第一章有機化學緒論

第一章

緒論(Introduction)1一.有機化合物和有機化學二.有機化合物的幾種表示方法三.碳碳單鍵、雙鍵和叁鍵四.有機化合物分類第一章

緒論

(Introduction)2一.有機化合物和有機化學(OrganicCompoundsandOrganicChemistry)1.定義有機化合物指碳化合物。有機化學指碳化合物的化學。有機化合物中都含有碳，除碳之外，絕大多數有機化合物還含有氫。例：3除了碳和氫以外，有的有機化合物還含有O、S、N、P、X（鹵素）等。例：注意：有機化合物中不能沒有碳，有些有機化合物只含有碳，但碳本身和一些簡單的碳化合物不屬于有機化合物。例：CO、CO2、CO3－、CaC2、金屬羰基化合物等，它們都屬無機化合物。4●為什么把有機化學與無機化學分為兩個學科來研究？有機化合物數目龐大，據目前統計有3000萬種以上，現仍在以指數形式的速率迅速增長，而無機化合物只有幾萬種；碳原子的結構特征使有機化合物與無機化合物在組成、結構和性質上有很大的差異。2.有機化合物的特點(1).分子組成復雜例：維生素B12C63H90N14O14PCo183個原子。5維生素B126例：有35種異構體，每一種異構體代表一種物質。例：有機物要用結構式表示，而不能用分子式表示。(2).容易燃燒例：乙醚、汽油、甲烷（沼氣）等。但CCl4不燃燒，而是滅火劑（撲滅電源內或電源附近的火）。同分異構現象的存在，使得有機化合物更加復雜。7(3).熔點低有機化合物熔點比較低，而無機化合物熔點較高。例：原因：NaCl化學鍵是離子鍵，而CH3CH2Cl是共價鍵。(4).難溶于水根據相似相溶原理，水是極性分子，而有機物大多是非極性分子或極性較弱的分子。8(5).反應速率慢例：快RCl要和Ag+反應，首先要打開R-Cl鍵，使氯轉變?yōu)殡x子型，才能與Ag+反應。(6).副反應多有機分子組成復雜，反應時有機分子的各個部分都會受到影響，即反應時并不限定在分子某一部位。因此一般有主產物、副產物。主產物產率達到70-80%就是比較滿意的反應。93.有機化學的發(fā)展及重要性1).有機化學的發(fā)展最初，有機物質是從動植物有機體內得到的，例：酒、醋、糖、染料等。這些從動植物來源得到的化合物有許多共同的性質，但與當時從礦物來源得到的化合物相比，有明顯的區(qū)別。在18世紀末至19世紀初曾認為這些化合物是在生物體內生命力的影響下生成的，所以不同于從沒有生命的礦物中得到的化合物。因此把從動植物有機體中101828年：德國化學家韋勒（F.Wohler）合成了尿素。說明有機化合物可以在實驗室里由無機化合物合成。得到的叫有機化合物，而從礦物中得到的叫無機化合物，從此就有了有機化合物和有機化學名稱。雖然生命力不是區(qū)分有機物和無機物的原因，但由于有機化合物同當時知道的無機化合物在性質和研究方法上都有所不同，因此、有機化學這個名稱仍然保留下來。其偉大歷史意義在于填平了無機物和有機物之間的鴻溝,沖擊了當時占統治地位的唯心主義學說――生命力學說。11隨著有機元素分析技術日益成熟，發(fā)現在有機物中只含為數有限的幾種元素，所有的有機化合物都含有碳，多數含有氫，其次為含有O、N、X、P等，碳是最基本的元素。1848年：德國化學家葛霉林（L.Gmelin）對有機化學提出了新的定義，即現在所用的定義：碳化合物化學就是有機化學。1865年：德國化學家凱庫勒（A.Kekule）提出絕大多數有機化合物中碳為四價，在此基礎上發(fā)展了有機化合物結構學說。121874年：荷蘭化學家范特霍夫（J.H.van'tHoff）和法國化學家勒貝爾（J.A.LeBel）提出飽和碳原子的四個價指向以碳為中心的四面體的四個頂點，開創(chuàng)了有機化合物的立體化學。1931年：德國化學家休克爾（E.Huckel）用量子化學的方法討論共軛有機分子的結構和性質。1917年：美國化學家路易斯（G.N.Lowis）用電子對來說明化學鍵的生成。131933年：英國化學家英果（K.Ingold）等用化學動力學的方法研究飽和碳原子上親核取代反應機理。以上這些工作對有機化學的進一步發(fā)展都起了重要作用。有機化學的發(fā)展現狀（舉例說明）：①.牛胰島素的合成1965年9月，人工合成牛胰島素成功。這是世界上第一個合成的結晶蛋白質，具有生物活性（與天然胰島素相同）。由中科院上海生化研究所，上海有機所，北京大學等單位協作，歷時六年九個月完成的。14人工合成胰島素的成功，使人類在認識生命和揭開生命奧秘的偉大歷程中，又邁進了一大步。②.核糖核酸的合成從1968年起，由中科院北京生物物理所、上海生物化學研究所，上海有機所，上海細胞生物研究所，上海生物物理所，北京大學生物系協作完成人工合成酵母丙氨酸轉移核糖核酸工作，這種核糖核酸由76個核糖核苷組成。20世紀70-80年代，SBH法（DNA雜交序列分析法）及DNAchip的出現為人類揭開遺傳之謎提供了有力的研究工具；SBH法和計算機的結合“即可破譯整個基因的密碼”被稱為“科學技術的第二次飛躍”總之，一百多年來,有機化學已經發(fā)展成為可以闡明某些生命現象的科學。151979年底，對其中一個片斷—核糖四十一核苷酸合成成功，1981年合成另外三十五個核苷酸，至同年11月終于全合成成功。這是利用化學合成和酶促法結合的方法的全合成，在當時國外只能合成出九核苷酸。1978年日本報道了三十一核苷酸合成成功，所用方法與我國基本雷同。③.B12的合成1976年人們通過90多步反應，經過11年，世界上著名化學家100多名參與，合成成功。16④.C60的合成（碳球分子的合成）C60–球狀結構（Long狀結構），球面上由五圓環(huán)和六圓環(huán)組成，球內球外都圍繞著π電子云，90年代合成出來。

