第八章有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)

1、第第7 7章章 有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)1. 初步了解有機(jī)化合物的基本特征和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；初步了解有機(jī)化合物的基本特征和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；3. 初步了解有機(jī)反應(yīng)的基本類型初步了解有機(jī)反應(yīng)的基本類型;本章教學(xué)要求本章教學(xué)要求2.了解有機(jī)化合物的分類，初步掌握其命名規(guī)律；了解有機(jī)化合物的分類，初步掌握其命名規(guī)律；4. 初步了解基本有機(jī)化合物的制備方法。初步了解基本有機(jī)化合物的制備方法。l17731773年年 首次由尿內(nèi)取得純的首次由尿內(nèi)取得純的尿素尿素. . l18051805年年 由鴉片內(nèi)取得第一個(gè)生物堿由鴉片內(nèi)取得第一個(gè)生物堿嗎啡嗎啡. .l18281828年，德國化學(xué)家，維勒（年，德國化學(xué)家，維勒（wo

2、hler,Fwohler,F）首次）首次人工用人工用氰酸銨合成了尿素氰酸銨合成了尿素。 l從從1919世紀(jì)初至中期有機(jī)化學(xué)成為一門學(xué)科，建立了世紀(jì)初至中期有機(jī)化學(xué)成為一門學(xué)科，建立了經(jīng)典的有機(jī)結(jié)構(gòu)理論經(jīng)典的有機(jī)結(jié)構(gòu)理論。 l18571857年凱庫勒提出了年凱庫勒提出了碳是四價(jià)的學(xué)說碳是四價(jià)的學(xué)說。 l18651865年，凱庫勒提出了年，凱庫勒提出了苯的構(gòu)造式苯的構(gòu)造式。 有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué) 葛美林葛美林（Gmelin.L)和凱庫勒凱庫勒(KeKule .A)認(rèn)為碳是有認(rèn)為碳是有機(jī)化合物的基本元素，把機(jī)化合物的基本元素，把“碳化合物稱為有機(jī)化合物碳化合物稱為有機(jī)化合物”，“

3、有機(jī)化學(xué)定義為碳化合物的化學(xué)有機(jī)化學(xué)定義為碳化合物的化學(xué)”。 肖萊馬（肖萊馬（Schorlemmer,c.)Schorlemmer,c.)在此基礎(chǔ)上發(fā)展了這個(gè)觀在此基礎(chǔ)上發(fā)展了這個(gè)觀點(diǎn)，認(rèn)為碳的四個(gè)價(jià)鍵除自己相連之外，其余與氫結(jié)點(diǎn)，認(rèn)為碳的四個(gè)價(jià)鍵除自己相連之外，其余與氫結(jié)合，于是就形成了各種各樣的碳?xì)浠衔锖?，于是就形成了各種各樣的碳?xì)浠衔?烴，其他烴，其他有機(jī)化合物都是由別的元素取代烴中的氫衍生出來的。有機(jī)化合物都是由別的元素取代烴中的氫衍生出來的。有機(jī)化合物可以定義為碳?xì)浠衔锛捌溲苌?有機(jī)化合物的特點(diǎn)有機(jī)化合物的特點(diǎn) 有機(jī)化合物數(shù)目龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；有機(jī)化合物數(shù)目龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜； 已

4、知化合物中，有機(jī)物約占已知化合物中，有機(jī)物約占90%以上；以上； 有機(jī)化合物具有同分異構(gòu)體現(xiàn)象。有機(jī)化合物具有同分異構(gòu)體現(xiàn)象。正丁烷正丁烷異丁烷異丁烷H3CH2CH2CCH3H3CHCCH3CH3H3CH2CH2CH2CCH3H3CHCH2CCH3CH3H3CCCH3CH3CH3H3CH2CH2CH2CH2CH3CHCH2CH2CCH3CH3CH3H3CH2CHCH2CCH3CH3H3CCH2CCH2CH3CH3H3CHCHCCH2CH3CH3有機(jī)化合物的特性有機(jī)化合物的特性l對(duì)熱不穩(wěn)定，容易燃燒對(duì)熱不穩(wěn)定，容易燃燒l熔沸點(diǎn)較低熔沸點(diǎn)較低l難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑（相似相溶）難溶于水，易溶于有

