有机化学第一章绪论

书写有机反应方程式时常采用箭头，而不 用等号，一般只写出主要反应及其产物，有的 还需要在箭头上标明反应的必要条件。
六、同分异构现象普遍存在
同分异构现象是指具有相同分子式，但结构不 同，从而性质各异的现象。
乙醇和甲醚，分子式均为C2H6O，但它们 的结构不同，因而物理和化学性质也不相同。
HH H-C-C-O-H
§ 1.2 有机化合物的特性
一、易燃烧
除少数例外，一般有机化合物都含有 碳和氢两种元素，因此容易燃烧，生成二 氧化碳和水，同时放出大量的热量。大多 数无机化合物，如酸、碱、盐、氧化物等 都不能燃烧。因而有时采用灼烧试验可以 区别有机物和无机物。
二、熔点、沸点低
相对分子质量 熔点/ °C 沸点/ °C
有机化学
徐寿昌（第二版）
主讲人：郭艳玲
学时：64 每周4学时 共16周
主要参考书
1、邢其毅，《基础有机化学》（第三版），上、下册，高 等教育出版社 2、胡宏纹主编，《有机化学》，上、下册，高等教育出版 社，1990，北京。 3、莫里森［美］等， 《有机化学》（第二版），科学出版 社。 4、刘在群，《有机化学学习笔记》，科学出版社 5、王世润等，《有机化学学习指导》，南开大学出版社 6、邢其毅等，《基础有机化学习题解答与解题示例》，高 等教育出版社
存在情况 成键情况
电子云
稳定性
键 必须与键共存；仅存在于不饱和键中。
侧面重叠。 电子云分布在 键所在平面的上下两方，呈块 状分布。 具有较大流动性，易极化
二、 共价键的基本属性
1、键长
键长是共价键结合的两个原子核核心之间达到平衡时的距离.
（1）不同的共价键有不同的键长； 例如： C—C 键长0.154nm C=C 键长0.133nm
（2）一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开。
2、键角
两个共价键之间的夹角。
例
H
CH H
H 109o28'
O HH
105o
在其它烷烃分子中，由于碳原子连接的情况不尽相同，相互影 响的结果，其键角也稍有差异。 丙烷分子中的∠C-CH2-C就不是109°28’ ，而是112°。
键角反映了分子的空间形象
2px 2py 2pz
2s
碳原子之间相互结合或与其它原子结合时， 都是通过共用电子对而结合成共价键。
(2) 碳原子轨道的杂化
碳原子在基态时，只有两个未成对电子，碳原 子应是两价的。而在有机化合物中，碳均为4价。
1931年，Pauling提出原子轨道杂化理论
美国化学家鲍林， 1954年获诺贝尔化 学奖，1963年获诺 贝尔和平奖。
（4）键的极性可引起分子的极性。
HH O
O CO
H HC H
H
有极性
无极性
无极性
Cl
HC H H
有极性
分子的偶极矩等于所有键的偶极矩的矢量和
熔点、沸点、溶解度（物性）
•分子极性对
都有影响
化学反应性
（化性）
三、 共价键的断裂与有机反应类型
在化学反应里，同时发生旧键的断裂和新键的生成。
一、共价键的断裂
1865年，德国的A.Kekule（凯库勒）（马车上做梦，伦敦） 提出：有机化合物中碳为四价 在此基础上发展了有机化合物结构学说
1874年，荷兰J.H.Van’t Hoff（范特霍夫） 法国J.A.Le Bel（勒比尔） 提出：饱和碳原子的四个价指向以碳为中心 的四面体的四个顶点
——开创了从立体观点来研究有机 化学物的立体化学
存在情况 成键情况
电子云
稳定性
键 可以单独存在；存在于任何共价键中。
成键轨道沿轴向在直线上相互重叠。 电子云集中于两原子核的连线上，呈圆柱形 分布。 稳定，不易极化
② 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”地重叠 ）而形成 的键叫π键。
pp
肩并肩
键——沿轨道轴垂直方向成键。
凭什么一个C
就能成为一门 独立学科？
（1）数量众多
（2）与人类关系密切
有机物几千万种;
（3）性质特点不同于无机物 无机物十几万种。
为什么有机物的数量 比无机物多这么多？
有机物结构繁杂！
结构(structure) ——分子中原子间的排列次序，原子相互 间的排列顺序、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。
