第一章 有機(jī)化學(xué)緒論

有機(jī)化學(xué)OrganicChemistry主講：王紅梅

有機(jī)化學(xué)緒論一、有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)二、共價鍵三、酸堿理論四、有機(jī)化合物的分類五、有機(jī)化合物構(gòu)造式的表達(dá)方式六、有機(jī)化合物共價鍵的斷裂方式和反應(yīng)類型有機(jī)化合物命名同分異構(gòu)現(xiàn)象各類化合物結(jié)構(gòu)（雜化形式）有機(jī)化合物性質(zhì)（特別是化學(xué)性質(zhì)）各類化合物的制備方法各類有機(jī)化合物之間的轉(zhuǎn)化立體化學(xué)概念有機(jī)反應(yīng)的機(jī)理第一節(jié)

有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)

1、有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)的涵義。2、有機(jī)化合物的特性。3、為什么要學(xué)有機(jī)化學(xué)？現(xiàn)代定義有機(jī)化合物動植物中得到的叫有機(jī)物礦物中得到的叫無機(jī)物觀念動搖錯誤認(rèn)識最初定義有機(jī)物和無機(jī)物間存在不可逾越的鴻溝尿素、油脂、糖類由無機(jī)物合成動搖了生命力創(chuàng)造有機(jī)物的觀念除了CO2、CO碳酸和碳酸鹽外的含碳化合物（>106種）

CO32-、CO2、CO、CN-、OCN-、SCN-等由于其性質(zhì)與無機(jī)物相似，習(xí)慣上仍列為無機(jī)物只含有碳?xì)鋬煞N元素的化合物稱作碳?xì)浠衔铩獰N類，由碳、氫以及其他元素組成的化合物稱為烴的衍生物，所以有機(jī)化合物可以看做碳?xì)浠衔锛捌溲苌铩獰N及其衍生物（例如：CH4、CH3CH2OH），有機(jī)化學(xué)是研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)。1、有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)的涵義

(1)、容易燃燒大多數(shù)有機(jī)化合物容易燃燒，產(chǎn)生二氧化碳和水，同時放出大量的熱。(2)、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低

多數(shù)有機(jī)物在室溫下呈氣態(tài)或液態(tài)，呈固態(tài)的有機(jī)物其熔點(diǎn)也低，一般不超過400℃(3)、多數(shù)難溶于水而易溶于有機(jī)溶劑(4)、反應(yīng)速率比較慢；反應(yīng)復(fù)雜、副反應(yīng)多(5)、分子組成復(fù)雜，同分異構(gòu)現(xiàn)象極為普遍2、有機(jī)化合物的特性VB12：C63H90N14PCo有機(jī)化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)碳鏈異構(gòu)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)順反異構(gòu)對映異構(gòu)互變異構(gòu)分子式相同,結(jié)構(gòu)不同的化合物稱為同分異構(gòu)體,也叫結(jié)構(gòu)異構(gòu)體碳鏈異構(gòu)體：因碳鏈不同而引起的異構(gòu)體;如:位置異構(gòu)體：由于官能團(tuán)在碳鏈或碳環(huán)上的位置不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體;如:構(gòu)造異構(gòu)體：構(gòu)造異構(gòu)是指分子式相同，分子中各原子的排列次序和方式不同而形成不同化合物的現(xiàn)象互變異構(gòu)體:因分子中某一原子在兩個位置迅速移動而產(chǎn)生官能團(tuán)異構(gòu)體官能團(tuán)異構(gòu)體：由于分子中官能團(tuán)不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體;如:立體異構(gòu)體：分子中原子或原子團(tuán)互相連接次序相同，但空間排列方式不同而引起的異構(gòu)體。構(gòu)象異構(gòu)體對映異構(gòu)體構(gòu)型異構(gòu)體順反異構(gòu)體立體異構(gòu)體{{順反異構(gòu)體：由于雙鍵不能自由旋轉(zhuǎn)或由于成環(huán)碳原子的單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)而引起的立體異構(gòu)體。對映異構(gòu)體：因分子含有不對稱碳原子或者沒有對稱因素而引起的具有不同旋光性能的立體異構(gòu)體。我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)有機(jī)化學(xué)？化學(xué)與醫(yī)學(xué)息息相關(guān)

