如何學(xué)好有機化學(xué)

如何學(xué)好有機化學(xué)第1頁/共48頁3．

應(yīng)用（從三方面入手）A、多思考有機化學(xué)內(nèi)容是前后連貫的，系統(tǒng)性很強，只有掌握了前面的知識，才能理解后面的內(nèi)容。遇到疑難問題要先思考，再查書或求老師解疑，切忌不求甚解，煮夾生飯。如疑難問題積累多了而得不到及時解決則有學(xué)不下去的危險。B、勤練習(xí)C、善總結(jié)

學(xué)會歸納總結(jié)——（1）總結(jié)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，（2）總結(jié)各類化合物之間內(nèi)在聯(lián)系與相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。第2頁/共48頁緒論第3頁/共48頁§1有機化合物和有機化學(xué)

一、有機化學(xué)和有機化合物1、有機化學(xué)

化學(xué)：研究物質(zhì)化學(xué)變化的科學(xué)，主要是在分子、原子或離子等層次上的研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性能、相互變化以及變化過程中能量關(guān)系的一門科學(xué)。有機化學(xué)：研究有機化合物的一門學(xué)科，主要研究有機化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、及其變化規(guī)律，以及有機化合物的合成。第4頁/共48頁第5頁/共48頁2、有機化合物

有機化合物只是由為數(shù)不多的幾個元素組成的：C、H、O、N、X、S、P等，而且主要是由碳組成的。有機化合物：含有碳的一類化合物（德國葛美林）碳氫化合物及其衍生物（肖萊馬）

二、有機化學(xué)的發(fā)展

人類很早就開始使用有機化合物。染衣服、釀酒、制醋。但是早期的人們對有機化合物的認識主要是基于使用的目的，人們對有機物的認識受到當時生產(chǎn)水平和生活水平的限制，不可能對有機物有一個全面系統(tǒng)的認識，在實際研究和操作方面所能達到的也只是對有機物進行提純，而此時的提純是相當簡單和粗糙的，只是到了近、現(xiàn)代，提純和分離技術(shù)才有了很大的提高。第6頁/共48頁

早在有機化學(xué)成為一門學(xué)科以前，人類在日常生活和生產(chǎn)過程中，積累了大量動植物體內(nèi)提取和使用的有機化合物的知識。1773尿素（尿）；1769酒石酸（葡萄汁）；1780乳酸1776草酸；1784檸檬酸（檸檬汁）；1785蘋果酸1782乙醛十八世紀下半葉，很多重要的有機化合物先后分離提取得到。從而促進了化合物的分類。當時，人們把從礦物中提取的物質(zhì)如Fe、Cu、食鹽等稱為無機化合物，把從生物有機體中提取得到的物質(zhì)稱為有機化合物。

1780年，瑞典化學(xué)家貝格曼第一次明確提出了“有機物”。他把物質(zhì)劃分為無機、有機和介于兩者之間的復(fù)雜化合物，但他所說的有機物不完全是現(xiàn)代意義上的。1806年，當時享有盛名的瑞典化學(xué)家貝采里烏斯首先在他的教科書上提出了有機化學(xué)，但他主要指的是現(xiàn)在我們所說的生物化學(xué)。第7頁/共48頁

“生命力”論者把有機化合物神秘化，使有機化合物和無機化合物之間人為的創(chuàng)造了一條鴻溝，一個不可逾越的界限，使許多化學(xué)家放棄了在有機合成道路上的主動禁區(qū)，嚴重影響了有機化學(xué)的發(fā)展，減緩了有機合成的前進步伐。

1828年，貝采里烏斯的學(xué)生，年輕的德國有機化學(xué)家維勒蒸發(fā)氰酸氨溶液得到了尿素。氰酸氨是一種無機物，尿素是有機物，氰酸氨可以由氯化氨和氰酸銀制得。

當時把無機化合物和有機化合物分開還受到一種唯心主義思想的支配。當時有機化合物都是從生物體內(nèi)分離出來的，沒有人能夠從實驗室制備出來。所以，他認為有機物只能產(chǎn)生在生物體內(nèi)的細胞中，是受到一種特殊的力量的作用才能產(chǎn)生，這種神秘的力量叫做“生命力”，顯然，這種力量是超出人類之外的，因此，認為人工合成有機物是不可能的。第8頁/共48頁