5、機(jī)溶劑（相似相溶）l反應(yīng)速度比較慢反應(yīng)速度比較慢l發(fā)生副反應(yīng)發(fā)生副反應(yīng)l同分異構(gòu)體的存在很普遍同分異構(gòu)體的存在很普遍有機(jī)化合物的分類有機(jī)化合物的分類1、按照碳原子的結(jié)合方式分類、按照碳原子的結(jié)合方式分類H3CH2CCH2H2CCH2H2CCH2CH3H3CH2CCHHCCHCH3CH3H2CH2CCH2H2CH2CCH2CH2H2CH2CCH2CH2H2CH2CH2CCH2CH2CH2H2CH2CH2CCHCHH2CCH3CH3OHCH3NNCH3CH3OSHNHN2、根據(jù)分子中所含的官能團(tuán)、根據(jù)分子中所含的官能團(tuán)H2CCH2CH2CH2CH2CH2CH2CCHH2CCH3CH3CH3H3CC

6、H2CH3CH3NO2OHCH3COOHCH3ClCH3OHOHH3CH2CCHOH3CCCH2OH3CH2CH2CNH2H3COCH3H3CCOOH2CCH3有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)組成有機(jī)化合物的化學(xué)鍵組成有機(jī)化合物的化學(xué)鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵有機(jī)化合物都含有碳，碳原子位于元素周期表有機(jī)化合物都含有碳，碳原子位于元素周期表第二周期第四族第二周期第四族，它有，它有四個(gè)四個(gè)價(jià)電子價(jià)電子,在形成分子時(shí)在形成分子時(shí),它既不易失去也不易得到四個(gè)電子使其成為惰性元它既不易失去也不易得到四個(gè)電子使其成為惰性元素的電子結(jié)構(gòu)。素的電子結(jié)構(gòu)。碳與其它原子結(jié)合時(shí)，是采取碳與其它原子結(jié)合時(shí)，是采取各自提供數(shù)目相等

7、的電子各自提供數(shù)目相等的電子，作為雙方共有，作為雙方共有，并使每個(gè)原子達(dá)到穩(wěn)定的八電子結(jié)構(gòu)。并使每個(gè)原子達(dá)到穩(wěn)定的八電子結(jié)構(gòu)。這種由共用電子對(duì)所形成的鍵叫做這種由共用電子對(duì)所形成的鍵叫做共價(jià)鍵共價(jià)鍵。由一對(duì)共用電子形成的鍵稱為。由一對(duì)共用電子形成的鍵稱為單鍵單鍵。由兩對(duì)或三對(duì)共用電子所形成的鍵分別叫做。由兩對(duì)或三對(duì)共用電子所形成的鍵分別叫做雙鍵或三鍵雙鍵或三鍵。雙鍵和三。雙鍵和三鍵也叫做鍵也叫做多重鍵多重鍵。例如。例如:碳原子的碳原子的sp3、sp2和和sp雜化軌道雜化軌道甲烷分子中的碳原子是甲烷分子中的碳原子是sp3雜化雜化的，雜化后的四個(gè)的，雜化后的四個(gè)sp3軌道構(gòu)成軌道構(gòu)成10928的夾

8、角。在甲烷分子中，碳原子的四個(gè)的夾角。在甲烷分子中，碳原子的四個(gè)sp3雜化軌道分雜化軌道分別與四個(gè)氫原子別與四個(gè)氫原子1s軌道重疊形成鍵角為軌道重疊形成鍵角為10928的的正四面體分正四面體分子。子。甲烷分子構(gòu)型甲烷分子構(gòu)型烷烴分子中的碳?xì)滏I和碳碳鍵是碳原子的一個(gè)烷烴分子中的碳?xì)滏I和碳碳鍵是碳原子的一個(gè)sp3雜化軌道與氫雜化軌道與氫原子的原子的1s軌道或另一個(gè)碳原子的一個(gè)軌道或另一個(gè)碳原子的一個(gè)sp3雜化軌道重疊而成。這雜化軌道重疊而成。這樣形成的碳?xì)鋯捂I和碳碳單鍵，其電子云具有圓柱狀的軸對(duì)稱樣形成的碳?xì)鋯捂I和碳碳單鍵，其電子云具有圓柱狀的軸對(duì)稱,叫做叫做鍵鍵。由于它是軸對(duì)稱的。由于它是軸對(duì)稱

