有機化學導論

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何樹華2014年秋化學化工學院有機化學第一章

有機化學導論第一章有機化學導論（2學時）本章要求1.了解有機化合物和有機化學的涵義；2.了解有機化合物的特征；3.理解共價鍵的本質(zhì)、特征、參數(shù)和斷裂方式；4.了解有機化合物的研究程序；5.掌握有機物的分類。第二節(jié)有機化學的研究對象第三節(jié)共價鍵的一些基本概念第四節(jié)有機化合物的研究程序第五節(jié)有機化合物的分類第一章

有機化學導論第一節(jié)課程簡介返回第一節(jié)課程簡介一、課程性質(zhì)、學時與學分二、課程目的三、課程章節(jié)內(nèi)容與學時分配四、課程基本要求五、有機化學成績評定辦法六、教學改革措施與學習方法建議七、主要教學參考書《有機化學》是化學專業(yè)學生必修的專業(yè)核心課程之一。分上下兩期，共102學時，6學分。一、課程性質(zhì)、學時與學分返回本課程在學生學習無機化學的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)講授各類有機化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互轉(zhuǎn)變關(guān)系及其內(nèi)在聯(lián)系。通過本課程的教學，要求學生掌握有機化學的基本概念、基本理論、基本技能；了解有機化學的最新成果和發(fā)展趨勢；培養(yǎng)學生具有一定的分析問題和解決實際問題的能力。為其它后續(xù)課程（如分析化學、物理化學、環(huán)境學概論等）準備必要的基礎(chǔ)理論，同時為學生將來的教學和科研工作打下較堅實的有機化學基礎(chǔ)。二、課程目的返回三、課程章節(jié)內(nèi)容與學時分配章次內(nèi)容課時第一章有機化學導論2第二章烷烴5第三章單烯烴7第四章炔烴及二烯烴7第五章脂環(huán)烴5第六章對映異構(gòu)6第七章芳香烴7第八章現(xiàn)代物理方法的應用7第九章鹵代烴5返回第十章醇、酚、醚7第十一章醛和酮8第十二章羧酸5第十三章羧酸衍生物5第十四章含氮化合物7第十五章含硫含磷有機化合物2第十六章雜環(huán)化合物4第十七章萜類和甾族化合物2第十八章碳水化合物5第十九章氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸4第二十章合成高分子化合物2四、課程基本要求1.掌握各類化合物的命名法和同分異構(gòu)現(xiàn)象.2.應用價鍵理論解釋典型有機分子的結(jié)構(gòu).3.理解重要的各類化合物的物理性質(zhì)和變化規(guī)律.4.掌握各類化合物的化學性質(zhì)、制備及其相互轉(zhuǎn)變的條件和規(guī)律.5.掌握碳正離子、碳負離子、碳自由基、碳烯等活性中間體及其在有機反應中的作用.6.理解親核取代、親電取代、親核加成、親電加成和自由基反應歷程，了解氧化、還原、缺電子重排歷程.7.掌握立體化學的基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)理論.8.理解分子波譜學的基本知識和應用.9.掌握或了解幾類重要天然有機化合物的知識.返回五、有機化學成績評定辦法

