有机化学Organnic Chemistry

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绪论（一）有机化合物和有机化学

（二）有机化合物的特点

（三）有机化合物中的共价键（重点）

（四）有机化合物的结构

（五）有机化合物的分类

（六）有机化学中的酸碱理论

有机化学的发展 有机化学产生于19世纪初，至今200多年的时间。

1777年，瑞典科学家伯格曼(Bergman)首先将化合物分为“无机”(Inorganic Compounds)和“有机”(Organic Compounds)两大类。

1808年，瑞典科学家贝采里乌斯(Berzelius)首次使用“有机化学”这一名词。

最初有机化合物主要是从植物中提取出来的。

代表人物是舍勒 (Scheele, 1742-1786) ，他一生发现、提纯了不少有化合物。

1770 年，从酒石中提取了酒石酸。 1776 年，从醡浆草中提取草酸。 1780 年，从酸牛奶中提取乳酸。 1780 年，从尿中提取尿酸。 1784 年，从柠檬中提取柠檬酸。 1785 年，从苹果中提取苹果酸。 1786 年，从五倍子中提取没食子酸。

其它科学家： 1805 年，从鸦片中提取了第一个生物碱 - 吗啡。 1818 年，从植物中分离中叶绿素。 1820 年，从植物中分离中马钱子碱、番木鳖碱、

辛克宁等生物碱。

“ 生命力论” 贝采里乌斯和柏则里提出有机化合物只能借助于

“生命力”产生，不能通过合成的方法得到。

1828 年，维勒 (Wohler) 将氰酸银用氯化铵溶液处理，得到一种白色结晶状物尿素，反应可用下列式子表示：　　

2NH4Cl+AgCNO——NH4CNO+AgCl　　 2NH4OH+Pb(CNO)2——2NH4CNO+Pb(OH)2

　　 NH4CNO （热）—— CO(NH2)2

维勒写信给贝采里乌斯：“我告诉您，我已经能够制造出尿素，而且是不求助于动物（无论是人或是狗）的尿。”

1845 年，科尔贝 (Kolbe) 合成了醋酸。1854 年，柏赛罗 (Berthelot) 合成了油脂。1861 年，布特列洛夫 (Butlerov) 合成了糖。 1900 年，美国化学文摘 (Chemical Abstract) 登录，55 万种1945 年， 110 万种1970 年， 236 万种1999 年， 2340 万种2010-12-30 ， 1 亿种以上，并以每年上万种的数量增加因此，有机化学必须成为一门独立的学科。

（ 1 ）有机化合物（一） 有机化合物和有机化学

含碳化合物，或碳氢化合物及其衍生物。

（ 2 ）有机化学 研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的科学。

分子式： C2H6O C2H6O

沸点： 78.2 -23℃ ℃

CH

CHH

HO

HH C

HOH

HC HH

H

（二） 有机化合物的特性

“多、低、燃、难、慢”

（ 4 ）大多数有机化合物的反应速度低、副反应多 , 产物常是复杂的混合物

（ 3 ）大多有机化合物不容易溶于水。

（ 1 ）多数有机化合物熔点低 ( 一般在 300℃ 以下 )

（ 2 ）易燃烧。

1-丙醇

短线式

脂肪族化合物常用缩简式 , 环状化合物常用键线式 .

缩简式 键线式

环戊烷

几种常用的结构式

CC C

CC

H HHHH

H

HH

HH

CH2

CH2 CH2

CH2 CH2

CH3CH2CH2OHCH

CCH

HO

HH

HH

H

OH

（三）有机化合物中的共价键

惰性气体构型

惰性气体构型

八隅体规则 (octet rule)最外层电子：H: 2 电子其它原子 : 8 电子类似于氖的稳定结构

C + 4 H CH

HHH

CHH

CHH C C

H

H H

H

CH C H

H C C H

两个原子各出一个电子，配对形成两个原子之间共用电子对，这样形成的化学键称为共价键。

共价键的形成：是成键原子的原子轨道 ( 电子云 ) 相互交盖的结果。

H H+ H H = 氢原子 轨道交盖 氢分子

共价键的形成—价键理论

共价键的饱和性 共价键的方向性

+

H(1s) Cl(2p)

Öصþ×î ´ó

Îȶ¨ ½áºÏ

²»Îȶ¨ ½áºÏ

£¨1£©

£¨3£©

²»ÄܽáºÏ

£¨2£©

Öصþ½ÏС

Cl

Cl

Cl

H

H

H

共价键的分类(1)按成键电子对的数目 : 单键、双键、三键 .(2)按成键原子轨道的重叠方式 : σ键与 π键

原子轨道沿着轨道的对称轴方向“头对头”相互重叠所形成的键叫 σ键。

σ键示意图

π键 : 由两个 p 轨道彼此平行“肩并肩”重叠所形成的键叫π键 .