9、的,所以用單鍵相連的碳?xì)湓踊蛱妓杂脝捂I相連的碳?xì)湓踊蛱继荚涌梢蕴荚涌梢試@軸自由旋轉(zhuǎn)圍繞軸自由旋轉(zhuǎn)。乙烯分子中的碳原子與甲烷的碳原子不同，它是乙烯分子中的碳原子與甲烷的碳原子不同，它是sp2雜化雜化的。也的。也就是說，碳原子的三個(gè)就是說，碳原子的三個(gè)p軌道中的兩個(gè)參與雜化，而另一個(gè)軌道中的兩個(gè)參與雜化，而另一個(gè)p軌軌道未參與雜化。雜化后生成了三個(gè)相同的道未參與雜化。雜化后生成了三個(gè)相同的sp2軌道。這三個(gè)軌道軌道。這三個(gè)軌道軸在同一個(gè)平面上，互成軸在同一個(gè)平面上，互成120的角。另一個(gè)未參與雜化的的角。另一個(gè)未參與雜化的p軌軌道的對(duì)稱軸垂直于這個(gè)平面。道的對(duì)稱軸垂直于這個(gè)平面。在乙烯

10、分子中在乙烯分子中,碳原子的三個(gè)碳原子的三個(gè)sp2雜化軌道中的兩個(gè)同氫原子的雜化軌道中的兩個(gè)同氫原子的1s軌道重疊形成碳?xì)滠壍乐丿B形成碳?xì)滏I鍵。未參與雜化的兩個(gè)。未參與雜化的兩個(gè)p軌道用側(cè)面互相重軌道用側(cè)面互相重疊形成一個(gè)疊形成一個(gè)鍵鍵。雙鍵是由一個(gè)。雙鍵是由一個(gè)鍵和一個(gè)鍵和一個(gè)鍵組成的鍵組成的.碳原子的碳原子的2s軌道同一個(gè)軌道同一個(gè)2p軌道雜化，形成兩個(gè)相同的軌道雜化，形成兩個(gè)相同的sp雜化雜化軌軌道。它們對(duì)稱地分布在碳原子的兩側(cè)，二者之間的夾角為道。它們對(duì)稱地分布在碳原子的兩側(cè)，二者之間的夾角為180。乙炔分子乙炔分子中的鍵就是由中的鍵就是由sp雜化軌道形成的。碳原子的雜化軌道形成的。碳

11、原子的一個(gè)一個(gè)sp雜化軌道同氫原子的雜化軌道同氫原子的1s軌道形成碳?xì)滠壍佬纬商細(xì)滏I，另一個(gè)鍵，另一個(gè)sp雜化雜化軌道與相鄰的碳原子的軌道與相鄰的碳原子的sp雜化軌道形成碳碳雜化軌道形成碳碳鍵鍵，沒有參與雜，沒有參與雜化的兩個(gè)化的兩個(gè)p軌道與另一個(gè)碳的兩個(gè)軌道與另一個(gè)碳的兩個(gè)p軌道相互平行，且軌道相互平行，且“肩并肩肩并肩”地重疊，形成地重疊，形成兩個(gè)相互垂直的兩個(gè)相互垂直的鍵鍵。有機(jī)化合物的異構(gòu)現(xiàn)象有機(jī)化合物的異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造異構(gòu)：分子中各個(gè)原子相互連接方式和次序叫構(gòu)造異構(gòu)：分子中各個(gè)原子相互連接方式和次序叫構(gòu)造。構(gòu)造。 分子式相同而構(gòu)造不同的化合物稱為構(gòu)造異分子式相同而構(gòu)造不同的化合物稱為構(gòu)造