1.考勤：遲到一次，記扣0.5分；早退一次，記扣0.5分；曠課一次，記扣1分，從總成績中倒扣。

2.平時成績（20%）：指補充作業(yè)、單元測驗、課堂表現(xiàn)（包括討論、回答問題等）。

3.期中考試（20%）：期中考試以100分記，無故缺考或考試舞弊者，成績以0分記。

4.期末考試（60%）：期末考試以100分記，無故缺考者，成績以0分記。

5.總成績（100%）：以上四項成績的總和即為本學期有機化學課程考核總成績。返回六、教學改革措施與學習方法建議1.建議自學時間為講授時間5-6倍，授課前一定要預習。而且教學中的很多內(nèi)容我只列學習要求、不講解，讓你們自學，然后經(jīng)常進行課堂小測驗。3.課堂內(nèi)外要踴躍提問、討論和回答問題，課堂內(nèi)外學習表現(xiàn)我會計入平時成績。課外可以通過電子郵件、QQ或傳遞問題紙條給老師。QQ1652244684.及時的復習并完成一定量的習題是學好有機化學不可缺少的重要環(huán)節(jié)。教材內(nèi)的習題最好全部做一做，每一章我都會出一些補充練習，希望每周班上安排一個晚上，由同學們輪流來評講補充章節(jié)練習題。2.另外有些內(nèi)容會讓你們來主講，以錘煉你們的講課能力。返回1.《基礎(chǔ)有機化學》（第二版）邢其毅等編,高教出版社;2.《基礎(chǔ)有機化學習題解答與解題示例》邢其毅等編,北京大學出版社;3.《有機化學》（第五版）王積濤編，南開大學出版社；4.《有機化學》（第四版）高鴻賓主編，高等教育出版社；5.《有機化學》(第二版)胡宏紋主編,高等教育出版社;6.《有機化學考研輔導》李小瑞編，化學工業(yè)出版社；7.《有機化學》莫里森編，復旦大學翻譯，科學出版社8.《中級有機化學》何樹華主編，化學工業(yè)出版社9.《有機化學》，《大學化學》等化學雜志七、主要教學參考書返回第二節(jié)有機化學的研究對象一、有機化合物和有機化學的涵義二、有機化學的產(chǎn)生和發(fā)展三、有機化合物的特征四、學習有機化學的必要性和方法返回

第二節(jié)有機化學的研究對象1.有機化合物的涵義1）1806年，瑞典貝采利烏斯首次在教材中使用了有機化學這個名詞，但他認為有機物就是“有生機之物”，只能從生物體內(nèi)提取。2）有機化合物：含有碳元素的化合物（1848年，德，Gmelin葛梅林）。（已脫離了生命力論）3）有機化合物：碳氫化合物及其衍生物（1874年，德，Schirlenner肖來馬爾）。一、有機化合物和有機化學的涵義

2.有機化學的涵義研究有機化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性能、應用以及有關(guān)理論、變化規(guī)律和方法學的科學。返回有機化學的研究領(lǐng)域化工農(nóng)用化學品醫(yī)藥功能性有機化合物有機結(jié)構(gòu)測定生命有機化學貝采利烏斯，瑞典化學家。1779年8月20日生于東約特蘭省的林雪平，1848年8月7日卒于斯德哥爾摩。1796年入烏普薩拉大學醫(yī)學系學習，1802年獲醫(yī)學博士學位。1807年任教授。1815～1832年，任斯德哥爾摩的卡羅琳外科醫(yī)學院的化學教授。1808年選入斯德哥爾摩皇家科學院，1818～1832年，任終身秘書。他的研究工作涉及許多領(lǐng)域：①在發(fā)展原子論方面，他發(fā)現(xiàn)了幾種新元素：鈰、硒、釷。他還提出了新的元素符號體系，沿用至今。②在電化學方面，貝采利烏斯1814年提出了電化二元論：③在有機化學方面，貝采利烏斯在1806年最早提出“有機化學”這個名稱。他發(fā)現(xiàn)了外消旋酒石酸，認識到同分異構(gòu)現(xiàn)象，并命名。1835年他發(fā)現(xiàn)了催化作用，并命名。④在分析化學方面，他創(chuàng)始了重量分析。返回肖萊馬,(1834～1892),德國有機化學家和化學史學家。1834年9月30日生于達姆施塔特,1892年6月27日卒于英國曼徹斯特。1858年進入吉森大學化學系，學習分析化學和化學史。1859年到曼徹斯特的奧文斯學院做化學教授H.E.羅斯科的私人助手，1861年在該院的化學實驗室里工作，1874年任教授，為英國第一位有機化學教授。1871年當選為英國皇家學會會員。1878年當選為美國哲學學會會員。返回二、有機化學的產(chǎn)生和發(fā)展

