有機化學(xué)-第一章-緒論市公開課一等獎百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課金獎名師賽課獲獎?wù)n件

第一章緒論有機化學(xué)OrganicChemistry

有機化學(xué)是研究有機化合物起源、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其改變規(guī)律科學(xué)。讓我們一起進入有機化學(xué)這個誘人“原始森林”吧！1/271本章內(nèi)容

一、按碳架分類二、按官能團分類§1-5有機化合物起源§1-6有機反應(yīng)類型一、按共價鍵斷裂方式二、按反應(yīng)物和產(chǎn)物關(guān)系§1-7怎樣學(xué)好有機化學(xué)一、了解與記憶相結(jié)合二、不停歸納和總結(jié)§1-1有機化合物和有機化學(xué)一、有機化合物概念二、有機化合物認識過程三、有機化學(xué)§1-2有機化合物特征§1-3有機化合物結(jié)構(gòu)一、分子結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu)式三、有機物結(jié)構(gòu)確實定§1-4有機化合物分類2/272§1-1有機化合物與有機化學(xué)一、有機化合物概念

有機化合物就是碳化合物，如酒精(CH3CH2OH)、醋酸(CH3COOH)、油脂(直鏈高級脂肪酸甘油酯)、糖(C6H12O6)等。不過，一些含有經(jīng)典無機化合物性質(zhì)含碳化合物如CO2、CO32-、CN-等并不作為有機化合物討論。有機物除都含有碳外，普通都還含有氫。能夠?qū)⑻細浠衔锟醋鍪怯袡C物母體，其它有機物能夠由碳氫化合物衍生而來。所以，有機化合物就是碳氫化合物及其衍生物，這是有機化合物當(dāng)代定義。有機物用途非常廣泛。人們衣、食、住、行都離不開有機物；有機物還在化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、材料工業(yè)以及國防工業(yè)等領(lǐng)域含有主要而廣泛用途。

1854年，德國化學(xué)家凱庫勒(Kekule)說過這么一句話：碳原子時刻在我們眼前跳著各種優(yōu)美舞蹈。3/273二、有機化合物認識過程

在周朝，人們就會釀酒、制醋，用棉麻纖維織布、造紙，用茜草根給織物染色，還知道使用香料和草藥。

到了十八世紀，人類已從自然界中分離并純化了許多有機物，其中以瑞典人舍勒（Scheele）最為著名，他不但制出了純安息香酸、草酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸、尿酸等有機物，還提出了許多方法來提純有機物，很多方法到現(xiàn)在還在使用。

在當(dāng)初人們還不能合成這些物質(zhì)，因為都來源自于動、植物等有機生命體（有生機之物體），故此人們把這樣一類物質(zhì)稱為有機物。而有機物與無生命無機物在組成和性質(zhì)上有顯著差異。人們把這種從“有生機之物體”中得到不一樣于無機物物質(zhì)稱為有機化合物，簡稱有機物。因為當(dāng)初人們還不能從無機物合成有機物，一些唯心觀點就認為有機物是由有機生命體中一個生命力綜合而形成，不能由無機物合成，在十九世紀前，這種唯心“生命力”觀點在當(dāng)初頗為流行。

4/274二、有機化合物認識過程

1828年，德國化學(xué)家維勒（Wohler）經(jīng)過加熱氰酸銨制出了尿素，這是維勒對有機化學(xué)重大貢獻。Wohler給瑞典化學(xué)家貝采利烏斯信中這么寫到：“我應(yīng)該告訴您是：我制造出尿素，而且不求援于腎或動物——不論是人或犬?！?/p>

至此打破了“生命力”學(xué)說，消除了無機物與有機物之間界限，在有機化學(xué)史上是一個重大突破，并開創(chuàng)了人工合成有機物道路。今后，許多有機物被人工合成出來，自今后生命力學(xué)說被徹底地推翻了。

1845年法國人柯爾伯合成了醋酸1854年法國人柏賽羅合成了油脂1861年俄國人希特列洛夫合成了糖類有機化合物“有機”概念已經(jīng)失去了原來意義，但因為歷史原因，人們一直沿用至今。5/275三、有機化學(xué)

有機化學(xué)是基礎(chǔ)化學(xué)五大分支之一，它是研究有機化合物一門學(xué)科。有機化學(xué)是研究有機化合物起源、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其改變規(guī)律科學(xué)。有機化學(xué)主要包括三個方面內(nèi)容：結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、反應(yīng)機理和有機合成。有機化學(xué)作為一門學(xué)科是在十九世紀中葉形成，經(jīng)過許多化學(xué)家不停探索，至今有機化學(xué)已由試驗性學(xué)科發(fā)展成試驗、理論并重學(xué)科。同時還形成了有機天然物化學(xué)、物理有機化學(xué)、量子有機化學(xué)和有機合成化學(xué)等比較成熟分支學(xué)科。

