徐壽昌《有機(jī)化學(xué)》第一章緒論

第一章緒論有機(jī)化合物是什么？有機(jī)化學(xué)是介紹哪方面的內(nèi)容？它有什么作用？有機(jī)化學(xué)緒論21－1有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)一、

有機(jī)化合物（簡(jiǎn)稱有機(jī)物）在周朝，人們就會(huì)釀酒、制醋，用棉麻纖維織布、造紙，用茜草的根給織物染色，還懂得使用香料和草藥。到了十八世紀(jì)，人類已從自然界中分離并純化了許多有機(jī)物，其中以瑞典人舍勒（Scheele）最為著名，他不僅制出了純的安息香酸、草酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸、尿酸等有機(jī)物，還提出了許多方法來(lái)提純有機(jī)物，很多方法到現(xiàn)在還在使用。

有機(jī)化學(xué)緒論3生命力學(xué)說(shuō)在當(dāng)時(shí)人們還不能合成有機(jī)物，有機(jī)物都來(lái)源自于動(dòng)、植物等有機(jī)生命體（有生機(jī)之物體），故此人們把這樣的一類物質(zhì)稱為有機(jī)物。而有機(jī)物與無(wú)生命的無(wú)機(jī)物在組成和性質(zhì)上有明顯的差別。人們把這種從“有生機(jī)之物體”中得到的不同于無(wú)機(jī)物的物質(zhì)稱為有機(jī)化合物，簡(jiǎn)稱有機(jī)物。研究有機(jī)物的化學(xué)稱為有機(jī)化學(xué)。而當(dāng)時(shí)的人們還不能從無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物，一些唯心的觀點(diǎn)就認(rèn)為有機(jī)物是由有機(jī)生命體中的一種生命力的綜合而形成的，不能由無(wú)機(jī)物合成，在十九世紀(jì)前，這種唯心的“生命力”的觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)頗為流行。

有機(jī)化學(xué)緒論4維勒的功績(jī)1828年，法國(guó)人維勒（Wohler）通過(guò)加熱氰酸銨制出了尿素：這才打破了“生命力”學(xué)說(shuō)，消除了無(wú)機(jī)物與有機(jī)物之間的界限，在有機(jī)化學(xué)史上是一個(gè)重大的突破，并開(kāi)創(chuàng)了人工合成有機(jī)物的道路。此后，許多的有機(jī)物被人工合成出來(lái)，例：1845年

法國(guó)人

柯?tīng)柌?/p>

合成了

醋酸1854年

法國(guó)人

柏賽羅

合成了

油脂1861年

俄國(guó)人希特列洛夫

合成了

糖類自此后生命力學(xué)說(shuō)被徹底地推翻了。

有機(jī)化學(xué)緒論5二、有機(jī)化學(xué)現(xiàn)在“有機(jī)化學(xué)”這一名稱早已失去了原意，但由于歷史習(xí)慣仍沿用有機(jī)化學(xué)一詞。人們經(jīng)過(guò)大量研究有機(jī)物的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)它們都含有碳元素，絕大多數(shù)還含有氫?，F(xiàn)在人們把有機(jī)化合物定義為：有機(jī)化合物：含碳化合物或碳?xì)浠衔铮ㄒ谎趸?、二氧化碳和碳酸鹽除外）。因其性質(zhì)與無(wú)機(jī)物相似而歸入無(wú)機(jī)物化學(xué)中研究有機(jī)化學(xué)

：

研究含碳化合物的化學(xué)或研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)

。

有機(jī)化學(xué)緒論61－2

有機(jī)化合物的特點(diǎn)

一、有機(jī)物在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)有機(jī)化合物特點(diǎn)：

