有機化學：第一章 緒論

有機化學

OrganicChemistry教材:汪小蘭

主編《有機化學》（第四版），

高等教育出版社參考書參考書:邢其毅等《基礎(chǔ)有機化學》（第二版），高等教育出版社

莫里森等［美］《有機化學》（第二版），科學出版社胡宏紋等，《有機化學》（第二版），人民教學出版社IRCalytonHHeathcock

《Introductiontoorganicchemistry》本期上40學時；3.0學分；難度系數(shù)k=1.2。半期考試成績占20%，平時成績占10%，期末考試成績占70%。成績評定：一、化學1、化學：化學主要是在分子、原子或離子等層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化以及變化過程中能量關(guān)系的科學。是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學。[解釋組成、結(jié)構(gòu)]2、物理變化：沒有產(chǎn)生新物質(zhì)的變化。3、化學變化：有新物質(zhì)產(chǎn)生的變化。[從分子和原子的角度解釋新物質(zhì)]復(fù)習二、化學的一些基本概念1、物質(zhì)的分類：物質(zhì)場實物混合物純凈物單質(zhì)化合物金屬非金屬黑色金屬有色金屬2、分子和原子：分子：保持物質(zhì)的化學性質(zhì)的一種微粒。原子：化學變化中的最小微粒。分子是由原子組成的。3、元素和元素符號：元素：具有相同核電荷數(shù)的同一類原子總稱為元素。元素符號：以元素拉丁名稱的第一個大寫字母或再加一個小寫字母來表示這種元素。這一個或兩個字母就叫元素符號。④、化學式和化合價：化學式：用元素符號來表示物質(zhì)組成的式子?；蟽r：一種元素一定數(shù)目的原子根其它元素一定數(shù)目的原子相化合的性質(zhì)叫這種元素的化合價。4、原子的結(jié)構(gòu)：①原子結(jié)構(gòu)：原子核核外電子（質(zhì)子、中子核電荷數(shù)）②核外電子的排布：分層排布，每層最多容納2n2個電子；最外層不超過8個，次外層不超過18個。③離子：陽離子陰離子5、國際單位制（SI）：①SI制：國際單位制是1960年第11屆國際計量大會建議并通過的一個單位制。國際單位制有七個基本單位

KgmsAK（開爾文）cd(坎德拉)mol(摩爾)②摩爾：摩爾是物質(zhì)的量的單位，是指6.023×1023個微粒。③摩爾質(zhì)量：1摩爾即6.023×1023個微粒的質(zhì)量稱為這種微粒的摩爾質(zhì)量。分子或原子的摩爾質(zhì)量以g.mol-1為單位時在數(shù)值上等于其分子量或原子量。

第一章緒論

§1.1有機化合物和有機化學一、有機化合物和有機化學OrganiccompoundsandOrganicChemistry1、有機化合物：含有碳元素的化合物。烴和烴的衍生物。Chapter1Introduction1848年，Gmelin（葛美林）和kekule(凱庫勒)首先提出了有機物的定義，1874年Schorlemmer（肖萊馬）發(fā)展了此定義。兩種說法的本質(zhì)是一樣的。2、有機化學：研究有機化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途和有關(guān)理論的一門自然科學。OrganicChemistryistheChemistryofCarbonCompounds

1661年，近代化學的奠基者，英國物理學家兼化學家波義耳出版了《懷疑的化學家》一書，書中建立了元素的科學概念，開始把化學確立為科學。1、化學的產(chǎn)生Howdidorganicchemistrydevelop二、有機化學的產(chǎn)生和發(fā)展：1667年，德國化學家貝歇爾出版了《土質(zhì)物理學》一書；1702年，德國化學家兼醫(yī)學理論家施塔爾將他老師貝歇爾的《土質(zhì)物理學》再版，并在書中提出了樸素的“燃素說”。1777年，法國化學家拉瓦錫建立了科學的氧化理論，并最終把化學確立為科學。1808年，英國化學家道爾頓建立了近代原子論。1811年意大利物理學家阿佛加德羅提出了分子假說，建立了原子分子論。1871年，俄國化學家門捷列夫發(fā)表了《化學元素的周期依賴關(guān)系》一文，建立了元素周期律，把龐雜的元素知識納入到一個嚴整的體系之中，同原子分子論一起，共同奠定了無機化學和整個化學的理論基礎(chǔ)。元素周期律的建立，標志著無機化學的形成。2、

