大学医用有机化学 第一章 绪论

H
+
H ← NH3
+
二、现代共价键理论基本要点

共价键理论基本要点：
（1）匹配原理 （2）原子轨道最大重叠原理

共价键的特性：
（1）共价键的饱和性 （2）共价键的方向性
每个原子所形成共价键的数目取决该原子的单电子 的数目，故共价键具有饱和性；共价键是由参与成键电 子的电子云重叠形成的，电子云重叠越多，形成的共价 键越稳定，这就决定了共价键具有方向性。
负碳离子（碳 负离子） carbanium ion
C
Y
_
C
+ Y
+
由亲核试剂进攻正碳离子的反应称亲核反应。 由亲电试剂进攻负碳离子的反应称亲电反应。
第五节 有机酸碱概念 一、布朗斯特（质子）酸碱理论
凡能给出质子的物质是酸（质子的给予体）；凡能接 受质子的物质是碱（质子的接受体）。
HCl + H2O
（3）键能：从共价键生成或断裂的能量因素来衡量共 价键强度的物理量。相同类型的键其键能越大，键越稳 定。 （4）键的极性和极化性：
键的极性是由于成键原子的电负性不同引起的。 + μ=q· d δ δ
H3C Cl
Cl Cl
极性共价键
非极性共价键
衡量化学键极性的物理量是键的偶极矩（简称键矩）。 单位为C· m（库仑· 米和D）
四、共价键的属性 （1）键长：成键两原子核心的平均距离，其单位常用 nm或pm表示。
C C 154pm
C C C C 134pm 120pm
C H
110pm
C H
107pm
C H
1O6pm
（2）键角：分子中同一原子形成的两个共价键之间 的夹角。键角所给的信息对讨论有机物分子的空间构 型具有十分重要意义。
⒊ 有机物的易燃，热稳定性差，难溶或不溶于水等， 也都是人们公认的有机物特性。
⒋ 大多数有机反应速率较慢，需要一定时间才能完成 反应。为了加速反应，常常要辅以外界条件，尤其需要 催化剂的参与。另外，在同一个反应体系中也往往由于 反应途径不同而有主反应产物和副反应产物，使得有机 反应产率较低，也给分离、纯化工作带来许多麻烦。
62 H2SO4 ％ CH3CH2CHCH 3 80-90℃ β
β
OH CH3CH CHCH 3
第六节 确定有机化合物结构的步骤和方法 化学合成 混合物 分离提纯 蒸馏 重结晶 升华 色谱 元素分析 确定分子式 测定结构式
三、碳的杂化轨道理论 杂化： 重新组合成的新的原子轨道，叫做杂化轨道
碳原子的核外电子排布为
1s22s22p2
2S轨道 2P轨道
特点：杂化前后轨道的能量、形状、方向改变，但数 目不变。 甲烷中的碳原子为四价，空间形状为正四面体，键 角为109°28′ ，为什么？ 碳原子在形成共价键时，有3种杂化轨道，即sp3、 sp2、和sp杂化轨道。
非极性分子内由于电子的运动在某一瞬间使分子内电 荷分布不均匀，而产生很小的暂时（瞬间）偶极，其 产生的瞬间偶极作用力称色散力。
第四节 有机化合物的功能基和反应类型
1、功能基 决定有机化合物的种类和特性的原子或原子团 ， 叫做官能团 或功能基(functional group) 。 1.按基本骨架特征分类 链状化合物 CH3CH2OCH2CH3
有机化合物分子中原子键合的本质是共价键。（碳在 周期表中是第Ⅳ主族元素）
Lewis结构式：用共享电子对表示有机化合物的 结构式。
H H C H H 甲烷
H H C H
H C O H 乙醇 H
CH3 CH 2 OH
配位键：共价键的一对电子是由两成键原子中的一个 提供的，可用→表示。
NH3
H C H
H
OH
C H
H H
OH
价键式
H CH3
骨架式
H C C H
球棒式
OH H 投影式
有机物分子的特性 ⒈ 有机物分子在结构上的最大特性，就是原子之间多以 共价键结合；由于碳原子彼此间或碳原子与其他原子间的 多种连接方式，故有机物普遍存在同分异构现象。（如： C2H6O）
⒉ 由于分子间力与离子间的结合力（离子键）相比， 一般是很弱的，所以有机物的熔点通常较低，超过 300℃的有机化合物很少。
第一节 有机化合物和有机化学 17世纪中期, 把从自然界中取得的各种物质,按照来源分为: 动物物质 有机物(organic) 植物物质 无机物(inorganic) 矿物物质 随后又将矿物物质称为无机物, 而将动物物质和植物物 质称为有机物。 在化学发展史的长河中曾经有过一段时期, 有机化合物被 认为只能来源于有生命的机体, 不可能由无机物合成。 1828年德国化学家F.Wö hler（魏勒）在实验室里合成 了尿素（1773年从尿液中分离出） ，这是一个具有划 时代意义的发现，它为近代有机化合物概念的确立奠定 了基础。
