南昌大学有机化学1_绪论

3 2
H =423KJ/mol H =439KJ/mol H =448KJ/mol H =347KJ/mol
平均值：423+439+448+347)÷4=414KJ/mol ∴ C—H的键能为414KJ/mol。
共价键的键参数
键的极性：由成键原子
一般地，成
的电负性不同引起。用 偶极矩(键矩)来度量：
——平面型分子 ——正四面体结构
1954年获诺贝尔化学奖，1963年获诺贝尔和平奖
s轨道
p轨道
d轨道
Pauling
+ + +
杂化轨道
sp2杂化
3 碳原子的sp 杂化
2 碳原子的sp 杂化
碳原子的sp杂化
CH4、C2H4、C2H2的形成
(sp 杂化)
4 个sp3 杂化轨道 激发 s轨道 p轨道 杂化 (线性组合)
有机化学 Organic Chemistry
南昌大学化学系 戴延凤博士 yfdai@
有机化学学习方法
学好有机化学的关键是要 走进有机化学 ，喜
欢有机化学。以下一些措施仅供参考：
课前预习，课后复习。
学会听课 ，及时发问，提高学习效率。
必要的记忆：如命名原则、某些重要的反应等。
反应速率慢、反应复杂、副产物多：例如乙醇和乙 酸在无催化剂的条件下要60年才可以达到平衡
1.1 有机化学
定义：有机化学是研究有机化合物的来源和组成、 结构、性质、变化规律、合成以及应用的科学 研究内容：
天然有机化学---天然产物的研究 有机合成化学 元素有机及金属有机化学 有机分析化学 生物有机化学 有机化合物结构的测定 物理有机化学---反应机理的研究 应用有机化学
NH4Cl + AgCNO NH4CNO CO(NH2)2 AgCl + NH4CNO
1845年Kolbe （德）合成了醋酸 1854年Berthelot（法）合成了油脂
1861年布特列洛夫合成了糖 ---动摇了生命力学说， 开创了有机化学的新时代。今天人工合成的有机物 超过700万 19世纪中叶，开始把有机化合物看作是碳的化合物
μ＝q×d [μ的单位：C· m(库仑· 米)] q——正、负电中心的电荷， d ——电荷中心之间的距离 例：H—Cl CH3—Cl
H

Cl ， CH 3


Cl ， CH 3


键原子电负 性差大于 1.7 ， 形 成 离子键，成 键原子电负 性 差 为 0.5 ～ 1.6 ， 形成极性共 OH 价键
共价键的键参数
分子的极性：用分子偶极距衡量，即分子中
各键键距的矢量和。如：
H H O 有极性 H O C O C H H H 无极性 H Cl C H
无极性
H 有极性
分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解
度等
1.4 有机化合物结构的测定
分离提纯---蒸馏、分馏、精馏、重结晶、色
谱法 物理常数的测定 元素定性分析---如，钠熔法 元素定量分析和实验式的确定---如，燃烧法
3
(sp 杂化) p轨道 3 个sp2 (sp杂化) 2 个sp p轨道
2
C:
2s2
2p2
1.3 分子轨道理论
分子中电子运动状态，即分子轨道，用波函数Ψ 表 示。分子轨道也有不同能层，电子的填充也应遵循 三个原理。
原子轨道数目与形成的分子轨道数目相等（原子轨 道线形组合法）
成键分子轨道：波相相同，波函数相加而成，能量低于
相应的原子轨道；两核间电子云密度大；稳定分子 反键分子轨道：波相相反，波函数相减而成，能量高于 相应的原子轨道；两核间区域以外电子云密度大，不稳 定
1.3 分子轨道理论
组成分子轨道的原子轨道，能量应大致相近，
对称性相同，并能最大程度地重叠，这样形 成的分子轨道能量最低 分子轨道理论主要用来处理p电子或π电子， 如乙烯分子中有两个未参加杂化的p轨道，这 两个p轨道可通过线性组合（加加减减）而形 成两个分子轨道(π轨道)：
σ键和π键
两个成键原子轨道以对称轴相平行互相重叠
（两个p轨道从侧面“肩并肩”重叠 ）而形 成的键叫π键。π键不能单独存在，必须与σ 键共存。π键形成后，限制了σ键的自由旋转。 电子云重叠程度较小，π键电子云分散暴露在 两核连线的上下两方呈平面对称，离原子核 较远，受核约束较小。因此π键电子云具有较 大的流动性，易受外界影响而发生极化，具 有较强的化学活性，发生化学反应时，π键易 断裂。
通过必要的记忆，可以熟悉反应，发现规律，活 跃思维，提高兴趣。 把握主线——结构与性能的关系。 及时总结，按时完成作业
第一章 绪论
1.1 有机化合物和有机化学
1.2 有机化合物的结构 1.3 原子轨道和分子轨道
1.4 有机化合物的结构测定
1.5 官能团和有机化合物的分类
1.1 有机化合物
化合物分子结构，促进了有机化合物的研究。
有机化学化工的发展
1850－1900，合成有机化学时代，煤焦油化
学时代 1900－1940，有机化学工业时代，煤焦油→ 染料、药物、炸药； 1940－，石油化工时代，石油→三大合成材 料（橡胶、塑料、合成纤维） 1990－，有机化学与生命科学、环境科学、 材料科学、能源、国防、电子、信息产业、 无机非金属材料等行业紧密联系，相互促进