有機化學和無機化學的形成有機化合物的提純，有機化合物的分析和有機化合物的合成，特別是有機化合物的合成是近代有機化學創(chuàng)立地標志。

瑞典化學家舍勒于1769年分離出了酒石酸，于1780年分離出了乳酸。1784年拉瓦錫對一些有物進行了分析。1828年，德國化學家魏勒首次制得了尿素，動搖了“生命力論”的基礎(chǔ)。1830年，德國化學家李比希改進了拉瓦錫對有機物地分析方法，并對許多有機物進行了精確分析。1845年，魏勒的學生科爾伯合成了醋酸。實際上，從1828年魏勒首次制得尿素開始，到1845年，許多化學家合成了許多有機化合物?！吧φ摗睆氐灼飘a(chǎn)，有機化學形成一門科學。三、有機化合物的特點：Propertiesoforganiccompounds1、結(jié)構(gòu)上：有機分子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜；可形成C-C鍵；有同分異構(gòu)現(xiàn)象。

同分異構(gòu)現(xiàn)象：有機化學中普遍存在著一種現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)毫不相同的幾種化合物有時具有相同的分子式；也就是說分子式相同的化合物不一定是同一種化合物，這種分子式相同而結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同的現(xiàn)象叫做同分異構(gòu)現(xiàn)象；如白糖和麥芽糖；丁醇和乙醚。

同分異構(gòu)體：分子式相同而結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同的化合物互為同分異構(gòu)體。同分異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)（平面異構(gòu)）碳鏈異構(gòu)位置異構(gòu)官能團異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)順反異構(gòu)旋光異構(gòu)（對映異構(gòu)）2、性質(zhì)上：①易燃和分解；②b.p和m.p低；③難溶于水；④反應(yīng)速度慢；⑤是非電解質(zhì)。3、有機化學作為一門科學來研究的原因：①種類繁多，有700多萬種；②分子結(jié)構(gòu)特殊；③性質(zhì)與典型的無機物不同。4、有機化學的重要性：①人們所用的藥物、農(nóng)藥、試劑大多數(shù)是有機物；②有機化學形成的分支，如高分子化學，許多日用品都是有機高分子化合物；③有機化學與生物學結(jié)合，形成了生物化學、分子生物學等。6、有機化學的學習方法：①做好實驗，積累第一手的直接知識和感性材料。②抓住基本概念，理解其實質(zhì)：要多讀概念，對照起做習題。③勤于歸納總結(jié)：有機化學的內(nèi)容很多，全靠死記硬背是不可能學好的，但有機化學的規(guī)律性很強，通過歸納總結(jié)，可以抓住規(guī)律性的東西，學起來就簡單的多。方法：每章的基本概念、各類物質(zhì)的化學性質(zhì)和合成方法、增長和減短碳鏈的方法等。

④要相信并且進一步培養(yǎng)自己的“空間想象能力”。⑤注意人名反應(yīng)：課本中有24個人名反應(yīng)、7個人名試劑和5個人名規(guī)則。本學期要學12個人名反應(yīng)，6個人名試劑和4個人名規(guī)則。⑥適當記一些基本的材料。有機化學學什么？怎么學？化學性質(zhì)命名結(jié)構(gòu)寫出寫出系統(tǒng)命名平面結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)說明推測反應(yīng)歷程合成鑒別官能團

§1.2共價鍵的一些基本概念

一、共價鍵理論Theoryofcovalentbond

1、簡單歷史：1916年美國化學家Lewis(路易斯)提出了共價鍵學說，建立了經(jīng)典的共價鍵理論，但這一理論本身存在著許多矛盾，為了解決這些矛盾，1927年德國化學家兼理論物理學家海特勒和倫敦首先把量子力學理論應(yīng)用到分子結(jié)構(gòu)中獲得成功。后來，鮑林等學者又發(fā)展了這一成果，建立了現(xiàn)代共價鍵理論ValenceBondTheory，簡稱VB理論。

1932年，美國化學家密里根和德國化學家洪特提出了分子軌道理論，MolecularOrbitaoTheory，簡稱MO法（理論）。這樣，三十年代后就形成了兩種現(xiàn)代共價鍵理論，VB法和MO法。1931年，鮑林為了完善價鍵理論（即VB法），提出了“雜化軌道”這一概念。此概念開始僅屬于價鍵的范疇。后來，MO法中也使用了這一概念。20世紀50年代，許多學者將這一概念不斷深化和完善，使之成為當今化學鍵理論的重要內(nèi)容。不過，無機化學課本中也只是把它作為VB理論的補充來提的。有機化學中這一理論用的很多。