C60是60個碳原子組成的球形32面體，包括12個五邊形和20個六邊形，五邊形彼此不并聯，只與六邊形相鄰。有機化合物從鏈狀——環(huán)狀——球狀。

碳球分子的發(fā)現與合成是上世紀90年代的重大研究成果，無論在理論和應用方面，都有巨大的意義。

172).有機化學的重要性①.有機化學是一門非常重要的科學，它和人類生活有著極為密切的關系。地球上所有的生命形式，主要是由有機物組成的。例如：脂肪、蛋白質、糖、血紅素、葉綠素、酶、激素等。生物體內的新陳代謝和生物的遺傳現象，都涉及到有機化合物的轉變。此外，許多與人類生活有密切關系的物質，例如石油、天然氣、染料、天然和合成藥物等，均屬有機化合物。18合成纖維：以己二胺與己二酸為原料，可制得輕柔結實的聚酰胺纖維，取名“尼龍”，尼龍的韌性、彈性和耐磨性都是出類拔萃的。尼龍絲既可以織成襪子、手套、衣服等，又可以制成傳送帶、漁網、纜繩等。合成橡膠：丁基橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠等，制備它們的單體都是有機化合物。合成的橡膠機械強度遠遠超過天然橡膠，而且克服了天然橡膠受熱發(fā)粘、冷卻變脆的缺點。高分子三大合成：19藥物：芬必得農藥：雙對氯苯基三氯乙烷（DDT）世界禁用合成塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯（塑料王）等等。20世紀神藥阿斯匹林染料亞甲基藍TNT炸藥21②.有機化學是應用學科的基礎近年來人們關注的生命化學、材料化學、金屬有機化學、配位化學均與有機化學相關。有機化學的學術成就也是十分令人矚目的，1901年到2002年頒發(fā)的化學諾貝爾獎中（其中有8屆未頒發(fā)），有72屆的內容與有機化學有關。