種類繁多、數(shù)目龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。與無(wú)機(jī)物相比，構(gòu)成有機(jī)物的元素不過(guò)C、H、O、N、P、S、X等十幾種，而據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1880年，有機(jī)物數(shù)目不過(guò)12000種，到了1992年，有機(jī)物數(shù)目已超過(guò)700萬(wàn)種，這一數(shù)目目前仍在增長(zhǎng)。而組成無(wú)機(jī)物的元素是組成有機(jī)物的元素十倍，幾乎所有的元素都可形成無(wú)機(jī)物，但無(wú)機(jī)物的數(shù)目?jī)H為有機(jī)物的1/100。產(chǎn)生這種情況的原因是：有機(jī)化學(xué)緒論7有機(jī)物種類多的兩個(gè)原因1.形成有機(jī)物的中心碳原子的結(jié)合能力強(qiáng)。有機(jī)物中含碳數(shù)：少的1個(gè)，多則可達(dá)幾萬(wàn)個(gè)碳。例:VB12

是有機(jī)物中的一個(gè)中小分子，其分子式為C63H90N14O14PCo

。而無(wú)機(jī)物一般不超過(guò)15個(gè)、至多幾十個(gè)原子，這樣形成的分子數(shù)目就很有限了。這是有機(jī)物數(shù)目龐大的原因之一。2.同分異構(gòu)現(xiàn)象指分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象。（該內(nèi)容將在烷烴一章中詳細(xì)介紹）如：乙醇和甲醚

有機(jī)化學(xué)緒論8二

、

有機(jī)物性質(zhì)上的特點(diǎn)1.易燃

大多數(shù)有機(jī)物（除少數(shù)鹵烴外）都易燃燒。

如：酒精、汽油

、液化氣等都是日常使用的燃料。而大多數(shù)無(wú)機(jī)物都不易燃燒。2.熔、沸點(diǎn)都比較低有機(jī)物大都是氣體、液體或低熔點(diǎn)的固體。例：冰乙酸

CH3COOHm.p.16.6℃b.p.118℃食鹽

NaClm.p.800℃b.p.1440℃有機(jī)化學(xué)緒論9有機(jī)物性質(zhì)上的特點(diǎn)原因：

大多數(shù)無(wú)機(jī)物晶體是依靠正負(fù)離子間引力（離子鍵）

存在，

離子間的引力較大，而且離子排列有序，形成晶格，破壞它需要克服晶格能，因此，無(wú)機(jī)物的熔沸點(diǎn)較高。而有機(jī)物是分子排列而成，靠微弱的分子間引力（范德華力）來(lái)維持，較易受到破壞，故有機(jī)物的熔沸點(diǎn)一般都較低。3.有機(jī)物大多難溶于水有機(jī)物在溶劑中的溶解度遵循“相似相溶原理”

極性相近的物質(zhì)可以相互溶解。而大多數(shù)有機(jī)物的極性均較小，因而難溶于極性較大的水中。溶解有機(jī)物也要用極性較小的有機(jī)溶劑。

有機(jī)化學(xué)緒論10有機(jī)物性質(zhì)上的特點(diǎn)4.反應(yīng)速度較慢無(wú)機(jī)反應(yīng)速度一般很快，而有機(jī)反應(yīng)少則幾小時(shí)，多則幾天，甚至幾年才能完成。如：有機(jī)反應(yīng)多是分子反應(yīng)，反應(yīng)分子應(yīng)達(dá)到較高的能量，高到足以破壞有機(jī)分子中的化學(xué)鍵才能反應(yīng)，故有機(jī)反應(yīng)大多較慢。不是所有的有機(jī)反應(yīng)都較慢，也有部分有機(jī)反應(yīng)進(jìn)行得十分迅速。如：有機(jī)炸藥（TNT、硝化甘油等）的爆炸反應(yīng)、有機(jī)物蒸氣的燃燒、爆炸等反應(yīng)。有機(jī)化學(xué)緒論11有機(jī)物性質(zhì)上的特點(diǎn)5.有機(jī)反應(yīng)的產(chǎn)物復(fù)雜、產(chǎn)率低

有機(jī)物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)活性中心相對(duì)較多，反應(yīng)時(shí)常不能局限在某一特定部分，這使反應(yīng)結(jié)果比較復(fù)雜，常伴有副反應(yīng)發(fā)生，生成產(chǎn)物種類較多，反應(yīng)的收率一般較低（不能按照反應(yīng)式定量進(jìn)行）

對(duì)于一個(gè)無(wú)機(jī)反應(yīng)

