绪论(有机化学-李贵深、李宗澧主编)

《绪论(有机化学-李贵深、李宗澧主编)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《绪论(有机化学-李贵深、李宗澧主编)（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、有 机 化 学 绪 论 第一节 有机化学和有机化合物 一、 有机化学的研究对象 有机化合物与人类生活有着密切关系 人类对有机化合物的认识过程 1828年，德国化学家伍勒在研究氰酸盐的过 程中，意外地发现了有机物尿素的生成。 有机化合物的涵义 在有机化合物中，绝大多数都含有碳、氢 两种元素，有些还含有氧、硫、氮、磷、卤素 等其它元素。所以，现在人们认为，有机化合 物就是碳氢化合物（烃）及其衍生物 。 有机化学的涵义 有机化学就是研究碳氢化合物及其衍生物 的化学。在化学上，通常把含有碳氢两种元素 的化合物称为烃。因此，有机化学也就是研究 烃及其衍生物的化学。 二、有机化学与农业科学的关系 1. 农

2、业科学的发展促进了有机化学的发展，同 样，有机化学的发展也促进了农业科学的进步和深 入发展。 2. 要从分子水平上认识生命过程并研究生命现 象。化学的理论、观点和方法在整个生命科学中起 着不可缺少的作用。 3.大量天然的和合成的有机化合物正在越来越 广泛地应用于农业生产 。 有机化学既是学习农业科学的基础，又是进行 农业科学研究的工具。 三、有机化合物的特性 1易燃烧 除少数例外，一般有机化合物都含有 碳和氢两种元素，因此容易燃烧，生成二 氧化碳和水，同时放出大量的热量。大多 数无机化合物，如酸、碱、盐、氧化物等 都不能燃烧。因而有时采用灼烧试验可以 区别有机物和无机物。 2. 熔点、沸点低

3、无机化合物 静电力 有机化合物 范德华力 NaClCH3COCH3 相对分子质量58.558.08 熔点/ C801-95.35 沸点/ C1 46556.2 3.难溶于水，易溶于有机溶剂 水是强极性化合物。大部分无机化合物是 离子键型化合物，易溶于水，不易溶于有 机溶剂；有机化合物是共价键型化合物， 极性小，不溶于水，易溶于有机溶剂“ 相似相溶”原理。 4.反应速度慢 无机反应是离子型反应，一般反应速 度都很快。有机反应大部分是分子间的反 应，反应过程中包括共价键旧键的断裂和 新键的形成，所以反应速度比较慢。 5副反应多，产物复杂 有机化合物的分子大多是由多个原子结合 而成的复杂分子，所以在

4、有机反应中，反应中 心可以在不同部位同时发生反应，得到多种产 物。反应生成的初级产物还可继续发生反应， 得到进一步的产物。因此在有机反应中，除了 生成主要产物以外，还常常有副产物生成。 书写有机反应方程式时常采用箭头，而不 用等号，一般只写出主要反应及其产物，有的 还需要在箭头上标明反应的必要条件。 6. 同分异构现象普遍存在 同分异构现象是指具有相同分子式，但结构 不同，从而性质各异的现象。 乙醇和甲醚，分子式均为C2H6O，但它们 的结构不同，因而物理和化学性质也不相同。 乙醇 b.p.78.5 oC 甲醚 b.p.-25 oC 第二节 共价键的一般概念 化学键有多种形式，但最常见的是离

5、子键和共价键。离子键是通过电子转移 形成的，共价键是通过共用电子对形成 的。无机化合物是以离子键结合的，有 机化合物是以共价键结合的。 一、共价键理论 1原子轨道 原子是由原子核和核外电 子两部分组成的 。电子在核外 的分布就好像云雾一样，因此 把这种分布形象地称为电子 云。如果用一个界面把这样的 分布划出一个区域，电子在这 个区域内出现的几率很大。这 种电子在空间可能出现的区域 称为原子轨道 。 1s、2p轨道的电子云示意图 基态时碳原子和氧原子核外的电子排布 6C 8O 2s 2p 2s 2p 1s 1s 基态时，原子中的电子都按能量最低原 理、互不相容原理和洪特规则排布在原子轨 道中，每