有機化學(xué)是有機化學(xué)工業(yè)理論基礎(chǔ)，與經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)親密相關(guān)。有機化學(xué)基本原理對于掌握與發(fā)展其它學(xué)科也是必須，如醫(yī)藥、材料、生命科學(xué)等都離不開有機化學(xué)成就。在處理人類可連續(xù)發(fā)展中所碰到重大問題如能源問題、環(huán)境問題等方面，有機化學(xué)將發(fā)揮越來越主要作用。6/276§1-2有機化合物特征

與無機化合物相比，有機化合物含有以下幾方面特征。1、數(shù)量巨大組成有機物元素只有C、H、O、N、S、P、X等少數(shù)幾個，但數(shù)量卻十分龐大。到當(dāng)前為止，人類發(fā)覺與合成化合物約有萬種，其中70%以上是有機物。2、結(jié)構(gòu)特征——同分異構(gòu)現(xiàn)象有機化合物數(shù)量如此巨大，主要是由有機物結(jié)構(gòu)特征所決定。碳原子成鍵能力強，有機化合物中能夠含有一個、幾個或幾十個碳原子，也能夠包含成千上萬個碳原子；碳原子之間結(jié)合方式各種多樣，能夠以單鍵結(jié)合，也會以雙鍵和三鍵結(jié)合，能夠連接成鏈狀，也能夠連接成環(huán)狀，這種分子式相同而結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不一樣有機物叫做同分異構(gòu)體。同分異構(gòu)現(xiàn)象在有機物中普遍存在，。7/277§1-2有機化合物特征3、性質(zhì)特征有機物與無機物相比，在性質(zhì)上也有顯著區(qū)分，能夠概括為“燃、差、低、難、慢、雜”六個字。A大多數(shù)有機物都能夠燃燒，而汽油等有機物則很輕易燃燒。B有機物熱穩(wěn)定性差，受熱輕易分解。許多有機物在200℃～300℃即會分解。C有機物熔點低。許多有機物為氣體或液體，極少有熔點超出400℃有機物。D難溶于水，易溶于有機溶劑。E有機反應(yīng)速率慢。經(jīng)常經(jīng)過攪拌、加熱、光照或催化劑來加緊反應(yīng)速率。F有機反應(yīng)復(fù)雜。存在主反應(yīng)和副反應(yīng)。這些性質(zhì)特征適合用于絕大多數(shù)有機物，但也有個別有機物例外。如CCl4不但不燃，而且可用于滅火；乙醇、甲酸等能夠與水混溶；烯烴使溴水和高錳酸鉀褪色瞬間就能夠完成等。8/278§1-3有機化合物結(jié)構(gòu)一、分子結(jié)構(gòu)分子是由組成原子按照一定排列次序、相互影響相互作用而結(jié)合在一起整體，通常把分子中組成原子連接方式、次序和空間位置關(guān)系叫做分子結(jié)構(gòu)。有機物性質(zhì)不但決定于組成元素性質(zhì)和數(shù)量即分子式，主要決定于分子結(jié)構(gòu)。比如分子式為C2H6O有機物就存在兩種不一樣結(jié)構(gòu)：乙醇和二甲醚。結(jié)構(gòu)沸點與Na作用水溶性與水互溶溶解度小放出氫氣無反應(yīng)78.5℃-23℃9/279§1-3有機化合物結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu)式

化合物性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)親密相關(guān)。在有機化學(xué)中，分子結(jié)構(gòu)主要包含三個層次：結(jié)構(gòu)、構(gòu)型和構(gòu)象。

分子中組成原子連接方式和次序叫做結(jié)構(gòu)，表示結(jié)構(gòu)式子稱為結(jié)構(gòu)式。有機化學(xué)中結(jié)構(gòu)式常有四種表示方法：電子式、短線式(價鍵式)、縮簡式和鍵線式。電子式：表示出全部原子和共用電子對、孤對電子、成單電子。短線式(價鍵式)：表示出全部原子以及原子之間共價鍵。原子和原子之間有幾個共價鍵(一個共價鍵就是一對共用電子)就用幾根短線連接，在有機化合物中，通常是碳四價、氮三價、氧兩價和氫一價。縮簡式：就是短線式簡寫，基本寫法就是去掉短線式中全部單鍵而且合并等同原子或基團，但雙鍵和環(huán)上鍵要保留。鍵線式：用鍵線代表碳原子組成碳鏈骨架，寫出除氫原子外與碳原子相連其它原子(O、N、S等)和官能團。當(dāng)官能團中含有碳原子和氫原子時，這些原子作為官能團一部分仍須寫出。10/2710舉例：結(jié)構(gòu)式表示方法例1：2-甲基丙醇(C4H10O)