1、初期（19世紀中葉以前）：對有機物進行利用、分離、提純、元素分析。2、中期（19世紀中葉－－20世紀初）：簡單合成和經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論創(chuàng)立時期。3、現(xiàn)代（20世紀－－）：建立了現(xiàn)代有機結(jié)構(gòu)理論、現(xiàn)代物理測試方法，復雜天然產(chǎn)物的合成。4、有機化學是一門迅速發(fā)展的學科。1.初期（19世紀中葉以前）：利用、分離、提純、元素分析。

在周朝，人們就會釀酒、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，人類已從自然界中分離并純化了許多有機物，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、尿酸等有機物，還提出了許多方法來提純有機物，很多方法到現(xiàn)在還在使用。由于這些有機物都是直接或間接來自動植物體，因此，1777年，瑞典化學家Bergman將從動植物體內(nèi)得到的物質(zhì)稱為有機物，以示區(qū)別于有關(guān)礦物質(zhì)的無機物。

1808年，Berzelius（貝采利烏期）首先使用了有機化合物這個名詞。1828年，德國Wohler（武勒），蒸發(fā)氰酸銨（NH4CNO）水溶液制出了尿素。1845年，法國人Kolbe（柯爾伯）合成了醋酸。1854年，法國人

Berthelot（柏賽羅）合成了油脂。生命力論被徹底推翻。1856年，英國人柏琴（WilliamHenryPerkin）制造成了第一種合成染料，定名為苯胺紫（mauvein）。1861年俄國人希特列洛夫合成了糖類。有機化學成為一門學科。返回2、中期（19世紀中葉－－20世紀初）：簡單合成時期和經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論創(chuàng)立時期。隨著Lavoisier（拉瓦錫）和Liebig（李比希）有機分析方法的建立，合成方法和結(jié)構(gòu)理論也得到了發(fā)展。1857年，Kekule和Couper獨立提出了碳四價理論；1865年，Kekule提出了苯的結(jié)構(gòu)式；1874年，van’tHoff和LeBel（勒貝爾）分別提出了碳四面體結(jié)構(gòu)學說；1885年，VonBaeyer提出張力學說。返回3、現(xiàn)代（20世紀－－）：建立了現(xiàn)代有機結(jié)構(gòu)理論、現(xiàn)代物理測試方法，合成復雜的天然物。結(jié)構(gòu)理論：共價鍵理論、分子軌道理論對稱守恒原理有機合成：不對稱合成、復雜天然物的合成、生物系統(tǒng)的模擬如葉綠素、血紅素、膽固醇、VB12、牛胰島素的全合成（1965年）1916年，德國化學家柯賽爾和美國化學家路易斯創(chuàng)立了經(jīng)典的電價理論和共價理論．1927年，量子力學應用于化學領(lǐng)域，建立了量子化學。1931年，德國化學家Huckel提出芳香結(jié)構(gòu)理論。1962年，日本福井謙一，前線軌道理論。1965年，Hoffmann提出了分子軌道守恒原理。80-90年代，Corey提出合成子概念，并合成出許多復雜結(jié)構(gòu)的具有生理活性的有機化合物。返回4、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結(jié)構(gòu)化學有機分離與分析藥物化學香料化學農(nóng)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(nóng)業(yè)…等方面