6、一个原子轨道只能容纳两个自旋方 向相反的电子。 2. 价键理论 (1) 两个原子都有一个或多个未成对电子且自旋相反 (2) 原子相互靠近轨道重叠时重叠的程度最大方 向性 (3) 成键电子只能在成键区域内运动定域性 (4) 一个电子最多只能和一个自旋方向电子配对 饱和性 能稳定成键 不能稳定成键 不能成键 3碳原子的价键特点和杂化轨道 (1) 碳原子的价键特点 碳原子基态时，核外电 子排布为：1s22s22px12py1 碳原子之间相互结合或与其它原子结合时，都 是通过共用电子对而结合成共价键。 碳原子是四价的，它可以与其它原子或自身形 成单键，也可以形成双键或叁键。 2s 2p2p2p (2)

7、 碳原子轨道的杂化 碳原子在基态时，只有两个未成对电子，碳原 子应是两价的。而在有机化合物中，碳均为4价。 美国化学家鲍林， 1954年获诺贝尔化 学奖，1963年获诺 贝尔和平奖。 1931年，Pauling提出原子轨道杂化理论 碳原子在成键的过程中首先要吸收一定的能量 ，使2s轨道的一个电子跃迁到2p空轨道中，形成 碳原子的激发态。激发态的碳原子具有四个单电 子，因此碳原子为四价的。 跃迁 2px 2py 2pz 2px 2py 2pz 2s 2s 基态 激发态 碳原子的2s电子跃迁后得到的四个原子轨道，它 们处在不同的能级中的，成键后碳原子的四个价键不 可能是等同的。事实上，在饱和烃中，

8、碳原子的四个 价键是等同的。 为了解决这个矛盾，杂化轨道提出：碳原子在成 键时，四个原子轨道可以“混合起来”进行“重新组合” 形成四个能量等同的新轨道，称为杂化轨道。 杂化轨道的能量稍高于2s轨道的能量，稍低于2p 轨道的能量。杂化轨道的数目等于参加组合的原子轨 道的数目。 碳原子的杂化分为三种类型： sp3杂化、sp2杂化、sp杂化 sp3杂化 实例：CH4 一个sp3杂化轨道 两两夹角 sp2杂化 实例：CH2=CH2 Sp 杂化 （1）二个sp杂化轨道的分布 （2）二个p轨道相互垂直 碳原子的sp杂化轨道示意图 实例： （3）键和键 共价键按共用电子对的数目，分为单键和重键 单键：共用一

9、对电子，用一半短线表示。 重键：共用两对或两对以上电子，用二条或三 条半短线表示。 单键 双键 三键 按成键原子轨道重叠方向不同，共价键又可分 为键和键 键 两个成键原子轨道沿对称轴方向相互重叠（头 碰头”方式重叠 ）而形成的键叫键。 键的特点 形成键的原子轨道是沿着对称轴的方 向相互重叠的，所以键的电子云分布近似 圆柱形。因此，以键连接的原子或基团可 以绕键轴自由旋转，键不致发生断裂。 因重叠程度最大，故键比较牢固，在 化学反应中比较稳定，不易发生断裂。 键存在于一切共价键之中。 键 两个成键原子轨道以对称轴相平行互相重叠 （两个p轨道从侧面“肩并肩”地重叠 ）而形成的键 叫键。 键的特点

10、键不能单独存在，必须与键共存。p轨道 从侧面重叠，在键形成以后，就限制了键的 自由旋转。而且电子云重叠程度较小，键能较 小，发生化学反应时，键易断裂。 键的电子云分散暴露在两核连线的上下两 方呈平面对称，键的电子云离原子核较远， 受核的约束较小。因此，键的电子云具有较 大的流动性，易受外界的影响而发生极化，具 有较强的化学活性。 二、共价键的属性 1. 键长 形成共价键的两个原子核之间的平均距离 称为键长。键长的单位为nm（10-9m）。 一般说来，共价键越短，表示键越强， 越牢固。 2. 键角 两价以上的原子与其它原子成键时，两 个共价键之间的夹角称为键角。 例如，甲烷分子中HCH为1092

