有机化学第一章绪论l

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 绪论,一辆汽车需橡胶 200,Kg,有机化学的重要性,一架飞机需橡胶 600,Kg,一艘35,000吨的轮船,需橡胶 60,T,生产,1,000,T,年,橡胶,：,天然橡胶,占地3万亩，种树300万株，,工人5,000 6,000人,合成橡胶,占地,10,亩，工人几十人。,有机化学是涉及大量,天然物质,和,合成物质,的独特的学科，这些物质直接关系到人类的衣、食、住、行。,利用有机化学可以制造出无数在生活、健康和生产方面不可缺少的产品，对国民经济起着决定性作用。,（,工业、农业、医药、能源、国防,。,）,组成,人体器官的物质,、供给,人体营养的食物,以及,人体中发生的反应,实质上也是有机物质和有机反应。,构成,动、植物,结构组织的,蛋白质,和,纤维素,、,水果,和,花的香气,等也是有机化学的研究范围之内。,有机化学的重要性,生物化工,、,功能材料,、,生物科学,与,有机化学,结合，形成新的产业部门。,有机化学是一门迅速发展的学科,19011998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的,化学奖55项，占化学奖61%,1.1、,有机化学及其研究对象,有机化学（organic chemistry）,是研究,有机化合物(organic compound,）,的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法学的科学。,传统误区,：有机化合物：来自有生机生物体的化合物；生物所具有的,生命力,是制造或合成有机物质的必要条件。,什么是,有机化合物,？,C,8,H,18,、C,15,H,32,、C,2,H,5,OH、C,6,H,12,O,6,、CH,3,COOH,涵义：,“有生机之物”,瑞典化学家,贝格曼,(T.D.Bergman)于1777,年将化合物分为,“无机”,和,“有机”,两大类。,无机物,-,非生物体,或,矿物质,得到的物质,有机物,-,生物体（植物或动物）,中获得的物质,从组成上看主要含有,C、H,还有,O、N、X、S、P,等,“,有机化学,”是由当时在世界上享有盛名的瑞典化学家,贝采利乌斯,(Berzelius.J.J.1979-1848)于1808,年首先引用，以区别于矿物的化学,无机化学,。其引用,有机化学,这个名词并将,有机化学,与,无机化学,绝对分开是基于“,生命力论,”。,但这一成就未能立即给,“,生命力,”论,以致命的打击。由于,维,勒,当时所用的氰酸铵是依赖有机物制成的，“生命力”维护者争辩说：“,生命力,”即在,维勒,所用的氰酸铵中。,1828年，德国化学家,维勒,(F.Wohler）由,氰酸铵,（典型无机物）制成,尿素,（典型有机物）,NH,4,OCN H,2,N-CO-NH,2,60,O,1854年-1856年，又合成了,甲烷,、,甘油,、,乙醇,等许多典,型有机化合物。“生命力”学说才宣告破产。,从此确信了人工合成,有机化合物,是完全可能的。,1854年,柏赛罗,（M.Berthelot）合成了油脂。,1845年德国有机化学家,科尔伯,（H.Kolbe）从无可争辩,的无机物,制成了公认为有机物的,醋酸,：,C+Cl,2,CCl,4,Cl,3,CCOOH CH,3,COOH,S,水，阳光,Na-Hg,1874年,肖莱马,（Schorlemmer.C.18341892）：,将有机化合物定义为,“碳氢化合物及其衍生物”,1851年,葛美林,（Gmelin.L.17881853）和,凯库勒,（Kekule.A.18291896）等：,“含碳的化合物称为有机化合物”,但,CO、CO,2,、Na,2,CO,3,、KCN,等为无机化合物,有机化学：研究,碳氢化合物及其衍生物,的化学分支。,有机化合物和有机化学,有机化合物就是含碳化合物,（,CO、CO,2,、H,2,CO,3,及其盐类的性质更接近于无机物,放在无机化学中学习）。,或者说有机化合物是碳氢化合物（烃）及其衍生物。,有机化学也就是研究烃及其衍生物的化学。