有機(jī)化學(xué)徐壽昌課件

有機(jī)化學(xué)

OrganicChemistry教材:徐壽昌主編（第二版）高等教育出版社◎參考書(shū):(1)袁履冰主編《有機(jī)化學(xué)》，高等教育出版社(2)胡宏紋主編《有機(jī)化學(xué)》，高等教育出版社(3)邢其毅,徐瑞秋,周政《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)》(上、下),高等教育出版社(4)龔躍法等《有機(jī)化學(xué)習(xí)題詳解》,華中科技大學(xué)出版社第一章

有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)要求深刻理解和熟練掌握的內(nèi)容：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特征；有機(jī)化合物中的共價(jià)鍵；有機(jī)物的酸堿概念要求一般理解和掌握的內(nèi)容：有機(jī)化合物的分類；有機(jī)化合物在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用難點(diǎn)：雜化軌道理論一.有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)◎1806年柏則里斯（Berzelius）首先提出(有機(jī)化學(xué))名詞，以區(qū)別于其它礦物質(zhì)的化學(xué)——無(wú)機(jī)化學(xué)◎1828年，魏勒（F.W?hler）在實(shí)驗(yàn)室由氰酸銨(NH4OCN)合成尿素(NH2CONH2),促進(jìn)了有機(jī)化合物的人工合成:◎1845年Kolbe合成了醋酸；1854年，柏賽羅(M.berthelot)合成油脂類化合物等。◎1848年葛梅林（L.Gmelin)提出，有機(jī)化合物就是含碳化合物，有機(jī)化學(xué)

是研究含碳化合物的化學(xué)。

事實(shí)上有機(jī)化合物除了含有碳元素外，還含有H、O、N、S、X等元素，其中尤以C、H元素為主。從結(jié)構(gòu)上看,所有的有機(jī)化合物都可以看作碳?xì)浠衔镆约皬奶細(xì)浠衔镅苌玫幕衔??！蛟谟袡C(jī)物和無(wú)機(jī)物之間并沒(méi)有一個(gè)明確的分界線，但在組成與性質(zhì)上確實(shí)存在著某些不同之處?！?/p>

1874年肖萊馬（K.Schorlemmer）又將有機(jī)化學(xué)定義為研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)。

★當(dāng)然,對(duì)CO、CO2、CO32-等簡(jiǎn)單化合物習(xí)慣上還是稱作無(wú)機(jī)化合物.1.結(jié)構(gòu)上：存在同分異構(gòu)現(xiàn)象

二、有機(jī)化合物的特點(diǎn)（★產(chǎn)生同分異構(gòu)現(xiàn)象的本質(zhì)是在分子中原子成鍵的順序和空間排列方式不同.）分子式相同而結(jié)構(gòu)相異因而其性質(zhì)也各異的不同化合物,稱為同分異構(gòu)體,這種現(xiàn)象叫同分異構(gòu)現(xiàn)象。例1:乙醇和二甲醚

CH3CH2-OH,CH3-O-CH3

例2:丁烷和異丁烷

CH3CH2CH2CH3,CH3CH(CH3)CH3◎碳化合物含有的碳原子數(shù)和原子種類越多,它的同分異構(gòu)體也越多。如:

C7H16的同分異構(gòu)體數(shù)9個(gè);

C8H18的同分異構(gòu)體數(shù)可達(dá)18個(gè);

C10H22的同分異構(gòu)體數(shù)可達(dá)75個(gè)。2.性質(zhì)上：①容易燃燒②熱穩(wěn)定性差③熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低④難溶于水；⑤反應(yīng)速度慢⑥副反應(yīng)多三、有機(jī)化合物中的共價(jià)鍵共價(jià)鍵廣泛存在于有機(jī)物中，也可說(shuō)共價(jià)鍵是有機(jī)物的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。關(guān)于共價(jià)鍵，目前有兩種常用的理論：◎1、價(jià)鍵理論從“形成共價(jià)鍵的電子只處于形成共價(jià)鍵兩原子之間”的定域觀點(diǎn)出發(fā)。①如兩個(gè)原子各有一個(gè)未成對(duì)電子并且自旋反平行，就可偶合配對(duì)，形成一個(gè)共價(jià)鍵；內(nèi)容：②共價(jià)鍵具有飽和性；③共價(jià)鍵具有方向性(最大重疊原理):兩個(gè)電子的原子軌道的重疊部分越大,形成的共價(jià)鍵就越牢固.共價(jià)鍵具有方向性(最大重疊原理):2p1syx1s2pyx（a）x軸方向結(jié)合成鍵（b）非x軸方向重疊較小不能形成鍵④能量相近的原子軌道可進(jìn)行雜化，組成能量相等的雜化軌道，使成鍵能力更強(qiáng)，成鍵后可達(dá)到最穩(wěn)定的分子狀態(tài)。