尿素的人工合成是有機化學(xué)發(fā)展過程中的一大突破，它突破了無機化合物和有機化合物之間的絕對界限，動搖了“生命力”的基礎(chǔ)，解放了人們的思想，開創(chuàng)了有機合成的道路。

“生命力”理論雖然因為尿素的人工合成受到了致命的打擊，但是它還是不肯輕易的退出歷史舞臺，一些生命力者認為作為動物排泄物的尿素不能算作是真正的有機物，而氰酸氨都是從動物的毛皮、角、血中提取出來的，界于有機和無機化合物之間，不能酸是真正的有機化合物，從無機物人工合成真正的有機化合物是不可能的，有機化學(xué)的迅速發(fā)展，很快就駁倒了這種理論。第9頁/共48頁

1840年，另外一個德國化學(xué)家柯爾伯第一個從單質(zhì)出發(fā)實現(xiàn)了完全的有機合成，他利用木炭、硫磺、氯以及水作為原料，合成了有機化合物醋酸，這個合成可以表示為：

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柯爾伯所用的原料都是簡單的無機物，而產(chǎn)物是典型的有機物，從而有力地證明了有機物的生成不需要生命力。隨后，人們又相繼合成了葡萄酸、檸檬酸、琥珀酸等一系列的有機酸，這些酸過去都是從植物中提取得到的。1854年，德國化學(xué)家貝特羅成功的合成了油脂類的物質(zhì)。1861年，俄國化學(xué)家布特列洛夫，用多聚甲醛和石灰水作用，合成了糖類物質(zhì)。眾所周知，油脂和糖類都是生命過程中起者重要作用的物質(zhì)。由于人們陸續(xù)地合成了許多有機化合物，從而使人們確信，人工既可以合成無機物質(zhì)，也可以由無機物質(zhì)合成有機物質(zhì)，至此，“生命力”論就徹底的破產(chǎn)了。從此以后，有機化學(xué)進入了合成時代，人們不僅利用簡單的化合物合成與天然有機物完全相同的物質(zhì)，還可以合成有機體不能合成的比天然物質(zhì)更好的物質(zhì)?，F(xiàn)在，絕大多數(shù)的有機物不是從天然有機體中得到的，由于歷史的原因和習(xí)慣，還是稱為有機物。第11頁/共48頁

十九世紀的能源主要是煤炭。大量的煉焦和生產(chǎn)煤氣的副產(chǎn)品是煤焦油。人們從煤焦油中分離出苯、萘、蒽、甲苯、二甲苯、苯酚、苯胺等芳香族化合物。用來自煤焦油的芳香族化合物作為原料，化學(xué)家們進行了卓有成效的有機合成，合成了許多中染料、藥品、香料和炸藥等有機物質(zhì)，可謂是煤焦油時代。二十世紀四十年代開始，石油化學(xué)開始發(fā)展起來，到了二十世紀六十年代末期，國外有機化工產(chǎn)品已經(jīng)有80%-90%是以石油和天然氣為原料制得的。迄今，人們不僅能生產(chǎn)出千差萬別的塑料、合成橡膠、合成纖維，一些復(fù)雜的有機物也被合成出來。1945年，奎寧；1951年膽固醇；1960年葉綠素。在1965年我國化學(xué)家首次人工合成了由51個氨基酸按一定順序結(jié)合起來的具有生物活性的蛋白質(zhì)——結(jié)晶牛胰島素。這個合成突破了一般有機物和生物高分子的界限，從而開創(chuàng)了人工合成蛋白質(zhì)的新時期。1981年，又完成了酵母丙胺酸轉(zhuǎn)移核糖酸的合成，為人類探索生命的奧秘以及防止疾病作出了可喜的一步。第12頁/共48頁

自從有機化學(xué)成為一門學(xué)科以后，為了研究有機物的需要進行了分子結(jié)構(gòu)的研究和合成工作，從而使有機化學(xué)理論得到了發(fā)展。由于有機物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，受到當時科技的限制，從而使有機理論的發(fā)展也經(jīng)歷了一段漫長的過程。

