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1、有 机 化 学,福 建 师 大 福 清 分 校 生 物 与 化 学 工 程 系,陈 玉,E-mail：cy_68,参考书目：,教材：,1.曾昭琼主编有机化学第四版，高等教育出版社， 2004。 2.汪小兰有机化学第四版，高等教育出版社，2005。 3.高鸿宾有机化学（第四版），高等教育出版社，2005。 4.袁履冰有机化学面向21世纪课程，高等教育出版社，2005。,高占先有机化学(第二版)面向21世纪课程，高等教育出版社，2007。,第一章 绪 论,11 有机化合物和有机化学,人类对有机化合物的认识是随着生产实践的发展和科学技术的进步而不断提高的。,从生物体中分离出来的化合物,从生物体中分离
2、出的和人工合成的具有从生物体中分离出的化合物性质的化合物,以矿物为主要的无机化学研究阶段,人工合成从生物体中分离出的化合物阶段,研究碳氢化合物及其衍生物的化学。有机化合物为有机化学的研究对象。,碳氢化合物及其衍生物,有机化合物的元素分析法创立与发展阶段,葛美林、凯库勒,拉瓦锡、李比希,发现有机化合物都含有碳,碳化合物,肖莱马,有机化合物除含碳外，大多数含氢，部分含氧氮硫磷卤素,CO、CO2、碳酸盐、金属氰化物及氰酸盐等具有典型的无机化合物性质的除外。,有机化合物：,有机化学：,研究方向：天然产物的研究、结构的测定、有机合成、反应机理的研究。,碳氢化合物以及从碳氢化合物衍生而得的化合物。,有机化
3、学的发展过程,1.天然产物的提取和加工阶段。,2.人工合成有机物阶段。,分离提纯技术的进步，先后分离出酒石酸（1769）、乳酸（1780）、奎宁（1820）等等。,“生命力”论者认为有机物是由有机体内的生命力制造出来的，在实验室里不可能用人工方法制造出有机物。,1828年 德国化学家 FWhler (魏勒) 由无机物氰酸氨合成出有机物尿素。,1845年柯尔伯合成了醋酸，1854年贝特洛合成了油脂类物质。尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；.,3.有机理论体系建立阶段。, 1857年，凯库勒和库帕提出有机碳原子四价理论。 1861年，布特列洛夫有机化学结构的观点。 1865年，凯库勒提出了苯的构造
4、式。 1874年，范特霍夫和勒贝尔提出碳四面体构型学说。 1885年，拜尔提出了张力学说。 二十世纪初，建立了价键理论。 二十世纪三十年代，建立了量子化学，出现了诱导效应、共轭效应及共振论。 二十世纪六十年代，现代物理方法应用到有机分子结构测定。 近年来，有机化学界得用计算机进行有机合成的设计工作。,12 有机化合物的典型特征,1、分子组成复杂,2、容易燃烧,3、熔、沸点低,4、难溶于水,5、反应速度比较慢,6、反应复杂、副反应多,现在已知的有机化合物有七百万种以上。在有机化合物中普遍存在同分异构现象。,有机物中的碳元素的氧化数绝大多数都未达到+4，所以易燃烧产生+4的CO2。,有机物是共价键
5、化合物，分子间以范力结合，作用力小，易破坏。,有机分子极性较弱或没有极性。,有机反应不是离子反应，要靠分子间有效碰撞才能发生反应，有机分子比无机离子大得多，运动缓慢。,不同部位的碰撞产生不同的产物。,有机物的典型特性是相对无机物而言，并不是绝对标志。,有机化合物结构式的表示方法,路易斯点电子式,路易斯价键式,电子式与价键式的转化,一条短线表示一对电子，注意将孤电子对用点式表示出来。,此外，还用缩简式、键线式来表示分子结构。,13 有机化合物的结构特征,1-4 共价键的一些基本概念,有机物中碳原子最显著的特点是以共价键与其他原子结合。,一、共价键的形成,1价键理论,共价键的成键条件,价键的形成可
6、看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果。两个原子如果都有未成键电子，并且自旋相反就能配对，也就是原子轨道可重叠形成共价键。成键的电子只处于以此化学键相连的原子的区域内。,共价键的饱和性,一般情况下，原子的价键数目等于它的未成键的电子数，当原子的未成键的一个电子与某原子的一个电子配对之后，就不能再与第三个电子配对。,共价键的方向性,原子轨道重叠时遵守最大重叠原理，为使原子轨道重叠最大，只有在原子轨道的一定方向，即在电子云密度最大的方向才能得到最大的重叠，而形成稳定的分子。,2. 分子轨道理论：,1、分子轨道是由原子轨道通过线性组合而成；,2、组合前后的轨道数守恒：即有几个原子轨道就可以组合成几个分
7、子轨道。,分子轨道即分子中价电子的运动状态，可用波函数来描述。其基本要点是：,原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个原则：,a） 对称性匹配原则 b） 原子轨道重叠部分要最大 c） 能量相近原则,价键理论：是以“形成共价键的电子只处于形成共价键两原子之间”的定域观点为出发点的。,分子轨道理论：是以“形成共价键的电子是分布在整个分子之中”的离域观点为出发点的。,二、共价键的属性：,1.键长,形成共价键的两个原子之间存在着一定的吸引力和排斥力，使原子核之间保持着一定的距离，此距离称为键长。键长的单位为nm。,一定的共价键的键长是一定的。 同一类型的共价键的键长在不同的化合物中可能稍有差别。,2.键角