學(xué)科的交叉滲透是大勢所趨

有機(jī)化學(xué)可以幫助培養(yǎng)兩種能力醫(yī)學(xué)與化學(xué)息息相關(guān)醫(yī)學(xué)的研究本體

醫(yī)學(xué)的治療目的

醫(yī)學(xué)的治療手段

人體本身就是一個充滿各種復(fù)雜反應(yīng)的機(jī)器，各種化學(xué)反應(yīng)每時每刻在發(fā)生很多藥物需要用有機(jī)合成的方法制取，醫(yī)用的某些材料需要材料學(xué)方面的研究疾病的發(fā)生在于身體某方面出現(xiàn)了不協(xié)調(diào)-體內(nèi)化學(xué)平衡被打破--醫(yī)學(xué)就是努力使這個人體化學(xué)平衡恢復(fù)

有機(jī)化學(xué)可以幫助我們培養(yǎng)兩種能力？演繹能力由最基本的概念原理入手，逐步加上其他知識逐漸構(gòu)筑自己的知識體系。動手能力

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣呶覀兊膭邮帜芰?，?xì)致分析的能力和抗打擊能力學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)第二節(jié)共價鍵一、化學(xué)鍵的概念化學(xué)鍵：分子或晶體中相鄰原子間強(qiáng)烈的相互作用力。以陽離子和陰離子之間靜電引力形成的化學(xué)鍵。分子中原子間通過共用電子對形成的化學(xué)鍵。(包括配位鍵)金屬中金屬原子靠核外電子連接在一起。離子鍵：金屬鍵：共價鍵：共價鍵的本質(zhì)

共價鍵的本質(zhì)——兩原子互相接近時，由于原子軌道重疊，兩原子共用自旋相反的電子對，使體系能量降低，而形成化學(xué)鍵（共價健）.

二、價鍵理論①具有自旋相反的未成對電子的兩個原子相互接近，可以形成穩(wěn)定的共價鍵。

②成鍵電子的電子云重疊得越多，核間電子云密度越大，形成的共價鍵越牢固。在形成共價鍵時，電子云總是盡可能地達(dá)到最大程度的重疊。

要點(diǎn)共價鍵的特征共價鍵的飽和性（受自旋相反限制）一個原子上的一個電子與另一個原子上自旋方向相反的電子配對以后，就再也不能與第三個原子上的電子配對了。共價鍵的方向性（受最大重疊原理限制）-+++-++-+共價鍵的方向示意圖原子能形成共價鍵的數(shù)目：未成對電子數(shù)。形成原因飽和性現(xiàn)代共價鍵理論基本要點(diǎn)方向性一個原子含有幾個單電子,就能與幾個自旋方向相反的單電子形成共價鍵自旋方向相反的單電子相互配對降低了兩核間正電荷的排斥力共價鍵總是盡可能地沿著原子軌道最大重疊方向形成共價鍵的形成和類型兩原子的原子軌道，相互交疊即形成——共價鍵鍵——沿軌道軸平行方向成鍵。重疊大、穩(wěn)定、可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。鍵——沿軌道軸垂直方向成鍵。重疊小、不穩(wěn)定、不能沿鍵軸旋轉(zhuǎn)。頭碰頭肩并肩共價鍵的類型交疊越大，成鍵越牢固——最大重疊原理軌道軸鍵軸例如：H2分子√×

1、σ鍵沿著對稱軸的方向以“頭碰頭”的方式相互重疊形成的鍵叫做σ鍵。構(gòu)成σ鍵的電子稱為σ電子。一個σ鍵包括兩個σ電子。甲烷分子中，四個σ鍵夾角為109°28′，分子構(gòu)型為正四面體型。乙烷分子中，除σC-H外，還存在σC-C鍵（CH3-CH3

）2.π鍵：在乙烯分子中，碳原子采取sp2

雜化。另有一個p軌道不參與雜化，而形成另一類型的共價鍵——π鍵。

未雜化的p軌道可以“肩并肩”平行重疊成鍵，形成π鍵。構(gòu)成π鍵的電子叫做π電子。共價鍵的類型根據(jù)形成共價鍵時原子軌道的重疊方式不同：可分為σ鍵和π鍵

σ鍵

π鍵存在可以單獨(dú)存在，存在于任何共價鍵中不可以單獨(dú)存在，只能與σ鍵同時存在形式成鍵軌道沿鍵軸重疊，重疊程度大成鍵p軌道平行重疊，重疊程度較小性質(zhì)1、電子云呈柱狀，沿鍵軸呈圓柱形對稱，電子云密集于兩核之間2、自由旋轉(zhuǎn)3、鍵能大，鍵穩(wěn)定4、不易被極化1、電子云呈塊狀，通過鍵軸有一對稱面，電子云分布在平面上下方2、不能自由旋轉(zhuǎn)3、鍵能小，鍵不穩(wěn)定4、易被極化