目前，有關生命科學領域的研究，諸如分子生物學、仿生化學、基因工程、遺傳工程、模擬酶及光合作用等等都是以有機化學為基礎的。22二.有機化合物的幾種表示方法(RepresentationofOrganicCompounds)1.路易斯電子結構式（Lewisstructure）用一對電子表示一個共價鍵注意：①.要把所有的價電子都表示出來；②.共價鍵上的電子分屬于所連的兩個原子，孤電子對屬于某一個原子；23③.每一個原子周圍的電子總數與原子狀態(tài)的原子最外層電子個數比較，若少一個電子在元素符號上加一個正號，多一個電子則加一個負號。疊氮化合物重氮甲烷242.價鍵式（凱庫勒式）用一根短線表示一個共價鍵3.簡寫式將碳碳、碳氫之間的鍵線省略，雙鍵、三鍵保留下來。254.鍵線式省略碳、氫元素符號，只寫碳碳鍵；相鄰碳碳鍵之間的夾角畫成120°。注：雙鍵、三鍵保留下來。26三.碳碳單鍵、雙鍵和叁鍵(Carbon-CarbonCovalentBonds)碳碳單鍵(Carbon-CarbonSingleBond)：①.碳為sp3雜化②.σ鍵特點：電子云圍繞σ鍵鍵軸，成軸對稱分布，可以旋轉，可單獨存在，較牢固。③.立體構型：四面體2728碳碳雙鍵(Carbon-CarbonDoubleBond)：①.碳為sp2雜化②.π鍵特點：電子云分布在平面的上下，以平面為對稱，流動性大，易反應，不能單獨存在，不能旋轉。③.立體構型：平面型2930碳碳叁鍵(Carbon-CarbonTripleBond)：①.碳為sp雜化②.立體構型：線型分子31碳碳單鍵碳碳雙鍵碳碳叁鍵鍵長（nm）0.1530.1340.121雜化狀態(tài)sp3sp2spS成分碳的S成分越大，電負性越大，吸電子能力越強。32四.有機化合物分類(ClassificationofOrganicCompounds)1.按碳骨架分類①.鏈狀化合物（脂肪族化合物）例：②.碳環(huán)化合物特點：有環(huán)、環(huán)上原子都是由碳組成。33a.芳香族化合物（含有苯環(huán)）例：b.脂環(huán)族化合物（含有碳環(huán)、但無苯環(huán)）例：34③.雜環(huán)化合物特點：環(huán)上含有雜原子。無芳香性的雜環(huán)化合物：有芳香性的雜環(huán)化合物：352.按官能團分類官能團：決定有機化合物特性的原子或原子團。含有相同官能團的化合物都有相似的性質。例：官能團化合物雙鍵烯烴叁鍵炔烴無烷烴芳環(huán)芳烴36羥基醇醛、酮羰基羧基羧酸鹵素鹵代烴胺氨基37附錄：弗里德里?！ろf勒（FriedrichWohler,1800～1882,德國化學家）韋勒因首先在實驗室里從無機物合成了有機物——尿素而聞名于世。韋勒1800年7月31日生于德國法蘭克福附近的埃施耳斯亥姆。1814年入中學后，成績總是不太好。其原因是熱衷于化學實驗和礦物的采集而忽視了課程的學習。他的啟蒙教師是業(yè)余化學愛好者布赫醫(yī)生，他經常向布赫醫(yī)生借書，并且在一起做實驗。1820年考入瑪爾堡大學醫(yī)學院。次年，由于對列奧波德·格梅林的崇敬而轉學到海德爾堡大學。原來準備當醫(yī)生的維勒，在格梅林勸說下，1823年，跟瑞典著名學者柏齊利烏斯學習一年，繼續(xù)做他的氰基化合物問題的研究。381824年回國，1825年，擔任柏林工藝學校的教師，每周有8個小時的課，學校為他建立了一所實驗室。