有 机 化 学
邢其毅等 , 《有机化学基础》,高等教育出版社
胡宏纹等,《有机化学》,人民教学出版社
《有机化学》 , 吉林大学等五校编
主要参考书主要参考书
第一章 绪论第二章 有机化合物的结构和化学键 第三章 立体化学基础第四章 烷烃 第五章 烯烃 第六章 炔烃和二烯烃第七章 脂环烃第八章 芳香烃
第九章 卤代烃第十章 醇酚醚第十一章 醛酮醌第十二章 羧酸及其衍生物 第十三章 取有机化合物第十六章 杂环化合物代羧酸第十四章 糖类化合物第十五章 含氮化合物
第一章 绪 论
主讲:袁琴
1. 1. 有机化合物、有机化学的定义有机化合物、有机化学的定义
有机化学有机化学有机化合物有机化合物 (( organorganic compoundsic compounds ))
(( organorganic chemistryic chemistry ))
““organorgan”——”—— 器官,有生命的机体。器官,有生命的机体。““有有机机””二字是同生命现象紧密二字是同生命现象紧密相连而产生的。相连而产生的。
第一节 有机化合物和有机化学
1828 年,德国化学家韦勒( F.wohler )发现由无机物氰酸铵( NH4CNO )很容易转变为尿素 [ ( NH2 ) 2CO], 但未被当时化学界承认。1845 年柯尔柏( H.kolbe ) , 由C 、 O2 、 Cl 合成了醋酸。1854 年柏赛罗( M.berthelot )合成了油脂。
有机化合物的元素组成: C 、 H 、 O 、 N 、 S 、 P 、 X( 卤素)
有机化合物 : 碳化合物有机化学 : 研究碳化合物的化学
碳是有机化合物的基本元素,葛美林( Gmelin.L) 凯库勒 (KeKule .A):
有些化合物如碳酸盐、金属氰化物等虽然含有C 、 H 等元素,但具有典型无机化合物性质,不是有机化合物
有机化学:研究有机化合物的组成、结构、 性质、合成方法及其变化规律的科学。
有机化合物的特性
1 、 价键类型
有机化合物原子间主要通过共价键相连。
无机化合物离子键或极性共价键
2 、 燃烧性 易燃烧( CCl4 例外,灭火剂)
不易燃烧
3 、熔、沸点 多数有机化合物熔点低,主要是分子间力和范德华力。
多数无机化合物熔点高
4 、 水溶性 大多有机化合物不容易溶于水。(低分子量醇、醛酮、羧酸以及氨基酸、糖类化合物易溶于水)
大多无机化合物容易溶于水(据相似相溶原理)
有机化合物的特性
5 、反应速度
有机化合物大多数有机化合物的反应速度慢 (三硝基甲苯 (TNT) 可以进行爆炸式反应)
无机化合物大多数无机化合物的反应速度快
6 、反应产物 产物复杂,副反应多。
产物简单,无副产物。
7 、异构现象 普遍存在 很少出现
1 、化学结构:在分子内组成化合物的若干原子,是按一定的排列顺序和结合方式连接着的。
3 、碳原子之间可自相结合成键,不仅可形成碳碳双键、还可形成碳碳叁键。
一、有机化合物结构经典理论:
2 、在有机化合物中碳原子是四价的,而且四个价键相等并形成共价键。
第二节 有机化合物的结构理论
二、分子结构和结构式
1 、分子结构:指分子中原子的成键次序和键合方式。
CH
CHH
HO
HH C
HOH
HC HH
H
分子式: C2H6O
沸点: 78.2℃ -23℃
1- 丙醇
环戊烷
短线式(蛛网式) 缩简式(缩写式) 键线式
脂肪族化合物常用缩简式、环状化合物常用键线式!