π键示意图

杂化轨道理论 (hybrid orbital theory) :

基态

2p

2s

1s

激发态

2p

2s

1s

sp3 杂化态

1s

sp3杂化

杂化：混合后再重新分配能量相等能量相等

(a) 碳原子轨道的 sp3 杂化

(b) 碳原子轨道的 sp2 杂化(c) 碳原子轨道的 sp化

电子跃迁

碳原子在基态时的电子构型： 1s22s22px12py12pz0

（ A ）键长 一些共价键的键长

（ 2 ）共价键的属性

共价键 共价键键长/nm 键长/nm

C C

C H

C N

C O

C F

C Cl

C Br

C I

C C

C C

0.154

0.147

0.143

0.141

0.109

0.177

0.212

0.134

0.120

0.191

指成键原子的原子核之间的平均距离 .

指成键时体系释放的能量或断键时体系吸收的能量。

（ B ）键能

一些共价键的键能共价键 共价键键能/kJ.mol

C CC H

C N

C O

C F

C Cl

C Br

C I

C C

C C

347

305

360

485

414

339

218

611

837

285

键能/kJ.mol-1-1

键能越大 , 越稳定 .

（ C ）键角

乙醚戊烷甲烷

指键与键之间的夹角，反映分子的结构。

C

H

HH

H

109.5o 109.5o

O104o

C OH

H118

o121o

甲醛

当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（ δ- ）；电负性小的原子带有部分负电荷（ δ+ ）。键的极性强弱用偶极矩（μ）来衡量，它是部分电荷与正负电荷之间距离的乘积： μ=q.d（ C.m)δ+ δ-

（ D ）键的极性和诱导效应

H ClH Clμ=3.57x10-

30 （ C.m)共价键的极性大小是用偶极矩 (μ) 来度量的。

μ= q.dq: 电荷d: 正负电荷之间的距离μ: 单位为 C·m ( 库 [ 仑 ]· 米 )

（四）有机化合物的结构

偶极–偶极相互作用： 一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一个分子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用。

＋ -＋ -

H － Cl H － Cl

＋-

＋ - H － Cl

Cl － H

极性分子之间的一种相互作用

1. 偶极–偶极相互作用

- ＋ ＋ ＋ ＋- - -

＋ ＋ ＋ ＋- - - -

2. van der Waals 力

非极性分子之间存在的吸引力

van der Waals ( 范德华 ) 力：

H3CO

H OCH3

H

两个甲醇分子之间形成的氢键：

分子间作用力大小顺序为：氢键 >> 偶极 - 偶极吸引力 > van der Waals 力

3 氢键 (hydrogen bonds)

H Y (Y: N,O,F等原子)Y: 电负性很强，原子半径较小

（五）有机化合物的分类（ 1 ）按碳骨架分类

1-丁烯

CH3CH2CH=CH2 CH3CHCH2OHCH3

（ B ）脂环化合物OH

环戊烷

（ A ）开链化合物

2-甲基丙醇

环己醇 环辛炔

（ C ）芳香族化合物

苯酚

（ D ）杂环化合物

呋喃

OH NO2

O N O CHO

萘硝基苯

2-呋喃甲醛 吡啶

（ 2 ）按官能团分类一些常见重要官能团

化合物类别 官能团构造

C CC C

官能团名称

Ï©ÌþȲÌþ±́ú Ìþ

Ïõ»ù»¯ºÏ Îï°·´¼ºÍ ·Ó

X(F,Cl,Br,I)

NO2

NH2

OH

Ë«¼üÈý¼üÂ±Ô ×Ó

Ïõ»ù°±»ùôÇ»ù

ÃÑÈ©

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»ÇËá

OCHO

CO

CN

COOH

SO3H

ÃѼüÈ©»ù(¼×õ£»ù)

ͪ ôÊ»ù

Çè»ù

ôÈ»ù

»ÇËá»ù

（六）有机化学中的酸碱理论

Lewis 碱 (Lewis bases) ： 能够给出电子对的分子或离子

Lewis 酸碱理论

Lewis 定义：Lewis 酸 (Lewis acids) ： 能够接受电子对的分子或离子

酸碱络合物酸碱络合物电子给予体电子给予体

电子接受体

电子接受体

F B

F

F

+ O

CH2CH3

CH2CH3 F B

F

F

O

CH2CH3

CH2CH3

产物(product)

溶剂

底物(substrate)

试剂(reagent)

有机反应的本质： 旧键的断裂和新键的生成

反应物(reactants)

反应物(reactants)

C C + Br Br C C

Br Br

CCl4

（七）共价键的断裂和有机反应的类型有机反应 (organic reactions):

R:L 均裂 R L

R:- L+

R+ L:-

碳负离子

碳正离子

自由基

异裂R:L

( 活性中间体 )

( 活性中间体 )

( 活性中间体 )

自由基反应

离子型反应