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“無(wú)機(jī)”和“有機(jī)”兩大類(lèi)。從組成上看主要含有C、H 還有 O、N、X、S、P 等 1851年葛美林（Gmelin.L. 17881853）和 凱庫(kù)勒（Kekule.A. 18291896）等：“含碳的化合物稱(chēng)為有機(jī)化合物”但CO、CO2、Na2CO3、KCN 等為無(wú)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5 1874年肖萊馬（Schorl

3、emmer.C. 18341892）： 將有機(jī)化合物定義為“碳?xì)浠衔锛捌溲苌铩庇袡C(jī)化學(xué)：研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)分支。有機(jī)化學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的化學(xué)。 6為什么有機(jī)化學(xué)要作為一門(mén)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(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜2.性能特點(diǎn)（超過(guò)1000萬(wàn)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。7性能特點(diǎn)： 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低，

4、熱穩(wěn)定性差；一般400m.p.（NaCl）= 801；b.p.（NaCl）= 1413 容易燃燒，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。8 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(dòng)） 反應(yīng)速度慢、副反應(yīng)多。CH3CH2CH3 + Cl2hCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3ClCH3CH2CHCl + ClCH2CH2CH2ClClCH3CHCH2Cl + CH3-C

5、-CH3ClClCl所以寫(xiě)有機(jī)反應(yīng)式常用“ ”而不用“ ”9較簡(jiǎn)單，較少異構(gòu)現(xiàn)象復(fù)雜，常有異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造 較無(wú)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(huì)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(wàn)種）非常多（約1000萬(wàn)種）種類(lèi) 無(wú)機(jī)化合物有機(jī)化合物 有機(jī)和無(wú)機(jī)的差別 10有機(jī)化學(xué)的任

6、務(wù)天然產(chǎn)物的分離、鑒定和結(jié)構(gòu)測(cè)定； 如：茶葉泡茶等。物理有機(jī)化學(xué)： 關(guān)于反應(yīng)機(jī)理的研究，可加深對(duì)反應(yīng)的理解。有機(jī)合成： 一方面: 合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有特定功能的分子成為有機(jī)化學(xué)家們十分重視的課題。 另一方面: 分子結(jié)構(gòu)理論提出一系列可能存在的分子結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的證實(shí)有待于有機(jī)化學(xué)家的實(shí)踐。11 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(lèi)的衣、食、住、行。 利用有機(jī)化學(xué)可以制造出無(wú)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(mén)對(duì)國(guó)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(chóng)劑、農(nóng)藥、藥品、食品、合成材料等工業(yè)部門(mén)的基礎(chǔ)，這些部門(mén)成

7、為國(guó)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(yíng)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(dòng)、植物結(jié)構(gòu)組織的蛋白質(zhì)和纖維素、水果和花的香氣等也是有機(jī)化學(xué)的研究范圍之內(nèi)。二、有機(jī)化學(xué)的重要性12 有機(jī)化學(xué)與我們有著千絲萬(wàn)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(lái)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(dòng)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(mén)。13 有機(jī)化學(xué)是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，與無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)一起叫四大化學(xué)，既是專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)基礎(chǔ)課，也是院內(nèi)的重點(diǎn)課和群之一。 有機(jī)化學(xué)也是材料學(xué)科的學(xué)生必學(xué)

8、的一門(mén)基礎(chǔ)課。 材料的分類(lèi). 按化學(xué)狀態(tài)分類(lèi). 金屬材料; 無(wú)機(jī)物非金屬材料. 陶瓷材料. 有機(jī)材料. 高分子材料。 不同的材料他們內(nèi)部的分子組成不同，所涉及的化學(xué)反應(yīng)也不同。 “在未相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，我國(guó)以煤炭為主的能源格局不會(huì)改變，煤炭消耗量將將持續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量中火電裝機(jī)容量占74%以上，火電機(jī)組又以燃煤機(jī)組為主，是大氣污染物的主要來(lái)源之一。” -環(huán)?？偩?4一、 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)原子 分子： 需要電子的作用（化學(xué)鍵）1-2化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵的兩種基本類(lèi)型：離子鍵和共價(jià)鍵離子鍵：由原子間電子的轉(zhuǎn)移而形成的化學(xué)鍵。共價(jià)鍵：原子間通過(guò)共用電子對(duì)形成的化學(xué)鍵。共價(jià)鍵的特性：方向性、飽

