有机化学-绪论(全面剖析)

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,*,有 机 化 学,Organic Chemistry,淮阴师范学院化学化工学院,主讲教师：周建峰,（,教授）,曾昭琼主编，有机化学（上、下册）,(,第四版,),，,高等教育出版社,胡宏纹主编，有机化学（上、下册）,(,第二版,),，,高等教育出版社,北京大学,主编，,有机化学,(,上、下册,),，,高等教育出版社,本 课 程 主 要 参 考 书 目,第一章 绪 论,(,Introduction),本章重点讲解问题,一.有机化学的概念,了解,二.共价键的一些基本概念,掌握,三.研究有机化合物的一般步骤,了解,四.有机化合物的分类,理解,1.有机化学,“有机化学”这一名词于1806年首次由瑞典化学家贝采里乌斯（）提出。当时是作为“无机化学”的对立物而命名的。由于科学条件限制，有机化学研究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的有机物。因而许多化学家都认为，在生物体内由于存在所谓“生命力”，才能产生有机化合物，而在实验室里是不能由无机化合物合成的。然而在1828年的时候，德国化学家维勒（,F.W,o,hler,），在实验室中成功合成了尿素（一种生物分子），自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围，扩大为含碳物质的化学(但不包括含碳的无机化合物)。所以，,有机化学,又称为碳化合物的化学，是研究,有机化合物,的组成、结构、性质、合成、反应机理和应用等的学科，是化学中极为重要的一个分支。,第一节 有机化学和有机化合物,1848年，德国化学家葛美林(L.Gmelin)对有机化学提出了新的定义，即现在所用的定义：,含碳化合物的化学就是有机化学,（Organic Chemisty is the Chemisty of Carbon Compounds）,德国共产主义者化学家，有机化学的奠基人肖莱马(C.Schorlemmer)提出，有机化合物是碳氢化合物及其衍生物，,有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的科学。,NH,4,OCN （NH,2,),2,CO,注意：有机化合物中不能没有碳，但碳本身和一些简单的碳化合物不属于有机化合物。,例如：CO、CO,2,、CO,3,、CaC,2,、金属羰基化合物等，它们都属无机化合物。,H,C,N,O,F,P,S,Cl,Br,I,Si,B,有机化合物中常见的元素,近年来人们关注的生命化学、材料化学、金属有机化学、配位化学均与有机化学相关。,有机化学和人类生活有着极为密切的关系。,有机化学与国民经济的各个行业的关系极为密切。有机化学是应用学科的基础。,有机化学的重要性,2.有机化合物的特点,熔点、沸点低(low m.p.and b.p.)，热稳定性差；,一般400,m.p.（NaCl）=801；b.p.（NaCl）=1413,容易燃烧(inflammable)，生成CO,2,和H,2,O；,但CCl,4,不但不燃烧，而且可以作灭火剂,难溶于极性大的水(immiscible with water)，易溶于非极性的有机溶剂；,但CH,3,COOH、C,2,H,5,OH、CH,2,-CH-CH,2,等易,溶于水,OH OH OH,如：易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。,分子组成复杂(complicated structure)，异构现象普遍存在。,反应条件,催化剂,加热,光照,（活化分子）,（增加分子热运动）,反应速度慢、副反应多(multiple reactions)；,所以写有机反应式常用“”而不用“”,CH,3,CH,2,CH,3,+Cl,2,h,u,CH,3,CH,2,CH,2,Cl+CH,3,CHCH,3,Cl,CH,3,CH,2,CHCl+ClCH,2,CH,2,CH,2,Cl,Cl,CH,3,CHCH,2,Cl+CH,3,-C-CH,3,Cl,Cl,Cl,异构体(isomers),构造,反应及速率,离子反应,可燃性,溶解性,熔点,化学结合,构成元素,较简单，较少异构现象,复杂，常有异构现象,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,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,不燃的较多,在空气中多数会燃烧,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,一般较高,一般较低,离子结合,共价结合,约100种全部元素,主要C、H、O、N、P、S、X,比较少,非常多（约4000万种）,种类,无机化合物,有机化合物,有机和无机的差別,(1),成键的两个原子具有,未成对电子且自旋相反,时，就可偶合配对，每一对电子成为一个共价键。,(2),共价键具有饱和性,。,若一个原子的未成对电子已配对，它就不再与其它原子的未成对电子配对。,(3),共价键具有方向性,。,轨道重叠时重叠的程度最大。,1.价键理论(又称电子配对理论),一、共价键理论,共价键理论,价键理论(VB法),分子轨道理论(MO法),第二节 共价键的一些基本概念,2.分子轨道理论,原子轨道,分子轨道,相,同,点,最低能量原理,：电子从能量最低的轨道排起，按能量的增高依次排上去,洪特规则,：电子尽量占据最多的能级相同的轨道，且自旋方向相同,鲍林原理,：每个轨道最多容纳两个电子，且自旋方向相反,不,同,单,中心,多,中心,用,s,p,d,f,表示,用,表示,二、共价键的键参数,1.键长(bong length),一般共价键越短，键越强，越牢固。,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,成键原子的核间距，单位为,nm,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,0.134,2.