有机化学讲义

可加用括号表示基团的连H接H，以H 使H其进一步简化。
（4）骨H 架H式H—H—H省略凯库H勒–式C–中C的–CH–C–H
H–C–C–C–C–C–H HHHHH
H HH H–C–H
H CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 C–C–C–C
CH3(CH2)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱCH3 C–C–C–C–C
CH3
弯曲键没有实现最大重叠，弯曲程度越大，稳定性 越差。弯曲键的结合力小于σ键大于π键。
600 109.50
1040
对环烷烃稳定性的解释——拜尔张力学说(1885年)
① 以正四面体角109.50成键，是最稳定的结构。 ②假设成环C原子共平面。那么，环的几何角和 109.50相差越大，则环越不稳定。 ③由于这种角度差而产生的复原力称作——角张力
一、杂化轨道理论
原子轨道：s
p
d
f
杂化——在成键过程中，能量相近的几个不同类型的
原子轨道重新组合成新轨道的过程。 ①杂化轨道的
s轨道 p轨道
sp杂化轨道 形状不同于原
1 +3
杂化 4 sp3
轨道
1 +2 1 +1
杂化 3 sp2 杂化 2 sp
②杂化轨道的 数量和原轨道 总数相等
2s
2p
杂化
sps杂ps2p杂化3杂化化2p2p
①协加均同成裂反：A应·：C·＝XB+C A–BAH· –+HBX·自－由AC基－BC－ X–A活+泼B ②异裂 A ·H· BX A+ + B-正过离渡子态、负离子 中间体
分由消步自除反由：－应基C：引－①发C的X－反+ 应A––—HBX—自由CX基＝+反CA应+ B+ HX
由正、负离②子引X 发+ A的反+ B应——亲X–电A、+亲B 核反应
(3)杂环化合物——环状结构，
环中含有其他原子(主要是O、S如、：
N)，有芳香性。
O
S
2、根据官能团分类 官能团——决定一类有机物特性的基团
官能团 –COOH –SO3H 基团名称 羧基 磺酸基
–CN 氰基
–CHO 醛基
C=O 羰基
化合物名称 酸
磺酸
睛
醛
酮
官能团 基团名称
–OH 羟基
–NH2 氨基
2C 4C 6C
1C
3C
5C
链接到01-2
CH3
CH3
先主后支 2
键线式的书写
46
C1H3C2HC3H2C4H2C5 C6H27CH3 1
3
5
7
CH2CH3
？
CH3CH＝CHCH2CHC≡CH
Cl
CH2 CH2
O
O
CH2 CH2
Cl
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四、有机物的研究程序
1、提纯 ——通过结晶、蒸馏、升华、层析等手段， 获得纯净的有机物。
七、有机化学中酸碱的概念
1、解离理论：
在水中，解离
阳 阴
离子全部是
H+ OH-
的是
酸 碱
2、质子理论：
凡能
给出 接受
质子(H+)的物质是
酸 碱
3、电子理论：
凡能
接给受出 电子对的物质是
酸 碱
教学 要点
1、杂化轨道理论 2、σ键和π键的特点 3、弯曲键和环烷烃的稳定性 4、离域键和共轭体系 5、共振论——共轭体系的表达与描述 6、电子效应
H
键长 H–O–H
共价10键9.5具0 有方向性——电子 云按密度最大方向成1键04.50
√×
(3)离解能和键能
平均值：C–H 415.3kJ/mol
离解能——断裂(或生 成)一个共价键所消耗 (或放出)的能量。
H
①435.1kJ/mol
HCH
②443.5kJ/mol ③443.5kJ/mol
(4)极性和极化性
有机物上千万，无机物几百
沸 于速应
万，每年新增有机物数千。
点 水度多
决定有机物 “量”和“质”的 根本原因？
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结构
低慢
构成有机物的元素只 有C、H、O、N、X、 S、P等几种。
三、有机物结构基础(P51—3.1)
既不易得4
C在周期表中的位置决定—— 结构特点：①共价键； ②四价。
C24
轨道夹角120H0
s 1σ+2π
H互平C斥衡—力时C 达，到而H 形成的最H稳 定状态。
C–C σ键 杂物s化价p杂轨键化道结理 构s 论 的， 基C是 础sp对。2–电据sp子此2 C配可轨H对以道直法很s夹C线的好角形补地1C充解80和释0HH完说善明C，有是机C有分机子 H
的空间结构。
σ键和π键的特点
？ 环烷烃的稳定性： ＜ ＜ ＜ 600 900 1080 1200
除环丙烷外，其他环烷烃都不是平面结构
要解释环烷烃结构的稳定性，应从构象进行分析， 角张力只是影响因素之一。
3、离域键——丁二烯和苯的结构
(1)丁二烯的结构
实验测定：平面分子
离域键 成键后，电子的运
C–C H
H
0.154nm0.148
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核
链接到 幻灯片7
链接到 幻灯片8
物 物反
特习点 系 方式 心 层次 合 鉴表达反 研 的 应
惯 单命名键
C统命名H3－CH3链状问题
成 别应 究 C构H造3－C构H2型－CH构2象机理－CH的程3
分的 类分
类
双键 CH2＝CH2
CH2–立C体H结构 序
三键
CH≡CH
环状
CH2 CH2–CH
（2）凯库勒式 ——用“一条短线”表示一个共价键。
（3）简式 甲烷 （4）骨架式
（5）键线式
路易
H
斯式
H.. C.. H
H
乙炔 H C ... ... C H
甲醛
H
H.. C
..
