第一章 有機(jī)化學(xué)

第一章有機(jī)化學(xué)第一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）2

第一章緒論1.1有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)1.2有機(jī)化合物的特性1.3分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式(掌握表示方法!)1.4共價(jià)鍵:1.4.1共價(jià)鍵的形成(價(jià)鍵理論;軌道雜化Csp3;分子軌道理論)1.4.2共價(jià)鍵的屬性(鍵長(zhǎng);鍵能;鍵角;鍵的極性和誘導(dǎo)效應(yīng)I)1.4.3共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類型;1.5有機(jī)化合物的分類:1.5.1按碳架分類;1.5.2按官能團(tuán)分類1.6有機(jī)化合物的研究程序1.7如何學(xué)好有機(jī)化學(xué)重點(diǎn)邑大學(xué)五WuyiUniversity第二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）3

五.有機(jī)物研究程序、有機(jī)知識(shí)應(yīng)用—?jiǎng)?chuàng)新意識(shí)、能力培養(yǎng)。第一章緒論本章作為課程導(dǎo)言，其中心課題是討論以下三個(gè)層面、五大問(wèn)題一.有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)—了解有機(jī)物產(chǎn)生歷史和有機(jī)化學(xué)學(xué)科形成、發(fā)展以及重要作用和地位。二.有機(jī)分子結(jié)構(gòu)及表示方法三.共價(jià)鍵四.有機(jī)化合物的分類重要基本知識(shí)!邑大學(xué)五WuyiUniversity第三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）41.1.1

有機(jī)化合物AntoineLavoisier(1743-1794):

(法國(guó)化學(xué)家）——“來(lái)自有生命機(jī)體的物質(zhì)稱為有機(jī)物?！?.1有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)邑大學(xué)五WuyiUniversity第四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）5

1769年，從葡萄汁中得到了純的酒石酸；1773年，從尿中得到了尿素；

1780年，從酸奶中得到了乳酸；

1805年，從鴉片中得到了嗎啡。1806年，瑞典化學(xué)權(quán)威Berzelius提出了“生命力學(xué)說(shuō)”——從有生命動(dòng)植物體內(nèi)得到的化合物稱為有機(jī)化合物。邑大學(xué)五WuyiUniversity第五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）6

JakobBerzelius(1779-1848)邑大學(xué)五WuyiUniversity第六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）7

生命論與早期的有機(jī)化學(xué)（1828年之前）有機(jī)化合物最早的有機(jī)化合物來(lái)自于動(dòng)植物體（有機(jī)體）生命論(Vitalism)認(rèn)為：有機(jī)化合物只能由有機(jī)體產(chǎn)生。無(wú)機(jī)化合物則存在于無(wú)生命的礦藏中，同時(shí)也可由有機(jī)體產(chǎn)生。邑大學(xué)五WuyiUniversity第七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）8

有機(jī)——“有生命的物質(zhì)”邑大學(xué)五WuyiUniversity第八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）9

ANIMALS邑大學(xué)五WuyiUniversity第九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）10

MICROBES邑大學(xué)五WuyiUniversity第十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）11

1828年，F(xiàn)riedrichW?hler(1800-1882)wasachemistryprofessorinG?ttingen.將氰酸銨的水溶液加熱得到了尿素。邑大學(xué)五WuyiUniversity第十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）12

由氰酸銨（無(wú)機(jī)物）制得尿素（有機(jī)物）inorganicorganic邑大學(xué)五WuyiUniversity第十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）13

1845年，德國(guó)科學(xué)家H.Kolbe

（1816-1884）合成了醋酸；

邑大學(xué)五WuyiUniversity第十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）141854年，MarcellinBerthelot（1827-1907）Paris,France合成了油脂類物質(zhì)。第十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）15

有機(jī)化學(xué)（OrganicChemistry）——研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的科學(xué)

有機(jī)化合物——

含碳的化合物HCNOFPSClBrISiB有機(jī)化合物中常見(jiàn)的元素邑大學(xué)五WuyiUniversity第十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）16

有機(jī)化合物性質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性之間的關(guān)系組成結(jié)構(gòu)有機(jī)化學(xué)的研究?jī)?nèi)容：有機(jī)反應(yīng)應(yīng)用—有機(jī)合成邑大學(xué)五WuyiUniversity第十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）17

