有机化学：第一章 绪论1

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1、有机化学教程http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院第一章第一章 绪论绪论化化 学：学：是研究物质组成、结构、性质及其变化规律的科学。 有机化学：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。研究碳氢化合物及其衍生物的化学。有机化合物：有机化合物：含碳化合物，除碳之外主要是氢，其次为氧、氮、硫、磷和卤素等。碳氢化合物及其衍生物。http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院最初最初, , 从动植物有机体得到有机物从动植物有机体得到有机物 如如, ,糖糖, ,染料染料, ,酒酒, ,醋醋, ,1769-1785, 1769-1785, 取得了许多

2、纯的有机物取得了许多纯的有机物 如如, ,酒石酸酒石酸, ,柠檬酸柠檬酸, ,尿酸尿酸, ,吗啡吗啡1772-1777,1772-1777,拉瓦锡拉瓦锡( (Lavoisier A)Lavoisier A) 燃烧的概念燃烧的概念( (有机物由有机物由C C、H H、O O组成）组成）1806, 1806, 柏则里柏则里( (Berzelius J)Berzelius J) 有机物组成、有机物组成、“有机化学有机化学”名词的引入名词的引入1828, 1828, 韦勒韦勒( (Wohler)Wohler) 成功的合成了尿素成功的合成了尿素1845, 1845, 柯尔伯柯尔伯( (Kolbe M)K

3、olbe M) 合成了醋酸合成了醋酸1854, 1854, 柏赛罗柏赛罗( (Berthelot H)Berthelot H) 合成了油脂合成了油脂从此从此, ,有机合成进入了合成的时代有机合成进入了合成的时代不纯物不纯物组成组成, ,结构全然无知结构全然无知大部分有机物的组分是大部分有机物的组分是碳碳, 氢氢, 氧氧, 氮氮区别于矿物质区别于矿物质生物体内神秘的生命力生物体内神秘的生命力生命力学说的彻底否定生命力学说的彻底否定生命力学说的否定的开始生命力学说的否定的开始http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院有机化学真正成为一门独立的科学是在有机化学结构理论有机化学真正成

4、为一门独立的科学是在有机化学结构理论建立以后才完成的。于建立以后才完成的。于19世纪后期形成，有代表性的如下：世纪后期形成，有代表性的如下：1. Kekule和和Couper于于1858年分别提出了碳的四价学说，碳碳成年分别提出了碳的四价学说，碳碳成 链学说；链学说；2. Vont Hoff和和Le Bel于于1874年提出了四面体构型学说；年提出了四面体构型学说；3. Butlerov（布特列洛夫）（布特列洛夫）1861提出了化学结构的概念；提出了化学结构的概念；4. Baeyer 1885年提出环状化合物的张力学说。年提出环状化合物的张力学说。 http:/上海交通大学化学化工学院上海交通

5、大学化学化工学院1.2有机物的特点有机物的特点 (与无机物相比与无机物相比)v易燃 CO2H2Ovm.p 低4000Cv难溶于水v反应速度较慢，要加热，加催化剂，副反应多有机化合物与无机化合物性质上的差异主要是由分子中化学键的性质不同所造成的。有机物 共价键共价键无机物 离子键离子键http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院乙醇乙醇液体液体, ,沸点沸点78.578.5度度与与NaNa反应放出氢气反应放出氢气甲醚甲醚气体气体, ,沸点沸点-25-25度度不与不与NaNa反应反应C2H6OHCCOHHHHHHCOCHHHHHhttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化

6、工学院C4H10HCCCCHHHHHHHHHHCCCHHHHCHHHHH正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院v 农业农业 除草剂，农药，转基因植物等除草剂，农药，转基因植物等v 医药医药 有机化学是药物合成的基础，它可以告诉我们有机化学是药物合成的基础，它可以告诉我们生物体是怎样在分子水平上变化的，从而帮助我们设计生物体是怎样在分子水平上变化的，从而帮助我们设计出针对各种疾病的药物。出针对各种疾病的药物。v 精细化学品精细化学品染料、香料、防腐剂、食品添加剂等。染料、香料、防腐剂、食品添加剂等。v 有机共轭材料有机共轭材料如电致发光二极管，太阳能

7、电池，化如电致发光二极管，太阳能电池，化学传感器等。学传感器等。v 高分子单体高分子单体塑料、橡胶、纤维。塑料、橡胶、纤维。v 生命活动生命活动有机化学是生命科学的基础，组成生物体有机化学是生命科学的基础，组成生物体的物质大部分是有机物，有机化学可以从分子层面上研的物质大部分是有机物，有机化学可以从分子层面上研究生物体内的各种化学变化的本质。究生物体内的各种化学变化的本质。有机化学在各领域的应用：有机化学在各领域的应用：http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院怎样学习有机化学？怎样学习有机化学？化合物量大化合物量大分类型掌握，找官能团；分类型掌握，找官能团；反应多反应多着重

8、机理、电子转移的方向、大部着重机理、电子转移的方向、大部 分有机反应都可以看成酸碱反应。分有机反应都可以看成酸碱反应。命名命名抓规律，比较官能团氧化态的高低。抓规律，比较官能团氧化态的高低。http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院原子轨道：原子轨道：原子的电子构型原子的电子构型(1) 每个轨道最多只能容纳两个电子每个轨道最多只能容纳两个电子,且自旋相反配对且自旋相反配对(Pauli W)不相容原理不相容原理).(2) 电子尽可能占据能量最低的轨道电子尽可能占据能量最低的轨道,即能量最低原理即能量最低原理.原子轨道离核愈近原子轨道离核愈近, 受核的静电吸引力愈大受核的静电吸引