學科建設

（1）制備了幾千萬種有機化合物（1990年，1000萬種）。（2）建立了一套系統(tǒng)鑒定和測定有機化合物的方法。（3）逐步建立和完善了有機化學的理論。

學術(shù)成就

諾貝爾化學獎（1901-2002，92屆，70屆與有機化學有關(guān)）。二十世紀（46項重大發(fā)明，8項與有機化學有關(guān)）。

研究思路

深入、巧妙、與其它學科廣泛交叉滲透（也滲透到人類活動各方面）。返回三、有機化合物的特征

目前的有機物已超過1000多萬種，而且每年還以上1000種的速度遞增。一方面，碳原子相互結(jié)合的能力很強；另一方面，同分異構(gòu)現(xiàn)象非常普遍。1.組成、數(shù)量和結(jié)構(gòu)不同（與無機物相比）有機物僅由碳、氫、氧、氮、硫、磷、鹵素等有限的幾種元素所組成。組成簡單，結(jié)構(gòu)復雜，數(shù)目眾多附：同分異構(gòu)現(xiàn)象同分異構(gòu)現(xiàn)象：具有相同分子式但結(jié)構(gòu)不同的化合物稱為同分異構(gòu)體，這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。如：C2H6O存在乙醇和甲醚兩種同分異構(gòu)體乙醇甲醚同分異構(gòu)現(xiàn)象中的各化合物互稱為同分異構(gòu)體。同分異構(gòu)體：

⑴物理特性：

易燃；熔點、沸點低；大多數(shù)難溶于水而易溶于有機溶劑(原因)；比重?。ù蠖鄶?shù)小于1，極少數(shù)超過2）；許多有機化合物在常溫下是氣體、液體.

⑵化學特性：反應慢時間長；副反應多產(chǎn)率低；有機物容易燃燒、高溫易分解。（正是由于有機物的數(shù)目龐大且很重要，同時又具有典型的無機物所不具有的獨特性質(zhì)，才被作為一門獨立的科學來研究）。2.獨特的理化性質(zhì)返回熔沸點低的原因：大多數(shù)無機物晶體是依靠正負離子間引力（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，無機物的熔沸點較高。而有機物是分子排列而成，靠微弱的分子間引力（范德華力）來維持，較易受到破壞，故有機物的熔沸點一般都較低。有機物大多難溶于水的原因:有機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)有機物的極性均較小，因而難溶于極性較大的水中。溶解有機物也要用極性較小的有機溶劑。返回四.學習有機化學的必要性和方法1.學習有機化學的必要性（1）有機化學應用廣泛化學化工 材料科學食品科技 醫(yī)藥衛(wèi)生生命科學 環(huán)境保護能源交通 航空航天農(nóng)業(yè)生產(chǎn)……應用范圍越來越廣，已深入到人們的日常生活和國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域目前許多的尖端科技產(chǎn)品都離不開有機物：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。目前的交通標志在夜間也可使用，當其被車燈照到時，用光致發(fā)光材料涂寫的文字、圖案比其它部分要亮許多，從而為司機指明方向和注意交通安全。計算機，其主板、各種功能卡焊好元件后，是用有機鹵烴F－113來清洗松香。計算機顯示器所用發(fā)光材料（熒光材料）、液晶顯示器（LCD）中所用液晶材料，都是有機化合物，有機光存儲材料也是有機化學研究的一個新熱點.二茂鐵（二環(huán)戊二烯絡鐵，一種金屬有機化合物），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。（2）由于不少有機物易燃易爆，所以也是引起許多火災爆炸事故的原因，造成很大損失。1987年，在272次特快上，一旅客違章攜帶的香蕉水（乙酸異戊酯）泄漏灑在地板上，抽煙時隨手將未熄的火柴扔到地板上，引燃了香蕉水，在這次事故中，燒毀車廂一節(jié)，死34人，傷33人。1991年，山西臨汶三焦河煤礦瓦斯（甲烷）爆炸，井下147人全部喪生，無一生還。（3）有機化學在環(huán)境污染污染控制中有重要作用重要工業(yè)產(chǎn)品與相關(guān)的有毒廢棄物塑料 有機氯化合物殺蟲劑 有機氯化合物、有機磷化合物

