有机化学第1章绪论

2. 有机化合物分子的结构
(1) 分子中原子间的相互连接方式和排列顺序 叫做分子的构造，表示分子构造的式子叫构造式。 (2) 分子的结构包括:分子的构造和分子的立体 形象。例如CH4
H H C H
结构式 构造式
H
3．同分异构现象
在有机化合物中，同一分子式可以代表原子间几 种不同的排列次序和连接方式的几个不同物质。如分 子式C2H6O可以代表以下两种化合物： 乙醇
能稳定成键 不能稳定成键
不能成键
2.σ键和π键
共价键按共用电子对的数目，分为单键和重键
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，用两条或三 条半短线表示。
H H C H
单键 双键 三键
H
C
C
C
C
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
(1) σ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。
H H
H Cl
Cl Cl
σ键的特点: 形成σ键的原子轨道是沿着对称轴的方向相 互重叠的，所以σ键的电子云分布近似圆柱形。因 此，以σ键连接的原子或基团可以绕键轴自由旋转， 键不致发生断裂。 因重叠程度最大，故键比较牢固，在化学反 应中比较稳定，不易发生断裂。 σ键存在于一切 共价键之中。
(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”的重叠 ） 而形成的键叫π键。
AgOCN + NH4Cl NH4OCN NH4OCN + AgCl O H 2N C NH2
1. 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 等其他元素。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 。
2. 有机化学的涵义
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。
五、 有机化学中的酸碱理论
1. 布朗斯特酸碱质子理论
凡是能给出质子的分子或离子都是酸；凡是能 与质子结合的分子或离子都是碱。酸失去质子，剩 余的基团就是它的共轭碱；碱得到质子生成的物质 就是它的共轭酸。
HCl + H2O H3O+ + Cl-
（酸）（碱）
（酸）（碱）
共轭酸碱中，一种酸的酸性愈强，其共轭碱的 碱性就愈弱，因此，酸碱的概念是相对的，某一物 质在一个反应中是酸，而在另一反应中可以是碱。
CH3CH2 OH
二甲醚
CH3 O CH3
这种分子式相同而结构式不同的化合物称为同 分异构体， 这种现象称为同分异构现象。
4.有机化合物构造式常用的表示方法
有机化合物构造式的表示方法常用的有3种： 价键式、缩简式、键线式。 例如：
H H C H H H C C H H H
价键式
H
C H
缩简式 键线式
CH3CH2CH2CH3
二、有机化合物的特性
1.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。
2. 熔点、沸点低
无机化合物 ─ 静电力 有机化合物 ─ 范德华力 NaCl CH3COCH3
y
x
x
π键的特点: π键不能单独存在，必须与σ键共存。p轨 道从侧面重叠，在π键形成以后，就限制了σ键 的自由旋转。而且电子云重叠程度较小，键能 较小，发生化学反应时，π键易断裂。 π键的电子云分散暴露在两核连线的上下两 方呈平面对称，π键的电子云离原子核较远， 受核的约束较小。因此，π键的电子云具有较 大的流动性，易受外界的影响而发生极化，具 有较强的化学活性。
共价键断裂时，共用电子对平均分配给两个成 键原子，生成自由基:
A:B A.
+
B.
通过自由基进行的反应叫自由基反应。自由基 反应一般要在光照条件或高温加热下进行。
2. 异裂
共价键异裂时，成键的一对电子保留在一个成 键原子上。异裂有两种情况：
C+ + ZC Z
异裂 碳正离子
C- + Z+
碳负离子
异裂一般需要酸、碱催化或在极性物质存在下 进行。 共价键异裂生成离子而引发的反应称为离子型 反应。离子型反应又可分为亲电反应和亲核反应。 亲电反应又可再分为亲电加成反应和亲电取代反应； 亲核反应也可再分为亲核加成反应和亲核取代反应。
路易斯碱与布朗斯特碱两者没有多大区别，但 路易斯酸要比布朗斯特酸概念广泛得多。
AlCl3 + ClAlCl4-
AlCl3是路易斯酸，Cl－是路易斯碱，而AlCl4－ 是酸碱加合物。
对有机物来说，也可以看成是酸碱加合物。例 如，甲烷CH4可以看成酸H+和碱CH3－的加合物；乙 醇CH3CH2OH可以看成酸H+和碱CH3CH2O－的加合 物 。大部分无机反应和有机反应，都可以设想为一 种路易斯酸碱反应。
相对分子 质量 熔点/ °C 沸点/ °C
58.5
801 1 465
58.08
-95.35 56.2
3.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。 4.反应速率慢
CH3COOH + H2O （酸） （碱） CH3COOH + H2SO4
H3O+ + CH3COO（酸） （碱） CH3COOH2+ + HSO4-
（碱）
（酸）
（酸）
（碱）
在酸碱反应中，总是较强的酸把质子传递给 较强的碱。
RONa + H2O ROH + NaOH
（较强碱）（较强酸） （较弱酸） （较弱碱）
跃迁 2px 2py 2pz 2s 基态 2s 激发态 2px 2py 2pz
(2)碳原子可以与其他原子相结合，也可以自身相 结合。碳原子间的连接方式可以是链状，也可以是环 状。通过共用电子对形成共价键时，可以以单键、双 键或三键结合。例如
C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C
三、有机化合物中的共价键
1. 共价键的本质
路易斯经典共价键理论认为： 共价键是原子间通过共用电子对所形成的化学
键。
近代价键理论: (1) 两个原子都有一个或多个未成对电子且自旋方向 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相反的电子配 对——饱和性
第一章
绪 论
第一节 有机化合物和有机化学 第二节 有机化合物的特点
第三节 有机化合物的分类
第一节 有机化合物和有机化学
一、 有机化学的研究对象
有机化合物与人类生活有着密切关系,人类对有 机化合物的认识过程： 1828年，德国化学家伍勒在研究氰酸盐的过程 中，意外地发现了有机物尿素的生成，打破了唯生 命力论学说。
2. 环状化合物
(1) 脂环化合物 碳原子间连接成环，环内也可 有双键、三键。这类化合物与开链化合物的性质相 似，故统称为脂肪族化合物。
2. 路易斯酸碱电子理论
1923年，路易斯提出酸碱电子理论，酸和碱的 反应可用下式表示：
A
. + . B
.B A.
