有機化學

OrganicChemistry教材:徐壽昌主編（第二版）高等教育出版社◎參考書:(1)袁履冰主編《有機化學》，高等教育出版社(2)胡宏紋主編《有機化學》，高等教育出版社(3)邢其毅,徐瑞秋,周政《基礎有機化學》(上、下),高等教育出版社(4)龔躍法等《有機化學習題詳解》,華中科技大學出版社第一章

有機化合物的結構和性質要求深刻理解和熟練掌握的內容：有機化合物的結構特征；有機化合物中的共價鍵；有機物的酸堿概念要求一般理解和掌握的內容：有機化合物的分類；有機化合物在國民經濟中的地位和作用難點：雜化軌道理論一.有機化合物和有機化學◎1806年柏則里斯（Berzelius）首先提出(有機化學)名詞，以區別于其它礦物質的化學——無機化學◎1828年，魏勒（F.W?hler）在實驗室由氰酸銨(NH4OCN)合成尿素(NH2CONH2),促進了有機化合物的人工合成:◎1845年Kolbe合成了醋酸；1854年，柏賽羅(M.berthelot)合成油脂類化合物等。◎1848年葛梅林（L.Gmelin)提出，有機化合物就是含碳化合物，有機化學

是研究含碳化合物的化學。

事實上有機化合物除了含有碳元素外，還含有H、O、N、S、X等元素，其中尤以C、H元素為主。從結構上看,所有的有機化合物都可以看作碳氫化合物以及從碳氫化合物衍生而得的化合物。◎在有機物和無機物之間并沒有一個明確的分界線，但在組成與性質上確實存在著某些不同之處。◎

1874年肖萊馬（K.Schorlemmer）又將有機化學定義為研究碳氫化合物及其衍生物的化學。

★當然,對CO、CO2、CO32-等簡單化合物習慣上還是稱作無機化合物.1.結構上：存在同分異構現象

二、有機化合物的特點（★產生同分異構現象的本質是在分子中原子成鍵的順序和空間排列方式不同.）分子式相同而結構相異因而其性質也各異的不同化合物,稱為同分異構體,這種現象叫同分異構現象。例1:乙醇和二甲醚

CH3CH2-OH,CH3-O-CH3

例2:丁烷和異丁烷

CH3CH2CH2CH3,CH3CH(CH3)CH3◎碳化合物含有的碳原子數和原子種類越多,它的同分異構體也越多。如:

C7H16的同分異構體數9個;

C8H18的同分異構體數可達18個;

C10H22的同分異構體數可達75個。2.性質上：①容易燃燒②熱穩定性差③熔點、沸點低④難溶于水；⑤反應速度慢⑥副反應多三、有機化合物中的共價鍵共價鍵廣泛存在于有機物中，也可說共價鍵是有機物的結構基礎。關于共價鍵，目前有兩種常用的理論：◎1、價鍵理論從“形成共價鍵的電子只處于形成共價鍵兩原子之間”的定域觀點出發。①如兩個原子各有一個未成對電子并且自旋反平行，就可偶合配對，形成一個共價鍵；內容：②共價鍵具有飽和性；③共價鍵具有方向性(最大重疊原理):兩個電子的原子軌道的重疊部分越大,形成的共價鍵就越牢固.共價鍵具有方向性(最大重疊原理):2p1syx1s2pyx（a）x軸方向結合成鍵（b）非x軸方向重疊較小不能形成鍵④能量相近的原子軌道可進行雜化，組成能量相等的雜化軌道，使成鍵能力更強，成鍵后可達到最穩定的分子狀態。

思考：

碳原子有兩個未成對的外層電子，為什么不與2個Ｈ結合為CH2，而是與4個Ｈ生成CH4？★有機物的碳原子結構主要有三種雜化狀態，即SP3、SP2、SP雜化，一般狀態下它們分別具有四面體、平面三角、直線型的空間形態。

2p———2s—1s—能量碳原子基態的電子構型2p———2s—1s—一個2s電子激發至能量較高的2pz空軌道只需要402kJ/mol能量2p———2s—1s—————基態激發態sp3雜化態碳原子2s電子的激發和sp3雜化★

C采取sp3雜化軌道與4個H原子的s原子軌道形成4個sp3-s型的C-H鍵(CH4)比形成CH2要穩定的多.(414×4-402)kJ/mol。形成CH4

時仍有約1255kJ/mol能量釋放出。所以這個體系比形成兩個共價鍵的CH2穩定的多。★

這四個sp3雜化軌道的能量是相等的,每一軌道相等于1/4s成分,3/4p成分.sp3雜化軌道的圖形

◎2.