9、和性151. 鍵長(zhǎng)由共價(jià)鍵連接起來(lái)的兩個(gè)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(zhǎng)(nm)化合物鍵類(lèi)型二、共價(jià)鍵的屬性（參數(shù)） 共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)、鍵角、鍵能和鍵的極性是共價(jià)鍵的基本性質(zhì)，稱(chēng)為共價(jià)鍵的屬性或共價(jià)鍵參數(shù)。鍵長(zhǎng)(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(zhǎng)不同化合物，其相同的原子核間的鍵長(zhǎng)稍有差別16172. 鍵角兩個(gè)

10、共價(jià)鍵之間的夾角鍵長(zhǎng)、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(lèi)型的化合物連接不同的原子（基團(tuán)）鍵 角有所不同。18 鍵能是指一個(gè)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(shí)所吸收的能量。單位：kJ / mol A（氣） + 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)19 鍵能是指破壞或形成某一個(gè)共價(jià)鍵所需的平均能量。一般來(lái)說(shuō)，

11、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(lèi)型共價(jià)鍵的鍵能，是各個(gè)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 + 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 + 4H20214. 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

12、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(duì)稱(chēng)分布在兩核中間無(wú)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(gè)原子形成的共價(jià)鍵有極性。H Cl+-(極性共價(jià)鍵)22 共價(jià)鍵極性的大小是用鍵的偶極矩來(lái)量度的。 鍵的極性大，偶極矩大。 鍵的極性小，偶極矩小。 偶極矩（）等于正、負(fù)電荷中心距離（d）與其所帶電荷（q）的乘積。 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(chǎng)作用下產(chǎn)生,前者稱(chēng)為分子的永久性偶極矩,后者稱(chēng)為誘導(dǎo)偶極矩。23= 0 D= 0 D一氯甲烷 甲 烷

13、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(shū)寫(xiě)如下：HCl =1.03D 多原子分子的極性是各個(gè)價(jià)鍵極性的矢量和。偶極矩是矢量,具有方向性。24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：均裂異裂2.異裂-兩個(gè)原子間的共用電子對(duì)不均勻的裂解1.均裂-兩個(gè)原子間的共用電子對(duì)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+-異裂三、化學(xué)鍵（共價(jià)鍵）的斷裂 共價(jià)鍵是有機(jī)物中的主要價(jià)鍵類(lèi)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?！坝袡C(jī)反應(yīng)的基本類(lèi)型”25

14、1-3 分子間的力分子間的作用力從本質(zhì)上說(shuō)都是靜電作用力。(1)偶極-偶極作用力： 這種力產(chǎn)生于具有永久偶極的極性分子之間。 (2)色散力： 非極性分子-暫時(shí)偶極 在非極性分子間產(chǎn)生一種極弱的引力稱(chēng)為色散力，有時(shí)常將色散力叫做范德華力。 (3)氫鍵： 帶部分正電荷的氫可與另一分子中電負(fù)性強(qiáng)的Y相互吸引而與其未共用電子對(duì)以靜電引力相結(jié)合，這種分子間的作用力叫做氫鍵。26一、按碳架分類(lèi)1-4 有機(jī)化合物的分類(lèi)如：從香樹(shù)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 、CH2CH2CH2H2CH2CCH2CH2H2CH2CCH2CH2化學(xué)性質(zhì)與開(kāi)鏈化合物相似如： 以上分類(lèi)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(lèi)2.碳環(huán)化合物3.雜環(huán)化合物1.開(kāi)鏈化合物27 補(bǔ)充了由碳架分類(lèi)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