產(chǎn)率一般達(dá)

90～100％

對(duì)于一個(gè)有機(jī)反應(yīng)

產(chǎn)率一般若能達(dá)到理論產(chǎn)率的60～70％就是比較滿意的結(jié)果了。

有機(jī)化學(xué)緒論121－3

有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵

一、有機(jī)物的化學(xué)構(gòu)造在有機(jī)分子中，組成分子的原子是按照一定的次序連接成一個(gè)整體，這種分子中原子的結(jié)合次序和結(jié)合方式，就稱為該分子的構(gòu)造。分子結(jié)構(gòu)分為構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象三種，構(gòu)造只是分子結(jié)構(gòu)中的一種。分子中原子是連在一起的，而原子間的相互影響，導(dǎo)致原子的結(jié)合次序和結(jié)合方式的不同，分子的性質(zhì)就有差別，也就是說(shuō)，有機(jī)物的性質(zhì)不僅與構(gòu)成分子中的原子種類和數(shù)目有關(guān)，而且與分子的構(gòu)造有關(guān)。

有機(jī)化學(xué)緒論13例：C2H6O的構(gòu)造與性質(zhì)

分子結(jié)構(gòu)

CH3CH2－OH

CH3－O－CH3

化學(xué)名稱

乙醇

甲醚

沸點(diǎn)b.p78.5℃

－24.9℃

消去、酯化

可發(fā)生

不能發(fā)生分子的性質(zhì)不僅由構(gòu)成分子的原子決定，更主要的是由分子的構(gòu)造決定，也就是“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”。象乙醇、甲醚這樣：分子式相同，而結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均不同的化合物稱為同分異構(gòu)體。產(chǎn)生同分異構(gòu)體的這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。

有機(jī)化學(xué)緒論14二、共價(jià)鍵

1.共價(jià)鍵的生成C元素位于第一周期IVA族，有四個(gè)價(jià)電子，位于該周期的中間位置，與其它元素相比電負(fù)性適中。既不易得到4個(gè)電子，又不易失去4個(gè)電子，與其它原子成鍵時(shí)是通過(guò)共用電子對(duì)成鍵，這種靠共用電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵我們稱為共價(jià)鍵（covalentbond）。共用電子對(duì)與成鍵原子核互相吸引，而使兩個(gè)原子鍵合在一起。兩個(gè)原子共用一對(duì)電子，叫單鍵；若共用二對(duì)、三對(duì)電子則分別稱為雙鍵

、叁鍵

。

有機(jī)化學(xué)緒論15共價(jià)健的表示方法C的外圍電子構(gòu)型為2s22p2，共有4個(gè)價(jià)電子可與其它原子形成4個(gè)共價(jià)鍵。如，C與4個(gè)H形成4個(gè)C－H鍵，表示為：

C有4個(gè)價(jià)電子，可形成4個(gè)共價(jià)鍵，可用在無(wú)機(jī)化學(xué)中學(xué)過(guò)的雜化軌道理論來(lái)解釋，在此則不再詳細(xì)解釋。

有機(jī)化學(xué)緒論162.共價(jià)鍵的特點(diǎn)

共價(jià)鍵的飽和性

C最多只能形成4個(gè)共價(jià)鍵

。共價(jià)鍵的方向性

成鍵只能從特定的方向上成鍵例：CH4中C與H成鍵不從正面重疊的電子云重疊較小，鍵的能量升高，形成的鍵就不穩(wěn)定。所以形成共價(jià)σ鍵，只能從特定的方向（即p軌道鍵軸的方向）上成鍵，這樣可使體系的能量降低，有利于鍵的穩(wěn)定，這就是共價(jià)鍵的方向性

有機(jī)化學(xué)緒論173.共價(jià)鍵的性質(zhì)

共價(jià)鍵的性質(zhì)是指共價(jià)鍵本身的一些屬性，如鍵長(zhǎng)、鍵角、鍵能等。①

鍵長(zhǎng)