在這期間，他分析過大量的礦物，制備出許多稀有金屬化合物。維勒在大學時代便致力于氰基化合物的研究，確定了異氰酸的組成，和李比希確定的雷酸結果一致，導致了對異構體的認識。1825年他發(fā)表了題為《關于氰基化合物》的論文。在論文中他說：“將氰氣通入氨水中時，并未產生所預想的氰酸銨，而生成的是草酸銨和其他各種物質，其中發(fā)現有若干白色結晶物質”。經過三年的工作和考慮最后確定為尿素。1828年2月，維勒寫信給柏齊利烏斯說：“我必須告訴你的是，不經動物，不經腎臟便可以制成尿素”。39柏齊利烏斯回信表示祝賀，但他又說，尿素之類是介于有機物和無機物之間，維勒合成尿素的成功，并不能肯定地說由無機物合成有機物的可能性。當時，多數化學家也抱有同樣的見解，而杜馬和李比希等理論家對維勒的觀點都表示贊許。他倆把維勒的實驗結果的意義引伸為普遍意義進行宣傳，給“生命力”論以猛烈的一擊。人工合成尿素，不僅為維勒本人贏得了榮譽，這一發(fā)現在化學史上也具有重大意義。首先，人工合成尿素又一次提供了同分異構現象的早期事例，成為有機結構理論的實驗證明；其次，這一發(fā)現強烈地沖擊了形而上學的生命力論，為辯證唯物主義自然觀的誕生提供了科學依據。它填補了生命力論制造的無機物同有機物之間的鴻溝。恩格斯曾指出，維勒合成尿素，掃除了所謂40有機物的神秘性的殘余；第三，人工合成尿素在化學史上開創(chuàng)了一個新興的研究領域。盡管這一發(fā)現最初僅限于孤立的個別事例，而且在生命力論者看來尿素不是真正的有機物，只是動物機體的排泄物并易于分解成氨和二氧化碳，只是一種聯系有機物和無機物的過渡產物，真正的有機物決不能人工合成。但維勒提出的有機合成的新概念，促使了以后關于乙酸、脂肪、糖類物質等一系列有機合成的成功。因此可以說，維勒開創(chuàng)了一個有機合成的新時代。維勒與李比希的性格截然不同，李比希性急易怒，而維勒冷靜，不喜爭執(zhí)，最初確因為確定雷酸銀的組成辯論起來，1824年證實了41兩者在組成上是一樣的以后，從1829年起開始交往，乃至合作共事，也許由于獻身化學和追求真理是共同的愿望，才保持了44年的友誼，在化學史上堪稱佳話。維勒約于1835年后放棄了有機化學的研究，繼續(xù)進行礦物分析工作。1882年9月23日，弗里德里?！ぞS勒因病醫(yī)治無效，逝世于哥廷根。至今，每當人們提到尿素的人工合成時，都會很自然地想起他的名字。返回42

葛霉林（L.Gmelin,1788～1853，德國化學家）葛霉林是海德爾堡大學教授，發(fā)現鐵氰化鉀（1822）、?；撬幔?824）、克酮酸及玫琮酸（1825）、血紅素和胰酶（與Tiedemann合作，1826），引入酯和酮的名稱（1848），編寫過大部頭的《化學手冊》。他說：“只有碳是有機化合物的基本元素?！薄皩⒂袡C化合物簡單定義為碳化合物。”凱庫勒說：“因此，我們把有機化學定義為碳化合物的化學。但這個定義沒有表示出無機物與有機物的真正區(qū)別。對于我們這門學科，人們給了它有機化學這一個歷史悠久的名稱，而我們把它稱為碳化合物的化學則更為方便?！狈祷?3弗里德里?！W古斯特·凱庫勒（FriedrichAugustKeKule,1829～1896，德國化學家）凱庫勒是近代化學史上的一位著名有機化學家。他1829年9月7日生于達姆施塔特，1847年入吉森大學學習建筑。他受了李比希的影響，把注意力轉向化學，拜李比希為師。1850年，完成了題為《硫酸氫戊