1857年德國化學(xué)家凱庫勒、1858年英國化學(xué)家?guī)觳占素S富的資料，同時研究了許多碳的化合物以后，兩人獨立地提出了有機分子結(jié)構(gòu)的兩個基本原則：（1）碳原子是四價的（2）碳原子自相結(jié)合成鍵。這兩個基本原則，成為有機化學(xué)結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)。碳四價學(xué)說的建立，才真正的開始認識有機化合物中原子之間的結(jié)合方式，而碳碳之間可以成鏈所構(gòu)成的骨架結(jié)構(gòu)正是有機化合物的基礎(chǔ)，它使得日拉爾發(fā)現(xiàn)的同系列現(xiàn)象的得到解釋。它也使由幾個很少的元素卻組成龐大的物質(zhì)種類的有機化學(xué)之謎開始得到了解答。第13頁/共48頁1861年，俄國化學(xué)家布特列洛夫提出了化學(xué)結(jié)構(gòu)的概念。結(jié)構(gòu)是原子在分子中結(jié)合的序列，提出分子中直接或者間接相連的各原子之間是相互影響的，物質(zhì)性質(zhì)和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在著相互依賴的關(guān)系的觀點。

1865年，德國化學(xué)家凱庫勒提出了苯的結(jié)構(gòu)式，在芳香族化合物中碳原子之間形成了環(huán)狀的結(jié)構(gòu)。1874年荷蘭化學(xué)家范特荷浦和法國化學(xué)家勒貝爾分別提出了碳原子具有四面體構(gòu)形的假說，解釋了當時發(fā)現(xiàn)的對映異構(gòu)現(xiàn)象，奠定了立體化學(xué)的基礎(chǔ)。1885年，德國化學(xué)家拜耳提出了張力理論，至此經(jīng)典的有機結(jié)構(gòu)理論基本建立起來。但是當時還不知道表示分子中原子相互結(jié)合的價鍵的物理意義，也沒有人知道非直接相連的原子之間是怎么相互發(fā)生作用的，隨著化學(xué)的發(fā)展，人們總覺得經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論還是不夠完善。

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到了二十世紀初，在物理學(xué)一系列的新發(fā)現(xiàn)的推動下，建立了價鍵學(xué)說。1917年，G.N.Lewis提出了共用電子對學(xué)說。1926年以后，人們開始用量子力學(xué)的原理和方法研究化學(xué)鍵的本質(zhì)，創(chuàng)立了現(xiàn)代價鍵理論，闡明了化學(xué)鍵的微觀本質(zhì)，從而出現(xiàn)了誘導(dǎo)和共軛效應(yīng)理論。二十世紀六十年代起，基于分子的電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)發(fā)展起來的IR、UV、MR、NMR以及X衍射等技術(shù)應(yīng)用到有機結(jié)構(gòu)分析上來，使得有機化學(xué)面貌一新。過去用化學(xué)方法測定一個有機化合物的結(jié)構(gòu)需要幾個月甚至幾年的時間。例如著名的生物堿嗎啡，從自然界中分離開始到結(jié)構(gòu)以及合成的成功，前后經(jīng)歷了149年（1803-1952）。現(xiàn)在結(jié)構(gòu)分析只要幾分鐘而且需要的樣品量很少，從而有利于天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)測定。有機化合物的分離技術(shù)和合成技術(shù)的提高，有力地推動了有機化學(xué)的發(fā)展。現(xiàn)在，有機化學(xué)家不僅能夠合成自然界中已經(jīng)存在的多種有機化合物，而且也能合成自然界中不存在的、各種性能比天然有機物更好的有機物，特別是可以依據(jù)設(shè)計的構(gòu)造式合成出的一些特定的有機化合物。

第15頁/共48頁三、

有機化學(xué)的任務(wù)1、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象（新的有機物，有機物的新的來源、新的合成方法、合成技巧，新的有機反應(yīng)等）；2、研究新的規(guī)律（結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，反應(yīng)機理等）；3、提供新材料（提供新的高科技材料，推動國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展）；4、探索生命的奧秘（生命與有機化學(xué)的結(jié)合）。

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今后，有機化學(xué)所面對的任務(wù)還是相當艱巨的，例如結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)生物高分子化合物的合成，如何把污染環(huán)境的有毒物質(zhì)變成無毒而且是有用的物質(zhì)。第17頁/共48頁§2有機化合物的特點