電子式

(書寫麻煩)短線式(較麻煩)

縮簡式(較為慣用)鍵線式(較為慣用)或例2：1-丁烯

11/2711例3：苯

電子式短線式鍵線式縮簡式舉例：結(jié)構(gòu)式表示方法例4：丁酸

12/2712

對于新發(fā)覺或合成有機物，確定其結(jié)構(gòu)非常主要。通常需要經(jīng)歷以下程序。1、分離提純

分離提純方法：重結(jié)晶、升華、蒸餾、層析法以及離子交換法等。2、物理常數(shù)測定純凈有機物都有固定物理常數(shù)，如熔點、沸點、相對密度和折光率等。經(jīng)過物理常數(shù)測定，不但能夠判定有機物，而且能夠判斷其純度。3、試驗式和分子式確實定

元素定性分析，找出分子中存在哪幾個原子。

元素定量分析，找出各種原子相對數(shù)目，確定試驗式。

測定分子量，確定各種原子確實實數(shù)目，給出分子式。4、結(jié)構(gòu)式確實定

依據(jù)近代物理方法(紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜等)和化學(xué)方法(官能團分析、化學(xué)降解和合成)確定結(jié)構(gòu)式?！?-3有機化合物結(jié)構(gòu)三、有機物結(jié)構(gòu)確實定

練習(xí)：一個醇經(jīng)元素定量分析，得知C=70.4%、H=13.9%，經(jīng)過計算寫出其試驗式。13/2713§1-4有機化合物分類為何要分類？有機化合物數(shù)目龐大，當(dāng)前已經(jīng)有一千多萬種，而且人們還在不停合成和發(fā)覺新有機化合物。為了便于系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究有機化合物，對有機物進行科學(xué)分類是非常必要。怎樣分類？因為有機化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)親密相關(guān)，所以能夠依據(jù)有機物結(jié)構(gòu)來分類。慣用分類方法有兩種：按碳架分類和按官能團分類。

一、按碳架分類：碳架是指分子中碳原子相互結(jié)合方式。按碳架不一樣可將有機物分為以下四類。

A

開鏈(族)化合物：分子中碳原子連接成鏈狀。因為脂肪類化合物通常含有這種結(jié)構(gòu)，所以開鏈化合物又稱為脂肪族化合物。鏈上碳原子能夠經(jīng)過單鍵、雙鍵或三鍵相連。如：直鏈和支鏈14/2714§1-4有機化合物分類

B脂環(huán)(族)化合物：分子中碳原子連接成環(huán)，其性質(zhì)與脂肪族化合物相同。環(huán)上碳原子能夠經(jīng)過單鍵、雙鍵或三鍵相連。如：

C芳香(族)化合物：分子中普通含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，其性質(zhì)不一樣于脂環(huán)化合物，而含有“芳香性”。脂環(huán)化合物與芳香化合物一起統(tǒng)稱為碳環(huán)化合物。如：

D雜環(huán)(族)化合物：分子中含有碳原子和其它原子(如O、N、S等，通稱為雜原子)連結(jié)而成環(huán)。如：呋喃吡咯噻吩吡啶喹啉15/2715§1-4有機化合物分類

二、按官能團(functionalgroup)分類：官能團是指分子中比較活潑、輕易發(fā)生反應(yīng)基團或一些特殊結(jié)構(gòu)。官能團經(jīng)常決定著化合物主要性質(zhì)、反應(yīng)了化合物主要特征。含有相同官能團化合物經(jīng)常含有相類似性質(zhì)，能夠把它們看成是同類化合物。常見主要官能團以下：官能團名稱官能團結(jié)構(gòu)化合物名稱官能團名稱官能團結(jié)構(gòu)化合物名稱碳碳單鍵烷烴環(huán)烷烴醛基醛碳碳雙鍵烯烴酮基酮碳碳三鍵炔烴羧基羧酸鹵原子鹵代烴氨基胺羥基醇酚硝基硝基化合物醚鍵醚磺(酸)基磺酸

在有機化學(xué)教材中，通常把兩種分類方法結(jié)合起來。普通是先按官能團分類，在同種官能團中再按碳架不一樣進行討論。16/2716三、本課程包括到主要有機物有機物烴鏈烴環(huán)烴脂環(huán)烴芳香烴烴衍生物飽和烴不飽和烴鹵代烴有機含氧化合物有機含氮化合物雜環(huán)化合物醇酚醚醛酮羧酸及其衍生物硝基化合物胺重氮和偶氮化合物17/2717§1-5有機化合物起源自然界中碳循環(huán)18/2718§1-5有機化合物起源