思考：

碳原子有兩個(gè)未成對(duì)的外層電子，為什么不與2個(gè)Ｈ結(jié)合為CH2，而是與4個(gè)Ｈ生成CH4？★有機(jī)物的碳原子結(jié)構(gòu)主要有三種雜化狀態(tài)，即SP3、SP2、SP雜化，一般狀態(tài)下它們分別具有四面體、平面三角、直線型的空間形態(tài)。

2p———2s—1s—能量碳原子基態(tài)的電子構(gòu)型2p———2s—1s—一個(gè)2s電子激發(fā)至能量較高的2pz空軌道只需要402kJ/mol能量2p———2s—1s—————基態(tài)激發(fā)態(tài)sp3雜化態(tài)碳原子2s電子的激發(fā)和sp3雜化★

C采取sp3雜化軌道與4個(gè)H原子的s原子軌道形成4個(gè)sp3-s型的C-H鍵(CH4)比形成CH2要穩(wěn)定的多.(414×4-402)kJ/mol。形成CH4

時(shí)仍有約1255kJ/mol能量釋放出。所以這個(gè)體系比形成兩個(gè)共價(jià)鍵的CH2穩(wěn)定的多?！?/p>

這四個(gè)sp3雜化軌道的能量是相等的,每一軌道相等于1/4s成分,3/4p成分.sp3雜化軌道的圖形

◎2.

分子軌道理論著眼在整個(gè)分子中電子的排布規(guī)律，認(rèn)為電子可在分子范圍內(nèi)分布，是一種離域的觀點(diǎn)，而分子軌道則由有一定條件的組成分子的原子軌道線性組合得到。（條件是能量相近、軌道對(duì)稱性匹配、能最大重疊）。(1)鍵長(zhǎng)——形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子的原子核之間的距離.(不同化合物中同一類型的共價(jià)鍵也可能稍有不同)(2)鍵角(方向性)——任何一個(gè)兩價(jià)以上的原子,與其它原子所形成的兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角.(3)鍵能

——?dú)鈶B(tài)原子A和氣態(tài)原子B結(jié)合成A-B分子(氣態(tài))所放出的能量,也就是氣態(tài)分子A-B離解成A和B兩個(gè)原子(氣態(tài))時(shí)所吸收的能量.◎3.有機(jī)化合物中共價(jià)鍵的性質(zhì)◎(4)鍵的極性和元素的電負(fù)性——分子的偶極矩

H—H，Cl—Cl，成鍵電子云對(duì)稱分布于兩個(gè)原子之間，這樣的共價(jià)鍵沒(méi)有極性。鍵能泛指多原子分子中幾個(gè)同類型鍵的離解能的平均值.離解能:一個(gè)共價(jià)鍵離解所需的能量.指離解特定共價(jià)鍵的鍵能.（在多原子分子中，即使相同的鍵其解離能也不相同）兩個(gè)不同原子組成共價(jià)鍵時(shí)，由于兩原子吸引電子的能力不同，成鍵電子云非對(duì)稱地分布在兩核周圍，使分子的一端帶電荷多些，而另一端帶電荷少些，這種鍵具有極性。如：H(+)

Cl(-)，

H3C(+)

Cl(-)

★鍵的極性大小主要取決于成鍵兩原子的電負(fù)性值之差，與外界條件無(wú)關(guān)，是永久的性質(zhì)。

電負(fù)性：一個(gè)元素吸引電子的能力。偶極矩：正電中心或負(fù)電中心的電荷與兩個(gè)電荷中心之間的距離d的乘積.(方向性:正到負(fù),一般用符號(hào)表示。

qd(D,德拜)■

在兩原子組成的分子中，鍵的極性就是分子的極性，鍵的偶極矩就是分子的偶極矩?！鲈诙嘣咏M成的分子中，分子的偶極矩是分子中各個(gè)鍵的偶極矩的向量和。H—ClCH3—ClH—CC—Hμ=1.03Dμ=1.87Dμ=0（1）共價(jià)鍵的斷裂方式①均裂:兩個(gè)原子之間的共用電子對(duì)均勻分裂,兩個(gè)原子各保留一個(gè)電子的斷裂方式。產(chǎn)生活潑的自由基(游離基).