一、有機化合物的數(shù)目多

1、碳原子相互結(jié)合的能力強

2、同分異構(gòu)現(xiàn)象相當普遍

同分異構(gòu)現(xiàn)象：

化合物的分子式相同，化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)：

分子中各元素的原子排列次序、鍵合方式或空間分布。構(gòu)造式：

分子中各個元素的排列次序、鍵合方式、并不表示分子中的原子在空間的排布情況。

第18頁/共48頁構(gòu)造簡式：把構(gòu)造式中的碳氫鍵或碳碳鍵省略掉。

同分異構(gòu)體：

分子式相同，化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的化合物互稱為同分異構(gòu)體。

第19頁/共48頁二、大多數(shù)有機化合物易于燃燒

三、大多數(shù)有機化合物對熱不穩(wěn)定

四、絕大多數(shù)的有機化合物的熔點沸點較低

五、一般有機化合物難溶解于水，易溶解于有機溶劑

六、有機反應(yīng)速度慢

七、有機反應(yīng)復(fù)雜副反應(yīng)多

一般把主要進行的反應(yīng)稱為主反應(yīng)，其他的反應(yīng)稱為副反應(yīng)，產(chǎn)物也相應(yīng)的稱為主產(chǎn)物和副產(chǎn)物。

第20頁/共48頁1、由于有機反應(yīng)的復(fù)雜性，常用箭頭號不用等號；2、一般只寫出主要反應(yīng)和及其產(chǎn)物；3、有機反應(yīng)總是和反應(yīng)條件相互聯(lián)系的，在一定的條件下，某種產(chǎn)物占優(yōu)勢，而條件的改變反應(yīng)產(chǎn)物也會改變，有時還要在箭頭上表示出反應(yīng)條件；4、反應(yīng)方程式一般不配平。

書寫有機反應(yīng)方程式時須注意的事項：第21頁/共48頁§3有機化合物的共價鍵

一、原子軌道

1、原子軌道

2、原子的電子構(gòu)型

A、保里不相容原理：在一個原子軌道中只能容納2個自旋相反的電子；

B、能量最低原理：在遵循保里不相容原理的條件下，電子盡可能占據(jù)能量較低的軌道；

C、洪特原則：能量相同的軌道稱為簡并軌道。在簡并軌道中填充電子時，電子盡可能占據(jù)不同的軌道而且自旋方向相同。

N1S22S22Px12Py12Pz1

第22頁/共48頁二、共價鍵理論

1、價鍵理論

（1）、

共價鍵的形成

價鍵的形成是原子軌道的重疊或電子配對的結(jié)果，如果兩個原子都有未成鍵電子，并且自旋方向相反，就能配對形成共價鍵。

第23頁/共48頁（2）、共價鍵形成的基本要點A、兩個自旋的相反的單電子相互接近時，核間電子云密度較大，形成了穩(wěn)定的化學(xué)鍵；B、共價鍵的飽和性一個原子有幾個未成對電子，便可和幾個自旋相反的電子配對成鍵；C、共價鍵的方向性在共價鍵形成時，盡可能采取原子軌道或電子云最大的重疊方向。因為電子云的交蓋越多，在兩核之間的電子云的密度也是越大，從而降低了兩核之間的正電排斥，增加了兩核對電子的吸引。從而使整個體系能量降低，形成穩(wěn)定的共價鍵；第24頁/共48頁S軌道：球形對稱的電子云分布沒有方向性P軌道：只有在其對稱軸的方向上的電子云的密度最大，從而成鍵時必須沿著對稱軸方向進行交蓋，形成的化學(xué)鍵才牢固。2sorbital(spherical)2porbital=>第25頁/共48頁第26頁/共48頁第27頁/共48頁2、分子軌道理論

分子軌道理論是1932年提出了來的，它是從分子的整體出發(fā)去研究分子中每一個電子的運動狀態(tài)，認為形成的化學(xué)鍵的電子是在整個分子中運動的。原子組成分子后，電子不再屬于原子軌道，而是在整個分子軌道中運動的，電子是離域的，而不是定域的。通過薛定諤方程的解，可以求出描述分子中的電子運動狀態(tài)的波函數(shù)ψ，ψ稱為分子軌道，每一個分子軌道ψ有一個相應(yīng)的能量E,E近似的表示在這個軌道上的電子的電離能。

第28頁/共48頁分子軌道理論的基本要點：

（1）、分子中電子運動狀態(tài)用ψ表示，稱為分子軌道，每一分子軌道都有一相應(yīng)的能量Eψ。（2）、分子軌道由原子軌道線性組合而成的，組合時遵循三個原則（有幾個原子軌道就組合成幾個分子軌道）