CH
CCH
HO
HH
HH
H
CH3CH2CH2OHOH
C
C C
CC
H HH
H
H
HH
H
HH
H2C
H2C CH2
CH2
CH2
2 、结构表示法:
三、化学键离子键和共价键
经典共价键理论—— Lewis 价键理论G. N. Lewis 在 1916 年假定1.化学键所涉及的每一对电子处于两个 相邻原子之间为其共享,用 A—B 表示。2. 双键和叁键相应于两对或三对共享电子3. 分子的稳定性是因为共享电子对服从“八隅
律” (octet rule) 。
共享电子对——共价键
共价单键 (1 对)single covalent bond共价双键( 2 对)double covalent bond
共价叁价( 3 对)triple covalent bond
Lewis 结构式
C C
H
H H
H
C C HH
共价键的类型 键:
π 键:肩并肩 (py— py , pz— pz )
头碰头 (s — s , s—px , px — px)
1. 键可以绕键轴自由旋转; 而 π 键不能旋转;
2. 键重叠程度大于 π 键; 键较 π 键稳定;
◆σ键:“头碰头”
σ 轨道可由各种方式组成
重叠轨道的电子云密度绕键轴(原子核之间的连线)对称σ键可以绕键轴自由旋转
特征:
x
x
x
◆ π键: “肩并肩”
◆ δ 键: d 轨道重叠形成的 (本课程不要求)
π键不能自由旋转
重叠轨道的电子云密度绕键轴不完全对称。
特征
py— py , pz— pz
形成条件:成键原子一方提供孤对电子,
另一方 提供空轨道。
配位键(共价键的一种特殊形式)
:NH3 + H+ NH4+
+
叁键
双键 重键:
单键: 键规律: 键 +π 键
键 + 2π 键
四 . 杂化轨道( hybrid orbital )
同样如 H2O
杂化:
在成键过程中,同一个原子中的几个能量相近的不同类型原子轨道进行线性组合,重新分配能量和确定空间方向,组成数目相等的新的原子轨道的重新组合过程● 成键时能级相近的价电子轨道相混杂,形成 新的价电子轨道——杂化轨道
● 杂化前后轨道数目不变
C 原子的杂化形式
● sp3 杂化
● sp2 杂化
● sp 杂化
杂化形式 ● sp3 杂化2p
2s2s
2psp3
四个 sp3 杂化轨道
激发 杂化
基态碳原子的结构
杂化轨道
杂化轨道呈正四面体型
●轨道成分变了●轨道成分变了●轨道的能量变了●轨道的能量变了
●轨道的形状和伸展方向变了●轨道的形状和伸展方向变了
CH4 中共价 键形成
4 个 C-H 键,即:C 原子形成了 4 个键
键角为 109 0 28’ ,
1 、当一个碳原子与其他四个原子直接键合该碳原 子处于饱和状态,呈 sp3 杂化,构型为四面体。
2 、当与碳直接键合的四个原子相同时,键角为 109 0 28’ ,若直接键合的原子不同,键角稍有 变化
sp3 杂化:
基态碳原子的结构
杂化轨道
● sp2 杂化
3 个杂化轨道呈平面三角型分布
120 。H2C CH2
键:
π 键:
sp2 杂化:
每个 C 原子形成 3 个键, 1 个 π 键
1 、当一个碳原子与其他三个原子直接键合,该碳 原子处于不饱和状态,呈 sp2 杂化,构型为平面 三角型,键角为 120 0
sp2 杂化:
2 、一般双键碳均为 sp2 杂化
H2C CH2
CH
OH2C CH2
杂化轨道
● sp 杂化
基态碳原子的结构
2 个杂化轨道(红色的)呈直线型分布
1. 当一个碳原子与其他两个原子直接键合, 呈直线型,该碳原子为 sp 型杂化,
2. 叁键的碳均为 sp 杂化。HC CH HC N
+
+
++
HC CH
HH
● sp3 杂化
● sp2 杂化
● sp 杂化
1/4s, 3/4p
与四个原子相连
1/3s, 2/3p
与三个原子相连
1/2s, 1/2p 与两个原子相连
杂化 C 原子的电负性
sp > sp2 > sp3
总结: C 原子杂化轨道的成分及特点
直线型,键角 180°
平面三角型,键角 120°
四面体,键角 109° 左右
第三节 共价键的属性——键参数
键的极
性
分子的
空间构
型
2. 键角
1. 键长
3. 键能 (E)
4. 键矩 ): =q·l
键的强
度
分子中两个原子核间的平均距离
键长 (bond length) :