A 是路易斯酸，它至少有一个原子具有空轨道， 具有接受电子对的能力。因此，酸是指能接受外来 电子对的电子接受体。如：BF3，AlCl3 ， R+， SnCl2，ZnCl2，FeCl3；Li+，Ag+，Cu2+；RCO+，Br+， NO2+，H+ 等都是路易斯酸。
B是路易斯碱，它至少含有一对未共用电子对， 具有给予电子对的能力。因此，碱是指能给出电子对 的电子给予体。如：H2O，NH3，RNH2，ROH， ROR，，RSH；X-，OH-，RO-，SH-，R- ；烯或芳香 化合物等都是路易斯碱。 路易斯酸在有机反应中常称为亲电试剂；路易 斯碱在有机反应中常称为亲核试剂。 酸和碱反应生成的AB叫做酸碱加合物。
第二节 有机化合物的特点
一、有机化合物的结构特点
1．碳原子是四价的并且可以自相结合
(1) 碳原子是以激发态共用电子对的形式与其 他原子形成分子的，即以共价键形成分子的。所以 有机物的主要键型是共价键。
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。
当A和B两个原子（气态）结合生成A-B分子（气态） 时，放出的能量称为键能。 A-B双原子分子（气态）离 解为原子（气态）时，所需要的能量叫做A-B键的离解 能，以符号D（A-B）表示 。对于双原子分子，A-B键 的离解能就是它的键能。键的离解能和键能单位通常用 kJ· -1表示。 mol
(4) 键的极性、分子的极性
CH3CH2OH 2CH3CH2OH
浓 H2SO4
170℃
浓 H2SO4
CH2
CH2 + H2O
140℃
CH3CH2OCH2CH3 + H2O
6. 受热易分解
一般有机化合物的热稳定性差，许多有机 化合物在200~300℃时即逐渐分解，随着温度的 升高甚至碳化而变黑。而多数无机物加热至几百 度高温也无变化。
无机反应是离子型反应，一般反应速率都很快。 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，所以反应速率比 较慢。
AgNO3 + NaCl CH3CH2OH
浓 H2SO4
AgCl + NaNO3 CH2 CH2 + H2O
170℃
5. 副反应多，产物复杂
有机化合物的分子大多是含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。 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。
二、 有机化合物的来源
1.石油 、天然气、煤和动植物体 2.人工合成
三、有机化学与医药卫生科学的关系
有机化学是医药卫生科学的基础，它为制药类专 业的后续课程奠定理论基础 。因为组成人体的物质除 水和一些无机盐以外，绝大部分也是有机物。这些有 机化合物在体内进行着一系列复杂的变化（也包括化 学变化），以维持体内新陈代谢作用的平衡。所以在 疾病的诊断和治疗中，不仅要了解药物的组成、结构、 性质、配制和药物对人体的药理作用，还要开发和研 制新药，为此都需要具备丰富的有机化学知识。 大量天然的和合成的有机化合物正在越来越广泛 地应用于医药卫生科学。有机化学既是学习医药卫生 科学的基础，又是进行医药卫生科学研究的工具。
3. 共价键的属性
(1) 键长 形成共价键的两个原子核之间的平 均距离称为键长。键长的单位为nm（10-9m）。一般 说来，共价键越短，表示键越强，越牢固。 (2) 键角 两价以上的原子与其他原子成键时， 两个共价键之间的夹角称为键角。
(3) 键能 键能表示共价键的牢固程度。键能 越大，说明两个原子结合得越牢固。 A（气态）+B（气态）→A-B（气态）
H C H H H Cl Cl C Cl Cl Cl H C Cl
Cl
μ=0 甲烷
μ=0 μ=3.63×10-30C· m 四氯化碳 三氯甲烷
键的极性和分子的极性对物质的熔点、沸点和溶解 度都有很大的影响，键的极性也能决定发生在这个键上的 反应类型，甚至还能影响到附近键的反应活性。
四、共价键的断裂方式和有机反应类型 1. 均裂
第三节 有机化合物的分类
碳
是指有机物分子中碳原子之间形成 架 ──￣￣￣￣ 的碳链或碳环。
Hale Waihona Puke Baidu
官能团 ── 是指有机物分子中比较活泼、容易
发生化学反应的原子或原子团。
一、按碳架分类
1.开链化合物
开链化合物又称为脂肪族化合物,是指碳原子间 相互连接成碳链.
CH3CH2CH2CHCH3 CH3 CH3CH2CH2COOH
① 键的极性。 键的极性是由于成键的两个原 子之间的电负性差异而引起的。 CH3δ+→Clδ-
共价键的极性大小可用偶极矩（键矩）μ来表 示。
μ =q· R
式中，q =正、负电荷中心所带的电荷值（库仑C）； R =正、负电荷间的距离（m）
②分子的极性。 在双原子分子中，共价键的极 性就是分子的极性。但对多原子的分子来说，分子 的极性取决于分子的组成和结构。多原子分子的偶 极矩是各键的偶极矩的向量和。