8、,两价以上的原子与其他原子成键时，两个共价键之间的夹角称为键角。,3.键能,将两个成键原子拆开成原子状态时所需要吸收的能量称为键能。,4.键的极性,由不同原子形成的共价键，由于成键原子的电负性不同，使电子云靠近电负性较大的原子一端，这样的键具有极性。,共价键的极性大小是用键的偶极矩来量度的。 偶极矩等于电荷q与正负电荷中心之间的距离d的乘积。=qd ，单位是C m。,偶极矩,双原子分子：键能即是键的离解能。,多原子分子：键能则泛指分子中几个同类型键的离解能的平值。,对于双原子分子，分子的偶极矩就是键的偶极矩。对于叁个原子以上的分子，分子的偶极矩是键的偶极矩的向量和。,偶极矩是向量，带有方向性，
9、一般以“ ”来表示，箭头表示从正电荷到负电荷的方向。,三、诱导效应：,1、定义 在有机化合物中，由于成键原子或基团的电负性的不同而使成键电子云向电负性较大的原子团方向偏移的效应。,2、产生的原因 成键原子的电负性不同。,3、传递 逐渐减弱，传递不超过五个原子,4、表示方法 诱导效应一般用 I 表示，饱和 C-H 键的诱导效应规定为零。,例：,一般来说，原子吸电子能力越强，-I效应就越大。例：,-F-Cl-Br-I ， -F-OR-NR2 ， -O+R2-N+R3,当一个原子或原子团与碳原子成键后，电子云偏离碳原子，称为-I 效应。,+I诱导效应与-I诱导效应相反。具有+I效应的原子或原子团与碳
10、原子成键后，可使电子云偏向该碳原子。正诱导效应用+I表示。例：,具有+I效应的原子团主要是烷基，并只有在与不饱和碳相连时才呈+I效应:,（CH3）3C-（CH3）2CH- CH3CH2- CH3-,上面为静态分子中所表现出来的诱导效应，称静态诱导效应，它仅与键本身的极性有关。另外，在化学反应中，由于分子受到许多外界条件的影响，例另一分子的影响，其它进攻试剂的影响，溶剂的影响等等。在外界电场的作用下，分子会发生诱导极化，这种在外界电场影响下在化学反应时才表现出来的诱导效应称为动态诱导效应。 动态诱导效应往往是有机反应得以实现的决定性因素。,四、分子间作用力：,1、偶极-偶极相互作用 偶极-偶极相
11、互作用是极性分子之间的一种相互作用，即一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一分子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用。,2、范德华力 在非极性分子中，瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引，使两分子之间产生吸引作用，称为范德华力。,3、氢键 当氢原子与电负性很强且原子半径较小的原子相连时，电子云偏向电负性较大的原子，使氢原子变成正离子状态，此时若与另一个电负性很强的原子相遇，则发生静电吸引作用，使氢原子在两个电负性很强的原子间形成桥梁，这样的键为氢键。,作用力：氢键 偶极-偶极相互作用 范德华力,1-5 有机化学反应的类型,一、共价键的断裂方式：,成键的一对电子平均分给两个原子或原子团，这
12、种方式为均裂。均裂生成的带单电子的原子或原子团称为自由基，或称为游离基。,C,C,共价键的断裂后生成正、负离子的方式称为异裂。,自由基,正、负离子,二、有机反应的类型,光和热，引发剂,酸或碱，极性溶剂,自由基反应,离子型反应,亲核反应,亲电反应,亲电试剂是指在反应过程中接受电子或共用电子的试剂。 如：H+，金属离子等。,亲核试剂是指能供给电子，进攻反应物中带部分正电核基团的试剂。如：OH-，负性基团，具有孤电子对的基团等。,试剂可分为自由基试剂和离子试剂。 离子试剂又分为亲核试剂和亲电试剂,还有一类反应，反应过程中旧键的断裂和新键的生成同时进行，无活性中间体生成，这类反应称为协同反应。,1-6
13、 有机化合物的分类,1、按碳架分类,2、按官能团分类,1-7 研究有机化合物的一般步骤,1活性初测，分离提纯。 2纯度检定：熔、沸点测定，薄层层析、气相色谱（GC）、高压液相色谱（HPLC）鉴定。 3元素定性分析和定量分析 4经验式和分子式的确定 5结构式的确定（四谱的运用）。 6.该化合物的合成及构效关系研究。,例：某有机物，元素分析结果为： C：60.00 %；H：13.40 % （O：26.60 %）,百分含量 摩尔比 最小整数比（原子数目比） C 60.00 60.00/12.01 = 5.00 5.00/1.66 = 3 H 13.40 13.40/1.008 = 13.29 13.29/1.66 = 8 O 26.60 26.60/16.00 = 1.66 1.66/1.66 = 1 该化合物的实验式： C3H8O 分子式： （C3H8O）n = 分子量（可用质谱法、沸点升高法、熔点降低法、渗透压法等测定） 当分子量为60时，分子式为C3H8O。 当分子量为120时，分子式为C6H16O2 。,