從上面碳循環(huán)過程我們能夠看出，有機物主要來自于以下幾個方面。A動植物體：如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、中藥、香料、染料等天然有機物。B煤干熘：焦?fàn)t氣、焦碳、煤焦油C石油：主要成份是烷烴，有時含有環(huán)烷烴、烯烴和芳烴。D天然氣：主要成份是CH4，及少許乙烷、丙烷等。另外可燃冰主要成份也是甲烷，它是甲烷水合物，在嚴寒海底和湖底下大量存在。

煤、石油和天然氣是主要常規(guī)能源，也是有機化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料。

E有機合成：對現(xiàn)有化合物進行改性或合成新有機物。19/2719§1-6有機反應(yīng)類型

有機反應(yīng)是有機化學(xué)研究主要對象和內(nèi)容，化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)就是舊鍵斷裂和新鍵形成。在有機反應(yīng)中，共價鍵斷裂方式有兩種：均裂和異裂。均裂+異裂+異裂+均裂產(chǎn)生帶有成單電子基團叫做自由基(游離基)；異裂產(chǎn)生帶有電荷正負離子。

碳原子上帶有成單電子基團叫做碳自由基，碳原子上帶有正電荷基團叫做碳正離子，碳原子上帶有負電荷基團叫做碳負離子。碳自由基、碳正離子、碳負離子都是在反應(yīng)過程中產(chǎn)生，能夠經(jīng)過物理或化學(xué)方法進行偵察或證實；但它們性質(zhì)非常活潑，一旦產(chǎn)生很快就會發(fā)生其它反應(yīng)，所以只能瞬間存在。所以，我們常把碳自由基、碳正離子、碳負離子叫做有機反應(yīng)活性中間體。20/2720§1-6有機反應(yīng)類型一、按共價鍵斷裂方式按照有機反應(yīng)過程中共價鍵斷裂方式，能夠?qū)⒂袡C反應(yīng)分為三類：

自由基反應(yīng)：反應(yīng)過程中存在碳自由基反應(yīng)。

離子型反應(yīng)：反應(yīng)過程中產(chǎn)生碳正離子或碳負離子反應(yīng)。

協(xié)同反應(yīng)：反應(yīng)過程中沒有活性中間體生成，舊鍵斷裂和新鍵生成同時進行。因為協(xié)同反應(yīng)普通生成環(huán)狀產(chǎn)物，所以有時將協(xié)同反應(yīng)又稱為周環(huán)反應(yīng)。CH4+Cl2CH3Cl+HCl光照CH2=CH2+H2OCH3CH2OH稀硫酸自由基反應(yīng)離子反應(yīng)周環(huán)反應(yīng)+CN21/2721§1-6有機反應(yīng)類型二、按反應(yīng)物與產(chǎn)物關(guān)系

A取代反應(yīng)：反應(yīng)物中原子或基團被其它原子或基團所取代。反應(yīng)前后不發(fā)生不飽和度改變。

B加成反應(yīng)：反應(yīng)物重鍵中π鍵斷裂，以重鍵相連兩個原子都增加了原子或基團。反應(yīng)后不飽和度降低。

C消除反應(yīng)：從反應(yīng)物中失去兩個原子或基團，以小分子形式離開。反應(yīng)后不飽和度增加。

D重排反應(yīng)：反應(yīng)物分子中原子或基團改變連接方式或次序而發(fā)生重新排列。重排后沒有不飽和度改變。

E氧化還原反應(yīng)：有機反應(yīng)普通不包括到電子轉(zhuǎn)移和氧化數(shù)改變，通常把有機分子中加氧或去氫反應(yīng)叫做氧化反應(yīng)，加氫或去氧反應(yīng)叫做還原反應(yīng)。有些反應(yīng)是幾個反應(yīng)類型結(jié)合。下面請看詳細例子。22/2722§1-6有機反應(yīng)類型CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2OΔCH2=CH—CH3+Cl2ΔCH2=CH—CH2Cl+HClH2/NiCH2=CH2+Br2BrCH2—CH2BrCH3CH2CH2OHCH3CH=CH2+H2O濃硫酸AlCl3+氧化反應(yīng)還原反應(yīng)重排反應(yīng)消除反應(yīng)加成反應(yīng)取代反應(yīng)23/2723§1-7怎樣學(xué)好有機化學(xué)

有機物不但種類繁多、數(shù)目龐大，用途廣泛；而且與無機物相比在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上都有顯著區(qū)分，所以完全有必要把有機化學(xué)作為一門單獨學(xué)科來討論。有機化學(xué)是基礎(chǔ)化學(xué)五大