有机化合物除含碳原子外，绝大多数含有氢，其 次含有O、N、S、X等。至今已知的含碳化合物的数 目已有2000万左右，而无机化合物只有几十万种。 95%的药物都是有机化合物。人类的衣、食、住、行 和生、老、病、死都伴随着有机化学。 最近200年来，有机化学已经发展成一门庞大的学 科，仅1995年一年化学家就创造了100万个以上新化 合物。以C60 和C70 为代表的全碳球状原子簇富勒烯（ fullerene）的发现是20世纪自然科学史的最重大成 果之一。现在，从结构复杂多样的生物大分子的合成 到模拟生物过程模型的确立，标志有机合成技术已经 达到了相当高的境界。
2
Hσ C C σ H σ σ σ H H H1s π σ键
Cp
π键
Cp
乙炔的分子结构
衍射和光谱实验数据已证明乙炔分子具有线型结构， 即四个原子排列在一条直线上。两碳原子均为sp杂化
Csp
Csp σ键
Csp
σ键
H1s
H C C H
H
C
C
H
π键Cp 2Cp
小 杂化类型 hybridiza tion
Lewis酸通常是正离子或缺电子的分子(如H+、Cl+、Br+ 、NO2+ 、BF3、AlCl3 等)。 Lewis碱通常是负离子或带有 未共用电子对的分子(如H2O、ROH、NH3、RNH2、OH-、CN等)
有机化合物的结构表示方法
CH3CH2CH2OH
H H C H
H CH 3 H OH
缩写式
（一） sp3杂化轨道
sp 2p 2s 激发 2s 2p
3
杂化
sp
3
109° ′ 28 s p
参与杂化的轨道 轨道形状 能量 夹角 空间形状
1S+3P 葫芦形 1/4S+3/4P 109°28' 正四面体形
（二） sp2杂化轨道
2p 2s 激发 2s sp 杂化
2
2p
sp
2
2p
° 20 1
参与杂化的轨道 轨道形状 能量 夹角 空间形状
1S+2P 葫芦形 1/3S+2/3P 120° 平面正三角形
（三） sp杂化轨道
sp 2p 2s
180°
C
激发 2s
2p
杂化
2p sp
1S+1P 葫芦形 1/2S+1/2P 180° 直线形
参与杂化的轨道 轨道形状 能量 夹角 空间形状
杂化的动力：重叠程度增大；轨道之间的距离增加 ，排斥降低。 共价键可分为两种基本类型，即σ键 和π键 。 甲烷的分子结构和键 甲烷(CH4)分子，是由1个碳原子和4个氢原子组成，其 中碳原子是sp3杂化，4个氢原子与同一个碳原子以共价键 相连结，形成4个Csp3-H1sσ键（轨道沿着键轴方向以 “头碰头”方式进行重叠形成的共价键称为键）。 甲烷分子为正四面体型， 碳原子居于正四面体中心， 4个氢原子居于正四面体的 4个顶点，∠HCH均为 H 109°28'，此为甲烷分子 的构型。
Cl
Cl
Cl
μ= 1.87D 极性分子 分子的极性越大，分子间作用力就越大。 二、分子间的作用力
1、偶极-偶极作用力：产生于极性分子之间。
δ CH3 Iδ
+
μ= 0 非极性分子
Cl Cl
H
H H
δ I
-
wk.baidu.com
δ CH3
+
δ I
-
δ CH3
+
δ I
-
偶极－偶极作用力
CH3 + δ
2、氢键：实际上也是偶极-偶极作用力，它是分子间最 强的作用力，但最高不超过25KJ/mol。 较小原子半径、 H 电负性强、有未共 O 用电子对的原子可 O H H 与氢原子形成氢键。 常见的原子O,N,F H 氢键(特强的偶极－偶极 作用力) 3、色散力（van der Waals引力）
结 形 状 键的类型 shape of bonding hybrids 四 面 体 4σ
sp3
杂化轨道数 number of hybrids 4
sp2
3
平面三角形
3σ+1π
sp
电负性：
2
直
线 >P
2σ+2π
S > SP > sp2 > sp3
σ键和π键的主要特点 σ 键 可单独存在，存在于任何共 价键中 成键轨道沿键轴“头碰头” 重叠，重叠程度较大，键能 较大，键较稳定 电子云密集于两原子之间， 受核的约束较大，键的极化 性小 成键的两个碳原子可以沿键 轴“自由”旋转 π 键 不能单独存在，只能在双键或叁 键中与σ键共存 成键轨道“肩并肩”平行重叠， 重叠程度较小，键能较小，键不 稳定 电子云分布在平面的上下方，受 核的约束小，键的极化性大 成键的碳原子不能沿着键轴自由 旋转
H Csp H H
3
σ键
H1s
乙烯的分子结构和键 乙烯是一个平面结构，分子中所有原子核都在一个 平面中，键角接近120°，证明乙烯中两个双键碳为 sp2杂化。 两个互相平行的轨道以“肩并肩”方式进行重叠形 成的共价键称为键 。
Csp H σ H σ C
2
σ键
Csp σ C
2
H H σ Csp
N
碳环化合物
杂环化合物
2.按官能团不同分类
(二) 按官能团分类
邓健 制作 吕以仙 审校
30
2、反应类型
自由基反 应
亲电反应
分 类
离子型反 应
亲核反应
协同反应 本教材只讨论自由基反应和离子型反应。