形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子之間的核間距，稱為鍵長(zhǎng)。鍵長(zhǎng)的單位通常用nm表示。1nm=10－９m鍵長(zhǎng)越短，鍵能大，鍵就越穩(wěn)定；鍵長(zhǎng)越長(zhǎng)，鍵能小，鍵就越不穩(wěn)定。②.鍵角任一兩價(jià)的原子與其它原子所形成的兩個(gè)共價(jià)鍵間的夾角。例如：甲烷中任兩個(gè)C－H鍵間的夾角為109°28′

。有機(jī)化學(xué)緒論18共價(jià)鍵的性質(zhì)③鍵能

形成或斷開(kāi)共價(jià)鍵時(shí)，體系放出或吸收的能量。鍵能高，即成鍵時(shí)，體系放出的能量多，則體系內(nèi)含有的能量就低，體系就越穩(wěn)定。注意：鍵能并不完全等于鍵的離解能。鍵的離解能：在標(biāo)況下（101325Pa、298K），1mol氣態(tài)分子完全離解為氣態(tài)原子所吸收的能量。對(duì)于雙原子分子而言

鍵的離解能＝鍵能對(duì)于多原子分子而言

鍵能與鍵的離解能并不一致，它是指特定的鍵。

有機(jī)化學(xué)緒論19甲烷的鍵能與離解能可見(jiàn)CH4中4個(gè)C－H的離解能并不相同。而CH4的鍵能則是它們的平均值：EC－H

＝414.25

KJ·mol－1

有機(jī)物中一些常見(jiàn)鍵的鍵能見(jiàn)書(shū)中表1－2。

有機(jī)化學(xué)緒論204.鍵的極性和偶極矩①極性由電負(fù)性不同的原子形成的共價(jià)鍵的正負(fù)電中心不重合，形成一個(gè)偶極，這樣的共價(jià)鍵稱為極性共價(jià)鍵。例：H－Cl中，Cl原子帶有部分負(fù)電荷，記作δ－，H帶有部分正電荷，記作δ＋。一般規(guī)律：成鍵的兩原子的電負(fù)性差在

0～0.6間，可認(rèn)為鍵沒(méi)有極性，是非極性鍵；0.6～1.7間，可認(rèn)為鍵

有極性，是

極性鍵；

1.7以上，可認(rèn)為該鍵就是離子鍵。有機(jī)化學(xué)緒論21偶極矩由于極性不能量化，故又引入了偶極矩的概念。②偶極矩是用來(lái)衡量鍵極性大小的量μ＝q·d單位：庫(kù)侖·米（C·m）偶極矩的方向由帶正電荷原子指向帶負(fù)電荷原子。③分子極性雙原子分子：鍵有極性，則分子亦有極性多原子分子：分子的極性是分子中所有鍵的偶極矩的向量和

有機(jī)化學(xué)緒論221-4共價(jià)鍵的斷裂——均裂和異裂有機(jī)物在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，總是伴隨著共價(jià)鍵的斷裂的生成。共價(jià)鍵的斷裂有兩種方式均裂和異裂。一、共價(jià)鍵的均裂兩原子間的共用電子對(duì)平均分配，兩原子各保留一個(gè)電子。共價(jià)鍵的這種斷裂方式稱鍵的均裂。均裂的結(jié)果產(chǎn)生帶有不成對(duì)單電子的自由基。有機(jī)化學(xué)緒論23共價(jià)鍵的斷裂二、共價(jià)鍵的異裂兩原子間的共用電子對(duì)在斷鍵時(shí)，完全轉(zhuǎn)移到其中一個(gè)原子上，共價(jià)鍵的這種斷裂方式稱鍵的異裂。共價(jià)鍵異裂的結(jié)果產(chǎn)生產(chǎn)生了帶正電或負(fù)電的離子。有機(jī)化學(xué)緒論241－5有機(jī)化學(xué)中的酸堿理論