1.2有機(jī)化合物的特性1.3分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式分子(molecules):組成的原子按一定的排列順序相互影響、相互作用而結(jié)合的整體分子結(jié)構(gòu)(molecularstructures):原子排列的順序和相互作用邑大學(xué)五WuyiUniversity共價(jià)鍵結(jié)合有機(jī)化合物數(shù)量龐大，異構(gòu)現(xiàn)象普遍易燃燒熔點(diǎn)較低難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑反應(yīng)速率一般較小第十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）18

分子式(molecularformulas):表示組成分子的原子種類和數(shù)目C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3乙醇二甲醚分子結(jié)構(gòu)式(molecularstructuralformulas):表示分子中原子連接的順序表示方式：鍵線式(bond-lineformulas):CH3CH2CH2CH3邑大學(xué)五WuyiUniversity短線式(dashformulas):縮簡(jiǎn)式(condensedformulas):第十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）19

邑大學(xué)五WuyiUniversity有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的常用表達(dá)方式Lewis電子式價(jià)鍵式縮寫(xiě)式甲烷乙烯乙炔單鍵雙鍵叁鍵第十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）20

氯甲烷乙醇丙酮Lewis電子式價(jià)鍵式縮寫(xiě)式第二十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）21

1.4共價(jià)鍵(covalentbonds)：有機(jī)化合物中典型的化學(xué)鍵：共價(jià)鍵有機(jī)化合物的共同結(jié)構(gòu)特征：共價(jià)鍵結(jié)合邑大學(xué)五WuyiUniversity由兩個(gè)原子間共用一對(duì)電子產(chǎn)生的化學(xué)鍵。Keculé價(jià)鍵式惰性氣體構(gòu)型甲烷第二十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）22Kekulé,FriedrichAugust(1829-1896)德國(guó)波恩大學(xué)教授。第二十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）23

1916:Lewis結(jié)構(gòu)式最外層電子：H:2電子；其它原子:8電子類似于氖的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。乙烯乙炔八隅體規(guī)則(octetrule)邑大學(xué)五WuyiUniversity第二十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）24

GilbertN.Lewis（1875~1946），美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校教授。

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邑大學(xué)五WuyiUniversity1.4.1共價(jià)鍵的形成-1916:Lewis電子配對(duì)(1)價(jià)鍵理論(valencebondtheory)是成鍵原子的原子軌道(電子云)相互交蓋的結(jié)果HH+氫原子s軌道HH=氫分子軌道交蓋第二十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）26

成鍵電子處于成鍵原子之間—定域觀點(diǎn)共價(jià)鍵的方向性—除s軌道外,其它從伸展方向交蓋共價(jià)鍵的飽和性—一個(gè)原子的每一個(gè)未成對(duì)電子只能形成一個(gè)共價(jià)鍵-故價(jià)鍵理論稱為電子配對(duì)法價(jià)鍵理論的局限性邑大學(xué)五WuyiUniversity第二十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）27

(2)雜化軌道理論(hybridorbitaltheory):LinusC．Pauling美國(guó)斯坦福大學(xué)教授(1901-1994)，1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，1963年諾貝爾和平獎(jiǎng)。邑大學(xué)五WuyiUniversity第二十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）28

1s22s22px1

2py1

2pz0C在基態(tài)時(shí)的電子構(gòu)型：邑大學(xué)五WuyiUniversity(a)碳原子軌道的sp3雜化基態(tài)2p2s1s激發(fā)態(tài)2p2s1ssp3

雜化態(tài)1ssp3雜化雜化：混合后再重新分配能量相等電子躍遷解釋了有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特征：C原子為4價(jià)!第二十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）29

甲烷(CH4)的成鍵示意s鍵軸對(duì)稱方式交疊邑大學(xué)五WuyiUniversity第二十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）30

(b)sp2雜化2s2px2py2pz2s2px2py2pz躍遷原子軌道重組

3個(gè)sp2軌道2pz平面型邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）31

乙烯(CH2=CH2)的成鍵示意p鍵側(cè)面交疊（電子云結(jié)合較松散）邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）32

(c)sp雜化2s2px2py2pz2s2px2py2pz躍遷原子軌道重組sp

2py

2pz直線型邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）33

乙炔(CHCH)的成鍵示意:邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）34

1.4.2共價(jià)鍵的特性

（1）鍵長(zhǎng)（BondLength）分子中成鍵兩原子間的平均距離。邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）35