..
..
O
..
..
.. ..
.. ..
凯库 勒式
H H－C－H
H
H－C≡C－H
H H－C＝O
（3）简式——省略凯库勒式C－H键和(主链)中的单键
教学 要点
1、共价键的基本属性 2、构造、构型、构象的不同含义 3、构造简式、骨架式、键线式的写法 4、主要官能团的结构、名称和排序 5、有机物的分类层次 6、有机反应的分类
第一章 绪 论
链接到 幻灯片3
1、什么是有机物？ 2、研究什么？
3、怎么研究？
命名 决定 结构 决定 性质
有 有有 机 机机
C
(CH3)2CHCH2CH3
左端相同基团，写在
CH3CHCH2CHCH＝CH2 连接C之–C前–C；–C其–他C＝写C
CH3 CH3
在连接CC之后C。
(CH3)2CHCH2CH (CH3) CH＝CH2
（5）键线式——省略凯库勒式中C、H原子，写出C 之间的价键线，线的端点和交点代表一个C。
123 456 CH3CH2CH2CH2CH2CH3
③几个相同杂 化轨道具有相 同的能量状态
1、三种sp杂化的空间形状
C–H σ键
s
05-1 甲烷球棒和比例
sps3p杂3–化s
C
s s
s
Cs–pH2杂σ化键 sp2–s
C s
正四面体形 杂化轨道的
轨道夹角109.50 空间形状，
s
1σ+1π 是由于电子
云之间的相
C
= s平HH面SP三2和CPZ角0的5-垂2C形直关系HH
极化。 sp–sp
结论：π键——结合力弱、易极化、易发生反应。
π键 ——沿轨道轴垂直方向成键。
特点：重叠小、不稳定、不能沿键轴旋转。
2、弯曲键——环烷烃的结构 寻找结构的矛盾冲突点
①环状结构有一定的几何角，如：三元环600 ②环烷烃的C是sp3杂化——轨道夹角109.50 ③最稳定的成键方式是——最大重叠原则
个电子， 也不易失4 个电子。
1、共价键的形成和基本属性
(两1)原键子长的—电—子两云个相成互键重原子的 原叠子—核—之形间成的共距价离键。。一般键 长越短，结合越牢。
(共2)价键键角具—有—饱两和个性价—键—之未间成 的对夹的角电。子反数映决了定分了子成的键空数 间结构。
例：H—H
H 例：H–C–H
–OR 烷氧基
–X 卤素
–NO2 硝基
化合物名称 醇、酚 胺
醚 卤代烃 硝基物
官能团的排列顺序是——系统命名中，官能团做母体 的资格顺序。
六、有机反应的分类 自由基亲取电亲代加核反成消应反除应反应
有机反应的本质——旧键的断裂和新键的生成 1、根据反应形式： 取代、加成、消除……
2、根据反应机H理： 协同反应和H分步反应 ⑴协取同代反：应H—–C—–H旧键–的C断l 裂H和–新C–键C的l 生成同时完成 ⑵分步反应—H—旧键的断裂和新H H键的H生成分步完成
0.134 CC 34
CC
C=C
H H
动区域超出两个成 键原子之外。
1 H
05-3
2 H 0.133nm
2-丁烯定域键
s
s
1 2 34
π-π
05-4 丁二烯离域键
C
C
C共—轭C 体C—系C
s
s
凡有离域键的体系 ——共轭体系
C s
C 丁二烯的σ键
s
离域使分子内能降低，使体系趋于平均化，表现 出——整体性，稳定性。这是共轭体系的特点。
H
④338.9kJ/mol
①键的极性——取决于成 键原子的电负性。
C-δ—C+δ(非+极δ 性-δ键) C—H、C—Cl(极性键)
–
②键的极化性——受外电 场作用，极性的变化。
+δ -δ C－C
＋
-δ +δ C－C
③极性分键子比的非极极性性——键取较决易于发键生反应。 易的极极化性的和共分价子键空较间易结发构返生。回到反应非。极性分子
方法 官能团，及相应的碳架结构。
五、有机物的分类
1、根据C的骨架分类 2(、1)根开据链官化能合团物分—类—链状结构，也称脂肪族化合物。 如：CH3CH=CHCH3 CH3CH2OH CH3CH2COOH (2)碳环化合物——环状结构，环中只有碳原子。