第29頁/共48頁由原子軌道組成分子軌道時，必須符合三個條件：

A、對稱匹配——

即組成分子軌道的原子軌道的符號（位相）必須相同；

第30頁/共48頁B、原子軌道的重疊具有方向性——

原子軌道重疊部分要最大；

C、能量相近

第31頁/共48頁（3）、電子按能量最低原理、保里不相容原理、洪特規(guī)則填入分子軌道

價鍵理論認為形成共價鍵的電子只處于化學(xué)鍵相連的兩個原子之間的區(qū)域內(nèi)的運動，即定域的觀點；分子軌道理論認為成鍵電子遍布在整個分子的區(qū)域內(nèi)運動，即離域的觀點。

第32頁/共48頁三、共價鍵的屬性

1、鍵長

形成共價鍵的兩個原子核之間的距離

（nm10-9m、?10-10m）C-H1.09?C-C1.54?CH3CH3C-H1.10?

CH2=CH2C-H1.08?

HC≡CHC-H1.06?2、鍵角

兩個共價鍵之間的夾角

H-C-HCH4109.5°CH3CH3109.3°

HCHO116.5°CH3Cl110°C-O-HCH3OH109.9°HCOOH107.8°第33頁/共48頁3、鍵能

雙原子分子：

A(g)+B(g)→A-B(g)+△H(鍵能)

A-B(g)→A(g)+B(g)+△H(離解能)第34頁/共48頁

在多原子分子中，共價鍵的鍵能是指同一類的共價鍵的離解能的平均值。

CH4C-H鍵能（435+443+443+338）/4=415KJ/mol第35頁/共48頁4、鍵的極性

電負性：分子中成鍵的原子對成鍵電子的吸引能力，相對值沒有單位，電負性大，說明該元素原子對成鍵電子有較強的吸引能力。

H-HO-OH-ClH-O-H

Hδ+-Clδ-偶極距（μ）德拜(D)1D=10-18(e.s.u.cm)μ=q×dq正電中心（負電中心）電荷靜電單位（10-10）（e.s.u)d正負電荷中心覺得距離厘米（10-8）第36頁/共48頁

偶極矩具有方向性，箭頭所指的是從正電荷到負電荷的方向

CCl4BF3CH4H3CCl(1.86D)、CH2Cl2(1.57D)、CHCl3(1.15D)第37頁/共48頁5、鍵的極化度

鍵的極化：在外電場的影響下，分子中原來的正電中心和負電中心將發(fā)生變化，從而鍵的極性也發(fā)生變化的一種現(xiàn)象。

鍵的極化能力用極化度（α）來表示，極化度越大，該鍵的極化能力也就越大。第38頁/共48頁

鍵的極化度大小和成鍵電子受原子核束縛能力的大小有關(guān)，如果成鍵原子的原子核對成鍵電子吸引能力強，即成鍵電子受到原子核束縛大時，則外界電場對其影響就小，該鍵就很難極化，極化度就小。

C-X鍵的極性C-F＞C-Cl＞C-Br＞C-I

鍵的極化度C-F＜C-Cl＜C-Br＜C-I第39頁/共48頁6、誘導(dǎo)效應(yīng)

由于分子中成鍵原子或原子團的電負性不同，致使整個分子中成鍵的電子云向著一個方向偏移的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)效應(yīng)。由于原子的電負性不同而引起的極性效應(yīng)通過靜電誘導(dǎo)而影響到分子的其他部分，從而稱為誘導(dǎo)效應(yīng)。誘導(dǎo)效應(yīng)是一種永久效應(yīng)，沿著碳鏈傳遞，并隨著鏈的增長而迅速減弱或消失，經(jīng)過三個原子后，影響就弱了，超過五個原子就沒有了。

第40頁/共48頁四、有機反應(yīng)的類型

1、共價鍵的斷裂

（1）、均裂成鍵的電子對平均分給兩個原子或原子團。

A-B→A?+B?HCH3→H?+?CH3Cl2→Cl?+Cl?

均裂生成的帶電子的原子（Cl?）或原子團（?CH3）稱為游離基或自由基。

第41頁/共48頁（2）、異裂成鍵的一對電子完全給了某個原子或原子團。

A-B→A++B-