林； 飞机、汽车所用的汽油等等。
有机物在人类生活和生产中的应用由来已久： 例如：
我国《周礼》记载，当时已有专官管理染 色、制酒和制醋；
古埃及处理尸体所用福尔马林。
有机物最初只是从天然产物中提取有用成份：
植物
染料（挤压出汁）； 药物（挤压或水煮）； 香料（挤压或水煮）。
到十八世纪末，已获得一些纯净的有机化合物
本课程学习要求
学好有机化学的关键是要走进有机化学， 喜欢有机化学。
1、课前大致预习，课后复习重点。 2、学会听课 ，每章内容包括重点内容、略讲内容和不
讲内容，上课期间必须做笔记（可记书上）。
3、内容的系统性：把握主线——结构与性能的关系。
4、必要的记忆。
5、及时总结，按时完成作业。 6、学习纪律：上课不允许迟到、早退、无故旷课（通
一、共价键理论
1．原子轨道
原子是由原子核和核外电 子两部分组成的 。电子在核外 的分布就好像云雾一样，因此 把这种分布形象地称为电子云。 如果用一个界面把这样的分布 划出一个区域，电子在这个区 域内出现的几率很大。这种电 子在空间可能出现的区域称为 原子轨道 。
1s、2p轨道的电子云示意图
2. 价键理论
为了解决这个矛盾，杂化轨道提出：碳原子在成 键时，四个原子轨道可以“混合起来”进行“重新组 合”形成四个能量等同的新轨道，称为sp3杂化杂化
轨道。
杂化轨道的能量稍高于2s轨道的能量，稍低于 2p轨道的能量。杂化轨道的数目等于参加组合的原子 轨道的数目。
碳原子的杂化分为三种类型：
sp3杂化、sp2杂化、sp杂化
3、键能（键的牢固程度）
A（气态）+B（气态）→A-B（气态）-D
பைடு நூலகம்
1 大气压
1mol 分子 (气体)
原子（气） + D （离解能）
25℃
（1）对双原子分子：离解能即键能。
（2）对多原子分子：取平均离解能
CH4
CH3 + H
CH3
CH2 + H
CH2
CH + H
CH
C +H
D = 434.7 kJ/ mol D = 443.1 kJ/ mol D = 441.1 kJ/ mol D = 338.6 kJ/ mol
单键：共用一对电子，用一半短线表示。
重键：共用两对或两对以上电子，用二条或三 条半短线表示。
H
H-C-H
C=C
H
-C C
单键
双键
三键
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
头碰头
键
键——两个成键原子轨道沿对称 轴方向相互重叠（头碰头”方式重 叠 ）而形成的键叫σ键。重叠大、 稳定、可沿键轴自由旋转。
1917年，美国Lewis（路易斯） Lewis 酸 碱 理论
1931年，Huckel（休克尔）规则
以及 前线轨道理论 轨道对称守恒原理
故从此有机化学一步步发展至今
四、有机化合物和有机化学的涵义
有机化合物的涵义
在有机化合物中，绝大多数都含有碳、氢 两种元素，有些还含有氧、硫、氮、磷、卤 素等其它元素。所以，现在人们认为，有机 化合物就是碳氢化合物（烃）及其衍生物 。
(1) 两个原子都有一个或多个未成对电子且自旋相反 (2) 原子相互靠近轨道重叠时重叠的程度最大——方 向性
(3) 成键电子只能在成键区域内运动——定域性 (4) 一个电子最多只能和一个自旋方向电子配对—— 饱和性
能稳定成键
不能稳定成键
H(1s)
Cl(2p)
不能成键
3．碳原子的价键特点和杂化轨道
(1) 碳原子的价键特点 碳原子基态时， 核外电子排布为：1s22s22px12py12pz0
原子轨道杂化理论认为：碳原子在成键的过程中 首先要吸收一定的能量，使2s轨道的一个电子跃 迁到2p空轨道中，形成碳原子的激发态。激发态 的碳原子具有四个单电子，因此碳原子为四价的。
2px 2py 2pz 2s
基态
跃迁
2px 2py 2pz 2s 激发态
碳原子的2s电子跃迁后得到的四个原子轨道，它 们处在不同的能级中的，成键后碳原子的四个价键不 可能是等同的。事实上，在饱和烃中，碳原子的四个 价键是等同的。
二、“生命力”的破产
1828年，德国F.Wohler(伍勒）在蒸发氰酸铵溶液时得 尿素
(NH4) NCO
(NH4CNO 氰酸铵)
NH2 C NH2