11、8。而在其 它烷烃分子中，由于碳原子连接的情况不尽相 同，相互影响的结果，其键角也稍有差异。丙烷 分子中的C-CH2-C就不是10928 ，而是112 。 3. 键能 键能表示共价键的牢固程度。当A和B两个原子（ 气态）结合生成A-B分子（气态）时，放出的能量称为 键能。 A-B双原子分子（气态）离解为原子（气态）时 ，所需要的能量叫做A-B键的离解能，以符号D（A-B） 表示 。对于双原子分子，A-B键的离解能就是它的键 能。键的离解能和键能单位通常用kJmol-1表示。 A（气态）+B（气态）A-B（气态） 键能越大，说明两个原子结合得越牢固。 4. 键的极性、分子的极性和分子间力 （1）

12、键的极性 键的极性是由于成键的 两个原子之间的电负性差异而引起的。 CH3+Cl- 共价键的极性大小可用偶极矩（键矩） 来表示。 =qR 式中，q =正、负电荷中心所带的电荷值（库仑C） R =正、负电荷间的距离（m） （2）分子的极性 在双原子分子中，共价键的极性 就是分子的极性。但对多原子的分子 来说，分子的极性取决于分子的组成 和结构。多原子分子的偶极矩是各键 的偶极矩的向量和。 =0 =0 =3.6310-30Cm 甲烷 四氯化碳 三氯甲烷 键的极性和分子的极性对物质的熔点、沸 点和溶解度都有很大的影响，键的极性也能决定 发生在这个键上的反应类型，甚至还能影响到附 近键的反应活性。 （

13、3）分子间力 偶极偶极作用力 这种作用力产生在极 性分子之间。使分子定向排列。这种分子间力也 称为定向力。 + - + - + - CH3ClCH3ClCH3Cl 范德华力 非极性分子在运动中可以产生 瞬间偶极。这种瞬间偶极所产生的相互作用力称 为范德华力（也称色散力）。范德华力不仅存在 于非极性分子中，也可存在于极性分子中。范德 华力比共价键作用力弱得多。 氢键 当氢原子与电负性很大、原子半径很小的 氟、氧、氮原子相连时，由于这些原子吸电子 能力很强，使氢原子带部分正电荷，因而氢原 子可以与另一分子的氟、氧、氮原子的未共用 电子对以静电引力相结合。这种分子间的作用 力称为氢键。 氢键有方向性

14、和饱和性，其强度介于分子 间作用力和共价键之间。 三、共价键的断裂方式和有机反应类型 在化学反应里，同时发生旧键的断裂和新 键的生成。 共价键有两种断裂方式：均裂和异裂 （1）均裂 共价键断裂时，共用电子对平 均分配给两个原子，生成自由基: 通过自由基进行的反应叫自由基反应。自由 基反应一般要在光照条件或高温加热下进行。 （2）异裂 共价键异裂时，成键的一对电子 保留在一个原子上。异裂有两种情况： 异裂一般需要酸、碱催化或在极性物质存在下 进行。 共价键异裂生成离子而引发的反应称为离子 型反应。离子型反应又可分为亲电反应和亲核反 应。亲电反应又可再分为亲电加成反应和亲电取 代反应；亲核反应也可

15、再分为亲核加成反应和亲 核取代反应。 第三节 有机化合物的分子结构 有机化合物分子结构式的常见书写方法 价键式 结构简式 有机分子的立体模型 凯库勒模型（球棍模型） 斯陶特模型（比例模型） 甲烷分子的模型 有机分子的透视式表示方法 第四节 有机化学中的酸碱理论 一、布朗斯特酸碱质子理论 凡是能给出质子的分子或离子都是酸；凡是能 与质子结合的分子或离子都是碱。酸失去质子，剩 余的基团就是它的共轭碱；碱得到质子生成的物质 就是它的共轭酸。 共轭酸碱中，一种酸的酸性愈强，其共轭碱 的碱性就愈弱，因此，酸碱的概念是相对的，某 一物质在一个反应中是酸，而在另一反应中可以 是碱。 在酸碱反应中，总是较强的酸把质子传递给较 强的碱。 （较强碱） （较强酸） （较弱酸） （较弱碱） 二、路易斯酸碱电子理论 1923年，路易斯提出酸碱电子理论，酸和碱的 反应可用下式表示： A 是路易斯酸，它至少有一个原子具有空轨道 ，具有接受电子对的能力。因此，酸是能接受外来 电子对的电子接受体。如：BF3，AlCl3，SnCl2， ZnCl2，FeCl3；Li+，Ag+，Cu2+；R+，RCO+，Br+ ，NO2+，