碳原子一般都是四價，即形成四個共價鍵，從實(shí)際情況看，這四個鍵是等同的。價鍵理論無法對事實(shí)作出合理解釋。三、雜化軌道理論1931年，鮑林（PaulingL）提出原子軌道雜化理論。碳原子軌道的這種轉(zhuǎn)化過程成為碳原子的雜化。雜化軌道(hybridorbital)：

在成鍵的過程中，由于原子間的相互影響，同一原子中幾個能量相近的不同類型的原子軌道可以進(jìn)行線性組合，重新分配能量和確定空間方向，組成數(shù)目相等的新原子軌道，這種軌道重新組合的方式稱為雜化（hybridization),雜化后形成的新軌道稱為雜化軌道（hybridorbital)。

重新組合過程稱為雜化，所形成的新的原子軌道稱為雜化軌道激發(fā)重新組合碳的雜化軌道

（hybridizationorbitals）雜化軌道理論價鍵理論無法解釋甲烷分子(CH4)中4個碳?xì)滏I的鍵角相同的事實(shí)雜化軌道理論的要點(diǎn)1、在成鍵過程中，因原子的相互影響，同一原子中類型不同,能級相近的原子軌道“混雜”起來重新組成一種新的原子軌道,這個過程稱為軌道的雜化.

2、有幾個原子軌道參加雜化，就形成幾個雜化軌道。

4、雜化軌道有一定的空間構(gòu)型：sp3、sp2、sp雜化軌道的空間構(gòu)型分別為正四面體、正三角形、和直線形。

3、雜化軌道的成鍵能力增強(qiáng)。（成鍵能力：sp3﹥sp2﹥sp﹥p﹥s）碳原子的雜化類型

碳原子外層電子排布為1s22s22px12py1,有2個未成對電子，應(yīng)該是二價的，但碳原子實(shí)際上是四價的.(一)sp3雜化價電子層：上頁下頁首頁由于2S軌道的能量與2p

較接近,2s上的1個電子可以激發(fā)到2pz空軌道上.基態(tài)：激發(fā)態(tài)的碳原子有4個單電子,可以形成4個共價單鍵。上頁下頁首頁處于激發(fā)態(tài)的碳原子可以與4個H結(jié)合形成CH4。但這樣形成的甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)會是怎樣？假想的甲烷結(jié)構(gòu)上頁下頁首頁事實(shí)上,甲烷分子具有正四面體的空間結(jié)構(gòu)：甲烷的比例模型甲烷的棍球模型上頁下頁首頁sp3雜化1s22(sp3)12(sp3)12(sp3)12(sp3)1

雜化軌道電子排布

四面體結(jié)構(gòu),軌道間夾角為

109.5o.實(shí)際上碳原子并不直接以激發(fā)態(tài)的原子軌道參與形成共價鍵,而是先雜化，再成鍵。形成烷烴時，碳原子取sp3雜化。上頁下頁首頁sp3雜化頭碰頭重疊形成C－Cσ鍵

σ鍵:旋轉(zhuǎn)不影響軌道重疊程度,即σ鍵可沿鍵軸“自由”轉(zhuǎn)動;重疊程度大,穩(wěn)定性高;鍵的極化度小.乙烷(CH3CH3)上頁下頁首頁（二）sp2雜化(以乙烯為例來說明)sp2雜化3個sp2雜化軌道取平面正三角形分布，與未雜化的p軌道垂直。sp2雜化軌道之間的夾角為120o.

1s22(sp2)12(sp2)12(sp2)12pz1

軌道雜化后電子排布上頁下頁首頁一個s軌道和二個p軌道形成三個sp2

雜化軌道，如:乙烯C=C鍵：1個s

鍵

+1個p

鍵頭碰頭重疊形成C—Cσ鍵鍵:

284kJ/mole鍵鍵能357kJ/mole上頁下頁首頁烯鍵的三個特性

共平面性雙鍵的不等性

σ鍵、π鍵不可旋轉(zhuǎn)性0.134nm上頁下頁首頁

π鍵的不可旋轉(zhuǎn)性:

打開π鍵約需要268kJ/mol能量,因而室溫下無法旋轉(zhuǎn),由此產(chǎn)生順反異構(gòu)體。旋轉(zhuǎn)90°268kJ/mol上頁下頁首頁（三）sp雜化(以乙炔為例說明)

sp雜化2個sp雜化軌道取直線形分布,與2個未雜化的p軌道相互垂直。sp

雜化軌道之間的夾角為180o.