無(wú)機(jī)化學(xué)中學(xué)過(guò)三種酸堿理論：阿倫尼烏斯的電離理論、布倫斯特的質(zhì)子理論、路易斯的電子理論。而在有機(jī)化學(xué)中主要應(yīng)用的是質(zhì)子理論，如果用電子理論則會(huì)指明或指出是路易斯酸、路易斯堿。電離理論：在水中電離出的陽(yáng)離子全部是H＋的化合物是酸。質(zhì)子理論：能給出H＋（質(zhì)子）的化合物是酸。電子理論：能接受電子對(duì)的化合物就是酸詳細(xì)介紹可參見(jiàn)書(shū)中P8頁(yè)的§1－6。

有機(jī)化學(xué)緒論251－6有機(jī)物的分類有機(jī)物有不同的分類方法：一、按碳骨架分類1.開(kāi)鏈化合物

性質(zhì)與油脂相似，稱脂肪族化合物2.閉鏈化合物

分子中有閉合碳環(huán)①脂環(huán)族化合物

環(huán)己烷、環(huán)庚烷②芳香族化合物

苯、甲苯、乙苯3.雜環(huán)化合物

呋喃、噻吩、吡啶有機(jī)化學(xué)緒論26有機(jī)物的分類

二、按官能團(tuán)分類官能團(tuán)：也叫功能基，指分子中的比較活潑、易發(fā)生反應(yīng)的原子或原子團(tuán)。含有相同官能團(tuán)的物質(zhì)具有相同的性質(zhì)，很方便進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，這種分類方法該重點(diǎn)掌握。按照這種分類方法，有機(jī)物大致可分為：烷、烯、炔、醇、酚、醚、鹵烴、醛、酮、羧酸及其衍生物、胺、硝基化合物、腈、磺酸、硫酚、硫醇等。本書(shū)以后章節(jié)中，就是按此法來(lái)分類

有機(jī)化學(xué)緒論271－7有機(jī)物的來(lái)源一、動(dòng)植物體天然有機(jī)物

如：食品、藥物二、

煤干熘焦?fàn)t氣、焦碳、煤焦油煤焦油：炔、芳香化合物染料、香料

三、石油

主要是烷烴，還含有少量烯烯烴和芳烴，是目前化工原料的重要來(lái)源。四、天然氣

主要成份是CH4，及少量

的乙烷、丙烷等，常用作燃料、化工原料

有機(jī)化學(xué)緒論281－8有機(jī)化學(xué)的地位和作用有機(jī)化學(xué)是一門基礎(chǔ)課，也是我院消防專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)好這門課，對(duì)諸位今后的工作有很大幫助。另外，有機(jī)化學(xué)已滲透到各個(gè)學(xué)科，形成許多發(fā)展熱點(diǎn)。人們現(xiàn)在不僅能合成天然有機(jī)物，而且還能合成許多自然界中原本沒(méi)有的化合物供人們使用。目前許多的尖端科技產(chǎn)品都離不開(kāi)有機(jī)物。例如：用作衛(wèi)星表層涂料的聚酰亞胺材料，可在－210～343℃使用，不僅可在很寬的溫度區(qū)間使用，而且耐腐耐磨。

有機(jī)化學(xué)緒論29有機(jī)化學(xué)的地位和作用目前的交通標(biāo)志在夜間也可使用，當(dāng)其被車燈照到時(shí)，用光致發(fā)光材料涂寫(xiě)的文字、圖案比其它部分要亮許多，從而為司機(jī)指明方向和注意交通安全。計(jì)算機(jī)，其主板、各種功能卡焊好元件后，是用有機(jī)鹵烴F－113來(lái)清洗松香。計(jì)算機(jī)顯示器所用發(fā)光材料（熒光材料）、液晶顯示器（LCD）中所用液晶材料，都是有機(jī)化合物，有機(jī)光存儲(chǔ)材料也是有機(jī)化學(xué)研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。

二茂鐵（二環(huán)戊二烯絡(luò)鐵，一種金屬有機(jī)化合物），將其加入煤中，可減少30％因燃燒產(chǎn)生的煙塵；加入火箭燃料中，可增加推力比。有機(jī)化學(xué)緒論30有機(jī)化學(xué)的地位和作用有機(jī)炸藥

如：TNT、硝化甘油、硝化纖維（無(wú)煙火藥）、特屈爾（Teryl）2，4，6－三硝基苯甲基硝胺、太安（季戊四醇四