藥物 有機溶劑、重金屬如鋅、汞等

油漆重金屬、染料、溶劑、有機物殘留石油制品原油、酚、鉛、酸等 采用環(huán)境友好的工業(yè)方法天然昆蟲引誘劑—替代殺蟲劑反應性差的有機制冷劑—替代氟里昂燃燒更有效的汽車燃料—降低溫室氣體的排放（4）化學對促進人類健康有著非常重要的作用有機化學與生物學、物理學等學科進一步密切配合，預料將來可以在征服現(xiàn)在人類還束手無策的疾病，如癌癥、愛滋病和精神病等，以及在控制遺傳、延長人類壽命、提高人類生活質(zhì)量、改善人類生存質(zhì)量等方面，將發(fā)揮巨大的作用。2.學習有機化學的方法（1）理解與記憶相結(jié)合，學好前幾章的基礎(chǔ)內(nèi)容，打好基礎(chǔ)。（2）緊緊掌握物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，并對各類官能團的基本性質(zhì)和重要反應作必要的記憶。（3）采用歸納對比的方法，把不同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)進行對比，找出他們的異同以及性質(zhì)的異同，把知識有機地聯(lián)系起來。（4）對教材中的基本概念和基礎(chǔ)理論應給予高度重視。（5）課前預習，課上專心聽講、積極思考、認真記筆記，課后認真復習，及時完成作業(yè)，不懂的不能放置、立即解決。返回第三節(jié)共價鍵的一些基本概念一、共價鍵理論二、共價鍵參數(shù)

三、共價鍵的斷裂和有機反應的類型返回有機化合物中常見的化學鍵有三種:離子鍵、共價鍵和配位鍵1、離子鍵：有機物中以離子鍵結(jié)合的不多，只有在羧酸鹽、磺酸鹽、季銨鹽等有機鹽類及其他某些分子中在存在。2、共價鍵：成鍵原子各提供一定數(shù)目的電子，靠互相共享電子形成的化學鍵。是有機化合物中主要的化學鍵。第三節(jié)共價鍵的一些基本概念對共價鍵本質(zhì)的解釋，有價鍵理論（VB法）和分子軌道理論（MO法）。主要內(nèi)容：（1）共價鍵的形成：兩個原子各擁有一個未成對且自旋相反的電子時可偶合配對形成一個共價鍵（電子配對法）成鍵電子只能在成鍵兩原子之間運動，即電子定域的觀點。

1.價鍵理論(VB法）：一、共價鍵理論①共價鍵的飽和性: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.②共價鍵的方向性:電子云重迭的程度越大，形成的價鍵越穩(wěn)定，因此原子軌道要盡可能在鍵軸方向上實現(xiàn)最大程度的重迭（2）共價鍵的特征:（3）共價鍵的的類型

σ鍵和π鍵（4）雜化軌道理論①能量相近的原子軌道，重新組合成一組新的軌道，這種軌道重新組合的過程叫雜化，所形成的新軌道叫雜化軌道。（成鍵能力更強，體系能量低，成鍵后會達到最穩(wěn)定的分子狀態(tài)）。②組合時：軌道數(shù)目不變，雜化軌道數(shù)目等于原子軌道數(shù)目。軌道能量改變，界于兩原子軌道之間。軌道形狀改變，雜化方式不同，其形狀不同。雜化方式原子軌道數(shù)目雜化軌道數(shù)空間構(gòu)型sp2（1s、1p）2直線型sp23（s、2p）3平面正三角形sp33（s、3p）4正四面體四個SP3雜化軌道：

價鍵理論，電子定域例：（2）組合時：軌道數(shù)目不變，分子軌道數(shù)目等于原子軌道數(shù)目。軌道能量改變，低于、高于、等于兩原子軌道能量。

軌道形狀改變，原子軌道不同，形狀不同。（1）成鍵原子的原子軌道相互接近、相互作用，重新組合成整體分子軌道。形成共價鍵的電子遍布于整個分子的區(qū)域內(nèi)運動，即電子離域的觀點。一個電子在整個分子中的運動狀態(tài)用波函數(shù)描述。