1s22(sp)12(sp)12py12pz1

軌道雜化后電子排布上頁下頁首頁一個s軌道和一個p軌道形成兩個sp雜化軌道，如:乙炔C≡C鍵：1個s

鍵+2個p

鍵H—C≡C—HπC≡Cπ鍵C—Cσ鍵C—Hσ鍵180°120pm106pm上頁下頁首頁鍵的極性非極性共價鍵成鍵電子云無偏向、正負(fù)電荷重心重合的共價鍵。成鍵原子間電負(fù)性差值越大，鍵的極性越大；離子鍵可以看成是極性鍵的極限。

極性共價鍵成鍵電子云有偏向、正負(fù)電荷重心不重合的共價鍵。分子的極性概念：以分子中正負(fù)電荷重心是否重合為依據(jù)。重合——非極性分子；不重合——極性分子如何確定分子的極性：a.同種元素雙原子分子為非極性分子b.不同元素雙原子分子為極性分子c.多原子分子看分子構(gòu)型酸堿理論的發(fā)展酸堿電離理論（阿倫尼烏斯）

酸堿質(zhì)子理論（布朗斯特和勞萊）

酸堿電子理論（路易斯）第三節(jié)酸堿理論

一、Arrhenius的電離理論：

酸:在水中電離出的陽離子皆為H+的化合物。堿:在水中電離出的陰離子皆為OH-的化合物。反應(yīng)實(shí)質(zhì)：H++OH-→H2O優(yōu)勢①在物質(zhì)的化學(xué)組成上揭示了酸堿的本質(zhì)。②通過化學(xué)平衡的原理量度酸堿的強(qiáng)弱。

局限性：把酸堿限制在溶液中，無法解釋：如非水溶劑中的酸堿反應(yīng)

NH3+HCl=NH4Cl

如

NH4C1水溶液呈酸性；

Na2CO3、Na3PO4等水溶液呈堿性二、酸堿質(zhì)子理論

1.質(zhì)子酸堿的定義酸—凡能給出質(zhì)子(H+)的分子或離子堿—凡能接受質(zhì)子(H+)的分子或離子化合物的酸性常用Ka或pKa；堿性用Kb或表示pKb表示。Ka/Kb越大酸/堿性越強(qiáng)。在酸堿反應(yīng)中平衡總是有利于生成較弱的酸和較弱的堿。討論酸是電子對的接受體；堿是電子對的給予體。酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是形成配位鍵得到一個酸堿加合物。酸堿概念進(jìn)一步擴(kuò)大

由“質(zhì)子”引申到“電子”三、Lewis(路易斯)酸堿——酸堿電子理論

從結(jié)果看得配合物三、路易斯酸堿電子理論酸：能接受一對電子形成共價鍵的物質(zhì)（電子接受體）包括正離子、缺電子的分子、原子

例如：BF3、AlCl3、Cu2+、Fe2+堿：能提供一對電子形成共價鍵的物質(zhì)（電子給予體）包括具有孤對電子的化合物、負(fù)離子、π電子對

例：NH3、RNH2、R-O-R、ROH、RSH、X-、RO-、RS-、OH-、CH2=CH2路易斯酸堿電子理論鏈狀化合物環(huán)狀化合物(脂肪族化合物)碳環(huán)化合物雜環(huán)化合物芳環(huán)化合物脂環(huán)化合物脂雜環(huán)化合物芳雜環(huán)化合物第四節(jié)有機(jī)化合物的分類一、按碳架分類鏈狀化合物：開鏈化合物，脂肪族化合物，碳環(huán)化合物：脂環(huán)化合物：性質(zhì)與無環(huán)化合物類似芳香族化合物：有一些特殊性質(zhì)，大多含苯環(huán)雜環(huán)化合物：含雜原子的環(huán)狀化合物。雜原子指除碳以外的其他原子，常見的有氧、硫、氮等。官能團(tuán)：在有機(jī)化合物分子中，能體現(xiàn)一類化合物性質(zhì)的原子或原子團(tuán)，通常稱為官能團(tuán)或功能基。二、按官能團(tuán)分類二按官能團(tuán)分類有機(jī)化合物的常見官能團(tuán)

類型官能團(tuán)實(shí)例英文名稱詞綴

烷烴無