有机化合物的一般特点
数目庞大： 1999年12月，CA收录的化合物数目已 经达到2230万种，其中90%为有机化合物
结构复杂，存在同分异构现象（如甲醚和乙醇）
易燃、易爆(如汽油、酒精等)
热稳定性差，受热(200～300℃)易分解 熔、沸点低，通常小于300℃
难溶解于水，易溶解于有机物
能量
p(
+ -
*+
+ +
p(
(π* ) (π )
-
+
Ð Ò Ó » ¸ ö ½ Ú Ã æ
:
Ú Ã ½ æ
+
:
+ -
+ -
+
无节面
-
σ键和π键
按成键原子轨道重叠方向不同，共价键又可
分为σ键和π键 两个成键原子轨道沿对称轴方向相互重叠 （“头碰头”）而形成的键叫σ键。电子云分 布近似圆柱形。以σ键连接的原子或基团可以 绕键轴自由旋转，键不发生断裂，重叠程度 大，键比较牢固。σ键存在于一切共价键之中
1.2 有机化合物的结构
凯库勒结构式（化学键、 H
H C H C H H C H H H C H H
价键式、蛛网式）
H H C H H C H H C H H C H H C H H
H
C H
结构简式
H3C CH CH3 CH2 CH2 CH3
CH3CH2OH
1.2 有机化合物的结构
键线式
H H
H Cl
Cl Cl
σ键
p
p
π键
共价键的键参数
共价键最基本特点是具有饱和性和方向性
键长：成键原子的平衡核间距，单位nm（109m），键长越短，键越牢固。
键角：键与键之间的夹角。
键能：键的平均解离能，键能越大，键越牢固。
CH4 CH3
.
. .CH . . CH .
2
. CH + H . .CH + H . . CH + H . . .C . + H .
自 然 界 中 碳 的 循 环
1.2 有机化合物的结构
结构(structure) ——分子中原子间的排列次
序，原子相互间的立体位置、化学键的结合 状态以及分子中电子的分布状况等各项内容 的总和。 分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决 于分子的结构。“结构决定性质，性质反映 结构”，这是有机化学教与学的主线。 构造——分子中原子间相互连接的顺序叫做 分子的构造。
按碳链分类
开链化合物：CH3CH2CH2CH3 CH2=CH-CH=CH2 CH3(CH2)16COOH 等 O 脂环族化合物： 有机化合物 碳环化合物 芳香族化合物 等 杂环化合物： 等 CH3 OH OH 等 COOH
O
N
S
N
N
•官能团 —— 决定化合物典型性质的原子或原子团， 含有相同官能团的化合物具有相似的化学性质
1933年Ingold（英）用化学动力学方法研究了饱和
碳上取代反应的机理
有机化学理论的发生和发展
1965，Woodward—Hoffmann分子轨道对称
守恒原理
1967，Corey逆合成分析原理
1972，Olah碳正离子的系统概念
1978，Lehn超分子化学（主客体化学）
近代波谱技术（IR，NMR，MS）测定有机
有机化学理论的发生和发展
1865年A Kekule（德）提出碳是四价的学说，
对有机化合物 的发展起了推动作用 1874年J H van’t Hoff（荷）和J A Le Bel （法）几乎同时提出了饱和碳原子的四面体 学说—开创了有机化合物的立体化学研究 1917年，Lewis（美）用电子对的方法说明 了化学键的生成 1931年Huckel（德）芳香结构理论
1.3 杂化轨道
1931 年， Pauling （美）提出原子轨道杂化理论： 能量相等的杂化轨道使成键能力更强，体系能量降 低，成键后可达到最稳定的分子状态。（杂化轨道 数目等于参与杂化的原子轨道数目）
sp杂化： 如 BeCl2 ——直线型分子 sp2 杂化：如 BF3 sp3 杂化：如 CH4
有机化学的发生和发展