1. 同型共价键时: 键长愈短,键愈牢固。
键长特点:
2. 相同原子形成的非同型键 :
键长:单键>双键>叁键
键与键之间的夹角
键角 (bond angle) :
键能 (bond energy):
在 298 K 和 100 kPa下将 1mol气态双原子分子断裂成 2 mol气态原子所需要的能量。
对双原子分子:离解能 = 键能
键能愈大,键愈牢固。
意义:判断键的强度
D (H — Cl) = 431 kJ·mol-1
D (Cl — Cl) = 244 kJ· mol-1
分子稳定性:
HCl >Cl2
对多原子分子:键能指平均键能
)(
)(
1-
321
molkJ3863
356375427
3H-N
DDDE
例如 NH3
电负性相同H 2.20
非极性共价键
极性共价键 电负性不同Cl ( 3.16 )
电负性 : 原子吸引成键电子对的能力
共价键的极性 决定于成键原子的电负性
H H
( >0 )
Cl H-
( =0 )
电负性相差越大 ,极性越强 ;相差越小 ,极性越弱。
1 . 有机化合物的分类 (根据碳架分类 )
链状化合物( 脂肪族化合物)
碳环化合物
a 、脂环族化合物b 、芳香族化合物
C 、杂环化合物。
H3C
CH3
ON
第四节 有机化合物的分类第四节 有机化合物的分类
按官能团分类
常见的官能团及所属类别举例
能决定化合物的特性的原子或原子团官能团:( functional group):
烃 卤代烃 醇 酚 醚 醛 酮 羧酸
有机化合物
官能团 化合物类别 化合物举例
炔 CHHCÒÒȲ
卤素 -X 卤代烃 ÂÈÒÒÍé CH3CH2Cl
羟基 -OH 醇或酚 C2H5OH
OH
ÒÒ́¼
±½·Ó
醚 ÒÒÃÑ CH3CH2OCH2CH3
烯 ±ûÏ© CH3CH=CH2̼̼˫¼ü
̼̼Èþ¼ü
ÃѼü O
ÒÒÈ© CH3CHO醛 C H
O
È©»ù
C
O
ͪ »ù酮 ±ûͪ CH3COCH3
C OR
O
õ¥»ù 羧酸酯
C OHO
ôÈ»ù 羧酸 ÒÒËá CH3COOH
ÒÒËáÒÒõ¥ CH3COOCH2CH3
氨基 -NH2 胺 ÒÒ°· CH3CH2NH2
硝基 -NO2 硝基化合物 NO2Ïõ »ù±½
氰基 -CN 腈 ÒÒëæ CH3CN
2. 有机化合物的反应类型
有机反应的特征:共价键的断裂有机反应的特征:共价键的断裂有机反应的特征:共价键的断裂有机反应的特征:共价键的断裂均裂
异裂均裂
特征:共用电子对平均分给成键的两个原子。 产生自由基。
A B+
异裂 A - B ++
A B
A B
A B A + B -+
特征:共用电子对非平均的分裂成两个带电荷原子。
游离基(自由基)反应:
1. 链引发
2. 链传递
3. 链终止
形成自由基
Cl Cl光或热
引发剂2Cl
H CH
3
Cl + H Cl + CH3
Cl + CH3
ClCH3
CH3 + CH3
CH3CH
3
共价键均裂
自由基为中间体
离子反应:
共价键断裂时共用电子对为成键两原子原子或基团的某一方所占有,生成离子,常发生在极性分子上。
RCH2:A Òì ÁÑ RC:H2 + A +
RCH2B
-
B+
RCH2 : A Òì ÁÑ+
RCH2 + A: -
RCH2BB-
碳正离子
碳负离子
共价键异裂
第五节 有机酸碱概念第五节 有机酸碱概念
2. Lewis 酸碱理论
1. Bronsted-Lowry 酸碱理论
(酸碱质子理论)
(酸碱电子理论)
酸碱的定义酸: 能给出质子 H+ 的物质
H+
H+
HAc + Ac-
NH4+ + NH3
碱:能接受质子 H+ 的物质
H+
H+
+Ac- HAc
NH3 + NH4+
1. Bronsted-Lowry 酸碱质子理论
A+B = A : B酸碱 酸碱配合物
一对电子
2. Lewis 酸碱电子理论
Lewis 酸 : 能够接受电子对的物质
BF3AlCl3 FeCl3
Lewis 碱:能够给出电子对形成配位键的物质NH
3
RNH
2
R-O-R ROH RSH R-S-R
例:
Cu
NH3
NH3
NH3
NH3
2+
酸 碱
酸碱配合物
Cu2++ 4 NH3 =
B
F
F F
+ NH3B
F
F F
NH3
Lewis 酸 : 缺电子的分子、原子和阳离子
Lewis 碱 : 含孤对电子的分子、原子和阴离子