1932年前后，鮑林又提出了共價鍵的共振理論，共振理論也是VB理論的補充?？偟膩碚f，當今的共價鍵理論也只有兩種，一種是共鍵理論（VB法），一種是分子軌道理論（MO法）。2、VB理論的主要內(nèi)容：共價鍵的形成可以看成是原子軌道重疊或電子配對的結(jié)果，軌道重疊越多，鍵越穩(wěn)定；共價鍵有方向性；共價鍵有飽和性。3、分子軌道理論：①原子軌道：atomicorbital

A、原子軌道是表征原子中電子運動狀態(tài)的一個函數(shù)，也叫波函數(shù)，用Ψ表示。|Ψ|2的幾率分布就是電子云。

B、Ψ是薛定諤方程的合理解，是一個數(shù)學函數(shù)式，不是一個數(shù)值。

C、S軌道呈球形，P軌道呈啞鈴形等，是把波函數(shù)中的經(jīng)向部分看成是常數(shù)時的函數(shù)圖形。

②分子軌道：molecularorbital

A、成鍵電子在整個分子中運動，表征電子運動狀態(tài)的波函數(shù)Ψ稱為分子軌道。

B、分子軌道由原子軌道組合而得，有幾個原子軌道組合就得幾個分子軌道。

C、原子軌道組合成分子軌道必須符合能量相近、原子軌道重疊部分要最大及對稱匹配三個條件。

D、每一個分子軌道有一個相應(yīng)的能量E，電子填充同樣遵守鮑林原理和洪特規(guī)則，分子的總能量為各電子占據(jù)著的分子軌道的能量總和。

③σ分子軌道和π分子軌道沿鍵軸旋轉(zhuǎn)時，形狀和符號都不改變的分子軌道稱為σ分子軌道。兩個相互平行的P軌道從側(cè)面重疊形成分子軌道時，有一個節(jié)面，這種分子軌道叫π分子軌道。二、共價鍵的鍵參數(shù)Propertiesofcovalentbond

1、鍵長：bondlength分子中形成共價鍵的兩個原子核之間的平均距離。單位是納米（nm）。1nm=10A0=10-9m2、鍵角：bondangles兩價或兩價以上原子與其它原子成鍵時，兩個共價鍵之間的夾角。3、鍵矩：dipolemoment

①存在的原因：元素的電負性不同。②定義：正負電荷中心的電荷（e）與正負電荷中心之間的距離（d）的乘積；為一矢量；通常規(guī)定其方向從正到負。U=e.d；單位為D（德拜）。③無鍵矩的共價鍵為非極性共價鍵；有鍵矩的共價鍵為極性共價鍵。④偶極矩：分子中各化學鍵的鍵矩的矢量和。注意偶極矩和鍵矩的區(qū)別、聯(lián)系。極性分子和非極性分子的區(qū)別。如H2O和CCl4。4、鍵能：bondenergy1molA(g)與1molB(g)原子結(jié)合成1molA-B(g)分子時放出的能量。A-B(g)離解為A(g)和B(g)時吸收的能量也叫鍵能（鍵的離解能）。[注意鍵能和鍵的離解能的區(qū)別。對于多原子的分子中共價鍵的鍵能一般是指同一類共價鍵離解能的平均值。同一類共價鍵中，鍵能大，鍵就穩(wěn)定]。三、共價鍵的斷裂1、斷裂的方式：均裂和異裂；均裂產(chǎn)生自由基（游離基）。異裂產(chǎn)生正負離子。2、有機反應(yīng)類型：自由基（游離基）反應(yīng)離子型反應(yīng)（包括親電和親核兩種反應(yīng)）協(xié)同反應(yīng)（周環(huán)反應(yīng)）

§1.3研究有機化合物的一般步驟

分為四步進行：一、分離提純：簡介蒸餾、分餾、萃取、重結(jié)晶等。二、純度的檢驗：簡介熔、沸點的測定。三、實驗式和分子式的確定：1、定性分析出該化合物由哪幾種元素構(gòu)成；2、定量分析出各種元素的含量，確定實驗式；3、測定其分子量，結(jié)合實驗式確定分子式。四、結(jié)構(gòu)式的確定：先簡介物理方法和化學方法。再強調(diào)兩種方法是相輔相成的，結(jié)構(gòu)包括構(gòu)造、構(gòu)型和構(gòu)象。構(gòu)造：分子中原子成鍵的順序和鍵型。（分子中原子相互連接的方式和秩序）

§1.4有機化合物的分類和官能團

classificationoforganiccompoundsandfunctionalgroup一、按碳架分類：開鏈化合物、碳環(huán)化合物和雜化化合物。開鏈化合物：如烷、烯、炔、醇、酚、醚等。碳環(huán)化合物：有脂環(huán)烴和芳香烴以及它們的衍生物。雜化化合物：如呋喃、噻吩、吡咯