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1、有机化学 第四版 有机化合物的分类和基本理论 1 理解及时弄懂和掌握各章节的重点 难点2 记忆在理解的基础上做必要的记忆 有机化合物的结构 命名 基本性质 如何合成等 在学习时要像记外文单词那样反复地强化记忆3 应用A 多思考有机化学内容是前后连贯的 系统性很强 只有掌握了前面的知识 才能理解后面的内容 遇到疑难问题要先思考 再查书或求教老师解疑 切忌不求甚解 似懂非懂 如疑难问题积累多了而得不到及时解决则有学不下去的危险 B 勤练习课后要多做练习加以巩固C 善总结学会归纳总结 1 总结化合物结构和性质之间的关系 2 总结各类化合物之间的内在联系与相互转化关系 如何学好有机化学 理解 记忆 应
2、用 反应物 产物 学习中应注意的几个方面 1 有机化合物的结构与反应 反应 性质 结构 2 有机反应与反应机理 有规律的反应 特殊反应 3 有机反应的应用 有机合成 简单化合物 多步反应 复杂分子 反应物 如何步骤最少产率最高 第一章绪论1 1有机化学研究对象及定义1 2有机化合物的结构和共价键电子理论1 3共价键的键参数 键长 键角 键能 键的极性 1 4分子间作用力1 5酸碱理论1 6有机化合物的特点1 7有机反应的基本类型1 8有机化合物的分类 有机化合物的定义 1806年 柏则里 J Berzelius 提出 酒石酸 1769 尿素 1773 乳酸 1780 柠檬酸等来源于有生命的有机
3、体 1 1有机化学的研究对象及定义一 有机化学的研究对象研究对象 有机化合物研究范围 有机化合物的组成 结构 性质及其变化规律 韦勒FriedrichW hler German 的实验 1828年 1848年 德国化学家凯库勒 A Kekule 等 含碳的化合物 都含有碳元素 CO2 CO CaC2等 1874 德国化学家肖莱马 K Schorlemmer 等 碳氢化合物及其衍生物 有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的科学 C H O N S P X CO2COH2CO3 无机物 二 有机化学的发展 1858年 德国的凯库勒 A Kekule 和英国库帕 A S Couper 奠定有机分子结构
4、最基础的理论 碳原子为四价 碳 碳连成碳链 1861年 布特列洛夫提出了化学结构的观点 指出分子中各原子以一定化学力按照一定次序结合 这称为分子结构 一个有机化合物具有一定的结构 其结构决定了它的性质 分子中各原子之间存在着互相影响 1865年 凯库勒提出了苯的构造式 路易斯式 短线式 键线式 缩简式 1874年 范特霍夫 VantHoff J H 和勒贝尔 LeBel J A 分别提出碳四面体构型学说 建立了分子的立体概念 说明了旋光异构现象 1885年 拜尔 VonBaeyer A 提出张力学说 20世纪建立了现代有机结构理论 20世纪30年代 量子力学原理和方法引入化学领域以后 建立了量
5、子化学 20世纪60年代 合成了维生素B12 发现了分子轨道守恒原理 1965年 我国化学家合成了结晶牛胰岛素 1916年 路易斯 Lewis G N 提出了共价键电子理论 富勒烯Fullerenes1985年 英国科学家克罗托 斯莫利 美 等意外地发现了C60 碳的第三种同素异形体 碳原子之间相互键联 形成一个由12个正五边形和20个正六边形组成的闭合系统 C60的发现将开辟有机化学的新纪元 C60发现者之一克罗托 海葵毒素 C145H264N4O78 1989年 哈佛大学的基西 Kishi 经过八年的努力 由24位研究生和博士后完成了全合成 海葵毒素是由海洋生物中分得的一个最复杂的天然有机