2.分子軌道理論（MO法）：σ鍵軌道和π鍵軌道，原子軌道以“頭碰頭”的方式線性組合形成的分子軌道叫σ鍵軌道（σ和σ﹡），原子軌道以“肩并肩”的方式線性組合形成的分子軌道叫π鍵軌道（π和π﹡）。（3）分子軌道的類型*(*)1

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2()S軌道與S軌道能形成σ分子軌道，例H2：=1-2*=1+2圖：氫分子的分子軌道P軌道與P軌道能形成σ分子軌道，例F2：π軌道原子軌道組成分子軌道時，必須符合三個原則：

a）

對稱性匹配原則

b）

原子軌道重疊部分要最大c）能量相近原則

返回a、對稱匹配（就是對稱性相同）對稱性匹配,可形成成鍵軌道,也可形成反鍵軌道返回C、能量相近返回二、共價鍵參數(shù)1.鍵長兩成鍵原子的原子核之間的平均距離。nm。2.鍵角分子中某一原子和另外兩個原子形成的兩個共價鍵之間的夾角。（°）。3.鍵能形成共價鍵過程中體系釋放的能量或共價鍵斷裂過程中體系吸收的能量。C-H鍵鍵能=415kJ/mol鍵能反映共價鍵的強度，鍵能愈大則鍵愈穩(wěn)定。4.鍵的極性（鍵的極性用鍵矩來衡量）①非極性共價鍵H-HCl-Clδ+δ-δ+部分正電荷δ-部分負電荷鍵矩()有方向性箭頭由正端指向負端、指向電負性更大的原子。②極性共價鍵H-Cl鍵距大小μ=ed

e:中心電荷d：正負電荷中心的距離凈偶極矩指向分子的偶極距是各鍵的鍵距向量和:①雙原子分子，鍵的極性就是分子的極性，鍵的鍵矩就是分子的偶極矩②多原子分子，分子的偶極矩就是各個鍵鍵矩的矢量和（多原子分子是否具有極性，由鍵矩和分子的空間形狀共同決定）。5.分子的極性（分子的極性用偶極矩來衡量）：

μ=0μ=0μ=1.94D例:6.分子間作用力(1)偶極-偶極作用力極性分子間的相互作用力。δ-δ+δ+δ-δ-δ+δ+δ-δ-δ+δ+δ-一分子偶極正端對另一分子偶極負端的相互吸引作用。(2)色散力瞬時偶極.大小與分子的極化率、分子的接觸面積有關(guān)。例：鹵代烷的極化率RI>RBr>RCl>RF（3）氫鍵較小原子半徑、電負性強、有未共用電子對的原子。氫鍵用虛線表示：X—H----Y氫鍵的鍵能與元素的電負性及原子半徑有關(guān)。元素的電負性越大、原子半徑越小，形成的氫鍵越強。氫鍵具有方向性、飽和性。

分子間力的大小順序：氫鍵>>偶極—偶極作用力>色散力返回三.共價鍵的斷裂和有機反應的類型1.均裂成鍵的一對電子平均分給兩個成鍵原子或基團自由基（游離基）

：帶有孤電子的原子或原子團稱為自由基。2.異裂成鍵的一對電子完全為成鍵原子中的一個原子或基團所有，形成正、負離子。有機反應的活性中間體:自由基、碳正離子、碳負離子等。主要特點：1、反應過程只有鍵變化的過渡態(tài)（往往為環(huán)狀），一步發(fā)生成鍵和斷鍵；2、沒有自由基或離子等活性中間體產(chǎn)生。周環(huán)反應：返回

第四節(jié)有機化合物的研究程序1．活性初測，分離提純。2．純度檢定：熔、沸點測定，薄層層析、氣相色譜（GC）、高壓液相色譜（HPLC）鑒定。3．元素定性分析和定量分析4．經(jīng)驗式和分子式的確定5．結(jié)構(gòu)式的確定（四譜的運用）。6.該化合物的合成及構(gòu)效關(guān)系研究。

例：某有機物