12、異構(gòu)體。構(gòu)體。碳鏈異構(gòu)：分子中各個(gè)碳原子連接次序不同而形成的異構(gòu)體。碳鏈異構(gòu)：分子中各個(gè)碳原子連接次序不同而形成的異構(gòu)體。H3CH2CH2CH2CH2CH3CHCH2CH2CCH3CH3CH3H3CH2CHCH2CCH3CH3H3CCH2CCH2CH3CH3H3CHCHCCH2CH3CH3官能團(tuán)異構(gòu)：某一原子的排列順序改變而產(chǎn)生另一種官能團(tuán)官能團(tuán)異構(gòu)：某一原子的排列順序改變而產(chǎn)生另一種官能團(tuán)或特征結(jié)構(gòu)?；蛱卣鹘Y(jié)構(gòu)。CH2CH2OHCH3OCH3CH3CH2CHOCH3CCH3O官能團(tuán)位置異構(gòu)：取代基或官能團(tuán)在碳鏈或環(huán)上的位置不同而官能團(tuán)位置異構(gòu)：取代基或官能團(tuán)在碳鏈或環(huán)上的位置不同而形成的異構(gòu)

13、體。形成的異構(gòu)體。H3CH2CH2CO HH3CHCC H3O H構(gòu)型異構(gòu)：構(gòu)型異構(gòu)：構(gòu)造相同，分子中原子或基團(tuán)在空間的構(gòu)造相同，分子中原子或基團(tuán)在空間的排列方式不同引起的異構(gòu)現(xiàn)象。排列方式不同引起的異構(gòu)現(xiàn)象。順反異構(gòu)：因鍵的旋轉(zhuǎn)受阻而產(chǎn)生的立體異構(gòu)。順反異構(gòu)：因鍵的旋轉(zhuǎn)受阻而產(chǎn)生的立體異構(gòu)。CCHH3CCH3HCCHH3CHCH3順順- -2 2- -丁丁烯烯反反- -2 2- -丁丁烯烯對(duì)應(yīng)異構(gòu)對(duì)應(yīng)異構(gòu)手性：立體異構(gòu)體與其鏡像不能疊合的特征。手性：立體異構(gòu)體與其鏡像不能疊合的特征。CCOOHH3COHHCHOHHOOCCH3構(gòu)象異構(gòu)：由于單鍵旋轉(zhuǎn)所形成的分子內(nèi)原子和基構(gòu)象異構(gòu)：由于單鍵旋轉(zhuǎn)

14、所形成的分子內(nèi)原子和基團(tuán)排布形象的不同。團(tuán)排布形象的不同。1、乙烷的重疊式和交叉式、乙烷的重疊式和交叉式P187圖圖7-212、環(huán)己烷的船式和椅式結(jié)構(gòu)、環(huán)己烷的船式和椅式結(jié)構(gòu)P187圖圖7-22有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析對(duì)有機(jī)化合物的研究，應(yīng)用最為廣泛的是：對(duì)有機(jī)化合物的研究，應(yīng)用最為廣泛的是：紫外光譜紫外光譜（ultravioler spectroscopy 縮寫為縮寫為UV）、）、紅外光譜紅外光譜（infrared spectroscopy 縮寫為縮寫為IR）、）、核磁共振譜核磁共振譜（nuclear magnetic resonance 縮寫為縮寫為NMR）質(zhì)譜質(zhì)譜（mass

15、spectroscopy 縮寫為縮寫為MS）.有機(jī)化學(xué)反應(yīng)基本類型有機(jī)化學(xué)反應(yīng)基本類型烯烴的 鹵代烷烴的鹵代、烯烴的反馬式加成苯環(huán)上的“四化”反應(yīng)烯烴水合、炔烴加鹵素等鹵代烴的水解、氰解等 醛、酮加HCN、NaHSO3等有機(jī)反應(yīng)類型自由基反應(yīng)離子型反應(yīng)自由基加成自由基取代親電反應(yīng)親核反應(yīng)親電加成親電取代親核取代親核加成雙烯合成等周環(huán)反應(yīng)消除反應(yīng)鹵代烴脫HX、醇脫水等 有機(jī)化學(xué)反應(yīng)基本類型有機(jī)化學(xué)反應(yīng)基本類型自由基反應(yīng)：自由基反應(yīng)：均裂：均裂：共價(jià)鍵斷裂時(shí)，組成該鍵的一對(duì)電子由鍵和共價(jià)鍵斷裂時(shí)，組成該鍵的一對(duì)電子由鍵和的兩個(gè)原子各自保留一個(gè)。的兩個(gè)原子各自保留一個(gè)。自由基：自由基：均裂產(chǎn)生的帶單