分子軌道理論著眼在整個分子中電子的排布規律，認為電子可在分子范圍內分布，是一種離域的觀點，而分子軌道則由有一定條件的組成分子的原子軌道線性組合得到。（條件是能量相近、軌道對稱性匹配、能最大重疊）。(1)鍵長——形成共價鍵的兩個原子的原子核之間的距離.(不同化合物中同一類型的共價鍵也可能稍有不同)(2)鍵角(方向性)——任何一個兩價以上的原子,與其它原子所形成的兩個共價鍵之間的夾角.(3)鍵能

——氣態原子A和氣態原子B結合成A-B分子(氣態)所放出的能量,也就是氣態分子A-B離解成A和B兩個原子(氣態)時所吸收的能量.◎3.有機化合物中共價鍵的性質◎(4)鍵的極性和元素的電負性——分子的偶極矩

H—H，Cl—Cl，成鍵電子云對稱分布于兩個原子之間，這樣的共價鍵沒有極性。鍵能泛指多原子分子中幾個同類型鍵的離解能的平均值.離解能:一個共價鍵離解所需的能量.指離解特定共價鍵的鍵能.（在多原子分子中，即使相同的鍵其解離能也不相同）兩個不同原子組成共價鍵時，由于兩原子吸引電子的能力不同，成鍵電子云非對稱地分布在兩核周圍，使分子的一端帶電荷多些，而另一端帶電荷少些，這種鍵具有極性。如：H(+)

Cl(-)，

H3C(+)

Cl(-)

★鍵的極性大小主要取決于成鍵兩原子的電負性值之差，與外界條件無關，是永久的性質。

電負性：一個元素吸引電子的能力。偶極矩：正電中心或負電中心的電荷與兩個電荷中心之間的距離d的乘積.(方向性:正到負,一般用符號表示。

qd(D,德拜)■

在兩原子組成的分子中，鍵的極性就是分子的極性，鍵的偶極矩就是分子的偶極矩。■在多原子組成的分子中，分子的偶極矩是分子中各個鍵的偶極矩的向量和。H—ClCH3—ClH—CC—Hμ=1.03Dμ=1.87Dμ=0（1）共價鍵的斷裂方式①均裂:兩個原子之間的共用電子對均勻分裂,兩個原子各保留一個電子的斷裂方式。產生活潑的自由基(游離基).

A:B

A·+B·Cl:Cl(光照)

Cl·+Cl·CH4+Cl·

CH3·+H:Cl

4.共價鍵的斷裂與反應類型★發生鍵均裂的反應稱為均裂反應（自由基型反應）②異裂:共價鍵斷裂時,兩原子間的共用電子對完全轉移到其中的一個原子上的斷裂方式。結果產生正、負離子.

A:B

A++B-(CH3)3C:Cl

(CH3)3C++Cl-（2）反應類型有機反應除自由基型反應和離子型反應外，還有一種協同反應（周環反應）。★發生鍵異裂的反應稱為異裂反應（離子型反應）。協同反應：有機反應過程沒有明顯分步的共價鍵均裂或異裂,只是通過一個環狀的過渡態,化學鍵的斷裂和新化學鍵的生成同時完成而得到產物.離子型反應及自由基型反應又可分為取代反應和加成反應等等；因此離子型反應中有親核取代反應、親電取代反應、親核加成反應和親電加成反應等等離子型反應中根據反應試劑的類型又可分為親電反應和親核反應。

凡是能給出質子的叫酸。如：HCl、H3O+

凡是能與質子結合的叫堿。如：Cl-

、H2O四.有機化學中的酸堿概念1.布倫斯特和路易斯酸堿定義◎(1)布倫斯特(B)酸堿（泛稱的酸堿概念）★強酸的共軛堿必是弱堿（如：HCl和Cl-）★弱酸（CH3COOH）的共軛堿是強堿（CH3COO-）★酸堿的概念是相對的：如HSO4-■路易斯(L)酸：能接受外來電子對,具有親電性.在反應時,有親近另一分子的負電荷中心的傾向,又叫親電試劑.如AlCl3◎(2)路易斯(L)酸堿■路易斯(L)堿：能給予電子對,具有親核性.在反應時,有親近另一分子的正電荷中心的傾向,又叫親核試劑(“核”作為正電荷的同義語).如：:NH3◎（3）酸堿的強弱■在有機化學中關于酸的強弱，一般是指布倫斯特定義的酸所給出質子能力的強弱。以酸性常數Ka的負指數pKa表示。pKa值越低酸性越強.■與pKa相應的有表示堿強度的pKb值，但有機堿（例如胺類）也常常用它共軛酸的pKa值來表示堿性的強弱。(1)開鏈族化合物(脂肪族化合物):正丁烷,異丁烷(2)碳環族化合物

A:脂環族化合物:環戊烷,環己烷

B:芳香族化合物:苯,萘(3)雜環化合物:呋喃,吡啶五、有機化合物的分類■

1.按碳鏈分類按分子中含有相同的、容易發生某些特征反應的(1)原子(如鹵素原子)(2)原子團(如:羥基-OH、羧基-COOH、硝基-NO2，氨基-NH2

等)(3)或某些特征化學鍵結構(如雙鍵>C=C<、叁鍵