《有機化學》課程概述有機化學研究含碳化合物的科學本課程將探索化學鍵、反應機理和各類有機物性質有機化學的定義和研究對象定義研究含碳化合物的結構、性質、合成與反應研究對象天然與合成的含碳化合物例外有機化學的發展歷史1活力論時期有機物需"生命力"產生2沃勒尿素合成(1828)首次人工合成有機物3結構理論時期凱庫勒苯環結構提出4現代有機化學有機化合物的特點1碳鏈特性碳原子可形成穩定長鏈或環2共價鍵結合主要通過共價鍵連接3同分異構同分子式但結構不同反應速率有機化合物的分類方法官能團分類羥基、羰基、氨基等特征基團1結構類型脂肪族、芳香族、脂環族2碳氫比例飽和與不飽和化合物3來源分類天然有機物與合成有機物4有機化合物的命名原則確定母體識別主鏈或主環確定官能團標記特征基團優先級標記取代基注明位置與種類完整命名按IUPAC規則組合全名有機化學中的化學鍵共價鍵電子對共享結合離子鍵電子轉移形成氫鍵分子間弱相互作用配位鍵電子對單向提供共價鍵的性質鍵能斷裂鍵所需能量鍵長原子核間平衡距離鍵角原子間連接角度極性電子云分布不均分子間作用力1氫鍵最強的分子間力2偶極-偶極力極性分子間吸引3范德華力瞬時偶極相互作用這些作用力決定有機物的沸點、溶解性等物理性質路易斯結構基本概念用點表示價電子分布八電子規則原子傾向于獲得八個價電子形式電荷標記原子電荷分布共振理論實際結構多種共振式的混合體共振雜化電子離域分布共振能結構穩定性增加分子軌道理論簡介1成鍵軌道電子云重疊增強2反鍵軌道電子云重疊減弱3σ鍵軸向重疊形成4π鍵側向重疊形成雜化軌道理論原子軌道混合形成新軌道，解釋分子幾何構型sp3雜化四面體，sp2雜化三角平面，sp雜化線性有機反應的類型加成反應兩分子結合成一個1消除反應一分子分裂為兩個2取代反應原子團替換3重排反應分子內部結構變化4有機反應機理概述1反應表象產物形成2中間體確認捕獲或光譜檢測3過渡態推測能量變化計算4機理證實同位素標記實驗烷烴的結構與命名甲烷CH?，最簡單烷烴乙烷C?H?，線性結構支鏈烷烴碳鏈含分支命名原則：最長碳鏈，標記位置，按字母順序烷烴的物理性質碳原子數物理狀態(常溫)沸點趨勢C?-C?氣態隨碳鏈增長上升C?-C??液態碳鏈越長越高C??以上固態范德華力增強烷烴的化學性質1化學惰性C-H鍵穩定性高2燃燒反應完全燃燒生成CO?和H?O3鹵化反應紫外光催化下氯代或溴代4裂解反應高溫下碳鏈斷裂自由基取代反應引發形成自由基傳播鏈式反應進行終止自由基結合消失環烷烴的結構與性質環丙烷高張力三角形結構環己烷椅式構象穩定大環烷烴柔性構型多變立體異構現象構型異構空間排布固定不同構象異構可通過單鍵旋轉相互轉化順反異構雙鍵兩側基團排布手性分子與對映異構鏡像關系分子與鏡像不重合手性中心連接四個不同基團的碳旋光性偏振光平面旋轉生物活性對映體活性常不同構象異構交錯式乙烷能量最低構象重疊式乙烷能量最高構象船式環己烷次穩定構象烯烴的結構與命名不飽和烴含碳碳雙鍵平面結構雙鍵碳原子sp2雜化命名方式標明雙鍵位置幾何異構順式(Z)或反式(E)烯烴的物理性質1沸點比同碳原子數烷烴略高2溶解性非極性，易溶于有機溶劑3密度小于水4物理狀態C?-C?