6、物 也是目前最毒的化合物 LD500 4 g kg 为河豚毒素的25倍 有24个手性中心 可能存在271个异构体 这一复杂立体专一的合成显示了有机合成界当今所具有的非凡的能力 当代有机化学形成了有机合成化学 天然有机化学 生物有机化学 物理有机化学 元素有机化学 金属有机化学以及有机物分离分析等学科领域 这些领域在各自的成长过程中相互渗透 相互依靠并相互促进 为有机化学学科的繁荣发展作出了重要的贡 有机化学研究正在进入一个富有发展活力的新阶段 1 2有机化合物的结构和共价键理论一 有机化合物的结构概念1 分子结构 构造 分子中原子相互结合的顺序和方式 讨论原子如何结合成分子 原子的排列顺序 分
7、子的大小及立体形状 以及电子在分子中的分布等问题 乙烯 乙醇 甲醚 正丁烷CH3 CH2 CH2 CH3或CH3CH2CH2CH3 环戊烷 异丁烷 同分异构现象 分子式相同而结构式不同的现象 同分异构体 分子式相同而结构式不同的化合物 概念2 同分异构现象和同分异构体 分子式只是表示组成分子的原子种类和数目 不能准确表示物质的结构 分子的性质不仅取决于其元素组成 更取决于分子的结构 结构决定性质 性质反映结构 这是有机化学教与学的主线 概念3 分子结构式 表示分子中原子的连接顺序 CH3CH2CH2CH3 2 有机结构的立体概念碳原子的四面体模型 甲烷 甲烷分子的另外二种模型 斯陶特 比例 模
8、型棍棒模型 3 透视式与投影式 二氯甲烷 Fischer投影式 透视式 丙醇的投影式与结构模型 二 共价键的电子理论 概念 共价键的形成 离子键 ionicbonds 一个或更多的电子从一个原子转移到另一个原子形成离子时产生的键 它是带有相反电荷的质体 species 间的吸引力 乙烯 乙炔 C 1S22S22P2 1 价键理论共价键是两个原子的未成对而又自旋相反的电子偶合配对的结果 电子配对法 两个电子的配合成对也就是两个原子轨道相互重叠 重叠部分越大 形成的共价键就越牢固 共价键具有饱和性 未成对电子已配对成键后不能再与其它原子的未成对电子配对成键 A 2B B A BB A B2 A A
9、 AA A 共价键有 单键C CC H双键C CC O叁键C CC N 共价键具有方向性 两成键轨道的电子云必须最大程度的重叠 键才牢固 稳定 肩并肩 键 2 杂化轨道理论 杂化 混合后再重新分配 能量相等 a 碳原子轨道的sp3杂化 有机化合物的结构特征 C原子为4价 3 分子轨道理论形成化学键的电子是在整个分子中运动 分子轨道 描述分子中电子运动状态 用波函数 表示 波函数 可用原子轨道线性组合法近似求得 例如氢分子轨道波函数 可用下式表示 1 2分子轨道数目与原子轨道数目相等 n个原子轨道组合产生n个分子轨道 成键轨道 分子轨道能量低于原子轨道能量 反键轨道 分子轨道能量高于原子轨道能量
10、 非键轨道 分子轨道能量等于原子轨道能量 1 3共价键的键参数决定共价键性质的重要键参数有 键长 键能 键角 键的极性 一 键长 形成共价键的两原子核间的距离 单位 pm nm 1pm 10 3nm 二 键角 定义 两个共价键之间的夹角 键角反映了分子的空间结构 键角的大小与成键的中心原子有关 与所连接的原子或基团有关 化合物的键角 三 键能共价键形成时会放出能量 而共价键断裂时会吸收能量 键的离解能 在标况下 101325Pa 298K 1mol气态A B分子完全离解为气态的A B原子所吸收的能量 C H键键能 435 443 443 340 4 415kJmol 多原子分子 共价键的键能为
11、同类键的离解能的平均值 注意 离解能指的是离解特定共价键的键能 键能则指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值 常见共价键的平均键能可查表1 1 P4 得到 共价键的键能越大 共价键越牢固 不易断裂 利用平均键能可以计算反应热 H2 Cl2 2HCl反应前 1个H H键 436kJ mol 1个Cl Cl键 243kJ mol 反应后 2个H Cl键 431kJ mol H 反应物分子中键能的总和 产物分子中键能的总和 436 243 2 431 183kJ mol H 负值 放热反应 正值 吸热反应 没有考虑分子内其它原子对化学键键能的影响 结果是粗略的 四 键的极性和诱导效应 1 共价键