A:B

A·+B·Cl:Cl(光照)

Cl·+Cl·CH4+Cl·

CH3·+H:Cl

4.共價(jià)鍵的斷裂與反應(yīng)類型★發(fā)生鍵均裂的反應(yīng)稱為均裂反應(yīng)（自由基型反應(yīng)）②異裂:共價(jià)鍵斷裂時(shí),兩原子間的共用電子對(duì)完全轉(zhuǎn)移到其中的一個(gè)原子上的斷裂方式。結(jié)果產(chǎn)生正、負(fù)離子.

A:B

A++B-(CH3)3C:Cl

(CH3)3C++Cl-（2）反應(yīng)類型有機(jī)反應(yīng)除自由基型反應(yīng)和離子型反應(yīng)外，還有一種協(xié)同反應(yīng)（周環(huán)反應(yīng)）。★發(fā)生鍵異裂的反應(yīng)稱為異裂反應(yīng)（離子型反應(yīng)）。協(xié)同反應(yīng)：有機(jī)反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有明顯分步的共價(jià)鍵均裂或異裂,只是通過(guò)一個(gè)環(huán)狀的過(guò)渡態(tài),化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成同時(shí)完成而得到產(chǎn)物.離子型反應(yīng)及自由基型反應(yīng)又可分為取代反應(yīng)和加成反應(yīng)等等；因此離子型反應(yīng)中有親核取代反應(yīng)、親電取代反應(yīng)、親核加成反應(yīng)和親電加成反應(yīng)等等離子型反應(yīng)中根據(jù)反應(yīng)試劑的類型又可分為親電反應(yīng)和親核反應(yīng)。

凡是能給出質(zhì)子的叫酸。如：HCl、H3O+

凡是能與質(zhì)子結(jié)合的叫堿。如：Cl-

、H2O四.有機(jī)化學(xué)中的酸堿概念1.布倫斯特和路易斯酸堿定義◎(1)布倫斯特(B)酸堿（泛稱的酸堿概念）★強(qiáng)酸的共軛堿必是弱堿（如：HCl和Cl-）★弱酸（CH3COOH）的共軛堿是強(qiáng)堿（CH3COO-）★酸堿的概念是相對(duì)的：如HSO4-■路易斯(L)酸：能接受外來(lái)電子對(duì),具有親電性.在反應(yīng)時(shí),有親近另一分子的負(fù)電荷中心的傾向,又叫親電試劑.如AlCl3◎(2)路易斯(L)酸堿■路易斯(L)堿：能給予電子對(duì),具有親核性.在反應(yīng)時(shí),有親近另一分子的正電荷中心的傾向,又叫親核試劑(“核”作為正電荷的同義語(yǔ)).如：:NH3◎（3）酸堿的強(qiáng)弱■在有機(jī)化學(xué)中關(guān)于酸的強(qiáng)弱，一般是指布倫斯特定義的酸所給出質(zhì)子能力的強(qiáng)弱。以酸性常數(shù)Ka的負(fù)指數(shù)pKa表示。pKa值越低酸性越強(qiáng).■與pKa相應(yīng)的有表示堿強(qiáng)度的pKb值，但有機(jī)堿（例如胺類）也常常用它共軛酸的pKa值來(lái)表示堿性的強(qiáng)弱。(1)開(kāi)鏈族化合物(脂肪族化合物):正丁烷,異丁烷(2)碳環(huán)族化合物

A:脂環(huán)族化合物:環(huán)戊烷,環(huán)己烷

B:芳香族化合物:苯,萘(3)雜環(huán)化合物:呋喃,吡啶五、有機(jī)化合物的分類■

1.按碳鏈分類按分子中含有相同的、容易發(fā)生某些特征反應(yīng)的(1)原子(如鹵素原子)(2)原子團(tuán)(如:羥基-OH、羧基-COOH、硝基-NO2，氨基-NH2

等)(3)或某些特征化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)(如雙鍵>C=C<、叁鍵