16、電子的原子（或基團(tuán)）均裂產(chǎn)生的帶單電子的原子（或基團(tuán)）按照均裂進(jìn)行的反應(yīng)叫做按照均裂進(jìn)行的反應(yīng)叫做自由基反應(yīng)自由基反應(yīng)。C : Y均均裂裂C+ Y有機(jī)化學(xué)反應(yīng)基本類型有機(jī)化學(xué)反應(yīng)基本類型離子型反應(yīng)：離子型反應(yīng)：異裂：異裂：共價(jià)鍵斷裂時(shí)，組成該鍵的一對(duì)電子保留在共價(jià)鍵斷裂時(shí)，組成該鍵的一對(duì)電子保留在一個(gè)原子上。一個(gè)原子上。C : Y異裂C:- + Y+C+ + Y:-有機(jī)化學(xué)反應(yīng)基本類型有機(jī)化學(xué)反應(yīng)基本類型協(xié)同反應(yīng)：協(xié)同反應(yīng)：反應(yīng)過程中，共價(jià)鍵的斷裂和生成同時(shí)發(fā)生。反應(yīng)過程中，共價(jià)鍵的斷裂和生成同時(shí)發(fā)生。+取代反應(yīng)：取代反應(yīng)：有機(jī)物分子里某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子有機(jī)物分子里某些原子或原子

17、團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng)。團(tuán)所代替的反應(yīng)。自由基取代反應(yīng)：在取代反應(yīng)過程中，首先生成了自自由基取代反應(yīng)：在取代反應(yīng)過程中，首先生成了自由基中間體，再由自由基進(jìn)攻有機(jī)物引起的反應(yīng)。由基中間體，再由自由基進(jìn)攻有機(jī)物引起的反應(yīng)。CH4 + Cl2hvCH4 + 2ClhvCH3Cl + HCl親核取代反應(yīng)：親核取代反應(yīng)：在取代反應(yīng)過程中，由親核試劑的進(jìn)攻而發(fā)生的取代在取代反應(yīng)過程中，由親核試劑的進(jìn)攻而發(fā)生的取代反應(yīng)。反應(yīng)。鹵代烷烴鹵代烷烴是最常見的親核取代反應(yīng)底物。是最常見的親核取代反應(yīng)底物。RL + :Nu-RNu + L-底物底物親核試劑親核試劑離去基團(tuán)離去基團(tuán)親電取代反應(yīng)：親電取代反應(yīng)

18、：在取代反應(yīng)過程中，由親電試劑的進(jìn)攻而發(fā)生的取代在取代反應(yīng)過程中，由親電試劑的進(jìn)攻而發(fā)生的取代反應(yīng)。反應(yīng)。苯環(huán)是環(huán)狀的共軛結(jié)構(gòu)，分子平面上下方為苯環(huán)是環(huán)狀的共軛結(jié)構(gòu)，分子平面上下方為 電子云電子云遮蔽，較為容易受到親電試劑的進(jìn)攻。遮蔽，較為容易受到親電試劑的進(jìn)攻。鹵代反應(yīng)：鹵代反應(yīng)：+ Br2FeBr3Br+ HBr硝化反應(yīng)：硝化反應(yīng)：磺化反應(yīng)：磺化反應(yīng)：+ HNO3H2SO4NO2+ H2O+ H2SO4SO3OH+ H2O烷基化反應(yīng)：烷基化反應(yīng)：+ RXR+ HX無水AlCl3加成反應(yīng)加成反應(yīng)反應(yīng)底物的不飽和重鍵打開，與其他原子或基團(tuán)生反應(yīng)底物的不飽和重鍵打開，與其他原子或基團(tuán)生成兩個(gè)單鍵