9、力愈大,能量也愈低能量也愈低(1s2s2p3a3p sp2 sp3电子静电势图电子静电势图：表示分子中电子云极化分布情况表示分子中电子云极化分布情况。http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院 LiH H2 HFhttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院偶极矩偶极矩 双原子分子非极性共价键 不同原子分子极性共价键 键的极性用偶极矩来量度。q.d(单位:Debye) =1.03D 多原子分子的极性由各个共价键的偶极矩的向量和来决定。CCl4 0.0 DHClhttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院例如： u=0.00 Du=0.00 DNH

10、HOHHCClClClClHCH3CCH3OH C C HCH3 C Nhttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院 共价键的性质：共价键的性质： 键长键长 两原子的核间距。 键角键角 两共价键之间的夹角。 键能键能 化学键强度的主要衡量标准。形成共价键时所放出的能量与把分子拆成原子所吸收的能量。 CH4CH3 + HCH3CH2+ HCH2CH+ HCHC+ HH=423kJ/molH=439kJ/molH=448kJ/molH=347kJ/mol而而CH的键能为的键能为(423+439+448+347)4= 414kJ/mol http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大

11、学化学化工学院(a) CH3C CH CH2CH2 CH3 CH2CH=CH2(b) CH3 C CH CH3 CH2CH3 CH3 CH=CH2 （a）：(2)(3)(1) （b）：(2)(3)(1)问题问题 1. 对指定的碳碳键按键长增加的次序排列下对指定的碳碳键按键长增加的次序排列下列各组化合物：列各组化合物：http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院v 均裂：均裂： A ：B A + B 自由基反应一般是在光或热的作用下进行。自由基反应一般是在光或热的作用下进行。v 异裂：异裂： A ：B A+ + :B-异裂反应一般在酸、碱的催化下，或在极性溶剂中进行。异裂反应一般

12、在酸、碱的催化下，或在极性溶剂中进行。当成键两原子之一是碳原子时，异裂既可生成碳正离子，也可生成碳负当成键两原子之一是碳原子时，异裂既可生成碳正离子，也可生成碳负离子：离子： C L+异裂C L异裂C+ L1.5 共价键的断裂方式：共价键的断裂方式：http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院 1.6 共振论共振论共振式共振式 价键理论中的电子离域现象可以用共振理论来进行描述。价键理论中的电子离域现象可以用共振理论来进行描述。 为了解决用经典结构式表述复杂的离域体系所产生的矛盾，为了解决用经典结构式表述复杂的离域体系所产生的矛盾，L.Pauling提出了共振论。提出了共振论。

13、1. 共振论是价键理论的延伸和发展，以经典结构共振论是价键理论的延伸和发展，以经典结构 式为基础。式为基础。 2. 有些共振式的结构是虚构的、想像的。有些共振式的结构是虚构的、想像的。 3. 分子中真实的结构是可能的极限结构的叠加，是经典结构的共振分子中真实的结构是可能的极限结构的叠加，是经典结构的共振杂化体。共振杂化体的能量比任何经典结构式的能量低。杂化体。共振杂化体的能量比任何经典结构式的能量低。CHCH2CHCH2CH3COOCH3COOhttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院书写共振式应该注意：书写共振式应该注意：1)原子位置不变，仅在于电子排布的改变。CH3NOO

14、CH3NOOCH2CHCHCH3CH2CHCHCH3H2CCOHH3CCOHHhttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CHCH2 2)各经典结构式中，配对的和未配对的电子数目不各经典结构式中，配对的和未配对的电子数目不 变变CH2CH2CH2CH2http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院CH2CH2CH2CH2CH2CH23)能量较低的经典结构式贡献较大。（没有电荷分离，共价键多的较稳定）（贡献大）（贡献大）CH3COOHCH3COHO+http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院

15、一、一、 布伦斯特（布伦斯特（J.N.Brnsted）酸碱质子理论）酸碱质子理论凡是能给出质子的叫做酸，凡能与质子结合的叫作碱。凡是能给出质子的叫做酸，凡能与质子结合的叫作碱。 酸 碱 酸 碱 1HCl + H2O H3O + Cl (1)H2SO4 + H2O H3O + HSO4 (2) CH3COOH + H2O H3O + CH3COO (4) HCl + NH3 NH4 + Cl (5)H3O + OH H2O + H2O (6)2 3 4 2- HSO4 + H2O H3O + SO4 (3) 1.7 有机化学中的酸碱理论有机化学中的酸碱理论http:/上海交通大学化学化工学院上海

16、交通大学化学化工学院对于酸的强度，通常可用离解平衡常数对于酸的强度，通常可用离解平衡常数Ka或其负对数或其负对数pKa来表示，碱的强度则用来表示，碱的强度则用Kb或或pKb表示。表示。 例如：HCl + H2OH3O+ ClNH3 + H2ONH4 + OHKa =H3O+Cl-HClKb = NH4+OH-NH3http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院A+ :B A :B 酸 碱 酸碱配合物Na ClH CC HHHH COO NaCl HCHCHHHCO O二、二、Lewis （电子）酸碱理论：（电子）酸碱理论：http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学

17、院v HCl分子中分子中 H+是酸，是酸，Cl是碱；是碱；v Na0H分子中分子中Na+是酸，是酸，0H是碱；是碱；v MgCl2分子中分子中Mg+是酸，是酸，Cl是碱。是碱。 简单地说正离子是酸，负离子是碱。简单地说正离子是酸，负离子是碱。http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院1.8 有机化合物的分类有机化合物的分类碳骨架分类碳骨架分类链状化合物链状化合物环状化合物环状化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物)碳环化合物碳环化合物杂环化合物杂环化合物芳芳环环化化合合物物脂脂环环化化合合物物脂脂杂杂环环化化合合物物芳芳杂杂环环化化合合物物官能团分类官能团分类http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院