表1.1常見(jiàn)共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)/nm共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)/nm共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)/nmC-H0.109C=C0.134C=C0.120C-C0.154C=N0.128CN0.116C-N0.147C=O0.120H-N0.107C-O0.141H-O0.096C-F0.142C-Cl0.177C-Br0.191C-I0.213鍵長(zhǎng)數(shù)據(jù)可通過(guò)分子光譜或單晶體X-射線衍射等實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得，還可用量子力學(xué)的近似方法，從已知熱力學(xué)數(shù)據(jù)算得。邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）36

（2）鍵角(bondangle)：兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角稱之。鍵角數(shù)據(jù)也是通過(guò)分子光譜和X-射線衍射法確定的。邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）37（3）鍵能(bondenergy)形成共價(jià)鍵時(shí)體系釋放的能量，或斷裂共價(jià)鍵時(shí)體系吸收的能量。鍵能反映了共價(jià)鍵的強(qiáng)度，鍵能越大則鍵越牢固。氣態(tài)雙原子分子鍵能也是離解能；多原子分子鍵能與離解能不完全一致。邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）38

表1.2一些共價(jià)鍵的鍵能共價(jià)鍵鍵能/kJ·mol-1共價(jià)鍵鍵能/kJ·mol-1CH4各C-H鍵Ed分別為:423;439;448；347.平均為414邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）39

（4）鍵的極性δ+δ-CH3→Cl非極性共價(jià)鍵（nonpolarbond）：當(dāng)兩個(gè)相同原子形成共價(jià)鍵時(shí)，成鍵電子云是對(duì)稱分布于兩原子之間，這樣的鍵沒(méi)有極性，稱非極性共價(jià)鍵。極性共價(jià)鍵（polarizedcovalentbond）兩個(gè)不同的原子結(jié)合形成共價(jià)鍵時(shí)，成鍵電子云不完全對(duì)稱而呈現(xiàn)極性的共價(jià)鍵，稱極性共價(jià)鍵，如：邑大學(xué)五WuyiUniversity第三十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）40

常見(jiàn)共價(jià)鍵的偶極矩共價(jià)鍵u/10-30C.m共價(jià)鍵u/10-30C.m共價(jià)鍵u/10-30C.mH-C

1.33C-N0.73C=O7.67H-N4.34C-O2.47CN11.67H-O5.04C-S3.00H-S2.72C-F4.70H-Cl3.60C-Cl4.78H-Br2.60C-Br4.60H-I1.27C-I3.97極性共價(jià)鍵的電荷分布不均勻，正、負(fù)電中心不相重疊，就構(gòu)成了一個(gè)偶極，偶極的大小由偶極矩μ表示。邑大學(xué)五WuyiUniversity第四十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）41電負(fù)性值相差越大，共價(jià)鍵的極性也越大。

物性:熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度…※分子極性對(duì)都有影響

化性:化學(xué)反應(yīng)性多原子分子的偶極矩——各鍵的偶極矩的向量和邑大學(xué)五WuyiUniversity第四十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）42

1.4.3共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類型

（1）均裂

斷裂時(shí)，組成該鍵的兩個(gè)原子各保留一個(gè)電子，自由基反應(yīng)。A:B→A·＋B·（2）異裂

斷裂時(shí)，組成該鍵的一對(duì)電子完全轉(zhuǎn)移到一個(gè)原子上，離子型反應(yīng)。A:B→A＋＋:B－A:B→:A－＋B＋邑大學(xué)五WuyiUniversity第四十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）43

（3）協(xié)同反應(yīng)在反應(yīng)過(guò)程中無(wú)明顯的分布的共價(jià)鍵均裂或異裂，而是通過(guò)一個(gè)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)，舊鍵的斷裂和新鍵的生成同時(shí)完成。邑大學(xué)五WuyiUniversity第四十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）44

1.5有機(jī)化合物的分類

1.5.1按碳架分類

按碳架分類鏈形化合物環(huán)形化合物（脂肪族化合物）碳環(huán)化合物雜環(huán)化合物芳環(huán)化合物脂環(huán)化合物脂雜環(huán)化合物芳雜環(huán)化合物邑大學(xué)五WuyiUniversity第四十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）45

邑大學(xué)五WuyiUniversity第四十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/21有機(jī)化學(xué)（環(huán)境專業(yè)）46

1.5.2按功