1、自由基型反应
C
Y
均裂
C
+
Y
游离基(自由基)

2、离子型反应
C
+
_
+ Y
正碳离子（碳 正离子） carbonium ion
NH4OCN
(NH 2)2CO
直到1848年L.Gmelin(格梅林)根据F.Wö hler的实验 和越来越多的有机合成事实.1845年德国化学家 H.Kolber (柯尔柏）合成了醋酸，1854年法国化学家 M.Berthelot（拜特洛）合成了油脂等。确立了有机化 合物的新概念。 有机化合物是含碳化合物（碳氢化合物及其衍生 物），有机化学是研究碳化合物的化学。(CO、CO2 及碳酸盐除外）
水：15.7
乙炔：25
酸性：水 ＞ 乙炔 酸碱反应中平衡总是有利于生成较弱的酸和较弱的 碱。即强酸置换弱酸。
H C C H + OH
-
×
H C C + H2O
-
二、Lewis酸碱概念
1、酸碱的定义： 凡能获得电子对的物质，叫做酸。 凡能提供电子对的物质，叫做碱 2、酸碱反应： 实质：是配位键的形成并生成酸碱配合物。 即：酸 + 碱 酸碱配合物。
供医学类专业用
有机化学
（第7版 主编 吕以仙）
主讲
李英秀
第一章
绪论
（Introduction）
目的：为了系统学习有机化学准备必需的基本知识, 有机化学是医学课程中的一门重要基础课，也是生命科 学不可缺少的化学基础。 具体掌握内容： ⒈什么是有机化学？什么是有机化合物？ ⒉ 共价键的价键理论，共价键的参数及其意义 ⒊共价键的断裂方式和有机化合物的反应类型 ⒋有机化合物的结构式表示方法
酸 碱
Cl共轭碱
H3O+
共轭酸
化合物的酸碱性强度的表示：
酸——Ka 或pKa来表示。
碱——Kb 或pKb 来表示。
共轭酸碱：酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共 轭酸越弱。
F ＞ CI ＞ Br ＞ I
-
-
-
-
HF ＜HCI ＜ HBr
<HI
酸性强度可用pKa表示，pKa越小，酸性越强。
如： pKa
第二节
共价键
一、路易斯共价键理论
化学键是描述组成分子中的原子如何结合在一起的 力。可分为两种基本类型，即离子键和共价键。
共价键概念是由G.N.Lewis于1916年首先提出来的， 第一次指出原子间共有电子满足“八隅体”（即原子外 层满足8电子结构，氢原子外层满足2电子结构）即可以 生成共价键。
μ=q· d
极化性：由于外界电场（静电场）作用而引起共价 键的极性改变的现象。

正常情况下Br—Br键没有极性，μ＝0，但当外电 场E+ 接近时，由于E+ 的诱导，引起正负电荷中心分离， 出现了键矩μ
第三节 分子的极性和分子间的作用力 一、分子的极性 分子的偶极矩是分子中各个键矩的矢量和。偶极矩 是一个矢量，有大小和方向。其方向性用 表示。 大小用偶极矩表示。