键角(bond angle),两共价键之间的夹角,键长,、,键角,决定着分子的,立体形状,。,CH,2,CH,2,CH,2,60,。,3.键能(bond energy),离解能或平均离解能,将1mol分子（气态）解离为原子（气态）时所吸收的能量。单位：kJ/mol,键能,表示共价键的强度，共价键结合得,牢固,，则其键能就,大,。,利用键能数据可计算出反应热。,H=,H,反应物,-,H,产物,A（,气,）+B（,气,）A-B（,气,）,键的,形成,放热,，,H,为,负值,断裂,吸热,，,H,为,正值,双原子,分子键能:键的,离解能,多原子,分子键能:各个键,离解能的平均值,有机分子的键能越,小，,键就越,活泼；,键能越,大，,键就比较,稳定。,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,故甲烷,C-H,键的,键能,为：,1661/4=,415.3,kJ/mol,H=1661 kJ/mol,而,CH,4,C +4H,例：根据表1-3共价键的键能，把下列共价键的稳定性由大到小排列，简述理由。,解：共价键的键能数据为：,共价键,C-Br,C-H,C-Cl,C-I,键能/kJ,mol,-1,284.5,415.3,338.9,217.6,通常键能越大，键越稳定，所以共价键的稳定性由大到小排列为：,C-H C-Cl C-Br C-I,在室温下分子热运动的能量约为63-84kJmol,-1,，比一般共价键的键能小得多，因此共价键在室温下是稳定的。,4.键的极性(bond polarity)与偶极矩(dipole moment),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,。,如：H H Cl Cl,(非极性共价键),两个不同原子,成键时，由于原子拉电子能力不同，(分子中键合原子拉电子能力叫电负性),共用电子对发生偏移，使一原子带部分负电荷(d,-,)，另一原子带部分正电荷(d,+,)。电子云分布不对称,有极性,。成键原子,电负性差越大,，键的,极性越强,。,H Cl,(极性共价键),键的极性大小用,键矩,(也称,偶极矩,m,)表示。,m,=,q,(正or负电荷中心的荷电量),d,(正负电荷中心间距离),单位:C,m(库仑米)，德拜(D)(1D=10,-18,厘米静电单位)。,偶极矩是矢量，规定其方向由正极指向负极（,注意：,电子转移方向是由负极到正极）。,键的极性与分子极性的关系:分子极性的大小用偶极矩表示，它是分子中各个键键矩的,矢量和,。,=0 D,=0 D,一氯甲烷,甲 烷,四氯化碳,=1.94 D,二氧化碳,O C O =,0 D,双原子分子的极性就是其键的极性，如：,HCl =,1.03D,多原子分子的极性是各个价键极性的矢量和。,非极性分子,极性分子,三、共价键的断裂,共价键断裂有两种,：,均裂,异裂,断裂方式：决定于分子结构和反应条件。,1.均裂(homolysis),成键的一对电子平均分给两个原子或原子团,(,游离基反应),free radical reaction,自由基（游离基）,CY C+Y,均裂,条件：非极性溶剂、,光或高温,2.异裂(heterolysis),成键的一对电子为某一原子或原子团所占有,（离子型反应）,ionic reaction,CY,碳正离子,carbocation,C +Y,+,-,碳负离子,carboanion,C +Y,+,-,异裂,条件：极性溶剂、,酸碱催化,离子型反应,亲电反应,亲核反应,亲电反应,-由亲电试剂进攻而发生的反应。,亲电试剂(亲电体),-在反应过程中接受电子或共用 电子(属另一反应物分子)的试剂。,特点：缺电子的正离子。如碳正离子和氢离子等。,亲核反应,-由亲核试剂进攻而发生的反应。,亲核试剂(亲核体),-能给出电子，在反应过程中进攻反应物中带部分正电荷的碳原子。,特点：带有负电子的原子或原子团及有孤对电子对的分子。如OH,-,、:NH,3,协同反应(concerted reaction),-反应历程中不产生离子或自由基中间体，不受溶剂极性的影响，也不被酸碱所催化，化学键的断裂和生成是同时发生的。(周环反应),第三节 研究有机化合物的一般步骤,1、分离提纯,2、纯度的检验：,物理常数的测定,3、元素分析和分子式的确定,4、结构的确定,5、构造式写法,构造、构型和构象,根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等光谱分析,构造：是分子中原子的连接方式和顺序,价键式：用短线表示成键,点电子式：用电子对表示成键,C,H,H,H,C,H,CC,H,H,H,H,例：甲基橙是一个含氧酸的钠盐，它含碳51.4%、氢,4.3%,、氮,12.8%,、硫,9.8%,和钠,7.0%,，写出甲基橙的实验式。,解：首先求出化合物中各原子数目之比：,C:H:N:S:Na:O=14:14:3:1:1:3,所以甲基橙的实验式为：,C,14,H,14,O,3,N,3,SNa,第四节 有机化合物的分类和官能团,如：,如：,脂环化合物,芳香族化合物,C,2,H,5,-OH 、CH,3,COOH,如：,CH,3,CH,2,CH,3,、CH,3,-CH=CH,2,、,CH,2,CH,2,CH,2,H,2,C,H,2,C,CH,2,CH,2,H,2,C,H,2,C,CH,2,CH,2,如：,分三大类,2.碳环化合物,3.杂环化合物,1.开链化合物,一、按碳架分类,二、按官能团分类,官能团,是分子中比较活泼，容易发生化学反应的原子或基团，,官能团,对化合物的性质起着,决定性,的作用。,根据,官能团,不同，可将有机化合物分为：,烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、硝基化合物、胺,等。,本章重点：,有机物的特点,共价键理论的基本要点,共价键的键参数,键