氣態，更高為液態或固態烯烴的化學性質加成反應雙鍵斷裂添加新原子1氧化反應生成醇、醛或酮2聚合反應形成高分子聚合物3重排反應碳骨架結構變化4親電加成反應機理π電子進攻親電試劑吸引π電子碳正離子形成中間體帶正電荷負離子進攻負離子攻擊正碳馬氏規則規則內容親電試劑優先加成到氫多碳穩定性解釋形成更穩定的碳正離子取代基效應推電子基團穩定正離子共軛雙烯的特性結構特點單雙鍵交替排列共振穩定電子離域提高穩定性1,2與1,4加成兩種加成方式并存炔烴的結構與性質線性結構碳碳三鍵為sp雜化末端氫酸性可被強堿奪取加成活性可發生多次加成命名方式以-炔作后綴芳香烴的結構特點1平面結構苯環呈平面結構2電子離域π電子云離域在環上3鍵長均等C-C鍵長介于單雙鍵之間4特殊穩定性共振能使結構穩定苯環的共振結構凱庫勒結構兩種單雙鍵交替結構現代表示法中間一個圓表示離域π電子共振雜化體實際結構為共振式混合芳香性判斷標準霍夫曼規則4n+2π電子平面結構共軛系統必須平面環狀結構需閉合環狀共軛電子離域每個原子參與共軛芳香烴的物理性質性質特點溶解性非極性，易溶于有機溶劑密度一般小于水沸點高于同碳數烷烴氣味多具芳香氣味芳香烴的化學性質取代反應保留環結構的反應1加成反應強條件下破壞芳香性2側鏈反應環上取代基的反應3氧化反應側鏈氧化為羧基4親電芳香取代反應π復合物親電試劑接近π電子云σ復合物形成缺電子中間體質子脫除恢復芳香性鹵代烴的結構與命名氯代烴含氯原子溴代烴含溴原子碘代烴含碘原子氟代烴含氟原子親核取代反應離去基團鹵素或其他易離去基團親核試劑帶負電荷或孤對電子反應類型SN1或SN2機理SN1和SN2反應機理SN2機理協同過程，一步完成SN1機理分步過程，碳正離子中間體SN2：親核試劑先進攻，立體構型反轉SN1：離去基團先離開，立體構型易發生消旋消除反應1E1機理分步過程，先形成碳正離子2E2機理協同過程，一步完成3賽茨夫規則優先形成取代基多的雙鍵4競爭反應常與取代反應競爭醇的結構與分類1伯醇羥基連接在末端碳2仲醇羥基連接在中間碳3叔醇羥基連接在三取代碳醇的物理性質沸點氫鍵使沸點高于同碳數烴溶解性小分子醇水溶性好酸堿性弱酸，pKa約16-18醇的化學性質氧化反應生成醛、酮或酸1脫水反應形成烯烴2酯化反應與酸反應生成酯3取代反應羥基被其他基團取代4醚的結構與性質結構特征R-O-R'結構化學惰性氧上無活潑氫溶劑性能良好的有機溶劑過氧化物存放久易形成爆炸性物質酚的結構與性質結構特點羥基直接連苯環酸性比醇酸性強氫鍵能形成分子間氫鍵酚類化合物具有特殊氣味，多數有毒性醛和酮的結構特點醛基羰基連接氫原子酮基羰基連接兩個碳原子羰基C=O雙鍵結構醛酮的物理性質性質特點沸點高于烴類，低于醇類溶解性小分子部分溶于水極性C=O極性較強氣味多具特殊香味醛酮的化學性質1加成反應羰基碳受親核試劑進攻2氧化還原醛易被氧化，酮較難3醛醇縮合形成α,β-不飽和羰基化合物4縮聚反應可形成聚合物羰基的親核加成反應親核進攻親核試劑進攻羰基碳四面體中間體sp3雜化過渡態質子轉移形成最終產物羧酸的結構與性質結構特點羧基(-COOH)功能團酸性較強的有機酸二聚體形成分子間氫鍵溶解性短鏈可溶于水羧酸衍生物概述酰氯最活潑的羧酸衍生物酸酐兩個羧酸脫水形成酯羧酸與醇反應生成酰胺羧酸與胺反應生成酯的結構與反應結構特點RCOOR'結構酯化反應酸催化下羧酸與醇反應水解反應酸或堿催化斷裂還原反應可被還原為醇酰胺的結構與反應結構特點RCONR'R''結構氫鍵能力能形成較強氫鍵水解反應酸堿催化生成酸和胺脫水反應形成腈類胺的分類與命名1伯胺一個烴基連氮2仲胺兩個烴基連氮3叔胺三個烴基連氮胺的物理性質性質特點沸點比同碳數烴高氫鍵伯仲胺可形成氫鍵溶解性小分子胺水溶性好氣味多有魚腥氣味胺的化學性質堿性水溶液呈堿性1成鹽反應與酸反應形成銨鹽2烴基化N原子上加烴基3?；纬甚０?雜環化合物簡介環中含有氮、氧、硫等非碳原子的環狀有機物廣泛存在于天然產物和藥物分子中糖類化合物