,1.2 有机化合物的特性,可燃性,热稳定性差,熔点较低，多为气体、液体；,难溶于水，易溶于有机溶剂,反应速度比较慢,常发生副反应,1.2.1 有机化合物性质上的特点：,1.2.1有机化合物结构上的特点同分异构,同分异构体,:分子,组成相同,而,结构不同,的物质。,同分异构现象,:分子组成(分子式)相同,而结构不同的现象。,有机化合物分子结构(structure),包括:,分子的构造,(constitution)、,构型,(configuration)、,构象,(conformation),构造,:是指组成分子的原子或基团的相互连接次序和方式。,构型,:是指组成分子的原子或基团的固有空间排列。,构象,:是指组成分子的原子或基团的相对空间排列。,构型,和,构象,都是有机物分子的立体化学状态,是在分子构造相同时,组成分子的原子或基团的空间排列状态.,较简单，较少异构现象,复杂，常有异构现象,构造,较无副反应，且反应速率较快,常有副反应的可能，所以较复杂，但因非离子反应，所以速率较慢，故常需催化剂,反应及速率,一般为电解质，常为离子反应,一般为非电解质，所以多数为非离子反应,离子反应,不燃的较多,在空气中多数会燃烧,可燃性,一般溶于水，但不溶于有机溶剂,一般不溶于水，但溶于有机溶剂,溶解性,一般较高,一般较低,熔点,离子键结合多,共价键结合多,化学结合,约100种全部元素,主要,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,、,X,构成元素,比较少（40万种）,非常多（约1000万种）,种类,无机化合物,有机化合物,有机物和无机物的差別,1.3 有机化合物的化学键,1.3.1 价键理论,价键理论的三个要点：,1.,定域性,：自旋反平行的两个电子绕核做高速运动，属于成键原子共同所有。电子对在两核之间出现的几率最大；,2.,饱和性,：每个原子成键的总数或以单键连接的原子数目是一定的。原子中的成单电子数决定成键总数；,3.,方向性,：原子轨道有一定的方向性（s，p，d），与相连原子轨道重叠成键要满足最大重叠条件。因此，一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。,原子轨道重叠情况示意图,1.3.2 分子轨道理论,1932年,(美),密立根,和(德),洪特,提出:成键电子的运动并不局限于成键原子之间,而是在整个分子的区域内,即在整个分子体系的三维空间内,都有一定的分布概率(,2),，成键电子的运动是离域的.,分子轨道包括:成键轨道、反键轨道(能量由低到高),分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子的运动状态，认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的，该理论认为化学键是原子轨道重叠产生的，任何数目的原子轨道重叠可以形成同样数目的分子轨道，如,H,2,的形成：,2,（,反键轨道,）,=,A,-,B,A,B,H,A,H,B,1,（,成键轨道,）,=,A,+,B,1.3.3 碳原子轨道的杂化,1931年，鲍林（Pauling L）提出,原子轨道杂化,理论。,能量相近,的原子轨道，可进行杂化，组成能量相等的杂化轨道。,1.,SP,3,杂化,这是用一个2s轨道和三个2p轨道进行的杂化，故称为,sp3杂化,。,与基态轨道相比，杂化轨道具有以下特点：,a).,能量相等,，成分相同（1/4s轨道和3/4p轨道）；,b).杂化轨道的,电子云,分布更,集中,，可使成键轨道间的重叠部分增大，成键能力增强；,c).sp3 杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四面体型，轨道夹角10928。sp3 杂化又称为,正四面体杂化,。,甲烷SP,3,杂化,2.,SP,2,杂化,由2s轨道和两个2p轨道杂化，形成,三个等同的sp2,杂化轨道。另有一个2p轨道不参与杂化。,a).杂化轨道成分：1/3s轨道和2/3p轨道；,b).成键能力较sp3杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；,c).