O
尿素：来自动物尿液有机物
氰酸铵：已确认为无机物
结果：无机物 合成
有机物
三、有机化学发展的重要事件
1828年，德国的Wohler合成尿素，“生命力”学说破产 ——有机化学的里程碑
D = 414.9 kJ / mol
（3）键能越大，说明两个原子结合得越牢固。
4、偶极距（键矩）
如H-H 、CH3-CH3等，电子云对称分布于两核之间，无极性。
H Cl ， CH3 Cl ， CH3 OH
有极性
（1）成键的两个原子存在电负性差异，形成键有极性。
（2）键矩 μ=e*d。E为电荷数，d为距离。 （3）键矩有方向：由正电荷指向负电荷。
① sp3杂化
实例：CH4
一个sp3杂化轨道
,
两两夹角 109 28
② sp2杂化
实例：CH2=CH2
③ Sp 杂化
（1）二个sp杂化轨道的分布
（2）二个p轨道相互垂直
碳原子的sp杂化轨道示意图
实例：
HCCH
s sp sp sp sp s
（3）σ键和π键
共价键按共用电子对的数目，分为单键和重键
NaCl 58.5 801 1 465
CH3COCH3 58.08 -95.35 56.2
三、难溶于水，易溶于有机溶剂
水是强极性化合物。大部分无机化 合物是离子键型化合物，易溶于水， 不易溶于有机溶剂；有机化合物是共 价键型化合物，极性小，不溶于水， 易溶于有机溶剂——“相似相溶”原理。
四、反应速度慢
无机反应是离子型反应，一般反应速度 都很快。有机反应大部分是分子间的反应， 反应过程中包括共价键旧键的断裂和新键 的形成，所以反应速度比较慢。
AgNO3 + NaCl
CH3CH2OH 2CH3CH2OH
AgCl + NaCl
CH2 CH2 CH3CH2OCH2CH3
五、副反应多，产物复杂
有机化合物的分子大多是由多个原子结合 而成的复杂分子，所以在有机反应中，反应中 心可以在不同部位同时发生反应，得到多种产 物。反应生成的初级产物还可继续发生反应， 得到进一步的产物。因此在有机反应中，除了 生成主要产物以外，还常常有副产物生成。
过不定期考勤、提问、作业）；课堂上保持安静 （允许随时举手提问问题）。
第一章
有机化合物的结构与性质
§1.1 有机化合物和有机化学
一、对有机物的认识：
有机化学是化学的一个分支，研究 对象为有机化合物，诞生于十九世纪初 期，迄今不足二百年。
有机物与我们的生活息息相关
例如： 身上的衣服—有机高分子聚合物； 早餐的面包—淀粉；发烧时吃的阿司匹
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”
有机化学的涵义
有机化学（organic chemistry）是研究有机 化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及 有关理论和方法学的科学。
另：有机化学就是研究碳氢化合物及其衍生 物的化学。在化学上，通常把含有碳氢两种元 素的化合物称为烃。因此，有机化学也就是研 究烃及其衍生物的化学。
葡萄汁
柠檬汁
酸牛奶 食醋 尿
酒石酸 柠檬酸 乳酸 醋酸 尿素（1773年）
尽管分离出不少纯的有机物，但关于它们的 内部组成及结构却长期没有得到解决。由于以上 这些化合物都来自动、植物等“活体”，所分离 出的物质与从矿物中分离的性质差别很大，并且 当时在实验室无法合成。
故将从动植物体内分离出的物质
有机物 从矿物质中分离出的化合物 无机物
两种断裂方式：均裂和异裂
1、均裂 共价键断裂时，共用电子对平均分配给两个原子， 生成自由基。
AB
A+ B
H CH3 + Cl
CH3 + H Cl
发生均裂的反应条件是光照、辐射、加热或有过氧化物存在。
2、异裂 共价键异裂时，成键的一对电子保留在一个原子上。
AB (CH3)3C Cl
HH
HH H-C-O-C-H
HH
乙醇 b.p.78.5 oC
甲醚 b.p.-25 oC
§1.3 有机化学中的化学键－共价键
化学键
离子键 通过两个正负离子相互作用而成 无机化合物
共价键 通过共用电子对形成有机化合物
C在周期表中的位置
既不易得4个
C
24
电子，也不 易失4个电子。
决定C原子一般采用共用电子对的形式和其它原子 结合，形成共价键。