①脂环 如：
②芳环 如：
性质和脂肪族相似
性质和脂肪族不同，称 为芳香性。
CH2＝CH—CH＝CH2
？ C极H2限—式CH能—写C出H几—种CH2
链接到01-1 乙烷构象
mp: 反-13应8.3℃
例4： ……
m反p:应-159.4℃ ……
分子式 ——原子的种类和数量
构造式 ——原子的排列方式和次序
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构型式 ——原子的空间连接方式和次序 立体结构 构象式 ——未连接原子的空间相对位置
2、有机物结构的表达——构造式 标出外层电子
（1）路易斯式 ——用“一对点”表示一个共价键。
定性 ——确定元素种类。如：C、H、O
2、分析
灼烧法可鉴C、H；钠熔法可鉴N、
定量 ——确X、定S元。素相对量。如：(C2H6O)x
3、确定 ——根据元素相对量，再测定分子相对质
分子式
量，可确定分子式。如：C2H6O
化学 ——通过各类反应确定官能团，及相
4、确定 方法 应的碳架结构。
结构
物理 ——如通：过C红H外3C光H谱2–、OH核磁C共H3振–O谱–C确H定3
根据 离域 方式 不同
π-π 共轭体系
CH2=CH–CH=CH2 ——化学反应 表现出整体性
C—C C—C
书写方式能 准确表达其
真实结构？
p-π 共轭体系
CH2=CH–Cl ——化学性质稳 定，不易反应。
C—C—Cl
H (2)苯的结构
实验测定：平面分子，完全对称 H
H
每一个键角：1200
每一个C—C键长：0.140nm H
× 有机物
无机物
及其衍生物
维勒(德国)：NH4OCN(氰酸例铵：) H△–HC–HNH2––COCl–NHH2(–尿HC素–C)l
H
H
二、有机物的特点
凭什么C能
有机化学——碳化合物的化学
成为一门独 立学科？
1、与人类关系密切 2、数量众多
性质特点 ①② ③④⑤
3、性质特点不同于无机物
易熔 难反副
燃、 溶 应 反
H
闭合离域键
s
H
s
π-π 共轭体系
05-5 苯的离域键
C
C
s C 苯的σ键 C s
凡共轭体系用传统的价键式
C
C
都无法准确表达。
s
s
二、共振论——共轭体系的表达与描述 价键理论适合于描述——定域键 一式对一物
如：CH3－CH＝CH－CH3 CH≡CH 经典价键构造式
共轭体系的结构特点是——离域键 价键理论无法画出共轭体系的真实结构。 为了应用习惯，必须用价键表达共轭体系。
幻灯片2
极性分子
2、同分异构——分子组成相同，结构不同，性质不同。
例1：CH3CH2–OH CH3–O–CH3 分子式：C2H6O
例2：CH3C乙H醇2CH2CH3 C甲H醚3–CH–CH3 分子式： C4H10
常温下为 常温下C为H3
例3：Cb可HHp3:与C-液正0金=.5体C丁属℃烷CHNHa 3 不C与HHb气p3金:C体异-属=11C丁N.7烷aCH℃H3CH3构–C造H式=C相H同–CH3
链接到 幻灯片11
一、有机化学的发展和有机物的定义
酒石
酒石酸
1770年—— 分离提纯有机物 尿液
尿素
鸦片
吗啡
1806年—— “有机”和“生命力” 1来82自8年
尿素来自
1828年—— 人工合成有机物 动18植45物年
醋酸矿物
1854年
油脂
1848年—— 明确是C化合物 1874年—— 碳氢化合物(烃)
σ键 ——沿轨道轴平行方向成键。
特点：重叠大、稳定、可沿键轴自由旋转。
数据分头析碰头 C–C C=C
轨 键长(nm) 键道轴能(kJ·肩m并ol-肩1)
0.154键 347.3轴
0.133 610.9
π键的键能=610.9-347.3=263.6
结构分析： π电s–子s 分布在原
子原核子的核上束sp下缚–s两较端小，，σ受易键