杂化轨道呈平面三角形，,夹角120,。未杂化2p轨道,垂直于这一平面,。,SP,2,杂化,示意图,3.,SP,杂化,由2s轨道和一个2p轨道杂化，形成两个等同的sp 杂化轨道。另有两个2p轨道不参与杂化。,a).杂化轨道成分：1/2s轨道和1/2p轨道；,b).成键能力较sp2杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；,c).杂化轨道呈直线型，夹角180。另两个未杂化2p轨道与这一直线两两垂直。,SP,杂化示意图,两个,1.3.4 键和键,共价键具有,方向性,。按照成键的方向不同，分为键和键。键和键是两类重要的共价键。,1.键：,在甲烷分子中，存在四个等同的C-H键，碳原子采取sp3 杂化。取一个杂化轨道进行分析,这种沿着对称轴的方向以“头碰头”的方式相互重叠形成的键叫做键。,键的成键特点：,1).“头碰头”成键，电子云近似圆柱形分布；,2).键,可以旋转,；,3).键较稳定，存在于一切共价键中。,因而，只含有键的化合物性质是,比较稳定,的（烷烃）。,2.键：,在乙烯分子中，碳原子采取sp2 杂化。另有一个p轨道不参与杂化，而形成另一类型的共价键键。,未杂化的p轨道可以“肩并肩”平行重叠成键，形成键。构成键的电子叫做电子。,键的成键示意图,键的成键特点：,1).“肩并肩”成键；2).电子云重叠程度不及键，较活泼；3).键必须与键共存；4).键不能自由旋转。,因而，具有键的化合物性质较活泼（烯烃、炔烃等）。,1.3.5 共价键的属性,1、键长,键长是共价键结合的两个原子核核心之间的矩离。,2、键角,两个共价键之间的夹角。,3、键能,当A和B两个原子（气态）结合生成A-B分子（气态）,时，所放出的能量称为键能。,4、键矩,正（或负）电荷中心的电荷值（e)与正负电荷中心之,间的矩离(d)的乘积:键矩=e*d,1.键长,由共价键连接起来的两个原子的核间距离,单位：,1 nm=10 A,。,在不同化合物中的CC 键,0.1466,H,2,C=HC,CH=CH,2,sp,2,-sp,2,0.1510,H,3,C,CH=CH,2,sp,3,-sp,2,0.1540,H,3,C,CH,2,CH,3,sp,3,-sp,3,0.1530,H,3,C,CH,3,sp,3,-sp,3,键长(nm),化合物,键类型,键长(,nm,),C,H,0.109,C,C,0.154,C,C,0.120,C C,0.134,注意：,不同,的共价键,有不同的键长,不同化合物，其相同的原子,核间的键长稍有差别,2.键角,两个共价键之间的夹角,键长、键角决定着分子的,立体形状,。,注意：,不同分子有“,同一种,”的键角，差别很大。,CH,2,CH,2,CH,2,60,。,同一类型,的化合物连接,不同的原子（基团）,键,角有所不同。,键能,是指一个共价键的强度，一般共价键结合得,牢固,，则其键能就,大,。,3.键能,将,1mol,分子（气态）解离为原子（气态）时所,吸收的能量。,单位：,kJ/mol,A（,气,）+B（,气,）A-B（,气,）,Cl+Cl Cl,2,H=-242kJ/mol,(,放热),Cl,2,2Cl H=+242kJ/mol,(,吸热),键能是指破坏或形成某一个共价键所需的平均能量。一般来说，有机分子的键能越,小，,键就越,活泼；,键能越,大，,键就比较,稳定。,双原子,分子键能也就是键的,离解能,；,多原子,分子同类型共价键的键能，是各个键,离解能的平均值,。,如：,离解能,H,（,kJ/mol,）,CH,4,CH,3,+H,+435.1,CH,3,CH,2,+H,+443.5,CH,2,CH +H,+443.5,CH,C +H,+338.9,H=（435.1+443.5+443.5+338.9）=1661 kJ/mol,故甲烷,C-H,键的,键能,为：,1661/4=,415.3,kJ/mol,而,CH,4,C +4H,4.,键的极性与偶极矩,分子中以共价键相连的原子吸引电子的能力是不同的。,电负性大吸引电子能力大。,电负性小吸引电子能力小。,相同两原子形成的共价键，电子云对称分布在两核中间,无极性,。