19、的反應(yīng)。成兩個(gè)單鍵的反應(yīng)。H2CCH2+ H2H3CCH3根據(jù)進(jìn)攻試劑的不同，又可分為：根據(jù)進(jìn)攻試劑的不同，又可分為：親電加成親電加成自由基加成自由基加成親核加成親核加成協(xié)同加成協(xié)同加成親電加成親電加成由親電試劑進(jìn)攻而發(fā)生的加成反應(yīng)由親電試劑進(jìn)攻而發(fā)生的加成反應(yīng)常見的親電試劑包括：質(zhì)子酸，常見的親電試劑包括：質(zhì)子酸，Liwis酸，鹵素，酸，鹵素，鹵代烷烴，醇，羧酸等。鹵代烷烴，醇，羧酸等。H2CCH2+ Cl2CCClHClHHH自由基加成自由基加成由自由基進(jìn)攻而發(fā)生的加成反應(yīng)，遵循反馬氏規(guī)則由自由基進(jìn)攻而發(fā)生的加成反應(yīng)，遵循反馬氏規(guī)則CHCH2+ HBrH3CHCCH2H3CBrH馬氏規(guī)則：

20、馬氏規(guī)則：對(duì)于不對(duì)稱烯烴和鹵化氫的親電加成反應(yīng)，對(duì)于不對(duì)稱烯烴和鹵化氫的親電加成反應(yīng)，氫原子主要加到含氫較多的碳原子上。氫原子主要加到含氫較多的碳原子上。CC H2C H3H+ H B rHCC H2C H3HB rhv或 過 氧 化 物親核加成親核加成由親核試劑進(jìn)攻而發(fā)生的加成反應(yīng)由親核試劑進(jìn)攻而發(fā)生的加成反應(yīng)COCOH+ H C NCN羥 基 睛協(xié)同加成反應(yīng)（環(huán)加成反應(yīng)）協(xié)同加成反應(yīng)（環(huán)加成反應(yīng)）常見的環(huán)加成有常見的環(huán)加成有4+2環(huán)加成和環(huán)加成和2+2環(huán)加成。環(huán)加成。+氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)CH4燃燒CO2 + H2OH2CCH2KMnO4H2CCH2OHOHKMnO4CnH2n+1COOHRC

21、H2OHRCHORCOOH還原反應(yīng)還原反應(yīng)RCH2NH3RCNRCH2OHRCHORCOOHCOCH2NO2NH2消除反應(yīng)消除反應(yīng)CH3CH2CH2CH2OHCHHCCCHHHHHOHHHCHHCCCHHHHHOHHHCHCCCHHHHHHH+ H2O基本有機(jī)化合物的合成基本有機(jī)化合物的合成烯烴和炔烴的合成烯烴和炔烴的合成烯烴是重要的化工原料，工業(yè)上采取石油裂解的方式生產(chǎn)；烯烴是重要的化工原料，工業(yè)上采取石油裂解的方式生產(chǎn)；實(shí)驗(yàn)室主要用醇脫水制備烯烴。實(shí)驗(yàn)室主要用醇脫水制備烯烴。H3CH2COHH2SO4H2CCH2乙炔在工業(yè)上通過天然氣或石油生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)室一般采用乙炔在工業(yè)上通過天然氣或石油生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)室一般采用碳化鈣法：碳化鈣法：3C + CaOCaC2 + COCaC2 + 2H2OHCCH基本有機(jī)化合物的合成基本有機(jī)化合物的合成鹵代烴的合成鹵代烴的合成不飽和烴加成法：不飽和烴加成法：醇的取代法：醇的取代法：CHH3CCH2 + Br2CHH3CCH2BrBrC2H5OH + HBrH2SO4C2H5Br + H2O基本有機(jī)化合物的合成基本有機(jī)化合物的合成醇的合成：醇的合成：烯烴的水和、鹵代烴的水解