12、的类型 非极性共价键 两个相同的原子成键 电子云对称分布在两个原子之间 极性共价键 不同的原子成键时 由于原子的电负性不同 使电负性较强原子一端的电子云密度较大 共价键的极性大小是用偶极矩 来度量的 q d q 电荷d 正负电荷之间的距离 单位为C m 库 仑 米 简称德拜 D 3 57 10 30C m 0C m 电负性 量度原子对成键电子吸引能力的相对大小 也可看作是原子形成负离子倾向相对大小的量度 当A和B两种原子结合成双原子分子AB时 若A的电负性大 则生成分子的极性是A B 即A原子带有较多的负电荷 B原子带有较多的正电荷 分子的极性愈大 离子键成分愈高 常见元素的电负性 鲍林 FO
13、ClNBrISCPHBSi3 983 443 163 042 962 662 582 552 192 102 041 90 多原子分子的偶极距是各个键的偶极距的向量和 键的极性与分子极性的关系 偶极距的大小反映了有机分子极性的强弱 分子的极性对熔点 沸点和溶解度等物理性质有较大影响 键的极性对化学反应起决定性作用 诱导效应 Inductiveeffect 由于分子内成键原子的电负性不同 而引起分子内电子云密度分布不均匀 这种影响沿分子链键静电诱导地传递下去 这种电子效应 诱导效应 I 小结 绝大多数有机物分子中都存在共价键 共价键的键能和键长反映了键的强度 即分子的热稳定性 键角反映了分子的空
14、间形象 键的偶极矩和键的极化性反映了分子的化学反应活性和它们的物理性质 1 偶极 偶极相互作用 一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一个分子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用 极性分子之间的一种相互作用 1 4分子间作用力 它是由于电子运动产生瞬时偶极而引起的极弱的引力 瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引 存在于所有分子中 分子形成氢键必备的两个条件 1 H原子与电负性很大的原子相连 形成裸露的质子 2 具有电负性较大 原子半径较小 含孤电子对的原子 F O N 分子间作用力是影响物理性质的主要因素 酸碱碱酸 1 Br nsted酸碱理论 弱酸的共轭碱是强碱 强酸的共轭碱是弱碱 Le
15、wis碱 能够给出电子对的分子或离子 2 Lewis酸碱理论 Lewis酸 能够接受未共用电子对的分子或离子 Lewis碱 具有未共用电子对原子的分子或离子 Lewis酸 具有空轨道原子的分子或离子 1 6有机化合物的特点 1 分子结构复杂 种类繁多 数量庞大 维生素B12 分子式为 C63H88N14O14Co 4 难溶于水 易溶于有机溶剂 2 容易燃烧 酒精 汽油 烷烃的混合物 液化气 甲烷为主 等都可作燃料 碳氢化合物燃烧CO2 H20 热量 3 熔点低 一般不超过400 有机反应的本质 旧键的断裂和新键的生成 CCl4 1 7共价键的断裂和有机反应的类型 有机反应 organicrea
16、ctions 发生均裂的反应条件是光照 辐射 加热或有过氧化物存在 均裂的结果是产生了具有不成对电子的原子或原子团 自由基 有自由基参与的反应叫做自由基反应或均裂反应 1 均裂 2 异裂 发生异裂的反应条件是有催化剂 极性试剂 极性溶剂存在 异裂的结果产生了带正电荷或负电荷的离子 发生共价键异裂的反应 叫做离子型反应或异裂反应 3 协同反应 亦称周环反应 反应不生成自由基或离子 而是经环状过渡态 旧键的断裂和新键的生成同时进行 例 4 有机反应的类型汇总 1 8有机化合物的分类 1 按碳链分类 2 按官能团分类官能团 决定化合物典型性质的原子或原子团 含有相同官能团的化合物具有相似的化学性质 是同类化合物 指出下列结构式中所含的官能团 维生素A 荆芥内酯 猫薄荷主要成分 第八节研究有机化合物的一般程序和方法 样品 分离提纯 元素定性定量 分子量测定 结构式确定 合成 蒸馏装置 DistillationApparatus 分馏装置 色谱 质谱联用仪
